颐和园世界文化遗产监测预警系统的设计与实现

赵霞，丛一蓬，秦雷，闫晓雨，常少辉，孙伟

（颐和园管理处，北京 100091）



颐和园世界文化遗产监测预警系统的设计与实现

赵霞，丛一蓬，秦雷，闫晓雨，常少辉，孙伟

（颐和园管理处，北京 100091）

摘 要：从研究背景、设计与实现、重点监测数据采集与分析等方面介绍了世界文化遗产地北京的皇家园林——颐和园在建设世界遗产监测预警系统时进行的探索。对颐和园世界文化遗产监测工作系统组成、监测工作内容以及系统设计与实现中发现的问题进行了分析。

关键词：世界文化遗产；监测预警系统；设计

1　研究背景

颐和园是清代皇家园林“三山五园”之一，作为中国现存最完好、规模最宏大的古代园林和世界级的文化瑰宝，是北京古都风貌的重要组成部分和标志性人文景观之一，年接待中外游客上千万人次。 1998年以“世界几大文明之一的有力象征”之崇高评价被列入《世界遗产名录》。2012年4月12日颐和园世界文化遗产监测中心正式挂牌成立，同时成立颐和园遗产监测领导小组，监测中心设立专职负责人，组成多专业知识背景的人员团队。在全园实行二级监测执行模式。致力于建立具有颐和园特色的遗产监测管理体系，全面推动颐和园保护管理工作向科学化、标准化、制度化方向发展。

为规范遗产监测工作，使颐和园遗产监测工作与中国文化遗产监测工作保持方向一致，并使颐和园遗产监测保护人员更加明确遗产监测保护的内容和方法，颐和园与中国文化遗产研究院合作，重点开展了制定颐和园遗产监测规划、建立颐和园世界遗产监测指标体系和编制监测预警系统方案的工作，并同时开展了古建、山体、古树、彩画、古墓葬等遗产要素的监测工作。在采集这些遗产要素的基本信息和监测数据后，我们发现遗产保护部门与监测部门的人员在监测对象与内容等认识方面有着一定的差异，而将这些遗产保护部门采集来的监测数据与既定的监测指标之间保持对应关系是使监测工作有序规范进行的必要条件。因此在2014年，通过梳理遗产要素分类、采集遗产要素的基本信息、病害信息、维护信息，采集遗产地基础信息，建立监测指标模块、预警模块、监测法规依据等，开发建立了颐和园遗产监测预警系统平台。

2　系统设计与实现

颐和园遗产监测预警系统由遗产地基础信息管理、监测法规依据、遗产要素信息管理、监测指标管理、预警信息管理、地理信息系统、监测报告、系统管理等模块组成。包含大戏楼变形监测、大戏楼震动监测、全园微环境监测、客流量监测、万寿山水土流失监测、彩画监测、古树名木监测、灾害与软环境监测、培训监测、保护与展示工程监测、新建项目监测等监测子系统。

颐和园的古建筑、古树名木、可移动文物等遗产本体众多，在以前信息化建设项目的基础上，颐和园遗产监测预警系统目前完成了5大类35子类遗产要素图层的建立，包括山体、水体、古遗址、古建筑、古树、雕塑、碑刻等专题图层，已收集全园17座山体、16处水体、711座古建筑、58处假山叠石、1 601棵古树、426个露天陈设文物等共10 000多个遗产要素单体的基本信息，每个单体均包括资源分布空间数据、属性数据、照片及文字介绍等不同形式的数据，拍摄、扫描、收集遗产要素单体或局部的测绘图以及单体或局部影像等资料50 GB数据进入数据库。

2.1遗产地基础信息管理模块

由遗产基础信息、保护管理与文献3部分组成。包含了颐和园申遗文本、突出普遍价值、定期报告、遗产总图、遗产要素清单与分布图、卫星影像与航拍、保护管理规划编制记录、保护区划图、专项保护管理规章制度、志书史书与专著等国家文物局要求监测的33项内容。可按照中国文化遗产研究院的要求，将采集的数据录入系统并显示。

