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【新疆文物记录】昌吉州08（北庭课题·北庭故城遗址的遥感应用）

2022-08-22 10:28阅读：

http://blog.sina.cn/dpool/blog/u/1411245317

【新疆文物记录】昌吉州08（北庭课题·北庭故城遗址的遥感应用）
（籍借在北庭故城遗址开展的工作，2012年起开始申请科技部转制科研院所专项资金项目并获得成功，完成了《大遗址保护的综合遥感应用技术研究》（2014EG131078）课题）


北庭故城遗址的遥感应用
丁军（1）、郑少开（1）
罗瑜（2）、马君凤（2）
（1.建设综合勘察研究设计院有限公司，北京，100007）
（2.新疆吉木萨尔县文物局，吉木萨尔，831700）

摘要：综合性的遥感应用是文化遗产保护中重要的基础工作和支撑环节,其应用已较为广泛，本文以北庭故城遗址为例，梳理并重点介绍了遥感技术在环境调查、遗存调查、变化监测、管理监督等方面应用的基本思路和内容。
关键词：遥感；空间信息技术；文化遗产
中图分类号：P237、K878 文献标识码：A

1.

引言 综合遥感技术作为空间信息技术体系的重要组成部分，在文化遗产保护中的主要作用是对时空数据进行获取、加工、管理和服务[1]、[2]，随着技术发展和保护理念的深化，其应用范围及能力也在扩展，从最初的主要以基础数据资料的获取、为规划编制及保护工程设计和实施服务在向前后两端延伸，前端主要是数据采集、现状调查及价值评估，后端则为文化遗产地的监测、运营及管理。通过遥感技术的应用加深对环境及遗存的认知、评价环境要素变化对遗址的影响、客观评价管理工作等。
北庭故城遗址为唐代北庭大都护府治所遗址，丝绸之路北道必经之地，也是历史上天山以北军政、经济、交通、宗教与文化的中心，1988年被列为全国重点文物保护单位，十一五期间被列入新疆丝绸之路大遗址项目，2013年被国家文物局公布为国家考古遗址公园，2014年作为“丝绸之路：长安-天山廊道路网”中的一处遗址点被列入《世界遗产名录》，2016年国家林业局公布其进入国家湿地公园试点名单。
自2012年北庭故城遗址申遗开始，我司陆续开展了多项涉及遥感应用的项目，并结合科技部专项经费开展了《大遗址保护的综合遥感应用技术研究课题》。本文将结合这些工作，探讨在文化遗产保护工作中的遥感应用，重点表现其实用化、适宜性、有效性等特性。

2. 基础数据采集

遥感技术在文化遗产保护中应用最成熟的就是基础数据的采集，也是文化遗产信息化工作的基本立足点。其技术体系是以空间信息技术为基础、三维实景模型为核心的综合性应用，实现对文物及赋存环境的全面描述，为文化遗产地的综合保护提供全面的信息支持。其成果体系包括影像与线划制图、近景摄影建模、三维扫描建模、鸟瞰、全景、视频、检测及监测等。
目前的应用及发展趋势为：在技术体系上体现综合性、工程化、集成化和实用化特征；在成果表达上体现传统测绘及制图手段与三维数据体系的综合应用、多类型互补等特点；在管理上体现总体安排、规模化、模块化及规范化数据生产等特色。

3. 现状调查

现状调查是针对文化遗产对象的当前状况、保存现状、文化价值、特征及规律而展开的综合性的调查研究，主要以航天影像、航空影像和三维扫描技术为主，其实质为文化遗产的价值发现及认识。

3.1 卫星影像环境调查

卫星影像主要用于对遗址区及周边环境的整体地形地貌、植被环境、路网及水系构成、自然景观和乡土景观、工矿城镇发展趋势、大型工程项目、沙化及荒漠化影响等进行调查与评估。
【新疆文物记录】昌吉州08（北庭课题·北庭故城遗址的遥感应用）
图1 北庭故城遗址卫星影像图（2000年/2006年/2011年）


