地理国情监测数据在遗产监测中的应用——以世界文化遗产大运河（浙江段）为例

孔中华（浙江省文物考古研究所 浙江省世界文化遗产监测中心 浙江杭州 310014）

何 巍（浙江省地理信息中心 浙江杭州 310012）

傅峥嵘①（浙江省文物考古研究所 浙江省世界文化遗产监测中心 浙江杭州 310014）

引言

根据《保护世界文化和自然遗产公约》及《实施〈世界遗产公约〉的操作指南》，监测是世界遗产申报和保护管理机制的核心内容之一。在被列入《世界遗产名录》后，遗产地及其相关的管理机构就基于《世界遗产公约》被纳入国际监测机制之中，缔约国必须建立监测体系并进行定期报告，在必要时接受反应性监测[1]。对于大运河这样的线性遗产而言，定期监测的内容除了文物本体安全监测和保存环境监测，更多的是对保护区划内建设活动的监测。目前针对文物保护区划内建设活动的监测主要采取人工巡查的方式，所需人力资源多，巡查效率不高，且无法做到全面覆盖。为解决这一普遍性问题，浙江省世界文化遗产监测中心尝试利用地理国情监测成果——地表覆盖数据开展遗产保护区划内土地建设活动专项监测实践。

地理国情监测（National Geographic Conditions Monitoring）是指综合利用全球卫星导航定位技术（GNSS）、航空航天遥感技术（RS）、地理信息系统技术（GIS）等现代测绘技术，综合各时期已有测绘成果档案，对地形、水系、交通、地表覆盖等要素进行动态和定量化、空间化的监测，并统计分析其变化量、变化频率、分布特征、地域差异、变化趋势等，形成反映各类资源、环境、生态、经济要素的空间分布及其发展变化规律的监测数据、地图图形和研究报告，从地理空间的角度展示国情国力。地表覆盖（land cover）是地球表面各种物质类型及其自然属性与特征的综合体，地表覆盖数据是指基于遥感影像，采用全数字化人机交互遥感快速提取方法，同时参照国内外现有的土地覆盖分类体系，以及遥感信息源和地表覆盖的实际情况，将土地划分为若干分类的数据产品，是地理国情监测的土地资源类系列数据成果之一。

地理国情监测可以提供大范围、高精度、不同时间节点的地表覆盖变化数据，在国土资源管理、环境监测等方面有广泛的应用，但在遗产监测领域的应用还处于探索阶段。2010年江慧探讨了基于“3S”技术的历史文化遗产动态监测方法[2]，并以大运河为例，尝试构建遗产动态监测系统，对示范区的重点区块和目标采用多时相遥感数据对比和现场调查等手段，发现变化图斑并进行确认，实现文化遗产保护现状的实时动态监测，具有很强的可操作性，但至今未得到普遍推广和应用实践。2014年李海泉等探讨了历史影像正射纠正、历史地表覆盖数据采集等技术难点及解决方案，探讨了地理国情监测在大遗址保护中的几种应用场景，通过地表覆盖数据的数理统计和空间运算得出监测区域内文物的分布特征和影响文物保护因素的变化趋势[3]，为大遗址的预防性监测作了宏观层面的技术探索。地理国情监测技术可以为大面积遗产保护区划内的建设活动监测提供基础数据，其在遗产监测领域的适用性毋庸置疑，但针对各类遗产的监测尚有很多细节问题值得讨论。

浙江省世界文化遗产监测中心以大运河的遗产监测为契机，与浙江省地理信息中心合作，实现了地表覆盖数据的共享及其在大运河浙江段保护区划内建设活动监测中的应用，分析了地表覆盖数据用于遗产监测工作的优势和不足。浙江省地理信息中心依托自主研发的大规模地理国情数据云服务、地理国情信息提取关键技术，获取的地表覆盖数据精度达2米，最小图斑面积一般为400米，城市地区精细到100米，其分类体系全面，包含10个一级类、50多个二级类以及70多个三级类，数据更新周期快，浙江省每年6月和12月两个时点各进行一次监测，可以满足遗产监测的数据要求。本文对这次监测实践进行梳理总结。

