遥感技术在历史文化名城保护与监测中的运用*——以大同为例

傅舒兰 游奕辉 庞佳燕

由于近年来稳定经济增长带动的旅游需求（国家旅游局2016）、国家产业结构调整的宏观需求（国家发改委2005），以及文化强国战略对城市历史文化遗产保护重要性的进一步强调（习近平2013），越来越多城市管理者认识到历史城区的价值，试图通过规划建设、带动以旅游业为主的关联第三产业，实现城市转型。随着规划建设工作的开展，矛盾与问题也日益突出，其中主要是保护与发展的矛盾。这对矛盾从1980年代初全国展开旧城改造就一直存在（侯仁之1980，范耀邦1981），最早提出的保护历史城区及“历史文化名城”概念，就是针对旧城改造导致大量历史城区消失的问题。但是，由于旧城改造通过拆迁重建带动土地流转达到增值（武廷海等2012），在拉动城市经济快速发展方面有显著优势，因此现实许多历史城区保护规划建设工作的展开，多少植入了旧城改造的逻辑。历史城区保护过程中的拆迁重建，不仅引发了建设导致的空间要素改变是否违反保护准则、是否影响或损害了历史价值的争议，同时也出现了受人口、地权、资金流转等要素改变影响产生的社会问题。

针对前一种建设导致空间要素改变的问题，住建部从2010年开始推进保护状况评估检查、建立规划动态监测系统、推进督察员制度建设等（孙安军 2010），并于2017年与文物局共同发布了建规[2017]221号文件，展开全国性的名城保护交叉互评与国家部局抽查工作。从文件提出的8项具体评估内容来看，保护的范围、数量、建筑性质、基础设施、居住人口的变化程度，是衡量历史城区是否濒危的要点。但从评估工作的开展来看，要点数据并不足以涵盖城区整体空间变化特征，同时评估依靠主观打分、缺乏具体标准和客观工具等问题仍然存在。同时，国际文化遗产保护领域，也针对历史城市保护面临的开发困境提出了历史性城市景观（HUL）的概念，试图为历史城市保护提供依据（联合国教科文组织2011），但因其缺乏明确的操作系统，较难直接运用于实际的保护工作。所以总体来看，国内外对于历史城市保护的讨论，都集中到“过程”与“变化”这两个要点上，需要针对矛盾集中、问题频发的实施过程，进行深入解析和研究，设计出能较为客观和系统评估的方法。

本文主要从已广泛应用于国土资源监测领域的遥感影像实时监测土地利用的方法获得启发。相对于获得困难、更新周期较长的城市地图，遥感影像具备更新周期短、获取方法多样、空间信息充分等特征，具备实时监测的广阔应用前景（李世顺 1988）。随着技术不断成熟，2000年以后将遥感影像应用于城市土地利用或环境变化监测分析的应用型研究，呈现井喷式发展。其中围绕城市土地利用，从早期主要关注城市与自然环境关系、将土地划分为城乡建设用地、耕地、草地、林地、水域用地和未利用用地等的宏观分类方法，到围绕新需求而进一步发展出了可面向对分类、有效识别建筑物（丁辉2018，刘文涛2018）等更为复杂要素的信息提取方法。正是在这种技术发展的前提下，本文拟提出的方法才具备了推广应用的可能性。

1 案例选择

因城市发展战略转型的需求（曹昌智 2008），山西大同从2008年开始了围绕“名城古都保护复兴”（耿彦波 2010）为主题的一系列城市建设。建设实践因其规模庞大、推进快速、问题频发，引起了学界与国内外媒体的广泛关注。争议较大聚焦在历史城区保护的领域，国内有质疑建设是否符合遗产保护准则（阮仪三 2013，张松 2013）、关注建设引发的文物周边历史环境改变和空间逻辑消亡等问题（李晶晶2013，付清远2012，汪芳等2017）的文章；国际上也有基于历史城市形态演变质疑真实性（Fu & Hillier 2018）、专门讨论主导者耿彦波（Cui 2018）的研究。同时项目推进的过程中，也出现了政府赤字资金短缺、工程停工、拖欠工人工资，投资商撤资造成的新建设施空置、滋生犯罪，拆迁安置补偿不利引发的居民投诉等社会问题（王力凝2013，张海林2012）。这些问题或多或少在其他城市的历史城区保护和建设过程中出现，因此选择大同作为案例进行研究，不仅具备典型性、针对性，也有普遍意义。

对于此起彼伏的问题和争议，目前虽然不乏从经济发展和民生改善的角度予以回应的报道（杨彦2012，张吉福2016），由参与建设规划工作主体进行的再评估与调整性设想的提出（王军 2016），但总体上仍缺乏非利益相关主体、通过客观综合测评给出的正面回应。其中，尤其缺乏对建设实践过程进行深入且全面解析的研究。不同阶段的空间实践导致了历史城区内哪些主要要素的变化？这些变化是否与预期相符、是否与问题的产生直接相关？如何围绕历史城区保护的目标，选定要素进行有效测量？测量结果旨在综合反馈历史城区空间变化特征，并进一步对解决梳理出的问题、建立调控手段等提供扎实基础。

