田建林，楊海榮

(吉首大學(xué) 土木工程與建筑學(xué)院，湖南 張家界 427000)

0 引言

當(dāng)前，世界自然遺產(chǎn)地監(jiān)測(cè)的方法主要有獲取衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)實(shí)施監(jiān)測(cè)、獲取研究區(qū)域斷面數(shù)據(jù)實(shí)施監(jiān)測(cè)以及在研究區(qū)域進(jìn)行布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)以獲取布點(diǎn)數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)施監(jiān)測(cè)等幾類(lèi)[1]。衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)具有整體宏觀、覆蓋面廣、時(shí)效性強(qiáng)等特點(diǎn)。因此，利用衛(wèi)星遙感影像來(lái)獲取監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，具有節(jié)省人力物力、信息處理客觀、動(dòng)態(tài)可比性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)[2]，但同時(shí)也存在監(jiān)測(cè)類(lèi)別不全、部分信息精度不高的缺陷。因而，世界自然遺產(chǎn)的監(jiān)測(cè)所采用的方法不一而足，需針對(duì)監(jiān)測(cè)的內(nèi)容靈活采用不同的方法，具體的監(jiān)測(cè)方案往往是多種方法的組合。此外，不同的世界自然遺產(chǎn)所處地理環(huán)境大不相同，監(jiān)測(cè)內(nèi)容和需求也存在一定的差異，因此其監(jiān)測(cè)方法也應(yīng)因地制宜地進(jìn)行選擇。文章從永順土司城監(jiān)測(cè)預(yù)警的實(shí)際需求出發(fā)，參照同類(lèi)遺址監(jiān)測(cè)的指標(biāo)體系，探討了利用遙感技術(shù)對(duì)其進(jìn)行監(jiān)測(cè)預(yù)警的思路與方法。

1 研究區(qū)概況

永順土司城遺址是我國(guó)歷史最悠久、規(guī)模最大、保存較完整的古代城鎮(zhèn)遺址。遺址位于湖南省永順縣城區(qū)東偏北方向18 km，背靠太平山，前有靈溪河蜿蜒流過(guò)，地理坐標(biāo)為N28°59′55″，E109°58′10″。

遺址所在地永順縣地處武陵山脈中段，位于云貴高原東緣的揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)八面山褶皺帶，是武陵褶皺束與江南地軸的結(jié)合部位[3]。遺址及其周邊的表層土壤主要由第四系地表土壤層、素填土層、殘坡積成因的黏性土層(當(dāng)?shù)赜纸袔r砂土)和沖洪積砂卵石組成，下層基巖主要由寒武系中上統(tǒng)白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r，夾薄層鈣質(zhì)頁(yè)巖等組成，與下伏奧陶系統(tǒng)地層整合接觸[4]。遺址所在地屬亞熱帶季風(fēng)溫暖濕潤(rùn)氣候區(qū)，周邊主要河(溪)流有靈溪河、雅松溪和羅子灣溪等[5]。

遺址保護(hù)區(qū)總面積25 km2，土司城城區(qū)(核心區(qū)域)面積25萬(wàn)m2。土司城城區(qū)保留了體積龐大的城墻和建筑，城址包括宮殿區(qū)、衙署區(qū)、街巷區(qū)、墓葬區(qū)、宗教區(qū)、苑墅區(qū)等幾個(gè)區(qū)域，主要遺址文物有祖師殿、彭氏宗祠、土司德政碑、翼南牌坊、土司地宮、土司古墓群等。

2 遺址監(jiān)測(cè)內(nèi)容與需求分析

永順土司城遺址監(jiān)測(cè)內(nèi)容主要包括遺址與文物本體監(jiān)測(cè)、遺址周邊自然環(huán)境監(jiān)測(cè)以及遺址周邊人文社會(huì)環(huán)境監(jiān)測(cè)3個(gè)方面，具體監(jiān)測(cè)需求分析如下。

2.1 遺址與文物本體監(jiān)測(cè)

遺址與文物本體監(jiān)測(cè)主要包括遺址的總體格局變化、遺址內(nèi)部構(gòu)建筑物變形、文物實(shí)體保護(hù)微環(huán)境等。

2.1.1 遺址總體格局變化監(jiān)測(cè)

