应用于嘉峪关文化遗产赋存环境风貌监测的几种方法对比

高商　张翔　王生科

摘 要：为系统性对世界文化遗产“长城-嘉峪关”的典型区、段进行监测和保护，针对其赋存环境内不同时期的环境风貌变化及变化要素对文物本体的影响，通过比对卫星图片、无人机摄影和人工巡查三种监测方式，着重关注和分析不同方式的应用效果，由此探索建立一种复合的、可靠的环境风貌监测方法和监测体系，为大体量历史遗迹赋存环境的监测工作提供一些思路。

关键词：赋存环境风貌；卫星图片；无人机摄影；人工巡查

DOI：10.20005/j.cnki.issn.1674-8697.2024.06.007

0 引言

特定文化遗产或历史遗迹的赋存环境包括遗存存在所依托的自然与社会、经济及人文环境，是其本体建造、应用及保存至今的长期过程中自然与人文相互作用的结果。1964年发布的《威尼斯宪章》阐述了历史古迹保护与环境的关系，作为《威尼斯宪章》的补充，1987通过的《华盛顿宪章》进一步扩大了历史古迹保护的概念和内容，认为环境是体现真实性的一部分，外部环境的保护对于历史遗迹的保护尢为重要。稳定、适宜的环境是历史遗迹能够长期、良好保存的重要条件；相反的，赋存环境发生明显的、不可逆转的变化或破坏，也是对历史遗迹保存状况不可忽视的预警。汪怡珂等①根据文物的赋存环境是完全自然环境（自然大气、土壤或水环境）、人工营造环境以及人工营造与自然环境共存的环境，将文物的赋存环境分为全暴露自然环境、半暴露自然环境和人工营造环境。嘉峪关作为长城遗产的重要节点，其赋存环境属于接近城市的全暴露自然大气环境，对于此种类型的遗产赋存环境监测往往偏重于气象要素、大气质量以及地震和振动效应的监测，而环境风貌作为珍贵文化遗产赋存环境的直观展现应该受到持续的关注、监测和管控，尤其是在极容易受到旅游开发和建设活动扰动的情况下。

“遗产真实性”是列选世界文化遗产的原则性评审标准之一，是理解遗产价值的基础，也是对遗产进行科学研究、保护、规划及利用的基础，其主要内容就包含了“位置及环境原真性”“精神与感受原真性”以及“其他内部及外部因素的原真性”。赋存环境的完整性是变更演化过程中相对稳定的景观环境、人为建构筑物等地物空间逻辑关系的完整性。对这种空间格局相互关系的维系，更能体现遗址内涵的复杂性与对其空间逻辑可认知性的要求，也更与遗产整体性保护的需求相吻合。嘉峪关遗产地从2014年开始持续关注遗产本体对于气象环境变化和局部微环境波动的响应，对木建筑关键结构、空间的局部风速与温湿度实施长期监测，同时也监测了多处大环境的气象情况，将遗产本体病害与载体要素更科学地开展关联性分析，为保护管理提供了系统、可靠的信息支撑。对于环境风貌的监测也从简单的摄影资料比对、卫星图片比对逐渐发展完善成为“大面积的卫星图片对比+小区域的无人机摄影资料比较+细部人工巡查”的监测方式，通过对要素变化从宏观到细节的关注和分析，全面、准确地掌握遗产保护区内环境风貌迁变的情况，及时评估赋存环境因素对遗产真实性、完整性的影响，聚焦关键要素进行重点监测，必要时做出预警和反馈。

