吐鲁番文物遗址地理空间信息化发展与思考*

徐佑成 李辉朝

吐鲁番文物遗址地理空间信息化发展与思考*

徐佑成 李辉朝

近年来，在国家的重视下，吐鲁番文物遗址考古调查、发掘、保护与展示利用工作逐步得到实施，大量文物遗址的主要病害得到有效控制，文物价值得到较好展示。如大遗址交河故城、高昌故城、柏孜克里克千佛洞、吐峪沟石窟、坎儿井水利工程、长城资源烽燧等，各项文物保护工程正全面实施。由于地理空间信息技术在文物遗址中的应用与发展起步较晚，吐鲁番文物遗址的地理空间信息化及监测预警工作还处于发展阶段。文章就吐鲁番文物遗址本体保存现状，结合国内外地理空间信息化发展，对吐鲁番遗址地理空间信息化进行分析，提升考古挖据、文物保护及开发利用水平。

吐鲁番 文物遗址 地理空间信息化

一、吐鲁番文物遗址概况

吐鲁番位于新疆的东部，是四大文明的交汇地，是古代“丝绸之路”的重要枢纽。由于特殊的自然环境，该盆地保存有大量丰富的文物遗存，种类繁多。据第三次全国文物普查统计，吐鲁番不可移动文物增至1491处，新增1277处。其中，世界文化遗产3处，全国重点文物保护单位13处，自治区级文物保护单位37处。同时，大量新类型文化遗产不断呈现，如：长安-天山廊道的路网、唐代西州13条交通路线、长城延续-烽燧、坎儿井等。吐鲁番文物遗址主要集中分布于火焰山以南，艾丁湖以北范围内，呈网状分布。

吐鲁番文物遗存类型多，如石窟、墓葬、城址及建筑等，大部分遗址为土遗址，本研究将依据遗址范围面积大小分为两类(图一)，一类(遗址范围>10公顷)：大型遗址高昌故城、交河故城、洋海古墓群、柳中古城、柏孜克里克千佛洞、胜金口石窟、吐峪沟石窟、阿斯塔那古墓群、让布公商城址及苏公塔(含安乐古城)等。二类(遗址范围≤10公顷)：阔坦吐尔古城、拉木帕公相城址、阿萨协亥尔古城、大墩古城等。此次将依据遗址范围面积大小，对遗址地理空间信息化现状进行分析，对遗址今后地理空间信息化的发展方向提出一些想法，为文物遗址保护与管理提供合理化意见。

吐鲁番重要文物遗址范围面积统计表

图一 吐鲁番文物遗址范围面积大小分布图

二、吐鲁番文物遗址地理空间信息化与监测预警现状

吐鲁番文化遗产地理空间信息建设管理与环境监测预警方面起步较晚。2008年，在国家文物局、自治区文物局的重视下，初步建立了第三次全国文物普查管理系统，长城资源管理系统，以及坎儿井管理系统。该数据库系统建设在文物遗址保护中起到了积极作用，不过在遗址地理空间信息化建设方面较为简单，仅反映了遗址的分布相对位置，对文化遗产的空间信息化应用远远不够。遗址地理空间信息化建设对于了解历史发展的轨迹、演变规律有着十分重要的作用。近年来，我市在文物遗址地理空间信息化方面做了大量实验性的研究工作，特别对于大型土遗址进行了有益的尝试，积累了大量经验和基础材料。从吐鲁番地理空间信息化发展进程来看，共经历了三个阶段，第一阶段，采用平板仪及全站仪绘仪器对遗址保护范围进行专题测绘，结合传统调查，对遗址形制及分布情况有了详细的记录，形成了专题地图，此阶段测绘成果受人为因素影响较大，文物遗址信息量提取也因人而异。第二阶段，采用航拍与RTK技术对遗址保护范围进行高清晰、高精度的航拍与测绘，该阶段空间信息化有效保存了遗址真实性与完整性问题，RTK测绘技术结合航拍资料，极大地减少了室外的作业时间，提高了工作效率与测绘的精度和质量，获取航片资料覆盖面广、分辨率高，对于遗址的监测预警有着独特的优势。第三阶段，针对目前，不适宜航飞的石窟或地下墓葬遗址，采用地面三维激光扫描与近景摄影技术对遗址进行测绘，建立三维数字化成果，实现遗址全方位、近距离的漫游展示。