遺址總體格局變化監(jiān)測(cè)需求主要是及時(shí)發(fā)現(xiàn)遺址邊界及內(nèi)部格局變化，包括遺址外界變遷、遺產(chǎn)監(jiān)測(cè)要素遷移、內(nèi)部主要道路、廣場(chǎng)格局變化、地形地貌形態(tài)改變等。

2.1.2 建筑物變形監(jiān)測(cè)

建筑物變形監(jiān)測(cè)需求主要是及時(shí)發(fā)現(xiàn)遺址內(nèi)部建構(gòu)筑物的結(jié)構(gòu)與構(gòu)造變形。土司城內(nèi)部的主要建構(gòu)筑物有：祖師殿、彭氏宗祠、土司德政碑、翼南牌坊、土司地宮、土司古墓群等，要針對(duì)其不同材質(zhì)、不同結(jié)構(gòu)與構(gòu)造功能開(kāi)展各類(lèi)變形監(jiān)測(cè)。

2.1.3 文物保護(hù)微環(huán)境監(jiān)測(cè)

土司城遺址現(xiàn)存有大量的文物實(shí)體，主要包括各類(lèi)壁畫(huà)、繪畫(huà)、陶器、瓷器、玉器、金銀飾物等。不同材質(zhì)文物實(shí)體的長(zhǎng)期保存對(duì)局部微環(huán)境的要求極其嚴(yán)苛，因此需要長(zhǎng)期持續(xù)監(jiān)測(cè)其局部微環(huán)境的變化，如局部氣溫、濕度、氣流、有毒有害氣體、病蟲(chóng)害等。

2.2 周邊自然環(huán)境監(jiān)測(cè)

外部大環(huán)境是內(nèi)部小環(huán)境的基礎(chǔ)本底，因此，除內(nèi)部、局部環(huán)境監(jiān)測(cè)外，對(duì)一定范圍內(nèi)的周邊自然環(huán)境監(jiān)測(cè)也同樣重要。遺址周邊自然環(huán)境的監(jiān)測(cè)主要是及時(shí)發(fā)現(xiàn)因周邊自然環(huán)境的變化而帶來(lái)的遺址內(nèi)部環(huán)境變化。其監(jiān)測(cè)的項(xiàng)目除了遺址內(nèi)部微環(huán)境監(jiān)測(cè)的項(xiàng)目外，還包括更大范圍的土壤、地質(zhì)、土地利用與覆被(Land-Use and Land-Cover Change，LUCC)、氣象、大氣、微生物與病蟲(chóng)害等。

2.3 周邊人文社會(huì)環(huán)境監(jiān)測(cè)

環(huán)境是人與自然的耦合系統(tǒng)，人口變化、土地利用方式、經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式(模式)、文化價(jià)值觀念等時(shí)刻映射著人與自然這一系統(tǒng)地相互作用。對(duì)遺址周邊人文社會(huì)環(huán)境的監(jiān)測(cè)需求主要是及時(shí)掌握遺址內(nèi)外部人口數(shù)量與密度、土地性質(zhì)、土地利用類(lèi)型、生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)方式、輿情與價(jià)值觀等方面的變化。

3 衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)方式及方法分析

3.1 監(jiān)測(cè)手段及適應(yīng)性分析

依據(jù)永順土司城遺址的監(jiān)測(cè)預(yù)警內(nèi)容和需求確定永順土司城遺址監(jiān)測(cè)指標(biāo)18個(gè)，各監(jiān)測(cè)指標(biāo)包括檢測(cè)具體內(nèi)容2～5項(xiàng)不等，如表1所示?，F(xiàn)有的監(jiān)測(cè)手段各有所長(zhǎng)，因此需針對(duì)不同的監(jiān)測(cè)需求尋求合適的監(jiān)測(cè)手段。總體來(lái)說(shuō)，宏觀、整體性格局、大環(huán)境宜采用衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)；局部細(xì)微變化監(jiān)測(cè)需借助精密儀器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；一般項(xiàng)目的監(jiān)測(cè)可采用傳統(tǒng)人工現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)。針對(duì)不同監(jiān)測(cè)對(duì)象(內(nèi)容)而采用的監(jiān)測(cè)手段及適應(yīng)性分析如表1所示。