1 大范围卫星图片比对

通过卫星遥感等技术可以将一个区域内的景观风貌和土地利用情况形成卫星图片，将同一地域前后两个不同时期的卫星图片进行叠加对比后，能够掌握该区域地理要素、土地利用变化情况，对发生变化的地块逐一进行核查，评估区域内自然资源管理秩序。卫星图片是文化遗产、历史遗迹赋存环境监测的重要工具之一。通过分析卫星图片，可以识别地表的不同特征，如地块、构筑物、地形变化等，这些特征可能指示着引起环境风貌重大改变的风险。比如：水土流失、坍塌、建筑活动等，尤其是分布在偏远位置的遗址遗迹，缺乏对环境风险的长期跟踪监测，极容易导致此类变化引起的本体严重性伤害。所以，定期进行文化遗产周边环境大范围的卫星图片比对，可以引导监测、巡查人员及时跟进关注遗址、遗迹赋存环境的情况，有效阻止由环境要素变化导致文化遗产破坏的可能危害。

目前，能够获取到的卫星图片精度多在1～2.5m级，有的甚至能够达到0.6m的精度，资料信息一般每年都会更新，一部分卫星图片刷新周期更短，有较强的现实性。卫星图片比对的突出优势是覆盖面积大、宏观性强，而且由于观测平台高的缘故，图片的几何畸变也小，用于大面积地块的调查可有效提升效率。当然，卫星图片调查比对也有其局限性，主要是地面分辨率低，成图比例尺偏小，小尺度的变化不容易识别，而且卫星图片一般不具备立体观测特性，不便于立体观察。近年来，为优化城市发展规划布局，完善区域路网结构，先后有几条公路铺筑或穿行长城，或与墙体相隔并行（图1），虽然这类工程建设严格遵守文物保护的法律法规，没有对长城本体及建控区域造成重要影响，但是由此带来的长城遗产周边环境风貌的变化也能从卫星图片中有所窥见。此外，一些管线敷设和小体量建设活动引起的地貌迁变也可以在卫星图片比对中被发现。

2 小区域无人机摄影监测

无人机航空影像是低空航空摄影，目前已经越来越多地应用于长城的测绘、巡护工作，是重要的数字化信息采集手段。相较于卫星图片，无人机航空影像每幅图片范围较小，但分辨率较高，影像清晰而且细致，反映的地物也较丰富，比较容易判读。在测绘应用方面与传统的地面测绘技术相比，无人机摄影测量技术具有操作简便、外业作业效率高、内业数据处理快、模型效果更真实等优势，还能观测到一些因地形原因而无法观测的盲区。无人机传回的影像画面、位置等信息输入数据库，同一位置的多张照片进行叠加、对比后，可清晰地看到长城周围地貌环境的变化。无人机航测技术推动了文化遗产领域测绘、监测、巡查方式精细化、简易化的突破，也使得文化遗产数字化的工作有了更便捷实现的可能性。

但是從获取成片的角度比较，无人机航空影像需要的工作周期较长，实现难度也较大，而且图片属于中心投影，如果叠加飞机飞行姿态不平稳造成的较大畸变，校正处理也比较复杂。针对无人机原始遥感影像畸变和失真情况，必须对遥感影像进行几何处理，提取空间信息后按正确的几何关系对影像灰度进行重新采样，形成新的正射影像，就能够通过真实的影像、丰富的色彩客观反映地表现状，具有地面信息丰富、地物直观等特点，并且数据结构简单，有良好的判读与量测性能。作为“长城-嘉峪关”遗产地实施赋存环境监测的重要技术措施，无人机摄影监测的应用取得了明显的效果，不仅可以根据监测的需要灵活规划监测的区段，而且能够通过控制航飞高度获得理想精度的影像资料，实现对目标区段长城遗迹两侧水道变化、地貌变更、植被生长情况的监测（图2），极大地丰富了文化遗产赋存环境监测工作的内容，提升了相关工作的科学性、系统性，大量精细、直观的影像资料也为保护管理、价值研究工作打下了扎实的数据基础。

