應用于嘉峪關文化遺產賦存環境風貌監測的幾種方法對比

高商　張翔　王生科

摘 要：為系統性對世界文化遺產“長城-嘉峪關”的典型區、段進行監測和保護，針對其賦存環境內不同時期的環境風貌變化及變化要素對文物本體的影響，通過比對衛星圖片、無人機攝影和人工巡查三種監測方式，著重關注和分析不同方式的應用效果，由此探索建立一種復合的、可靠的環境風貌監測方法和監測體系，為大體量歷史遺跡賦存環境的監測工作提供一些思路。

關鍵詞：賦存環境風貌；衛星圖片；無人機攝影；人工巡查

DOI：10.20005/j.cnki.issn.1674-8697.2024.06.007

0 引言

特定文化遺產或歷史遺跡的賦存環境包括遺存存在所依托的自然與社會、經濟及人文環境，是其本體建造、應用及保存至今的長期過程中自然與人文相互作用的結果。1964年發布的《威尼斯憲章》闡述了歷史古跡保護與環境的關系，作為《威尼斯憲章》的補充，1987通過的《華盛頓憲章》進一步擴大了歷史古跡保護的概念和內容，認為環境是體現真實性的一部分，外部環境的保護對于歷史遺跡的保護尢為重要。穩定、適宜的環境是歷史遺跡能夠長期、良好保存的重要條件；相反的，賦存環境發生明顯的、不可逆轉的變化或破壞，也是對歷史遺跡保存狀況不可忽視的預警。汪怡珂等①根據文物的賦存環境是完全自然環境（自然大氣、土壤或水環境）、人工營造環境以及人工營造與自然環境共存的環境，將文物的賦存環境分為全暴露自然環境、半暴露自然環境和人工營造環境。嘉峪關作為長城遺產的重要節點，其賦存環境屬于接近城市的全暴露自然大氣環境，對于此種類型的遺產賦存環境監測往往偏重于氣象要素、大氣質量以及地震和振動效應的監測，而環境風貌作為珍貴文化遺產賦存環境的直觀展現應該受到持續的關注、監測和管控，尤其是在極容易受到旅游開發和建設活動擾動的情況下。

“遺產真實性”是列選世界文化遺產的原則性評審標準之一，是理解遺產價值的基礎，也是對遺產進行科學研究、保護、規劃及利用的基礎，其主要內容就包含了“位置及環境原真性”“精神與感受原真性”以及“其他內部及外部因素的原真性”。賦存環境的完整性是變更演化過程中相對穩定的景觀環境、人為建構筑物等地物空間邏輯關系的完整性。對這種空間格局相互關系的維系，更能體現遺址內涵的復雜性與對其空間邏輯可認知性的要求，也更與遺產整體性保護的需求相吻合。嘉峪關遺產地從2014年開始持續關注遺產本體對于氣象環境變化和局部微環境波動的響應，對木建筑關鍵結構、空間的局部風速與溫濕度實施長期監測，同時也監測了多處大環境的氣象情況，將遺產本體病害與載體要素更科學地開展關聯性分析，為保護管理提供了系統、可靠的信息支撐。對于環境風貌的監測也從簡單的攝影資料比對、衛星圖片比對逐漸發展完善成為“大面積的衛星圖片對比+小區域的無人機攝影資料比較+細部人工巡查”的監測方式，通過對要素變化從宏觀到細節的關注和分析，全面、準確地掌握遺產保護區內環境風貌遷變的情況，及時評估賦存環境因素對遺產真實性、完整性的影響，聚焦關鍵要素進行重點監測，必要時做出預警和反饋。

1 大范圍衛星圖片比對

通過衛星遙感等技術可以將一個區域內的景觀風貌和土地利用情況形成衛星圖片，將同一地域前后兩個不同時期的衛星圖片進行疊加對比后，能夠掌握該區域地理要素、土地利用變化情況，對發生變化的地塊逐一進行核查，評估區域內自然資源管理秩序。衛星圖片是文化遺產、歷史遺跡賦存環境監測的重要工具之一。通過分析衛星圖片，可以識別地表的不同特征，如地塊、構筑物、地形變化等，這些特征可能指示著引起環境風貌重大改變的風險。比如：水土流失、坍塌、建筑活動等，尤其是分布在偏遠位置的遺址遺跡，缺乏對環境風險的長期跟蹤監測，極容易導致此類變化引起的本體嚴重性傷害。所以，定期進行文化遺產周邊環境大范圍的衛星圖片比對，可以引導監測、巡查人員及時跟進關注遺址、遺跡賦存環境的情況，有效阻止由環境要素變化導致文化遺產破壞的可能危害。