表1 監(jiān)測(cè)內(nèi)容與監(jiān)測(cè)手段適應(yīng)性分析

3.2永順土司城衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)預(yù)警方式的探討

通過(guò)分析可知：在上述永順土司城監(jiān)測(cè)預(yù)警指標(biāo)體系中，依據(jù)現(xiàn)有的衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)條件，有多個(gè)監(jiān)測(cè)指標(biāo)、多項(xiàng)監(jiān)測(cè)內(nèi)容均可直接或間接應(yīng)用衛(wèi)星遙感技術(shù)，就其遙感衛(wèi)星監(jiān)測(cè)思路與方法探討如下。

3.2.1 直接判譯

利用衛(wèi)星遙感技術(shù)可直接開(kāi)展監(jiān)測(cè)的項(xiàng)目有土地利用覆被變化、建筑(水體)面積變化、交通網(wǎng)絡(luò)變化、景觀格局變化等。這些項(xiàng)目的監(jiān)測(cè)可依據(jù)監(jiān)測(cè)需求，選用合適分辨率的衛(wèi)星影像，經(jīng)專(zhuān)業(yè)圖像處理后實(shí)施影像解譯，結(jié)合“3S”技術(shù)，可直接進(jìn)行判譯并實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。

3.2.2 數(shù)據(jù)挖掘與信息轉(zhuǎn)換

在永順土司城監(jiān)測(cè)預(yù)警指標(biāo)體系中，有一些指標(biāo)中的部分監(jiān)測(cè)信息雖然無(wú)法通過(guò)衛(wèi)星影像直接判譯，但可以通過(guò)獲取衛(wèi)星遙感影像相關(guān)信息后，進(jìn)行數(shù)據(jù)(信息)轉(zhuǎn)換后獲得。這一類(lèi)監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括高程變化、地貌變化、森林覆蓋度、極端天氣等。另外，由于監(jiān)測(cè)原理、方式、方法等的不同，衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)和人工監(jiān)測(cè)的結(jié)果相比較往往存在較大的偏差，衛(wèi)星遙感技術(shù)在這些方面的應(yīng)用依賴(lài)于建立二者之間精準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換(或關(guān)聯(lián))模型。當(dāng)然，為提高相關(guān)模型的精度，大量的數(shù)據(jù)挖掘、分析和驗(yàn)證工作亟待開(kāi)展。通過(guò)數(shù)據(jù)挖掘與信息轉(zhuǎn)換，能夠開(kāi)展衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)的項(xiàng)目有水質(zhì)、土壤濕度、地表溫度等。

3.2.3 輔助驗(yàn)證

此外還有一部分監(jiān)測(cè)指標(biāo)(內(nèi)容)，目前利用衛(wèi)星遙感技術(shù)尚無(wú)法達(dá)到目標(biāo)精度，但能宏觀反映變化趨勢(shì)，實(shí)施這些項(xiàng)目的衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)可以作為人工監(jiān)測(cè)結(jié)果的輔助驗(yàn)證。這一類(lèi)監(jiān)測(cè)指標(biāo)包括地表溫度、病蟲(chóng)害分布、GDP、生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)方式等。

4 結(jié)語(yǔ)

基于世界自然遺產(chǎn)監(jiān)測(cè)預(yù)警的內(nèi)在要求和永順土司城遺址的實(shí)際情況，采用多種途徑、多種手段實(shí)施全方位立體監(jiān)測(cè)是遺址監(jiān)測(cè)預(yù)警的實(shí)際需要。永順土司城遺址監(jiān)測(cè)可采用衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)、激光掃面監(jiān)測(cè)、傳統(tǒng)人工監(jiān)測(cè)等多種手段，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、互相驗(yàn)證，實(shí)施全方位立體監(jiān)測(cè)。隨著衛(wèi)星遙感技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，它在古遺址監(jiān)測(cè)方面的應(yīng)用將日益廣泛和深入。