3 人工巡查

现场记录是文化遗产监测工作中最真实记录本体病害、赋存环境状况的第一手资料，是不断完善监测资料的最主要途径，现场记录的内容翔实，格式多样，可通过文字描述、图纸标示、图片影像以及可量化的现场记录表对监测工作现场资料进行不断完善和规范②。其中，图像记录借助摄影技术能够准确记录病害和环境的细节，为遗产保护提供直接的参考依据，作为直接记录现场状况的关键环节，摄影资料对于操作实施的要求也较为严格，不仅要克服地形地貌的限制，还要排除地域条件的干扰，由于可视角度范围偏小，角度定位也会受到影响。所以图片记录人员需要具备一定的技术素养，通过利用、调节光影条件，加强画面的空间感和立体感，创造氛围，突出主题，使巡查照片能够直观、准确地反应本体病害和赋存环境状况的特征，为后续的资料复核、影响评估等工作提供規范的参考依据。

直面遗产的人工巡查应结合遗址本体特点，多样式记录，发挥每一种记录方式的作用和优势。现场记录需要从多方面、多角度、多层次出发，采用多种方式记录遗址本体病害和赋存环境的相关状况，完整的现场巡查记录包括文本表格、照片影像等综合记录方式。巡查工作必须在长期的实践锻炼、磨合中才能形成适应遗产地监测工作需要的经验技术和方法，所有工作的程序和流程以及资料制作管理也需要在经验成型后形成制度，才能确保巡查工作的连贯性和完整性。嘉峪关遗产地关于本体病害及赋存环境情况的监测进行了长期的探索和实践，在充分利用各类仪器设备量化监测之外，巡查与记录工作也积累了丰富的实践经验（图3），形成了系统的工作制度。每年度定期巡查记录市辖区境内烽火台、营堡遗址的病害和环境状况，并形成监测报告对保存状况进行评估。不定期的巡查监测主要是围绕破坏和威胁因素展开，如车辆闯入、垃圾倾倒、旅游不文明现象以及强降水与强对流天气后的反应性巡查。此类病害、现象量化评估较难，只能以真实、细致的照片资料和现场记录作为最主要的监测记录和档案管理手段。

4 结论

珍贵历史遗迹、文化遗产的赋存环境真实地记录着全部过去气候变化和地质变迁的特性，是遗址、遗迹环境变化的“记录本”。虽然气候环境、地质条件是不断变化的，但为了保持文化遗产的原真性与完整性，可以应用多种平台的遥感、监测技术建立一个系统性的赋存环境监测机制。

①嘉峪关遗产地监测工作的一些应用效果表明，卫星图片的比对在大范围的环境变化感知方面具有优势，可以反映出大尺度地貌环境变化的信息；无人机摄影监测有应用灵活、画面相对精细的特点，在小区域的巡查中可以发现卫星图片中无法体现的环境要素变化；人工巡查是最容易实现，也是最直接面对文化遗产的监测方式，可以获得以上两种方式无法达到的立体化观感，巡查资料能够真实记录、反映环境风貌变化的具体细节。

②单一方法应用的效果是局限的、片面的，所以有必要从监测工作的实际需求出发，充分利用卫星图片对比、无人机摄影、人工巡查的应用优势，建立一种“大面积的卫星图片对比+小区域的无人机摄影资料比较+细部人工巡查”的监测方式，灵活调整各种方式的应用深度，在最小成本的条件下，充分利用空间信息技术的监测、预测分析能力，强化多技术应用的融合互补，达到最适用监测效果。

文化遗产监测、保护工作不能弱化周边载体环境的管控，通过系统、科学地对地貌环境开展监测，结合气象、水文环境的监测数据，不断完善文化遗产赋存环境和保护工作的数据信息体系，可以更加真实、直观地表达历史遗址、遗迹的赋存环境情况，由此加强文化遗产本体与赋存环境的研究，主动有效应对包括气候变化、人类活动在内的风险因素产生的影响，增强文化遗产赋存环境的韧性，高效地提升遗址文物预防性保护技术水平。

注释

①汪怡珂，罗昔联，陈思宇，等.文物的赋存环境及其预防性保护问题[J].文物保护与考古科学，2020，32（2）：95-102.

②裴强强，郭青林，杨善龙，等.岩土类遗址保护工程档案编写初探[M].北京：科学出版社，2016.