【新疆文物记录】昌吉州08（北庭课题·北庭故城遗址的遥感应用）
图2 北庭故城遗址地貌示意图（2012）
1）独特的地理发育，形成了天山山麓>山前丘陵坡地>平原区域>绿洲的地貌及地理格局，而北庭故城遗址所在绿洲条带宽度在2-15公里，长约45公里，斜向西北方向，止于准噶尔盆地沙漠南沿。遗址区位于绿洲正中处，左右分别为西河坝和东河坝环绕，籍借水利之便，既能保证城中军民生产生活之必需，又能对城池防御起到一定的积极作用。
2）绿洲的兴衰以及遗址的安危与溪流及地下水息息相关，对河道分析及遗址现状的认识中，推断东河坝在汛期曾有较大的水量，对遗址东部的冲刷和破坏作用不容小觑。而现今随着整个地区生产生活用水的剧增，且上游地带建有南坝水库、东二畦水库、夹滩地水库等多处小型水库和河滩湿地区域，致使流经遗址的水量大大减少，加之河滩中采用挖掘方式疏通河道，规束了水流路线和方向，雨季降水冲蚀情况基本消失，但应有防患意识。同时，左右环绕遗址的河渠实际上也对整个遗址区起到了积极的保护作用，形成的天然屏障将外面的喧嚣和发展变化阻隔在外，阻延了村镇和耕地对遗址的侵占及破坏。
3）遗址在元末明初后衰败废弃，地区重心逐渐他移。而近现代的吉木萨尔县城在遗址南部12公里处，北庭镇也与遗址的南缘距离超过3公里，城市化和城镇化的建设对遗址的直接影响和景观影响几乎没有。同样，遗址区周边村落相对较小较少，建设及生产生活的扩张、侵袭和影响较弱，其结果是较好地保留了遗址区周边环境的自然生态、保留了能与古遗址整体风貌相一致、能有效匹配的遗址环境要素，这一切也是国家级考古遗址公园得以设立的重要因素。
4）申遗中拆除了纵贯遗址区中的公路，重构了遗址区外东西两侧各一条南北向交通通道，并与东河坝和西河坝一起形成了遗址区外围天然的界线。在北庭故城遗址保护规划中，遗产区的东西两侧界线基本以公路为界，南侧界线的中段亦选择在以前的一条机耕道处，较好地维系了社会生活和生产状态。
5）遗址所在绿洲的东西两侧皆为荒漠化区域，距离分别为2000米和4000米，而古尔班通古特沙漠整体为固定、半固定沙漠，历史形成的稳定状态难以打破，在可预见的历史时期内北庭故城遗址不会受到沙化、荒漠化的影响。
6）遗址地周边主要以农牧业生产为主，无大型工矿企业及大型建设工程的兴建，无任何排放有毒有味气体、水体、尘烟的企业和作坊。两侧的荒漠处，有采用微灌滴灌技术改造荒漠为耕地、大棚、果园的工程项目，东侧荒漠中有准东油田的石油开采，所有这些都不能也不会对遗址本身和环境产生任何负面的影响。
7）遗址周边基本为农作区，局部地块有林地和林苗地，东部和北部有大片的低洼河滩地、沼泽湿地，其景观和对景对整个北庭故城遗址的历史风貌有积极的作用。虽然在历史进程中，遗址区内有部分已被开垦为耕地，但遗址区大部分的地表遗址仍得以留存，而在近年的遗址保护工作中，退耕已成事实。
8）遗址区周边村镇稀落，田园风光正盛，这对古遗址的保护、风貌保护等都有积极的作用，在规划的3.85平方公里遗产区和7.9平方公里缓冲内，通过村落外移、退耕土地、环境整治等，正在逐步恢复故城遗址的那种沧桑、荒凉和历史厚重感，同时也在构筑“一湖两河、绿色环绕、鹰飞鹭翔、古城雄浑”的文化遗产景观地，这一切都为北庭故城遗址的保护建设中，强化乡土景观和基于人文遗址背景下的保护与应用提供了一个极佳的平台和环境。