目前，能夠獲取到的衛星圖片精度多在1～2.5m級，有的甚至能夠達到0.6m的精度，資料信息一般每年都會更新，一部分衛星圖片刷新周期更短，有較強的現實性。衛星圖片比對的突出優勢是覆蓋面積大、宏觀性強，而且由于觀測平臺高的緣故，圖片的幾何畸變也小，用于大面積地塊的調查可有效提升效率。當然，衛星圖片調查比對也有其局限性，主要是地面分辨率低，成圖比例尺偏小，小尺度的變化不容易識別，而且衛星圖片一般不具備立體觀測特性，不便于立體觀察。近年來，為優化城市發展規劃布局，完善區域路網結構，先后有幾條公路鋪筑或穿行長城，或與墻體相隔并行（圖1），雖然這類工程建設嚴格遵守文物保護的法律法規，沒有對長城本體及建控區域造成重要影響，但是由此帶來的長城遺產周邊環境風貌的變化也能從衛星圖片中有所窺見。此外，一些管線敷設和小體量建設活動引起的地貌遷變也可以在衛星圖片比對中被發現。

2 小區域無人機攝影監測

無人機航空影像是低空航空攝影，目前已經越來越多地應用于長城的測繪、巡護工作，是重要的數字化信息采集手段。相較于衛星圖片，無人機航空影像每幅圖片范圍較小，但分辨率較高，影像清晰而且細致，反映的地物也較豐富，比較容易判讀。在測繪應用方面與傳統的地面測繪技術相比，無人機攝影測量技術具有操作簡便、外業作業效率高、內業數據處理快、模型效果更真實等優勢，還能觀測到一些因地形原因而無法觀測的盲區。無人機傳回的影像畫面、位置等信息輸入數據庫，同一位置的多張照片進行疊加、對比后，可清晰地看到長城周圍地貌環境的變化。無人機航測技術推動了文化遺產領域測繪、監測、巡查方式精細化、簡易化的突破，也使得文化遺產數字化的工作有了更便捷實現的可能性。

但是從獲取成片的角度比較，無人機航空影像需要的工作周期較長，實現難度也較大，而且圖片屬于中心投影，如果疊加飛機飛行姿態不平穩造成的較大畸變，校正處理也比較復雜。針對無人機原始遙感影像畸變和失真情況，必須對遙感影像進行幾何處理，提取空間信息后按正確的幾何關系對影像灰度進行重新采樣，形成新的正射影像，就能夠通過真實的影像、豐富的色彩客觀反映地表現狀，具有地面信息豐富、地物直觀等特點，并且數據結構簡單，有良好的判讀與量測性能。作為“長城-嘉峪關”遺產地實施賦存環境監測的重要技術措施，無人機攝影監測的應用取得了明顯的效果，不僅可以根據監測的需要靈活規劃監測的區段，而且能夠通過控制航飛高度獲得理想精度的影像資料，實現對目標區段長城遺跡兩側水道變化、地貌變更、植被生長情況的監測（圖2），極大地豐富了文化遺產賦存環境監測工作的內容，提升了相關工作的科學性、系統性，大量精細、直觀的影像資料也為保護管理、價值研究工作打下了扎實的數據基礎。