2.2遗产要素信息管理模块

以颐和园文物保护规划、总体规划、文化遗产监测规划为依据，将颐和园五5类遗产要素（山、水、建构筑物、植物、陈设）的基本信息、图片信息、图纸信息、监测数据、预警数据、病害信息、维护记录、专题评估集中进行管理，可实现信息的查询、定位等功能。

2.3监测指标管理模块

以国家级监测预警指标为参照，可将颐和园监测指标分为遗产本体、保护管理、自然与社会环境3大类。遗产本体分为水，山，建、构筑物，植被和陈设5大类，共计116项指标；保护管理监测分为国际承诺、机构与能力建设、建设控制、保护展示工程等12大类，共计指标43项；自然与社会环境分为自然环境、社会环境、人文环境和软环境4类，51项指标。总计210项指标。构建了颐和园整体的监测预警指标体系，对监测类别、监测对象、监测点、监测部位、监测要素、监测设备等进行查询、新增和修改等功能设置。可通过该模块可完成监测指标的版本控制与配置，监测指标监测数据的动态维护。

2.4预警信息管理模块

由预警指标管理、预警等级设定、预警统计、预警查看、预警状态、处理评估、待复查、复查结果评估、误报警、预警结束10部分组成预警流程信息管理子系统。目前，根据已有的监测数据，可实现大戏楼变形、万寿山水土流失等预警。但由于预警值目前没有行业标准，处于摸索阶段，尚由经验测试值代替，预警功能还有待完善。

2.5地理信息系统模块

以颐和园测绘图为地图，可显示各遗产要素下子目录的遗产本体分布图，实现各遗产本体的定位查询，支持对相似遗产本体名称的模糊查询。包括山体、水体、驳岸、古建筑、古遗址、古墓葬、彩画、桥梁、复建建筑、墙、假山叠石、铺装与路面、花台、古井、古树、露天陈设、室内陈设等专题图层。

2.6监测报告模块

为减小数据引用误差对编制年度监测报告的影响时数据引用的误差，研发的监测报告模块以中国文化遗产研究院制定的年度监测报告模板为纲，可将颐和园遗产监测预警系统中有关的监测数据及其与上一年度监测数据的差异按照年份进行提取，并显示在相应的段落内，生成年度监测报告初稿。编写者可在初稿基础上进行做进一步地分析与评估，也可根据年份对年度监测报告进行查询。针对某个监测指标或遗产要素的监测数据分析结果，形成的专家意见和专题报告也在此模块中收录。

2.7系统管理模块

可实现对系统的管理，包括遗产要素类别管理以及系统日志的综合管理。

3　重点监测数据采集分析

根据前期监测课题成果，基于已有的监测数据，还建设了大戏楼变形、震动监测预警综合模块、全园微气候监测模块、全园水土流失监测模块、鸟类监测模块、客流量监测模块。为使监测工作保持连续性，每个监测项目的文字、图纸、照片等监测数据都收纳于其中。

3.1在山体监测方面

万寿山水土流失一直是我们关注的山体病害问题，2013—2014年颐和园开展了万寿山水土流失监测。将万寿山划分为万寿山西侧、东侧阳面坡和东侧阴面坡3大块区域。每个区域内设5～7块监测场地，每块场地根据地形构造设置2～9根测钎，采取定期监测、系统分析的方法积累与汇总数据。期待经过数年的数据积累，可以摸索到水土流失的预警值，以预判在降雨后或一定时间段某一坡面的水土流失情况，提前进行有针对性的防护与治理。

3.2在古建筑监测方面

以德和园大戏楼为试点，打造多因素综合监测示范点。开展了涉及多个古建病害指标的变形自动监测（图1）、变形人工定期监测，以及引起古建本体变化的自然和社会环境因素监测，如震动和微环境对大戏楼的影响监测等项目。目前可以在监测预警信息平台实时获取大戏楼地基基础沉降、柱的弯曲、柱脚下沉、柱头水平移位、柱身倾斜、梁枋挠度等病害发展信息，以及振动加速度、风环境、温度、湿度、光照、辐射度、噪声频率、噪声声压级等环境因素变化信息，做好了单点多因素综合监测、协同评估病害预警值及其主要影响因素的数据准备工作。

