■ 王萬忠 王光生

大遺址是我們祖先長期從事各類活動(dòng)的歷史遺存，是人類發(fā)展史的見證，它的歷史價(jià)值體現(xiàn)在自身所攜帶的歷史信息和對歷史事實(shí)的真實(shí)展示，綜合并直接體現(xiàn)了中華民族和中華文明的起源與發(fā)展，是構(gòu)成中華五千多年文明史的主體和支撐。大遺址所蘊(yùn)藏的歷史信息極為豐富，在一定程度上反映當(dāng)時(shí)社會(huì)的生產(chǎn)力發(fā)展水平、科技水平以及人類創(chuàng)造力等，具有很強(qiáng)的科學(xué)文化價(jià)值。通過研究大遺址，可以對古代的政治、經(jīng)濟(jì)、文化、外交等方面做出客觀評價(jià)。我國歷來重視大遺址保護(hù)工作，一直將其作為文物保護(hù)的重中之重，但大遺址地域廣闊、布局復(fù)雜、信息量大、遺存豐富，具有不可再生的價(jià)值和不可替代的地位。

長期以來，大遺址數(shù)據(jù)獲取主要以傳統(tǒng)測量方式為主，包括人工測量、傳統(tǒng)攝影等，由于地域廣闊、環(huán)境復(fù)雜等特點(diǎn)，造成數(shù)據(jù)獲取速度慢、效率低、準(zhǔn)確度低等一系列問題，很多數(shù)據(jù)主要以量測為主，對后續(xù)規(guī)劃和應(yīng)用造成很大誤差。本文針對以上問題，結(jié)合傾斜攝影測量技術(shù)的特點(diǎn)，說明該技術(shù)能有效解決當(dāng)前大遺址保護(hù)中數(shù)據(jù)獲取難度大、精度低等問題。其獲取的DEM、DOM、三維模型等產(chǎn)品可以為后續(xù)的保護(hù)方式選擇、方案設(shè)計(jì)、綜合管理等提供思路和數(shù)據(jù)支撐，并能夠?qū)Σ煌愋偷倪z址現(xiàn)狀進(jìn)行數(shù)字化保存和歷史性存檔，為以后的大遺址保護(hù)及規(guī)劃提供科學(xué)依據(jù)。

一、大遺址保護(hù)現(xiàn)狀

大遺址作為中華文明起源和發(fā)展的“物化載體”，是我國文化遺產(chǎn)的重要組成部分，也是建設(shè)文化強(qiáng)國的重要戰(zhàn)略資源。早在20 世紀(jì)中期，我國就開始了對大遺址保護(hù)的實(shí)踐探索，在最早的《中華人民共和國文物保護(hù)法》中就對文化遺址的保護(hù)條例做了詳細(xì)介紹。20 世紀(jì)80 年代，現(xiàn)代考古學(xué)家蘇秉琦首次提出“大遺址”的概念；20 世紀(jì)90 年代中后期，國家更加重視對大遺址的保護(hù)和利用，并提出對大遺址要采取法律形式保護(hù)；進(jìn)入21 世紀(jì)后，《中國文物古跡保護(hù)準(zhǔn)則》《大遺址保護(hù)“十三五”專項(xiàng)規(guī)劃》等眾多法令相繼頒布，已經(jīng)將大遺址保護(hù)上升為國家戰(zhàn)略。近年來，隨著經(jīng)濟(jì)水平的快速發(fā)展和社會(huì)民生改善需求的增強(qiáng)，以及當(dāng)代城鎮(zhèn)化背景下大遺址面臨著各種破壞威脅，大遺址的保護(hù)受到國家、各級地方政府、業(yè)界、學(xué)界以及相關(guān)領(lǐng)域的高度重視。經(jīng)過多年的實(shí)踐探索和科學(xué)研究，我國在保護(hù)理念、保護(hù)方式、技術(shù)手段和綜合管理等方面都取得了一定的成就。