应当说，地理空间信息技术的发展，有力的推动了文物遗址保护与研究成果，但在实际应用中，该技术与文物遗址并未得到有效结合，两者普遍存在分离的现实问题。比如，文物遗址在监测、编制规划、设计方案及考古过程中，需要对遗址进行多次重复测量，现实的测绘机构难以做到常态定期测绘，同时文物工作者对空间信息技术的认识与理解存在诸多困难。再有，文物遗址空间化信息化成果也不尽相同，缺乏进行有效整合，导致信息化资源的重复与浪费。目前，我国对遗址地理空间信息化建设尚未形成统一的标准与规范。本文将从文物保护与研究角度，结合近年来吐鲁番开展遗址地理空间信息化工作，提出一些切实可行的文物遗址空间信息化建议，提高地理空间信息化成果的利用率，使成果资料更为科学与规范。

三、吐鲁番文物遗址地理空间信息化技术具体案例

随着科学技术的不断发展，各种空间信息技术在文化遗产保护方面广泛应用，使文物保护与研究水平显著提高，做好遗址本体空间信息化建设有利于文化遗产有效保护与管理。基于吐鲁番特殊的地理环境，丰富的文物资源，开展文物地理空间信息化研究与试点，对于深入研究文物遗址历史价值有着重要的意义。现将近年来地理空间信息技术在吐鲁番遗址中的具体应用进行简要介绍，并针对遗址地理空间信息化应用中的特点进行分析。

3.1交河故城空间信息化建设研究

交河故城为公元前2世纪—公元14世纪位于丝绸之路沿线天山南麓吐鲁番盆地的重要中心城镇遗址。其遗产区面积680.33公顷，涉及范围大，建立符合大遗址地理空间信息化建设十分必要。作为世界文化遗产，交河故城空间信息化建设大致经历了三个时期。第一个时期为2008年，利用地面激光扫描技术、遥感技术、现代摄影技术完成了交河故城大佛寺空间信息化建设试验研究，为文物遗址本体提供真实可靠的数据档案，实现遗址空间信息的多方位可视化，提升交河故城遗址的科学保护与考古研究能力，推动了大型文物遗址保护、预警和研究；不足之处，由于遗址空间信息化包含数据存储量巨大，影响数据实时可视化速度，在文物遗址展示宣传方面需要提升。第二个时期为2013年，此次采用航拍技术与地面激光扫描技术对遗址保护范围部分区域建立了空间信息化，并对重要遗址区域进行了三维空间信息化建设(图二、图三)；不足之处，未建立遗址地理空间信息化系统，未能对遗址进行有效整合与复原。第三个时期为采用遥感技术、地理空间信息技术、数字摄影三维建模技术对交河故城实施的三维建模空间信息化建设。实现从空中和地面等不同角度浏览和欣赏文化遗产留存的丰富历史文化信息，同时为游客在网上身临其境体验文化遗产提供了新的展示平台，该项技术集成了多项技术，对遗址可起到较好的保护与展示，但在遗址监测预警方面还有待提升。

图二 交河故城大佛寺三维数字化成果截图

图三 交河故城东门三维建模成果截图

3.2 高昌故城空间信息建设与考古调查

高昌故城是公元前1世纪至公元14世纪丝绸之路东天山南麓吐鲁番盆地的第一大中心城镇，遗产区面积459.97公顷。2014年，项目组对高昌故城开展的超低空航空摄影测量，以获得遗址正射影像图；根据航拍影像数据，配合地面测绘数据构建遗址的二维平面图和全局彩色三维模型。结合地球物理探测与考古钻探方法，探测到高昌故城的城门、道路(包括地上与地下的文物遗存)、建筑区域格局等(图四)。通过对遗址试点研究，建立高昌故城空间信息化建设系统；同时将探测的高精度磁测和电磁波成像平面数据融入该系统，将考古解释结果赋以属性意义，从而形成一套带有地球物理考古调查和解释多重属性的空间信息化系统，使城址功能布局更为直观。此次研究，首次利用多种空间信息技术对地上、地下文物遗址建立三位一体的遗址信息建设，应当说此次研究对未发掘地下文物遗迹建立空间信息提供了方向。