图1　大戏楼变形自动监测报告

3.3古建筑彩画监测方面

开展了古建筑彩画信息及微环境监测方法研究。选取典型室外区域长廊，周期性地对其中16幅彩画本体的色度、明度、彩度等量化指标进行了3次为期2年的人工监测（图2），同时对彩画周边的微环境进行了实时监测。

图2　彩画指标监测数据

3.4古树监测方面

颐和园古树名木资源丰富，为了进一步保护这批活文物，颐和园与相关机构合作，以油松为主要监测对象，针对300株重点养护管理古树，安装了古树电子标签。电子标签与古树监测模块通过电子手柄终端进行连接，每一个电子标签内包含该株古树的基本信息和养护病历档案，实现对所标示古树的一站式管理。

图3　清可轩留云阁遗址监测报告

同时，颐和园还开展了清可轩（图3）及留云阁遗址监测（图4）、耶律铸夫妇合葬墓监测（图5、图6）、花承阁多宝塔三维激光扫描（图7、图8）、全园微环境监测等项目。这些早于监测预警系统平台的监测数据，可通过专题评估报告上传或物联网技术，集中显示在平台系统相应的遗产本体信息管理页和相关模块中。

图4　遗址监测现场照片

图5　耶律铸夫妇合葬墓三维扫描现场

图6　耶律铸北立面三维扫描模型

图7　多宝塔彩色模型多角度整体展示

图8　多宝塔整体底座精细扫描点云

4　结束语

上述这些子系统构成了较为齐全的颐和园世界文化遗产监测预警系统平台总体功能框架，实现了实时监测数据、仪器监测数据和人工监测数据的采集、传输、展现和分析统计。由于时间仓促，对世界遗产监测工作和颐和园历史的认识也有限，在遗产本体的识别与确认、遗产监测数据、预警数据的采集和使用方面理解还不深，还有许多监测数据没有在本期项目建设中采集到，颐和园遗产监测预警系统还有待于在使用中完善和维护。

但遗产监测预警系统的建立，明确了保护遗产本体及其形成的格局景观就是保护颐和园世界遗产突出普遍价值的保护管理理念，也明确了以此为核心的遗产监测工作的具体内容与方法，即监测对象不仅是遗产本体及其格局景观的变化，也有影响遗产本体的因素；有自然和社会因素，还有保护管理制度和行为。集中海量的遗产信息和遗产保护信息，有助于监测数据的积累、查询与分析使用，有助于制定制订更为及时有效的遗产保护计划，这些都在客观上起到了对颐和园遗产监测工作规范化的作用。通过预警值的设置与调整，为及时发现问题，查找导致问题出现的原因，研究切实可行的解决对策，提供了依据。同时，系统通过访问权限的分配，可根据需求有选择地面向遗产管理机构内各保护管理部门开放，为将监测工作融入到日常保护管理工作中，使监测数据服务于解决实际问题，避免只监测、不应用的情况，提供了信息化的条件。为将来使颐和园遗产监测工作与遗产保护管理工作更好的衔接，形成更顺畅的遗产监测保护工作流程提供了方法和便利工具。

（致谢：天津大学张龙、刘刚、巴振宁、杨建民、白成军等老师在采集数据工作中的帮助。）

动态信息

The Design and Implementation of the Early Warning System of the World Cultural Heritagemonitoring of the Summer Palace

ZHAO Xia，CONG Yipeng，QIN Lei，YAN Xiaoyu，CHANG Shaohui，SUN Wei
（The Summer Palacemanagement Office，Beijing 100091，China）

Abstract:From the research background，design and implementation，keymonitoring data acquisition and analysis is introduced in aspects of the world cultural heritage sites in Beijing imperial garden，the Summer Palace in the building of the world heritagemonitoring and early warning system to explore.To the Summer Palace world cultural heritagemonitoring system，monitoring work content and the system design and implementation of the found problems are analyzed.

Key words:world cultural heritage；monitoring and early warning system；design

中图分类号：G122

文献标志码：A

作者简介：赵霞（1970-），女，园林高级工程师，硕士研究生，主要研究方向为植物病理学、文化遗产学。E-mail：zx3499@sina.com.