大遺址的破壞主要包括自然和人為兩個(gè)方面。相對于風(fēng)雨侵蝕等自然因素，人為破壞因素在大遺址保護(hù)中產(chǎn)生更大的威脅。隨著我國城市化進(jìn)程不斷加快，越來越多的大遺址被劃進(jìn)城市發(fā)展圈，導(dǎo)致區(qū)域化發(fā)展和大遺址保護(hù)的矛盾日益增加，保護(hù)難度不斷加大。過去大遺址的數(shù)據(jù)獲取手段主要以傳統(tǒng)測量為主，無法及時(shí)制定有針對性的保護(hù)對策。例如，之前進(jìn)行的齊長城保護(hù)前期勘察測繪工作就是采用人工卷尺測量、照相機(jī)攝影存檔等技術(shù)手段，不僅需要大量的人力、物力，還需要很長的工作周期，且傳統(tǒng)測量方式獲取的數(shù)據(jù)存在不夠全面、精度低等問題。

當(dāng)前，世界范圍內(nèi)對于大遺址保護(hù)的理念不斷更新，數(shù)據(jù)獲取手段也在不斷改進(jìn)。在前期測量工作中，如何在不破壞遺跡本體及周圍環(huán)境的前提下，快速高效地獲取制定保護(hù)方案、項(xiàng)目實(shí)施、綜合管理所需的數(shù)據(jù)，已成為國內(nèi)外學(xué)者及業(yè)界相關(guān)人士的研究熱點(diǎn)之一。

二、傾斜攝影測量技術(shù)

隨著經(jīng)濟(jì)水平的提升和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，無人機(jī)測繪技術(shù)也得到了迅速發(fā)展。無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)相較于傳統(tǒng)三維建模方式，擁有低成本、高機(jī)動(dòng)性、高效率、高精度的優(yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)了衛(wèi)星遙感技術(shù)等只能獲取正射影像的不足。傾斜攝影測量技術(shù)通過多角度獲取被測地物的紋理信息，為三維實(shí)景模型的構(gòu)建提供充足的數(shù)據(jù)源，使快速自動(dòng)構(gòu)建大范圍精細(xì)化模型成為可能。因此，傾斜攝影測量技術(shù)逐漸成為三維實(shí)景建模的重要手段之一，被廣泛應(yīng)用于國土資源管理、災(zāi)害評估、工程測量、地籍確權(quán)、土地規(guī)劃、實(shí)景導(dǎo)航等各個(gè)領(lǐng)域。

傾斜攝影測量技術(shù)是近年來國際遙感領(lǐng)域新興的一項(xiàng)高新技術(shù)，自2010 年引入國內(nèi)后，得到突飛猛進(jìn)的發(fā)展。該技術(shù)有效融合了近景攝影測量技術(shù)與航空攝影測量技術(shù)的優(yōu)勢，與常規(guī)航空攝影測量只能以垂直角度獲取地面信息不同，它是通過在飛行平臺(tái)上搭載單個(gè)和多個(gè)鏡頭相機(jī)，以及先進(jìn)的坐標(biāo)定位系統(tǒng)，能夠從垂直、前視、后視、左視和右視五個(gè)不同角度采集影像及位置信息。通過后期數(shù)據(jù)處理，可制作生成4D 產(chǎn)品（DEM、DOM、DLG、DRG），并可以借助自動(dòng)化三維建模技術(shù)，快速高效構(gòu)建出具有準(zhǔn)確地物地理信息的真三維空間場景，直觀掌握目標(biāo)區(qū)域內(nèi)地形地貌與所有建筑物的細(xì)節(jié)特征，可為后期大遺址保護(hù)提供詳細(xì)、準(zhǔn)確、逼真的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)。

（一）傾斜攝影測量技術(shù)的流程

首先做好飛行前準(zhǔn)備工作，包括明確遺址保護(hù)要求，確定遺址保護(hù)所需的成果類型、精度、規(guī)范等信息，如坐標(biāo)系統(tǒng)、高程系統(tǒng)、數(shù)據(jù)格式等。在航測前實(shí)地考察遺址現(xiàn)場情況，根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際情況來確定飛行高度、速度等飛行參數(shù)，根據(jù)精度要求布設(shè)控制點(diǎn)，像控點(diǎn)的布設(shè)方式和數(shù)量會(huì)影響建模的精度。然后根據(jù)制定好的飛行參數(shù)以及航測計(jì)劃，尋找合適的起飛點(diǎn)，對遺址區(qū)域進(jìn)行航飛數(shù)據(jù)獲取。外業(yè)航測任務(wù)完成后，將影像數(shù)據(jù)導(dǎo)出進(jìn)行內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理，運(yùn)用相應(yīng)軟件進(jìn)行空中三角測量，通常運(yùn)用光束法區(qū)域網(wǎng)聯(lián)合平差，將控制點(diǎn)數(shù)據(jù)與影像的POS 數(shù)據(jù)作為外方位元素的初始值進(jìn)行聯(lián)合平差，實(shí)現(xiàn)多視角影像空三解算。利用畸變改正后的影像數(shù)據(jù)結(jié)合空三加密成果，通過多視影像密集匹配技術(shù)生成密集點(diǎn)云，然后基于點(diǎn)云構(gòu)建不規(guī)則三角網(wǎng)，最后通過紋理映射實(shí)現(xiàn)三維模型的構(gòu)建。