参考不同历史时期建设形成的大同主城区范围（大同市地方志编撰委员会2000）与2008年“名城古都保护复兴”建设实践的主体范围（大同市2013），选取了以平城街（北）、北都街（南）、魏都大道（西）、御河西路（东）为界限的区域（图1），作为研究的空间范围。时间上，则以大规模建设启动的2008年作为起点，考察2008年到2017年的10年建设期。

2 方法设定

考虑分析材料所需的精度与获取便利性，研究主要使用了Google Earth Pro软件获取遥感影像。平衡作业量与变化反馈的有效性，考虑将2008年到2017年的10年建设期以2年为间隔均分5段，前后共选取6个时间节点进行遥感影像的截取。浏览Google Earth Pro所载2005年4月以来数月更新一次的所有影像后，将6个时间节点进行图像截取的空间分辨率设为4m。最后比较各时间节点前后图像，排除云雾遮挡、选取所载有效信息最为充分的时间截面获取遥感图像，并对其进行统一坐标校正，以便进行不同时间节点的分析比较。选取结果如下（表1）所示：

分析方法主要采用现有成熟的城市形态学研究城市形成演变的方法（田银生2010），从空间形态与空间使用性质两个主要方面来观察和分析历史城区空间变化特征。同时，采用建筑类型学的原理，将第一方面的空间形态，拆解为实体建筑与外部空间进行分类。实体建筑与外部空间，均可根据其尺度、形态特征分为不同类型。不同类型的实体建筑与外部空间，通常对应不同的使用功能。而使用功能则直接与第二方面的空间使用性质相关联。因此，在对遥感图像进行界面识别、区分实体建筑与外部空间后，基于类型学原理根据空间特征与使用性质，将实体建筑与外部空间进一步细分，可更好提供各时间节点的空间特征。

表1 研究时间节点及相应的遥感图像选取汇总表

从遥感图像包涵信息来看，可用于区分和判断分类的主要图像要素，主要有以下几种：建筑屋面的大小、形状、排列组合，建筑投影的相对大小（对应层高），场地的大小、形状、硬化率、植被覆盖率等。使用以上要素进行组合，首先对2008年6月节点（建设前）的图像进行试判别，可识别类型主要为：主要道路（定宽以上、线性、连续贯通）、广场公园（大面积场地、大比例硬化或植被、小比例建筑）、传统四合院（小进深、坡屋面、有机围合、一层）、平房（小进深、平屋面、条状、低层）、大院（中进深、规整围合、多层）、多层住宅 （中进深、行列、多层）、学校（中进深、多层、与场地组合）、工厂（大进深、低层、与场地组合）、公共建筑（大进深、多层高层）；再对2017年6月节点（建设后）的图像进行试判别，可识别的类型除以上几种外，增加的主要类型包括：拆除待建场地（硬化与植被覆盖率低）、在建场地（硬化与植被覆盖率低、中等比例建筑）、仿古建筑（中大进深、坡屋面、规整围合、多层）。

通过试行分析，以上分类可基本覆盖研究对象。但是，分析结果对于研究重点关注的建设过程变化与历史环境变化，体现不够显著。因此考虑增加以下两个环节：一是增加前后时间节点对比，以区分新旧关系；二是对于仅靠遥感图像难以判定的重要历史建筑（文物保护单位）及其周边附属环境，予以事先圈定。综合以上考虑，设定基本识别类型及具体识别标准，如图2所示：

3 运用分析

运用以上方法分析目标遥感图像，并结合一次场地调研、核实修正分析边界后，输出成果如（图3）所示。对比2008年与2017年两个时间节点的图面色块，可以非常清晰地看出城市道路网格、街区尺度、重要历史建筑的周边环境显著变化，各类住宅锐减、公园绿地激增。但具体变化过程、变化程度以及特征，需进一步抽出数据、归类分析。

从题设总体目标——历史城区空间变化特征的测评来看，重点分析考察的内容有两点：第一点是，历史空间要素的变化，这一点主要考察历史相关空间的整修、新建，反映历史城区的真实性变化程度；第二点是，城区空间用途的变化，这一点主要考察历史城区的空间使用功能的配比、历史城区是否总体具备正常的城市功能？