一、地表覆盖数据在遗产监测领域的应用实践

（一）技术路线

基于地表覆盖图斑比对的遗产监测可以分为五个步骤（图1）：

1.解译遥感影像，获取地表覆盖数据；

2.比对不同时间节点的地表覆盖数据，获取用地类型发生变化的图斑；

3.根据保护区划进行裁剪，获取保护区划内的地表覆盖变化斑块；

4.对变化斑块进行属性分析，获取新增建设斑块、水域变化斑块；

5.结合遗产地巡查，对有可能违规的斑块进行核实。

其中，第1、2步是地理国情监测的影像解译和数据获取过程，第4步是遗产监测的关键，需要结合遗产保护的要求分析判定，由于遥感影像解译难免存在误差，而且建设项目的内容和数量难以从地表覆盖数据中获取准确信息，数据比对结果必须配合第5步，结合人工巡查加以确认。

（二）大运河（浙江段）的建设情况监测

此次遗产监测工作的空间范围包括大运河浙江段的遗产区和缓冲区、保护范围和建设控制地带，目的是掌握保护区划内2016-2017年间新增建设活动的分布和用地情况。采用的数据包括：1.浙江省大运河沿线2015年12月和2017年12月两个时点的地表覆盖数据，数据精度2米；2.大运河遗产区、缓冲区的图形文件；3.《大运河（浙江段）遗产保护规划（2010-2030年）》的运河保护范围和建设控制地带图形文件。具体过程如下：

1.将2015年、2017年的地表覆盖数据进行叠加，提取发生变化的地表斑块；

2.将2017年12月相比2015年12月发生变化的地表覆盖数据层和运河保护区划图层导入Arc GIS，根据监测目标提取运河保护区划内的地表覆盖数据②理论上，根据大运河申遗文本5.b-7-1项的描述，“申报的遗产区和缓冲区大多与文物保护单位的保护界线一致，或遗产区全部位于保护范围内，缓冲区一部分位于保护范围内，另一部分与建设控制地带重合”；实际上操作中偶有遗产区超出保护范围、缓冲区超出建设控制地带的现象。。

3.根据监测需要结合地表覆盖分类进行属性分析。

按照《大运河遗产保护与管理总体规划》③《大运河遗产保护与管理总体规划》第36条关于保护范围统一管理的规定：“在中国大运河遗产的保护范围内，除防洪除涝、船闸及航道建设与维护、水工设施保护和维护、输水河道工程、港口整治与建设、跨河桥梁工程等工程外，不得进行其他建设工程或者爆破、钻探、挖掘等作业”。《中国大运河遗产管理规划》④《中国大运河遗产管理规划》第31条“遗产区管理”规定，“在大运河的遗产区内，除文物保护、防洪除涝、船闸及航道建设与维护、水工设施保护和维护、输水河道工程、港口整治与建设、跨河桥梁工程等工程外，不得进行其他建设工程或者爆破、钻探、挖掘等作业”。《大运河（浙江段）遗产保护规划》等相关规定，遗产区和保护范围内除特定类型的工程外不得开展建设活动，缓冲区和建设控制地带内的建设项目需履行规定的报批程序，因此大运河遗产监测的重点关注对象是对保护区划内的建设活动——在此案例中，对应2017年相比2015年新增的建设斑块。在Arc GIS中打开地表覆盖数据层的属性表，通过“按属性选择”，筛选出2015年地表覆盖为非建设类且2017年地表覆盖为建设类的用地斑块。查看《GDPJ 01-2013地理国情普查内容与指标》可知，土地被划分为十个一级地类大类，建设类的用地包括05〈房屋建筑（区）〉、06（道路）、07（构筑物）、08（人工堆掘地）四个类别，也是遗产监测关注的类别，其他均为非建设类用地（见表1），由于监测对象的特殊性，水域也是此次监测的关注类别。

表1 地表覆盖分类代码

通过上述操作，可以获取运河保护区划内2015-2017年间新增的建设活动斑块（图2）。从图二示例中可以看到，2016年至2017年，杭州塘段新增一条跨河道路和若干沿岸建筑，地表覆盖类型由耕地（0100）和园地（0200）变为了房屋建筑（0500）、人工堆掘地（0800）和构筑物（0700）。

鉴于运河为水体，需要密切关注水域面积和岸线的变化，在属性表中选取2015年地表覆盖不为水域（代码1000）且2017年地表覆盖为水域（代码1000）的用地斑块，可以获知新增加的水域面积和分布情况，也就是运河沿岸开挖、岸线扩宽的情况；反之，选取2015年地表覆盖为水域且2017年地表覆盖不为水域的用地斑块，可以获知减少的水域面积，也就是建设活动侵占水域、运河岸线收缩的情况。图3可以看出杭州三堡船闸改造工程对运河保护范围内地表覆盖情况的影响——局部水面（1001）变为了堤坝（0721）和无轨道路路面（0601）。