图四 高昌故城地球物理调查项目试验工区测量结果及推测解释平面图

3.3 吐峪沟石窟地理空间信息化建设研究

吐峪沟石窟始凿于公元5世纪前后，经历了沮渠氏北凉政权、麴氏高昌(公元5-6世纪)、唐西州时期(7-8世纪)和高昌回鹘时期(9-13世纪)等不同的发展阶段，是已知的吐鲁番地区开凿时间最早、规模最大的佛教石窟群，也是古“丝绸之路”新疆段吐鲁番地区沿线上一处重要的佛教遗迹。在此发掘出的书写于晋元康六年(296)的《诸佛要集经》写本残片，是我国现存最早的、有明确纪年的汉文佛经文献。

为真实、全面地保存并延续其历史信息及文化价值，本研究采用三维激光扫描和摄影测量相结合的方法，对吐峪沟石窟具有代表性的洞窟(以壁画窟为主，并兼顾洞窟的不同形制)进行精细三维扫描、影像数据获取和高清纹理映射，建立精细三维数字模型，为吐峪沟石窟重点遗存现状记录、建档、展示、宣传、研究等提供真三维数据(图五、图六)。同时对吐峪沟石窟沟谷两侧崖壁立面进行1∶100比例尺数字正射影像图制作，以影像方式实现对崖壁洞窟空间分布以及现存主要病害现象的直观和形象描述。

三维激光测绘技术在吐峪沟石窟遗址得到了很好应用，同时获得了多项真实、准确、详实的数据成果，有效保存了洞窟遗存信息，为今后的保护、研究、展示及利用提供了重要数据支持。该项技术在吐鲁番文化遗产中有益的尝试，形成出一套行之有效的方法，提高了文化遗产保护的科技含量和精细化、标准化水平，为吐鲁番乃至新疆文化遗产保护提供了新的思路和途径。

图五 44号窟整体白模图 图六 44号窟彩色纹理模型图

3.4 吐鲁番土遗址地理空间信息化建设与调查研究

土遗址是古人在长期的生活和生产中，依靠当地气候环境、自然资源，因地制宜而创造出来的文化遗产，吐鲁番有近80%遗址为土遗址，分布区域广，基本位于野外，保护难度大。运用空间信息技术对土遗址进行保护与监测预警研究，无疑为文物保护与研究领域新方法。2015年结项的国家社科项目《基于空间信息技术的吐鲁番地区大型土遗址考古与保护研究》，该项目利用空间信息技术，结合野外实地调查法、文献研究法、实证研究、无损探测法和定量分析方法，分析了土遗址环境情况及地表环境类型时空变化情况，定量地分析了土遗址病害和所在环境的发展变化情况,进行了土遗址生态安全动态评价以及病害分析与价值评估，实现了基于探地雷达技术的土遗址裂隙病害分析。应当说，此次利用空间信息化技术对吐鲁番大遗址展开了较为深入的研究，获取了多项地理空间信息化研究成果，证实了地理空间信息技术在文物遗址应用中的多样性与可行性。