由于识别类型中，先期考虑了重要历史建筑及其周边附属环境的选取，同时通过对建设前后阶段以及新建建筑类型的区分，可以直接选取相关识别类型的数据，考察第一关注点的历史空间要素的变化，分析结果如（图4）。可以看出传统四合院、文保周边场地、大院等均有不同程度的减少，其中尤为显著的是不在国家文物保护范畴内、但因总量较大对历史城区面貌起支配性影响的传统四合院的减少。同时对应减少、显著增加的是修建的历史景点与新建仿古建筑。从建设增加速度来看，前期与传统四合院的减少基本保持同速；2012年后则明显放缓、增加不多，但四合院仍大量减少。从以上分析可见，虽然历史城区内挂牌保护的建筑及其附属的周边场地变化程度不大，但是由于在可传递历史信息的要素中占最大比例的传统四合院急剧减少，消失约四分之三，城区内历史风貌几乎整体发生变化。原有场地大部分由新修建历史景点与新建仿古建筑替代。同时，后期建设资金不足而出现的空地，也加剧了历史风貌发生了剧烈变化。若将历史城区作为一个整体来看，这些要素变化所带来的对于历史城区真实性的质疑是不可否认的。而传统上仅关注已登录保护点的存改与否，忽视其他占极大比例、同时带有历史信息类型的评估方法，运用在建筑类型多样的历史城区中，显然是有缺陷的。

历史城区的空间功能配比，需要对可识别类型进行符合城市空间使用功能基本分类的归总。在城市规划领域，与空间使用功能最为接近的是规划用地性质的概念，但基于建筑类型所做的识别分类，无法达到国标规定用地分类的细致度。因此在归总中，采用了参考现行规划用地分类标准、但坚持了参考有规划用地分类，但以建筑或场地的使用功能为主进行分类的原则，将测评范围内的城市空间使用功能，归总为居住、教育、服务、开放绿地、景点公园、工业、道路交通、待定、空置等9类（图5）。基于以上城市空间使用功能的分类，考察第二关注点的空间使用功能的变化，可得数据分析结果如图6。可以看出，呈显著减少的有居住与服务两类，其中变化尤其剧烈的，是居住功能占比由60%减少到15%以下，大大低于规范建议的最小值25%；相对呈显著增加的是景点公园、开放绿地、与待定三类，景点公园增至10%、开放绿地增至20%以上，大大超出标准建议城市公园绿地占总用地面积的10%－15%。可以得出评估结论，历史城区的空间功能配比发生了剧烈变化，满足城市最基本功能——居住的丧失，是直接导致建设后历史城区缺乏人气的根本原因。因此，可以对在建、未建而功能待定的约17%用地，提出增补历史城区居住功能配比的建议。

4 总结

本文基于大同历史文化名城核心区的案例，通过分期考察遥感图像，结合形态学和类型学原理，捕捉建筑空间类型，量化分析建设前后变化程度，进而通过与空间使用建立对应联系，量化分析变化总体特征，从而得出基本满足历史城区空间变化特征——包括历史空间要素变化、城市空间使用功能变化的测评方法。如果将其投入实际运用，不仅可以在建设早期发现剧增、剧减以及比例大幅度失衡等问题，及时调整和改良规划建设方案，同时作为一种时效性强、开放性大的手段，还可以通过增加时间截面、调整分类、增加过程数据对比、与其他数据联系对比（比如人口数据）等等，有助于进一步对相关建设与保护性问题的探讨与解决。

当然，我们也在调研和方法论证的过程中，注意到历史文化名城保护工作的复杂性。除了重要性较为显著、业已指定为文保单位和历史建筑的部分外，其他历史时期形成的空间要素是否也应作为影响名城环境变化的要素予以重视？除了本文重点研究和探讨的建设过程中物质空间变化——这类较易通过遥感捕捉和量化评价的内容之外，是否还有更为根本的、可见或不可见的决定性影响因素？比如城市建设的资金滚动方式、建设主导者的思想轨迹变化等等，都是值得进一步拓展和研究的对象。

注释：

①根据《地图管理条例》，普通研究者很难获得标有地形、建筑信息的详细城市地图。且这些地图更新周期相对较长，通常在大规模城市建设结束后，才进行更新。

②根据笔者于2018年12月7日检索《中国知网》的不完全统计，2002年到目前为止应用类的硕士论文164篇、博士论文49篇、期刊论文40篇。

③多为1950年代后居民占地自建的简易住房。

④1950年代后期受苏联影响建设的围合式单位住宅，通常3－5层。

⑤1980年代开始建设的居民住宅小区，通常5－7层，行列式排布。

⑥需要说明的是，由于论文重点在于分析建设中的空间要素变化和变化捕捉分析中的遥感技术运用，因此不对“何为历史空间环境”的问题展开讨论。研究中涉及历史环境空间要素的评价，主要考虑通过各级评定、重要性较为显著的文保单位和历史建筑及其周边环境。

⑦对于周边附属环境，并非保护广义的setting概念，而是指与文保建筑属于同一管理范畴的场地和附属构筑物，一般按照文保单位的保护范围选取边界。