（二）傾斜攝影測量技術(shù)在大遺址保護(hù)中的優(yōu)勢

傾斜攝影測量技術(shù)在大遺址保護(hù)中具有很大的優(yōu)勢，主要表現(xiàn)在三個(gè)方面。一是反映遺址真實(shí)情況并能夠?qū)z址內(nèi)地物進(jìn)行測量。傾斜攝影測量所獲取的三維數(shù)據(jù)可以真實(shí)反映遺址內(nèi)地物的位置、高度、面積等屬性，增強(qiáng)了三維數(shù)據(jù)所帶來的真實(shí)感，很大程度上彌補(bǔ)了人工模型仿真度低的缺點(diǎn)，有效解決了三維數(shù)據(jù)的精度問題。二是性價(jià)比高。在傳統(tǒng)的三維建模過程中，一旦出現(xiàn)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，可能導(dǎo)致整個(gè)建模項(xiàng)目作廢，而傾斜攝影測量技術(shù)大大減少了人為干預(yù)，很好地規(guī)避了這一缺陷；并且，通過該技術(shù)獲取的影像通過后期處理能夠同時(shí)輸出DSM、DOM、DLG等多種數(shù)據(jù)成果，可為大遺址保護(hù)提供豐富、有效的數(shù)據(jù)支撐，有效降低了大遺址測繪中數(shù)據(jù)獲取的成本。三是高效率。在傾斜攝影測量過程中，無人機(jī)代替飛行平臺(tái)，技術(shù)人員可根據(jù)不同情況合理調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)軌跡，利用軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，生成相關(guān)的三維成果，減少人工投入，節(jié)約測量時(shí)間。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證明：一個(gè)中小型遺址的測量過程運(yùn)用人工手段需要一兩個(gè)月，而借助傾斜攝影測量技術(shù)只需要3 到5 天就能完成。

以傾斜攝影測量技術(shù)在齊長城遺址保護(hù)中的應(yīng)用為例。齊長城遺址橫亙于山東省境內(nèi)，全長641.3 公里，其建筑特點(diǎn)是就地取材，走向隨地形及地貌的變化而變化，其中泰山段更是地形復(fù)雜。由于地勢險(xiǎn)要、地形起伏大等原因，采用人工測量的方式很難完成該段齊長城的前期數(shù)據(jù)獲取，因此采用傾斜攝影測量方式。但由于其特殊的地形條件，無人機(jī)航測也面臨巨大的挑戰(zhàn)。為了保證設(shè)備安全，并獲取精確數(shù)據(jù)，本項(xiàng)目采用防地飛行的方式獲取數(shù)據(jù)。通過后期數(shù)據(jù)處理，獲取了齊長城的三維模型、三維點(diǎn)云、數(shù)字正射影像圖、等高線等一系列衍生產(chǎn)品。通過這種方式可以實(shí)現(xiàn)對于整個(gè)齊長城的完整數(shù)據(jù)采集，避免人工測量的數(shù)據(jù)遺漏問題，提高了數(shù)據(jù)采集的精度，大大縮減了前期采集數(shù)據(jù)的時(shí)間，并且，獲取的數(shù)字化成果可以更好地為后期保護(hù)規(guī)劃方案提供有力的數(shù)據(jù)支撐。

三、產(chǎn)品及應(yīng)用

大遺址保護(hù)是一項(xiàng)十分復(fù)雜的工程，不同地區(qū)、不同類型的大遺址存在不同的破壞類型，不可能制定統(tǒng)一的保護(hù)方案，而應(yīng)根據(jù)遺址的具體情況采取相應(yīng)措施。齊長城遺址泰安段由于其特殊的地理?xiàng)l件，利用傾斜攝影測量技術(shù)對其進(jìn)行航測獲取影像數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)處理衍生出一系列數(shù)字產(chǎn)品——三維模型、DOM、DEM、DLG 等，有效解決了人工獲取數(shù)據(jù)難而導(dǎo)致的基礎(chǔ)資料不足的問題，為齊長城遺址保護(hù)提供了有力的數(shù)據(jù)支撐和科學(xué)依據(jù)。

