大数据背景下科学保护文化遗产的探索

【摘 要】未来将是大数据引领科技发展的时代，“大数据”与“互联网+”环境下数字信息的获取、数据库建设、云计算、人工智能技术的应用等高科技手段，为科学保护文化遗产提供了新的技术支撑。本文以南京城墙为例，围绕南京城墙遗产保护管理的现状，分析南京城墙面临的破坏性影响因素，重点阐述运用大数据、物联网等先进技术，构建监测预警平台的必要性与可行性，论述南京城墙遗产监测平台在技术与机制方面的创新之处。

【关键词】破坏影响因素 大数据 物联网 遗产监测体系

南京明城墙始建于元至正廿六年（1366），全部完工于明洪武廿六年（1393），动用全国1部、3卫、5省、28府，152州县共28万民工，约3.5亿块城砖，历时达27年，终完成京师应天府四重城垣的格局。作为文化遗产，南京城墙具有突出的普遍价值：

①南京城墙具有突出的历史价值，通过对南京城墙的研究，我们可以了解当时的政权更替、城市交通发展、科技发展水平，地域文化差异等。

②南京城墙具有突出的科学价值。南京城墙是冷兵器时代中国古代筑城技术集大成之作，在城墙的整体规划、合理地利用地形地貌、建筑材料的研发、粘合技术的更新、建造技术的进步等方面都具有很高的科学价值。

③南京城墙具有突出的思想价值。南京城墙四重城垣的规划设计，不规则的形制，体现了道家“因地制宜、天人合一”的规划思想和朱元璋“君权神授”的思想。

④南京城墙具有突出的文化价值。南京城墙数亿块城砖砖文是中国现存的一组规模最大、历史文化信息极高的汉字书法砖文群。砖文中蕴含着明代为确保城砖烧造质量而施行的责任制、明初农村基层组织的变化过程、中国汉字在明初的简化字与异体字、中国民间的书法艺术与篆刻艺术、中国姓氏文化在明初的演变等多元文化信息。

因为南京城墙所具有的突出普遍遗产价值，在2012年，南京城墙作为“中国明清城墙”项目的牵头单位被列入中国世界文化遗产预备名单。然而，650年的岁月沧桑，南京城墙的四重城垣，目前皇城与宫城现存仅有午门、西安门、西华门、东华门、内外五龙桥等少数的几处遗迹，外郭早已湮没无存，仅余城门的地名流传至今。京城城墙总体格局保存较好，仍保存了25.091千米，但城墙本体存在渗水、风化、鼓胀、纵向裂缝等危险。同时，周边用地、地面交通、周边建筑及山體结构等都对城墙的保护环境存在不利影响。加强对南京城墙本体科学保护已迫在眉睫。

随着现代科学技术的发展，“大数据”的应用为文化遗产从单一的抢救性保护转变为兼顾抢救性与预防性保护提供了强有力的技术支撑。在维基百科中，“大数据”的定义是指无法在一定时间内用常规软件工具进行抓取、管理和处理的数据集合。依托“大数据”，结合现代软件工程技术与物联网技术，国内遗址类博物馆纷纷开展了预警平台建设，如北京故宫的“平安故宫”项目、敦煌莫高窟的“莫高窟”监测体系。随着“中国明清城墙申遗”序时的不断深入，南京城墙也在不断加大监测预警平台建设力度，在南京城墙遗产监测管理工作的实际操作方面做了诸多探索。

一、南京城墙目前面临的破坏性因素

2016年，南京城墙博物馆为加大南京城墙遗址保护力度，委托专业机构对南京城墙现状进行了现场勘查，得出以下评估结果：

（一）南京城墙面临的主要风险问题

①城墙本体主要存在鼓胀、风化、脱落、渗水、泛碱、裂缝、沉降、变形、位移、垮塌等病害，这些是影响遗产安全保存的主要风险；

②过境交通对本体的振动影响，容易导致城墙沉降、裂缝和坍塌；

③城墙两侧用地容易导致安全隐患；

④外郭保护状态存在风险，基本上很难寻找遗址、遗迹；

⑤城墙周边部分地段护城河水体状况较差、水体环境复杂；

⑥城墙本体及周边植被较为丰富，根系深入城墙。

（二）南京城墙的主要城门主要面临的风险问题

城墙本体受自然老化、植物生长、外力原因造成的风化、脱落、裂缝、沉降、变形、位移、垮塌等病害，是影响南京城墙遗产安全的主要风险。过境交通对本体的振动影响，容易导致城门沉降、裂缝和坍塌事件。城门两侧用地容易导致安全隐患。

综上所述，对照《南京城墙保护管理条例》，在南京城墙一般地段和特殊地段范围内，城墙本体及城门建筑均不同程度受到多种破坏因素的影响。影响因素包括：首先是社会因素，主要包括过境交通、房屋建设、人防工程与旅游压力；其次是植物生长因素，主要包括地面乔木、草本植物、青苔和霉菌；最后是自然环境因素，主要包括冻融、降雨、山体滑移、岩体风化、风蚀、泛碱、钟乳石等。