统计结果显示，2015至2017年，大运河浙江段遗产区和保护范围内新增建设活动斑块280处，缓冲区和建设控制地带内的建设活动斑块3300多处，总面积达665万平方米。这些大小不等的斑块面积在0到几万平方米之间，其中一部分斑块是由于地表覆盖性质不同而被分割开或者建筑斑块局部切入遗产保护区划形成的。因此，基于地表覆盖数据的图斑比对分析虽然满足了遗产监测的准确度要求，却无法实现对相邻地块内同一建设项目的合并统计，除非斑块属性中包含了建设工程项目信息，而这是地表覆盖数据难以包含的属性信息。

鉴于此，浙江省世界文化遗产监测中心将地表覆盖数据对比结果分发至省内各运河遗产地，由相应的保护管理机构结合巡查工作逐一进行核实，有的放矢，全面排查了过去两年未经报批的建设项目，提高了遗产地人工巡查的工作效率，同时对违规建设行为起到了警示作用。

实践表明，“各地以遥感监测发现的变化图斑为引导，将大范围土地变更调查转变为目标明确的点线调查，提高了准确性，通过应用监测结果复核土地变更调查”，“充分运用GIS、RS、数据库技术作为调查和数据控制的基础，以GPS技术作为外业调查的手段，起点高、精度高、效率高”[4]，是地理国情监测领域成熟的技术模式，也是值得大范围遗产监测借鉴的工作方法。

二、讨论

当前我国世界文化遗产的监测工作受各遗产地的客观条件限制很大，难以全面实现监测工作的常态化和高效化。以“3S”技术为代表空间信息技术以其全覆盖、综合性、高精度等特点，为提升大遗址、线性遗产等大规模遗产的建设活动监测效率带来新的契机。大运河浙江段的实践表明，地表覆盖数据在遗产监测领域可以得到有效利用，具有成本低、效率高、准确性好、覆盖面广等优点，但也存在一定的局限性。

地 表覆盖数据适用于大跨度、大面积的遗产地监测。相比人工巡查，利用卫星遥感影像比对不同时相的地表覆盖情况，可以快速获知大面积的运河保护区划内该时间段内的建设情况和地表覆盖变化情况，极大地减轻了人工巡查的工作量，提高了遗产监测的效率。

地表覆盖的精确分类为用地变化情况的精准掌握创造了条件，同时，地表覆盖数据的精度可达0.5～2米，直接保证了遗产监测的精度。未来，随着地理国情监测技术在遗产监测领域应用的普及和深入，还可以根据不同类型遗产的保护需求对遥感影像设计更有针对性的地表覆盖分类体系。

遥感影像的获取具有周期性，影像解译和地表覆盖数据的产生具有滞后性。用地斑块的建设情况可以分为初始状态、建设状态和建成状态三个时期，则遥感影像周期必须包括其中两个时期才能比对出该时间段内该斑块的变化情况，并且，如果遥感影像周期未包含初始状态，则无法在违法建设活动初期采取干预措施，获知的用地变化情况已成既成事实，处理难度加大。

地表覆盖数据通常不包括建设项目属性信息，无法统计建设项目及其所包含的地块的数量。因为地表覆盖数据是基于遥感影像将土地划分为若干斑块，同一建设项目的用地可能被划分为不同的斑块，相邻的斑块也可能分属不同的建设项目。因此，地表覆盖数据比对的结果还需要逐一核实具体情况，包括同一建设项目涉及的斑块、建设活动的主体、有无报批等。

监测结果基于地表覆盖变化的客观事实，难以预知建设活动的发生，但可作为违规建设活动追责的线索和依据，对此类行为起到警示作用，同时改进遗产管理方式，提高文物保护工作效率，一定程度上可以预防未批先建现象发生。

综上所述，地表覆盖数据在遗产监测中的应用扩展了地理国情监测数据的应用领域，为准确监测大面积遗产保护区划内的建设活动提供了便利，但也存在一定的滞后性等问题，还需要和人工巡查相结合，共同构成完善的遗产监测工作体系。未来可以在现有工作基础上，将数据分析结果纳入移动巡查APP，方便现场填报核查结果，进一步提高人工巡查的效率。