文物保護中測繪技術的應用研究

初云燕 常誠鋒 閆海燕

摘?要：文物保護工作中測繪技術手段和方法的研究和應用，可以幫助文物保護工作順利完成。同時，通過測繪技術手段的使用，可以使文物信息“活”起來，為公眾通過文物了解歷史、體會價值創造新的途徑。本文對文物保護領域中測繪技術的應用進行研究，探索其發展的方向。

關鍵詞：文物保護;測繪技術;應用研究

我國歷史文化悠久，伴隨其產生的文明遺產數量較多。歷史文物存在著巨大的歷史價值，是文化傳承的重要載體。通過它們可以了解當時的生產工藝以及人民的生存和思想狀況，為探索人類發展歷史提供重要參考，因此，對文物的保護刻不容緩。

文物保護的特殊性在于其為不可再生資源，同時也為不可永生資源。因為受到氣候環境以及人類活動的影響，隨著時間的推移，文物在形成后就開始不斷受到破壞。因此，需要采取一定的保護措施實現兩個目的：一是保護現有的文物盡可能久地留存于世;二是盡快實現現有文物的數字化，最大限度實現文物的“可復原”。這些工作的開展離不開測繪技術。

一、測繪技術的發展及其應用于文物保護領域的優點

測繪技術與手段伴隨人類社會產生而產生，其可追溯的歷史為《史記》中記載的大禹治水時期。經歷了三個主要的時期，分別是：以地理信息的簡單記錄、角度和水平直線距離的測量以及測量儀器制造和簡單地形圖測繪為成果的古代測繪時期;以平板儀、水準儀、經緯儀等將地形圖繪制到布匹、紙張、薄膜等物體上，完成國家各類控制網建立為主要內容的模擬測繪階段;以內外業一體化數字測圖系統為代表，根據用戶需求形成可視化數字產品的數字測繪階段。

現代測繪技術應用于文物保護可以實現文物的華麗再現。測繪技術應用于文物保護有其特有的優點，主要如下：

首先，由于測繪儀器、工具的發展和進步，測繪工作由使用卷尺、垂球的手工測量到現在的無人機傾斜攝影測量、近景攝影測量、三維激光掃描技術、高光譜技術等，測量誤差大大減小?，F代測繪技術手段的精度大大提高的同時工作效率也有很大的改善，采取傳統測繪手段需要很長時間完成的數據采集任務，現在已經大大縮短，節約了大量的時間成本。

其次，現代測繪技術手段進行文物信息采集過程中，可以做到不接觸文物表面，這對文物本身就是一種保護。同時，在采集數據過程中各種技術的綜合應用，可以通過專業軟件反復對比、拼接，選擇效果最好的設計方案，從而比較真實地反映文物的紋理信息，再對文物進行實際的修復保護措施，從而避免了盲目修復帶來的損失，大部分時候可以實現文物的“真實再現”。

最后，測繪技術可以利用后期數據制作過程中的虛擬現實技術結合網絡系統、納米技術、生物技術模擬等，為研究文物和修復文物增加諸多信息資源。不但實現文物線上的模擬展示，讓公眾可以足不出戶通過高精度的三維模型觀賞文物、身臨其境地走入文物內部空間感受歷史氣息，同時還可以云了解文物背后的故事，豐富了游客的體驗感。

二、應用于文物保護的主要測繪技術及應用現狀

（一）遙感技術

遙感技術可以對被檢測物體表面光譜信息進行記錄，主要包含航空遙感和航天遙感兩個方面。文物保護工作中，大多數情況下工作的范圍比較小，需使用的遙感測量手段多為近景攝影測量、傾斜攝影測量、三維激光掃描等技術，通過運用拍照、掃描等方式，將普通方法無法看全、看見的事物記錄下來，結合后期數據處理，實現文物的數字化，在數字信息的支持下永遠留存。

工作流程分為外業數據采集與內業數據處理兩個方面。外業方面采集被測物體表面光譜信息及位置信息。內業中對采集數據進行誤差處理，目的是去除儀器因素、外界因素以及人為因素的影響，提高數據質量。最后進行圖形拼接與整飾處理，目的是使區域測繪圖件完整、清晰、正確、美觀。

應用現狀。遙感技術與其他技術配合，已成功運用于文物保護工作，如大勢智慧團隊經過多年研發的Get3d文物建模云，即為遙感技術應用的典型案例之一，其利用攝影測量技術，使復雜的文物數字化工作變得人人可參與。利用此項技術僅需像拍照一樣就可以為文物建立模型，通過拼接形成三維模型，大大降低了數字化難度。

（二）地理信息數據處理與分析技術

許多現存的文物存在涉及地域廣泛的問題，其遺產區和緩沖區面積巨大，涉及的省市地域比較多，這種情況下對文物的保護和利用規劃中需要涉及地理信息的采集，形成專題地圖。這種地圖，不但可以讓相關部門充分了解現存文物的存在現狀，而且通過動態數據采集、處理與分析，持續關注文物使用過程中出現的問題，及時采取相應的保護措施，形成監測預警的良好預防機制。

工作流程分為外業數據采集與內業成圖建庫兩個大的階段。外業工作中分區域取得多類型、多尺度的海量地理信息，根據需要制作成不同的專題地圖。因為是針對文物保護工作開展的專題圖測繪工作，所以在制圖過程中要注意對文物和遺產的細化與突出，而其余輔助區域則可以淡化處理。

應用現狀。目前以地理信息數據處理與分析為中心的數字化測繪已經應用于文物保護的多個領域，如大運河和絲綢之路成功申遺工作中利用地理信息技術采集了豐富的基礎數據作為專題地圖的數據源，制作不同比例尺數字線劃數據及亞米級的遙感影像數據，保護了歷史記憶。