二、南京城墙遗产监测管理工作的探索

（一）南京城墙预警监测平台建设的进展情况

在南京城墙一般地段和特殊地段范围内，城墙本体及城门建筑面对着多种破坏因素，2010年南京城墙博物馆对南京城墙部分点曾布设过振弦式测缝仪、电子全站仪等仪器，通过定期收集数据来评估城墙本体的健康情况。但这套监测系统不能无线传递数据，因此无法对监测数据实行评估。为此，南京市委、市政府投入3000万元建设城墙监测预警平台，进一步加强了南京城墙遗产监测管理工作。在2016年11月，《南京城墙监测预警平台可行性研究报告》获市发改委批复，“建立南京城墙遗产监测预警平台体系”也被正式写入前不久出台的《南京城墙保护和利用两年行动计划（2017-2018年）中》。

（二）南京城墙预警监测平台需要实现的目标

此次“南京城墙预警监测平台”项目，平台的设计需要实现三个方面的目标：

1.建设监测指标体系

根据砖石结构的本质情况，参照《中国世界文化遗产监测预警指标体系》的要求，设立符合南京城墙的监测范围、内容和指标体系。

2.建设基础设施与运行环境

为满足平台的运行和使用要求，设计平台运行所需的数据中心。例如机房建设、监测展示环境、服务器系统、存储系统和安全系统。

3.建设集遗产监测、保护于一体的管理平台

該平台包括有应用支撑：设计平台管理系统运行所需要的应用环境，例如消息中心、数据库设计、数据应用集成等；遗产监测：实现对遗产的数字化管理，包含南京城墙的基础资料管理、遗产监测、自动预警到决策分析、实现流程化、可视化的管理城墙遗产；遗产保护：实现对南京城墙的馆藏文物征集、管理、修缮、修复的制度化和规范化管理，实现对文物的征集、出库、入库、管理和统计等需求；数据集成：与外单位的实时监测系统数据集成。

（三）南京城墙预警监测平台技术手段的创新

平台总体架构设计囊括了从遗产监测、保护到监测数据集成三个方面，采用了前沿的监测管理技术手段。

1.空间信息技术

空间信息技术也称“3S”技术，即由地理信息系统（GIS）、全球定位系统（GPS）和遥感测绘技术（RS）三大技术构成。地理信息系统技术等检测方式可以实现将各个异常点发生的微小变化及时掌握，有效提高了指标的精确度。通过空间信息技术，可以实现对城墙中总体格局变化的监测，主要包括一般地段与特殊地段的外边界变化、遗产要素迁移、城墙城门格局的变化、山形规模形态变化、水系规模形态变化等。

2.物联网技术

物联网（ITO）通过射频识别、红外线感应器、全球定位系统、激光扫描仪等信息传感设备，按约定的协议，把物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理。一方面利用传感器设备，自动获取监测数据，主要是针对城墙本体和周边的水体，以可量化的方式（如裂缝、位移、倾角、沉降、水质、水位、流速）采集各种对象的实时数据，利用视频摄像头可对游客量、游客行为进行监控；另一方面，根据对城墙管理的风险等级，设立四级预警机制，进而设计相应的等级阈值，当该阈值的条件满足时自动促发预警事件，从而实现监测管理工作的智能化。

3.大数据应用

预警检测平台设计的应用支撑分为大数据中心、消息中心和平台管理三个部分。大数据中心将本体基础数据、监测数据、巡查数据等进行统一的数据采集、整理、入库，实现对数据和文件的集中管理。在此基础上建立专业分析模型，最终形成城墙文物管理监测预警大数据系统，通过分析结果为城墙本体保护提供切实有效的技术支撑措施。

（四）南京城墙预警监测平台工作机制的创新

南京城墙保护管理影响因素的复杂性给遗产监测预警工作带来了前所未有的挑战，为确保遗产监测管理工作实现协调、高效地运行，还需加紧推进遗产监测管理机制建设。

1.建立常态监测机制

根据南京城墙遗产地的特征，对范围内的文化遗产按照不同属性、类别、重要程度等进行界定，参照《世界文化遗产监测数据总表、元数据表、监测指标》《中国世界文化遗产地基础数据采集规则》，对其监测指标、影响因素、监测数据等工作实行常态化监测。

2.建立应急监测机制

为加强遗产保护，制定《南京城墙文化遗产应急监测预案》重点针对一般地段和特殊地段内的山洪、地质以及人为因素产生的突发性事件，对受影响的遗产本体及周边环境实施应急监测机制，确保及时掌握相关动态信息，采取相应的保护措施。

3.建立专家评估机制

成立南京城墙文化遗产专家咨询委员会，定期召开专家委员会议。

4.建立联合监测机制

对涉及需要协调多单位联合进行监测或一些重大事件引发多层面影响的，各职责部门要在管理中心的统领下，进行统一规划、分级负责，对有关遗产本体及周边环境进行联合监测，并联合确定遗产的有关状况，督促指导各管理责任单位开展监测预警工作。

5.监测信息共享机制

三级平台（国家、省和遗产地）的机制完善后，以定期或不定期的方式形成固定的共享机制，实现数据和监管信息的共享。

随着文物保护工作的迅速发展，现代科学技术大规模的用于遗址保护，尤其是在当下，随着大数据地位的日益凸显，大数据已经深入社会各个领域，并对文化遗产的保护领域形成强烈地冲击。运用物联网、大数据、云计算等先进技术，构建遗产监测管理体系，实现高效、科学、智能地文化遗产管理，是加强文化遗产科学保护的必然要求，也是提升文化遗产管理水平的重要途径。

参考文献：

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胡静 南京城墙保护管理中心