3.2 航空影像环境调查

应用低空无人机航空影像进行文化遗产地的环境调查主要集中在遗址区周边村镇分布及生产生活、地形地貌特征特征、地表覆盖状况及利用程度等对文化遗产的影响和潜在威胁分析、评估等方面。其中，遗址区地表覆盖状况的调查是了解和评价周边环境因素对文化遗产影响的有效和直接的手段[3]，其分类表现见下图。
【新疆文物记录】昌吉州08（北庭课题·北庭故城遗址的遥感应用） 图3 北庭故城遗址地表分类图（2012年） 在分类基础上可从路网、水系、村镇、环境等方面进行分析评估。
1）区域内主要有南北三纵向低等级公路，相互之间距离在1.2-1.8公里之间，连通性不强。面积比例和路网密度仅为1.1%和0.86（合并乡村道路后为1.8%和1.78），路网数据的低下说明该区域城镇化建设的势弱。从形态上分析，东西两条道路实际上起到了有利的分隔作用，而中部道路则对遗址的整体形态造成割裂，风貌上造成破坏，管理上带来不便。
2）从影像和地类统计上反映，历史上东河坝曾河宽水急，对遗址东侧和东北角损毁严重，但目前水患影响仅可能在极端条件下产生。整个区域中涉及湿地的面积为13.5%，呈线状分布，环绕遗址区东西两侧，形成天然的隔离屏障，这也是北庭故城遗址得以留存的一个重要保证和国家级湿地公园的基础，而河流和湿地等组成的自然生态圈也为遗址区的景观、生态等添彩增光。
3）以遗址为中心，半径两公里范围内，约14个自然村，600余户村民，村镇的集中度不高，且主要沿河渠分布，整体上人口、居住、生产建设对遗址的影响和压迫感不强。对遗址区的直接影响主要是外城南部和西部墙垣处呈条状的多块分布区域，但在近年已经开展了动迁和恢复历史旧貌工作，面积约230亩。根据影像推估当地农村住宅占地面积约1亩，房舍周边空闲面积也约1亩，则分析实施的拆迁工作涉及百余户村民。
4）耕地面积占比近1/3，说明该地区主要是以农业生产为主，其生产、生活和社会变化相对而言是一个较为缓慢的过程，除了制定相关措施防止土地耕作向遗址区内蔓延外，农业生产对文化遗产的影响、对地形地貌及景观变化的影响较弱。另外，历史上在遗址区西南角以及内外城壕沟和南侧部分区域，有数百亩面积的遗址区域已成为耕地，退耕后虽有利于遗产的保护和遗址景观的重现，但地表遗存信息多已丧失。
5）从地形地貌特征上看，整个遗址区基本上能保证视线的通达性，遗址区的沧桑和荒凉的感觉、墙垣的观赏性和城堡整体的历史感和形态感等都多能表达出来。特别是在城垣西北角、西侧一带能近距离观赏残留城垣、角墩的高大、雄壮；而在东河坝东岸和城垣东北角外端，可远距离欣赏故城的整体形态以及河滩牧歌般的景致，其粗犷雄浑的壮美意境，可让观者领略到边塞旷野荒凉和寂寥孤单，有“大漠孤烟直，长河落日圆”意境，是通视和观赏的上佳之地，为古城凭吊和发历史之忧思提供了绝佳的场域。

3.3遗存调查

遗存本体的调查，主要是采用高分辨率无人机影像（1-5cm）和三维激光扫描技术对文物遗存进行空间信息采集、判读并整合其他成果进行总体研究，全面了解遗存几何形态、保存状况、病害表现、致病原因、保护措施及效果等，并在此基础上对文物现状和安全性进行评[3]。
在遗址区形态调查方面，根据遗迹、土壤及植被特征，可以很清晰地辨识出城墙、马面、护城河、敌台、羊马城、城门及城墙缺失部分，而第三重城垣及城内纵横向的通道、水道等也能有比较清晰的表现[4]。
而三维扫描技术为文化遗存的数字化和虚拟化展现提供了无与伦比的平台，其高精度、高精细度的表现方式和现场化、模型化、全景化、可量测化、任意剖切和进一步的数据加工和特征提取的特性，为文物遗存的调查和记录提供了新的方式。

4. 变化监测及评价

文化遗产监测的目的是要维护遗产的突出普遍价值，而对遗产价值载体的变化情况及发展趋势进行监测，采用的是多期影像的对比分析[5]。考虑到北庭故城遗址的具体情况和遥感技术手段的适宜性，变化监测的重点在环境因素的影响和遗址区的自然生态等方面。
1）道路建设的影响
变化的发展是正向的，横贯遗址区主体部分的道路被废弃、铲除，遗址外东西两条道路进行了升级改造，成为了遗址区和缓冲区的部分边界和遗产保护的重要界线。
2）村镇建设的影响
在上世纪五十年代的航空影像中，北庭故城遗址中几乎无人居住，墙垣的扰动较少。而在

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