图七 高昌故城60年代遥感影像图 图八 高昌故城2008年3月快鸟遥感影像图

四、地理空间信息化技术在文物遗址中应用的思考

随着测绘设备及软件技术的不断发展，地理空间信息化技术与方法也呈现多样性，如遥感、全球定位技术与地理信息系统的结合，三维激光扫描技术，以及近景摄影技术与计算机技术的融合。多种技术的综合应用，有利于高效解决文物遗址在考古发掘、保护及利用中存在的难题。在实际应用中，由于文物遗址存在形制大小、类型等不同，同时文物遗址展开的项目要求不同，采用的技术与方法也不尽相同。近年来，在吐鲁番文物遗存地理空间信息化的应用案例中，开展了大量的文物遗址三维空间信息化课题研究工作，由于每个项目研究侧重点与方向不同，一直未建立统一规范的文物遗址空间信息化系统。目前，吐鲁番文物遗址空间信息化建设已具备了大量的研究基础和实践经验。针对吐鲁番文物遗存保存现状，结合当前空间信息技术的发展，吐鲁番的高昌故城、交河故城、柳中古城等大型遗址，已形成了大量的历史、地理及环境空间信息化基础资料，对现有资料进行整理与补充，可构建大遗址空间信息化管理系统，同时加强定期采集高分辨率的遥感影像，对其遗址环境进行常态对比监测，将极大提升文物遗址保护管理水平。吐鲁番中小型遗址，如阔坦吐尔古城、让布公商城址、拉木帕公相城址、阿萨协亥尔古城、安乐古城等，在面积上属于中等，采用当前较为成熟的无人机航拍，结合测绘技术，建立遗址地理空间分布形态研究，对遗址进行监测与管理，有利于文物实时保护与管理。

五、展 望

可以说，地理空间信息技术在文物遗址考古调查、监测及保护方面是非常有效的。我们应利用地理空间信息技术的优势，结合传统方法，对遗址进行科学全面的分析，挖掘文物历史价值，提高文物保护管理水平。当前，地理空间信息技术在文物遗址保护中的应用日益广泛，正逐步走向成熟。

针对如何做好今后吐鲁番文物遗址地理空间信息化的问题，结合吐鲁番遗址空间信息化案例及国内外文化遗产空间信息化发展历史和现状，我们认为：

首先，应加强遗址的新老遥感数据的积累，遥感数据直观真实的展现了遗址保存的现状，有利于对遗址空间信息进行科学解读。同时，做好不同时段的遥感数据的对比分析，有利于对遗址时空变化情况进行科学监测，为遗址下一步保护提供决策和依据。

其次，无人机航拍、航摄技术已成为中小型文物遗址考古发掘、保护与管理的重要信息技术手段，我们应加强地理空间信息新技术、新方法的应用与研究，尤其是航空、倾斜摄影测量、近景摄影测量和3D GIS软件的综合管理与分析方法在文物遗址考古研究。

再次，将虚拟现实、增强显示技术与考古、探测、环境等学科进行有效结合，制作大众喜闻乐见的文化产品，使游客能体验到古人生活的现实场景，真正将文物遗址历史价值展现和利用好。

总的来说，通过地理空间信息技术在文物遗址中的综合应用，我们将从大至整个区域文物遗址，小至一个探方或一件文物，均可依照文物数字化标准和规范建立系统，进行有效管理和展示，真正实现将文物保护成果惠及广大群众。

[1] 高飞、王心源等：《3S技术在遗址探查中的应用》，《文物保护与考古科学》，2009年第4期。

[2]江红南、李肖等：《集成空间信息技术的大型土遗址信息化保护》，《测绘科学》2012年。

[3]骆社周、习晓环等：《 激光雷达遥感在文化遗产保护中的应用》，《遥感技术与应用》，2014年第12期。

The Development and Reasoning on Geospatial Information of Turfan Cultural Relics Sites

Xu Youcheng & Li Huichao

Recently, in recognition of the country, archaeological inspection, excavation, preservation and presentation work of Turfan's cultural relics have been carried out gradually, and many Pests and Diseases of cultural relics have been controlled effectively and their cultural relics value were also well displayed. Such as Yar Sites, Kotcho City, Beziklik Grottoes, Tuyuk Grottoes, Karez water conservancy project and resources of The Great Wall etc. all kinds of projects of cultural relics are ongoing. As the geospatial information utilization in the protection of cultural relics sites starts very late. The work of Geospatial information of Turfan cultural relics sites and environment monitoring are just in the development stage. This work will analyze geospatial information of Turfan cultural relics sites in the light of current situation of Turfan cultural relics sites, combining with the development of geospatial information domestic and overseas, to promote the level of archaeological excavation, cultural relics preservation and development and utilization.

Turfan; Cultural Relics Sites; Geospatial Information

吐鲁番学研究院课题“柳中古城形制布局时空演变研究”(TX2012-017)资金资助。

吐鲁番学研究院)