三、測繪工作應用于文物保護的領域

隨著測繪技術手段的不斷發展與進步，應用于文物保護領域的測繪手段已經由手工測量變為多種技術手段綜合。伴隨其發展的是不但測繪需求持續得到改善，得到的圖件形式也逐漸發展為數字化多媒體形式，同時對文物的歷史、現狀、布局、裝飾、尺寸等都可以進行展示。其應用于文物保護的領域有以下三個方面。

（一）不可移動文物

不可移動文物可包含如古建筑、壁畫、石刻、石窟等，它們存在于自然界中，受自然天氣和環境的影響比較大，面臨的保護工作更加急迫。以古建筑測繪為例，我國古代建筑多以木質結構為主，延續了幾千年的發展歷史，在世界上已經形成獨特的風格，因此很早就引起了學者的關注，對其的測繪工作隨之開展。17世紀以后，部分域外學者采用西方測繪方法進行實測，形成了古建筑測繪的初步成果。至清末我國學者與政府意識到文物保護的重要性，并對實地調查測繪的重要性和必要性有了相當的認識，可以說是我國古建筑保護引入測繪方法的開端，此后經過建國初期的古建筑測繪擴展期和20世紀80年代后的全面發展期，可以說古建筑測繪的研究一直向著科學化、規范化方向深入。

（二）可移動文物保護

文獻、書籍、藝術品等可移動文物，可以對其進行封閉式保護，但是這樣文物的價值會大打折扣，如果能通過測繪技術輔助實現其展示展出，讓公眾了解文物里的歷史信息和文化價值，這樣的文物保護才更有意義。另一方面，據統計可移動文物中超70%有不同程度的腐蝕殘缺，因此除了做好平時的預防性保護和修復工作以外，為可移動文物進行全方位的信息采集，借助測繪技術使實物以虛擬化的電子信息保存下來，這樣既可以為文物的修復工作提供參考依據，也可以方便大眾線上的了解與瀏覽。

（三）可回溯的發掘過程記錄

考古發掘過程本身就需要“文物保護”，其過程具有明顯的不可再生性，這對于考古保護的記錄與研究是一項目之所及的損失。現代測繪技術手段的綜合運用，可以實現發掘全過程的數字化記錄。對二維三維空間數據通過激光掃描、影像獲取、變形監測等高新技術獲取，為虛擬仿真系統的開發和研究提供基礎源數據，實現文物發掘的可回溯。此技術系統的應用可以滿足多方討論、參與并形成有效決策的科學發掘管理系統，提高文物發掘水平和效率。

四、應用于文物保護的測繪技術存在問題及發展方向

（一）存在問題

測繪技術存在時間已久，是一種服務手段，其因應用領域不同產生了不同的數據測量需求，因此，測繪技術應用于文物保護還存在一些問題需要解決，主要有以下幾個方面。

（1）測繪設備造價較高，后期數據處理煩瑣。以目前廣泛應用于文物保護的地面三維激光掃描技術為例，設備幾十萬元，后期數據處理中點云數據的三維建模重構難度也比較大，各國的學者都在進行持續的深入研究，但是仍然很難做到十分完美。

（2）測繪作業與文物保護需求的信息不對稱。文物保護中測量精度固然是需要關注的方面，但是對于文物價值的展示才是最重要的一個方面。目前的狀況是測繪技術人員缺乏對文物保護的相關知識，而文物保護人員對測繪技術的掌握甚為匱乏，這就需要測繪工作開展者與文物保護單位之間的信息對稱，這樣才能保證測繪時文物價值的如實體現。

（3）測繪技術對文物表面信息獲取不全的同時對內部信息獲取更少，對于文物保護中涉及色彩、紋理等信息的獲取相對較弱，這些都需要持續引入新的測繪手段。同時，對于文物修復與保護工作中比較常見的文物內部損壞、腐蝕診斷的需求，單純的測繪技術手段還難以滿足要求。

（二）發展方向

（1）對三維建模重構進行持續研究與改進，降低后期數據處理的繁復程度，降低測繪技術應用的難度與門檻。或許可以打破文物保護與測繪領域的壁壘，實現文物保護工作與測繪技術信息順暢溝通，為文物保護的更快更好發展提供基礎保障。

（2）高光譜遙感技術廣泛應用于文物保護領域。高光譜遙感技術具有光譜分辨率高、圖譜合一、波段數量多、無損等特點。不僅可以識別文物一般的表面信息，同時還可以利用不同色彩光譜信息的不同對文物的顏料信息進行識別，甚至繪制的起稿線、隱于地下等隱含的信息也可以探測出來，因此有效地填補了文物保護領域的需求空白。

五、結語

文物保護工作開展過程中需要多種技術相互配合，測繪技術是其中之一。不但現代測繪技術已經運用于文物保護工作中，傳統測繪技術在其中也有用武之地。同時，由于技術的有限性，還需要測繪技術相關人員繼續研究開發出更適合文物保護測繪工作需求的新標準、新技術，更好地為文物保護工作服務。

參考文獻：

[1]王艋，劉松.地面三維激光掃描技術在文物保護中的應用研究[J].科技與創新.2020（13）：6768+72.

[2]李婧.中國建筑遺產測繪史研究[D].天津大學，2015.

課題：2020年度山東省藝術科學重點課題“測繪技術應用于文物保護研究”（課題編號：ZD202008634）

作者簡介：初云燕（1982—?），女，碩士，副教授，研究方向：測繪技術應用。