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        現(xiàn)代監(jiān)測技術(shù)在土遺址保護(hù)中的應(yīng)用——以嘉峪關(guān)長城為例

        2016-11-29 10:36:37陳穎張曉東柳君君徐曉君張翔許德臣
        中國設(shè)備工程 2016年12期
        關(guān)鍵詞:嘉峪關(guān)監(jiān)測點(diǎn)遺址

        陳穎,張曉東,柳君君,徐曉君,張翔,許德臣

        (1.嘉峪關(guān)市世界文化遺產(chǎn)監(jiān)測中心,甘肅 嘉峪關(guān) 735100;2.嘉峪關(guān)長城博物館,甘肅 嘉峪關(guān) 735100)

        現(xiàn)代監(jiān)測技術(shù)在土遺址保護(hù)中的應(yīng)用——以嘉峪關(guān)長城為例

        陳穎1,張曉東2,柳君君1,徐曉君1,張翔1,許德臣1

        (1.嘉峪關(guān)市世界文化遺產(chǎn)監(jiān)測中心,甘肅 嘉峪關(guān) 735100;2.嘉峪關(guān)長城博物館,甘肅 嘉峪關(guān) 735100)

        隨著文物保護(hù)工作的迅速發(fā)展,現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)大規(guī)模的用于文化遺產(chǎn)保護(hù),逐步實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測手段從人工觀察、直覺判斷同科學(xué)儀器和信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)監(jiān)測的結(jié)合。嘉峪關(guān)市世界文化遺產(chǎn)監(jiān)測中心聯(lián)合江蘇瀚遠(yuǎn)科技股份有限公司對遺址區(qū)域狀況進(jìn)行了調(diào)研監(jiān)測,搭建了基于現(xiàn)代信息技術(shù)的文物監(jiān)測預(yù)警管理平臺,對各類監(jiān)測指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、存儲和共享,并把批量數(shù)據(jù)通過相應(yīng)的處理軟件以圖、表和文字的形式直觀顯示出來,根據(jù)這些圖表數(shù)據(jù),使世界文化遺產(chǎn)---萬里長城的監(jiān)測工作更加科學(xué)化、規(guī)范化、系統(tǒng)化和信息化,使得我們能夠及時了解文物保存狀態(tài),進(jìn)而制定出更為合理的調(diào)控措施。

        現(xiàn)代監(jiān)測技術(shù);文物監(jiān)測;土遺址

        0 引言

        嘉峪關(guān)長城是中國西部文化遺產(chǎn)中典型的土遺址類型,因年久失修、日照風(fēng)雨侵蝕等因素影響,夯土墻體出現(xiàn)了墻體表面風(fēng)化、酥堿脫落、坍塌裂縫傾斜等現(xiàn)象,嚴(yán)重制約著文化遺產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展。為此,嘉峪關(guān)市世界文化遺產(chǎn)監(jiān)測中心在國家文物局的大力支持下,聯(lián)合江蘇瀚遠(yuǎn)科技股份有限公司共同啟動了“嘉峪關(guān)文化遺產(chǎn)監(jiān)測預(yù)警工程”。

        目前已完成了一期的建設(shè)內(nèi)容[1],最終將實(shí)現(xiàn)監(jiān)測指標(biāo)的實(shí)時監(jiān)測,建立預(yù)警指標(biāo)體系,制定預(yù)警閾值,實(shí)現(xiàn)預(yù)防性保護(hù),以此旨在減緩或降低各類風(fēng)險因素對土遺址帶來的危害,使嘉峪關(guān)關(guān)城得到更科學(xué)有效地保護(hù)。

        嘉峪關(guān)長城出現(xiàn)有墻體傾斜開裂,夯土剝落,墻體底部返潮泛堿、磚體碎裂脫落,掏蝕現(xiàn)象等[2]現(xiàn)象。傳統(tǒng)的監(jiān)測方法比較落后,多是目測、敲擊、人工測量、拍照等簡單的手段,沒有形成完整的監(jiān)測體系,缺乏系統(tǒng)性和規(guī)范性,這些技術(shù)手段很大程度上影響了監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備性、連續(xù)性、全面性和可用性。此次嘉峪關(guān)文化遺產(chǎn)監(jiān)測預(yù)警工程借鑒漢長安城遺址、絲綢之路陜西段葉點(diǎn)、南京明城墻等項(xiàng)目,結(jié)合西北地區(qū)特殊地理環(huán)境及遺址類型制定了監(jiān)測工作設(shè)計方案,即通過各類微型傳感器協(xié)作實(shí)時監(jiān)測、感知和采集各種監(jiān)測對象的信息,再通過嵌入式系統(tǒng)對信息進(jìn)行處理,最后通過通信網(wǎng)絡(luò),以多跳中繼方式將所感知信息傳送到用戶終端[1]。