3 人工巡查

現場記錄是文化遺產監測工作中最真實記錄本體病害、賦存環境狀況的第一手資料，是不斷完善監測資料的最主要途徑，現場記錄的內容翔實，格式多樣，可通過文字描述、圖紙標示、圖片影像以及可量化的現場記錄表對監測工作現場資料進行不斷完善和規范②。其中，圖像記錄借助攝影技術能夠準確記錄病害和環境的細節，為遺產保護提供直接的參考依據，作為直接記錄現場狀況的關鍵環節，攝影資料對于操作實施的要求也較為嚴格，不僅要克服地形地貌的限制，還要排除地域條件的干擾，由于可視角度范圍偏小，角度定位也會受到影響。所以圖片記錄人員需要具備一定的技術素養，通過利用、調節光影條件，加強畫面的空間感和立體感，創造氛圍，突出主題，使巡查照片能夠直觀、準確地反應本體病害和賦存環境狀況的特征，為后續的資料復核、影響評估等工作提供規范的參考依據。

直面遺產的人工巡查應結合遺址本體特點，多樣式記錄，發揮每一種記錄方式的作用和優勢。現場記錄需要從多方面、多角度、多層次出發，采用多種方式記錄遺址本體病害和賦存環境的相關狀況，完整的現場巡查記錄包括文本表格、照片影像等綜合記錄方式。巡查工作必須在長期的實踐鍛煉、磨合中才能形成適應遺產地監測工作需要的經驗技術和方法，所有工作的程序和流程以及資料制作管理也需要在經驗成型后形成制度，才能確保巡查工作的連貫性和完整性。嘉峪關遺產地關于本體病害及賦存環境情況的監測進行了長期的探索和實踐，在充分利用各類儀器設備量化監測之外，巡查與記錄工作也積累了豐富的實踐經驗（圖3），形成了系統的工作制度。每年度定期巡查記錄市轄區境內烽火臺、營堡遺址的病害和環境狀況，并形成監測報告對保存狀況進行評估。不定期的巡查監測主要是圍繞破壞和威脅因素展開，如車輛闖入、垃圾傾倒、旅游不文明現象以及強降水與強對流天氣后的反應性巡查。此類病害、現象量化評估較難，只能以真實、細致的照片資料和現場記錄作為最主要的監測記錄和檔案管理手段。

4 結論

珍貴歷史遺跡、文化遺產的賦存環境真實地記錄著全部過去氣候變化和地質變遷的特性，是遺址、遺跡環境變化的“記錄本”。雖然氣候環境、地質條件是不斷變化的，但為了保持文化遺產的原真性與完整性，可以應用多種平臺的遙感、監測技術建立一個系統性的賦存環境監測機制。

①嘉峪關遺產地監測工作的一些應用效果表明，衛星圖片的比對在大范圍的環境變化感知方面具有優勢，可以反映出大尺度地貌環境變化的信息；無人機攝影監測有應用靈活、畫面相對精細的特點，在小區域的巡查中可以發現衛星圖片中無法體現的環境要素變化；人工巡查是最容易實現，也是最直接面對文化遺產的監測方式，可以獲得以上兩種方式無法達到的立體化觀感，巡查資料能夠真實記錄、反映環境風貌變化的具體細節。

②單一方法應用的效果是局限的、片面的，所以有必要從監測工作的實際需求出發，充分利用衛星圖片對比、無人機攝影、人工巡查的應用優勢，建立一種“大面積的衛星圖片對比+小區域的無人機攝影資料比較+細部人工巡查”的監測方式，靈活調整各種方式的應用深度，在最小成本的條件下，充分利用空間信息技術的監測、預測分析能力，強化多技術應用的融合互補，達到最適用監測效果。

文化遺產監測、保護工作不能弱化周邊載體環境的管控，通過系統、科學地對地貌環境開展監測，結合氣象、水文環境的監測數據，不斷完善文化遺產賦存環境和保護工作的數據信息體系，可以更加真實、直觀地表達歷史遺址、遺跡的賦存環境情況，由此加強文化遺產本體與賦存環境的研究，主動有效應對包括氣候變化、人類活動在內的風險因素產生的影響，增強文化遺產賦存環境的韌性，高效地提升遺址文物預防性保護技術水平。

注釋

①汪怡珂，羅昔聯，陳思宇，等.文物的賦存環境及其預防性保護問題[J].文物保護與考古科學，2020，32（2）：95-102.

②裴強強，郭青林，楊善龍，等.巖土類遺址保護工程檔案編寫初探[M].北京：科學出版社，2016.