长城文化遗产动态监测研究

摘要:河北长城现存规模大、分布范围广，加强长城保护管理，采集相邻年份的两期高分辨率遥感影像进行对比，通过自动化+人机交互解译方式，提取出地物变化情况，对疑似变化图斑进行实地复核，建立长城文物监测成果数据库管理系统，实现对长城监测成果、违法信息数据成果的数字化管理和维护。

关键词:长城文化遗产;保护;动态监测;数据库

一、项目背景和意义

(一)丰富的资源量

河北长城现存规模大、分布范围广，总长度达2668．41千米，位居全国第二，其中明长城(河北段)长度达1338.625千米，是明代砖体长城中保存最好的。国家文物局确定的第一批83段/处部级长城重要点段名单中，河北明长城有18段/处入选，占总数的22%。

(二)当前长城保护面临的一些现实性问题

一是保护管理力量薄弱。当前基层文物管理部门普遍存在机构不健全、人员力量不足等困难。二是规模巨大，现存状况复杂。长城不再发挥原有功能，维修加固工作处于停滞状态，长期的自然侵蚀及灾害和历史上周边居民生产生活的破坏，造成了许多地段出现隐患。三是人为原因。一些地区在保护范围和建设控制地带内存在不正确行为，还没有从根本上得到治理。四是无序旅游形成管理压力。随着民众对原生态旅游诉求的不断提高，前往偏远、未开发的长城点段游览、探险的热潮持续高涨，给保护带来压力。

(三)开展的意义

结合河北长城文物资源实际和工作实践，借助高分辨率遥感卫星对长城线性文化遗产进行监测，采用北斗导航终端，配合实地现场巡察，即“天上看、地上查”的监管模式，对长城两线范围内保存状况进行有效监管。推动文物资源有效保护和合理利用，推动文物安全保护与现代科技融合创新，改变传统靠人力防范、低效巡查监管的旧模式，提升文物安全监测效能，健全文物违法预警机制，实现周期性监测数据成果积累。

二、动态监测范围

本次遥感监测工作内容主要针对长城2448处长城本体及其两线范围内地物变化情况进行监测，涉及河北省秦皇岛市、唐山市、承德市及张家口市四个地市中的9个区县，共计2448个文物点，按所属行政区划划分:秦皇岛1209处，唐山844处，承德77处，张家口318处;按所属类型划分:单体建筑1785处，相关遗存70处，长城关堡104处，长城墙体489处。具体如下表所示：如图1所示，监测涉及本体种类达20余个，包括敌台、马面、烽火台、挡马墙、其他遗址遗存、拦马沟、采石场、石刻、营址、方城、基址、壕沟、居住址、关堡、山险、山险墙、石墙、砖墙等，其中敌台占比较高，然后依次为马面、烽火台，单体建筑、墙体及文物两线范围为此次本体监测的重点。

三、遥感影像数据的采集

基于高分辨率卫星遥感技术，结合长城资源调查参考资料，采集选定区域的历史、当前两个时间段卫星遥感影像，根据文物点在影像上的颜色、色调、大小、形状、纹理、结构、高度、阴影、组合构型等信息，实现在影像上拾取文物点，勾绘出文物外形结构，通过两期影像上比对，提取出文物本体变化情况。(1)对于长城墙体重要史迹等线性不可移动文物，提取出建筑外形建造结构的中心线，通过矢量图形表示;(2)对于关、堡等范围性的不可移动文物，先确定四至范围，然后通过变化分析，在四至范围内除了提取范围内登记资料的建筑文物本体变化信息外，还要提取范围内新增、消失、改建的地物本体;(3)对于烽火台、刻石等竖直不可移动文物，能够提取文物本体变化信息的，在影像进行提取，不能直接提取出的，用点在影像上表示，实现点位精准落图。

四、遥感影像数据的处理

针对前后两期卫星遥感影像，通过数据整理与分析、空三加密、影像配准、融合、正射纠正、影像增强、匀色镶嵌等，并做好每一环节的质量控制，消除几何误差和云雾覆盖等干扰因素，改善影像的解译环境，从而得到质量、精度都符合文物变化监测的标准遥感影像。在GIS系统支持下，以历史影像为基底开展文物定位，结合文物对应的长城资源调查、三普信息，首先通过经纬度坐标进行模糊定位，然后分析调查登记信息描述，根据建立的地类特征解译标志，判断其文物类型、建筑形态以及周边地物样貌等信息在遥感影像图上进行地物选取，绘制文物边界，采用计算机自动识别和人机交互图像解译方法，按照规则对变化的面状地物、线状地物和文物本体进行解译和屏幕数字化，绘制文物边界，从而形成基于卫星影像的文物图斑。通过内业变化监测工作可形成监测区域内文物消失情况、文物疑似变化情况以及文物未变化情况。按照内业对文物现状解译的成果，将经内业解译后的文物分为未变化类、疑似变化类、消失类、目视无法判断类。

(一)变化信息发现

通过计算机算法的自动识别、波段运算等方法发现变化信息，标绘变化地物大致范围，常用阈值法、差值法、过滤法三种方法。

(二)变化信息提取

变化信息提取时，在该信息导引下，按实际像元大小逐屏幕交替闪烁两个时相的影像，逐个地块逐个地物目视比较。根据影像的颜色、色调、大小、形状、纹理、结构、高度、阴影、组合构型和所处的地理位置等信息，判读解译变化，一方面剔除特征变异图斑中的伪变化图斑，另一方面发现遗漏的变化图斑，发现变化后放大1．5～2倍勾绘图斑边界，变化信息图斑如图2所示。

(三)成果整理

变化信息提取完成后，对提取结果按变化类型进行归类，建立内业解译分类统计表及对应的分类图斑统计文档。

五、遥感影像变化图斑的实地核查

针对内业解译的消失、疑似变化、目视无法判读类文物点进行实地核查。现场巡查底图包括数字巡查底图和纸质巡查底图两种产品模式。以近期影像为基底，叠加内业解译分类长城点位、图斑、名称及编号形成影像+矢量数据的核查底图，打印出纸质地图，供现场核查人员参考，将现场修正的长城点位在图上进行标注，作为内业修正的参考底图，如图3所示。

六、数据库的建设与应用

长城文物监测成果数据库管理系统通过对监测区域影像、文物统计资料等进行信息录入、上传和存档入库，实现对长城监测成果、违法信息数据成果的数字化管理和维护，用户可以根据入库元数据和目录进行文物查询、浏览、资源下载及信息共享等，系统继续支持对现有以及对未来数据扩充承载。通过数据库管理系统的建设，实现长城文物的浏览、查询、统计分析以及直观展示和建筑控制地带范围内的地物现状查询显示。图4数据库管理系统功能组成图七、思考与建议一是探索实现长城资源数据更新。对长城文化遗产重要点段进行动态变化监测与分析，在既有文物资源数据基础上，形成新的数据库资源。二是通过不断完善长城文物监测管理系统，为文物执法部门提供科学可靠的依据，逐步探索形成一套技术方法体系推广应用，弥补保护队伍人员不足等现实问题。三是探索实现动态变化监测。运用高分卫星、无人机每年进行影像采集，补充数据库信息，实现长城文化遗产的动态监测和预警，提高保护预警及科学决策能力。

作者：暴耀东 单位：河北省文物与古建筑保护研究院