        1 實(shí)時監(jiān)測管理軟件平臺

        1.1科學(xué)布設(shè)監(jiān)測點(diǎn)位

        針對重點(diǎn)監(jiān)測病害嚴(yán)重的區(qū)域,科學(xué)確定實(shí)時監(jiān)測點(diǎn)位:(1)墻體裂縫:針對裂縫明顯的內(nèi)城墻體內(nèi)部、羅城城墻夯土斷面處、南北甬道外墻等處,獲取裂縫值。(2)氣象:結(jié)合區(qū)域微環(huán)境的地理?xiàng)l件,合理安裝全自動氣象站和積沙儀,獲取風(fēng)速、溫度、降雨量和積沙量等。(3)壓力:安裝在內(nèi)城南北兩段城墻夯土層內(nèi),獲取壓力位移值。(4)傾斜:水平測斜儀監(jiān)測四個角樓和東閘門墩頂端;懸掛測斜儀監(jiān)測風(fēng)力、地質(zhì)等作用下柔遠(yuǎn)樓、光化樓、嘉峪關(guān)樓的四個角柱及東閘門;固定測斜儀監(jiān)測北箭樓南段夯土層內(nèi),分別獲取傾斜位移及角度。(5)沉降位移:安裝在地基沉降的北箭樓南段夯土層內(nèi),獲取該段的沉降位移值。

        1.2實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸、處理和應(yīng)用

        該系統(tǒng)以網(wǎng)絡(luò)技術(shù)作為傳感器原始數(shù)據(jù)的傳輸手段,通過中間件對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行計算處理,將處理結(jié)果記錄到數(shù)據(jù)庫中。終端運(yùn)行專業(yè)的數(shù)據(jù)分析軟件,通過訪問數(shù)據(jù)庫獲取傳感器探測到的監(jiān)測數(shù)據(jù),并進(jìn)行分析處理,實(shí)現(xiàn)多種圖表輸出、超限值報警等功能,實(shí)現(xiàn)及時了解監(jiān)測信息,對可能發(fā)生的險情提前預(yù)警,形成應(yīng)急方案,實(shí)時處理和管理[3]。(1)實(shí)時數(shù)據(jù)查看及生成圖形。軟件可以查詢單個監(jiān)測點(diǎn)的歷史數(shù)據(jù),或者根據(jù)需求同時查詢多個監(jiān)測點(diǎn)的歷史數(shù)據(jù)。根據(jù)查詢的數(shù)據(jù)可以同步生成圖形,顯示相應(yīng)的監(jiān)測點(diǎn)編號、監(jiān)測量類型、指定時間段等(圖1)。(2)數(shù)據(jù)分析計算。軟件通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析、整理,計算得出專業(yè)數(shù)據(jù),如各項(xiàng)數(shù)據(jù)平均值等。(3)指標(biāo)間橫縱向?qū)Ρ确治?。如在同一時間段或同一監(jiān)測位置的溫度、濕度、裂縫、沉降等監(jiān)測量之間的變化關(guān)系(圖2)。(4)監(jiān)測預(yù)警。分析歷史數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn),設(shè)置監(jiān)測參數(shù)許可范圍,當(dāng)監(jiān)測點(diǎn)實(shí)時數(shù)據(jù)信息超出該范圍后,預(yù)警信息箱將會顯示紅色信息,同時監(jiān)測點(diǎn)部署圖上相應(yīng)標(biāo)識也會顯示紅色[3](圖3)。

        圖1 烽火臺墻體裂縫監(jiān)測數(shù)據(jù)圖

        圖2 光化樓一、二、三樓西南角風(fēng)速風(fēng)向關(guān)聯(lián)對比

        2 結(jié)語

        即將建設(shè)完成的嘉峪關(guān)世界文化遺產(chǎn)監(jiān)測預(yù)警信息管理平臺,其智能化、網(wǎng)絡(luò)化的實(shí)時監(jiān)測理念不僅實(shí)現(xiàn)了文物監(jiān)測數(shù)據(jù)采集的數(shù)字化管理分析,而且也減輕了文物保護(hù)工作者的工作量。

        同時,該平臺實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析技術(shù)對文物現(xiàn)存狀態(tài)的變化起到及時預(yù)警的作用。雖然該平臺初步實(shí)現(xiàn)了這一功能,但是更加深入的數(shù)據(jù)分析、科學(xué)的監(jiān)測指標(biāo)和精準(zhǔn)的預(yù)警閾值還是今后監(jiān)測工作的重要任務(wù),旨在最終形成一個先進(jìn)、實(shí)用和高效的面向文物保護(hù)領(lǐng)域的實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)平臺。

        圖3 Gis圖像上顯示預(yù)警的監(jiān)測點(diǎn)位

        [1] 嘉峪關(guān)世界文化遺產(chǎn)監(jiān)測預(yù)警體系總體規(guī)劃設(shè)計方案.

        [2] 張曉東,張斌.嘉峪關(guān)關(guān)城現(xiàn)狀調(diào)查及病害初步分析研究[J].敦煌研究,2009,6(118):87~92.

        [3] 李庫,程蓓等.現(xiàn)代信息技術(shù)在文物遺址環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用[J].文博,2013,5.

        TP3 文獻(xiàn)識別碼:A

        1671-0711(2016)09(下)-0159-02

        2014年度甘肅省級文物保護(hù)科學(xué)和技術(shù)研究立項(xiàng)課題《嘉峪關(guān)世界文化遺產(chǎn)監(jiān)測需求研究》(GWJ2014021)。

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