三維模型具有高精度、高分辨率、高清晰度等特點(diǎn)，可精確反映整個(gè)齊長城遺址的分布狀況及周圍環(huán)境狀況，并能根據(jù)精確的坐標(biāo)量測位置、距離、面積、體積等信息；在后期保護(hù)方案設(shè)計(jì)中，能充分體現(xiàn)遺址與環(huán)境保護(hù)的完整性和真實(shí)性；還可實(shí)現(xiàn)模型編輯，對保護(hù)方案進(jìn)行VR 模擬，避免保護(hù)措施實(shí)施后達(dá)不到保護(hù)要求等問題，充分體現(xiàn)了“保護(hù)為主”“少干預(yù)”“可逆性”等文物理念與原則。

數(shù)字正射影像圖（DOM）具有精度高、信息豐富、直觀逼真等特點(diǎn)，能夠?yàn)榍捌诘拇筮z址現(xiàn)狀調(diào)查提供大量信息，可以直接反映許多問題。同時(shí)，利用數(shù)字正射影像圖作為規(guī)劃底圖，使規(guī)劃內(nèi)容和周邊環(huán)境的關(guān)系更加清晰，在齊長城遺址保護(hù)的前期規(guī)劃設(shè)計(jì)中發(fā)揮著重要作用。

數(shù)字高程模型（DEM）反映的是地形高低起伏（高程）信息，能夠便捷地將其轉(zhuǎn)換為等高線、透視圖、斷面圖、坡度圖等相關(guān)產(chǎn)品，對輔助判讀大遺址的空間形態(tài)和結(jié)構(gòu)特征具有明顯優(yōu)勢。由于齊長城遺址主要依山建立，齊長城本體周邊有大量的植被，通過其相關(guān)產(chǎn)品分析，有效避免了建筑、植被、水體等因素對地形的影響。齊長城遺址的保護(hù)與周圍環(huán)境緊密相聯(lián)，首先應(yīng)考慮流水問題，尤其是地形復(fù)雜受到河湖及洪水威脅時(shí)，根據(jù)DEM 提供的齊長城遺址規(guī)模及精確的高程信息，可因地制宜地制定出合理的治水方案。

數(shù)字線劃地圖（DLG）是將一種或多種地圖要素進(jìn)行矢量化而形成的一種數(shù)據(jù)文件。其數(shù)據(jù)量小，便于分層，能夠快速生成專題地圖，因此也被稱為數(shù)字矢量專題信息。齊長城遺址保護(hù)中所需的總平面圖就是數(shù)字線劃圖，通過人工測量獲取需要大量的人力、物力、時(shí)間等，利用航測三維模型進(jìn)行數(shù)字化采集獲取總平面圖，則大大縮短了時(shí)間、降低了成本，并且在一些地形復(fù)雜、人工難以量測的遺址測量中發(fā)揮更大的作用。

結(jié)語

任何一個(gè)行業(yè)和領(lǐng)域的發(fā)展都離不開科學(xué)和實(shí)踐的推動(dòng)，大遺址保護(hù)也不例外。嚴(yán)格來講，隨著測繪技術(shù)在文物保護(hù)領(lǐng)域的不斷發(fā)展，文物數(shù)字化逐漸成為文物保護(hù)工作中的研究熱點(diǎn)，而將傾斜攝影測量技術(shù)應(yīng)用到大遺址的保護(hù)更具創(chuàng)新性和先進(jìn)性。利用該技術(shù)，可有效提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和全面性，尤其是在建筑復(fù)雜、地質(zhì)惡劣和交叉跨越設(shè)施復(fù)雜的地區(qū)；還可獲得地形圖、精細(xì)三維模型、數(shù)字高程模型、數(shù)字正射影像圖等一系列測繪成果，為大遺址的保護(hù)和修繕工作提供了豐富、精確的數(shù)據(jù)支撐。此外，三維模型能夠通過數(shù)字化展示平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)面向用戶的交互式展示，對實(shí)現(xiàn)文物資源共享、傳播古老文明、展示優(yōu)秀歷史文化具有極其重要的意義。