頤和園世界文化遺產(chǎn)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

趙霞，叢一蓬，秦雷，閆曉雨，常少輝，孫偉

（頤和園管理處，北京 100091）

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頤和園世界文化遺產(chǎn)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

趙霞，叢一蓬，秦雷，閆曉雨，常少輝，孫偉

（頤和園管理處，北京 100091）

摘 要：從研究背景、設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)、重點(diǎn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集與分析等方面介紹了世界文化遺產(chǎn)地北京的皇家園林——頤和園在建設(shè)世界遺產(chǎn)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)時(shí)進(jìn)行的探索。對(duì)頤和園世界文化遺產(chǎn)監(jiān)測(cè)工作系統(tǒng)組成、監(jiān)測(cè)工作內(nèi)容以及系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：世界文化遺產(chǎn)；監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)；設(shè)計(jì)

1　研究背景

頤和園是清代皇家園林“三山五園”之一，作為中國(guó)現(xiàn)存最完好、規(guī)模最宏大的古代園林和世界級(jí)的文化瑰寶，是北京古都風(fēng)貌的重要組成部分和標(biāo)志性人文景觀之一，年接待中外游客上千萬(wàn)人次。 1998年以“世界幾大文明之一的有力象征”之崇高評(píng)價(jià)被列入《世界遺產(chǎn)名錄》。2012年4月12日頤和園世界文化遺產(chǎn)監(jiān)測(cè)中心正式掛牌成立，同時(shí)成立頤和園遺產(chǎn)監(jiān)測(cè)領(lǐng)導(dǎo)小組，監(jiān)測(cè)中心設(shè)立專(zhuān)職負(fù)責(zé)人，組成多專(zhuān)業(yè)知識(shí)背景的人員團(tuán)隊(duì)。在全園實(shí)行二級(jí)監(jiān)測(cè)執(zhí)行模式。致力于建立具有頤和園特色的遺產(chǎn)監(jiān)測(cè)管理體系，全面推動(dòng)頤和園保護(hù)管理工作向科學(xué)化、標(biāo)準(zhǔn)化、制度化方向發(fā)展。

為規(guī)范遺產(chǎn)監(jiān)測(cè)工作，使頤和園遺產(chǎn)監(jiān)測(cè)工作與中國(guó)文化遺產(chǎn)監(jiān)測(cè)工作保持方向一致，并使頤和園遺產(chǎn)監(jiān)測(cè)保護(hù)人員更加明確遺產(chǎn)監(jiān)測(cè)保護(hù)的內(nèi)容和方法，頤和園與中國(guó)文化遺產(chǎn)研究院合作，重點(diǎn)開(kāi)展了制定頤和園遺產(chǎn)監(jiān)測(cè)規(guī)劃、建立頤和園世界遺產(chǎn)監(jiān)測(cè)指標(biāo)體系和編制監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)方案的工作，并同時(shí)開(kāi)展了古建、山體、古樹(shù)、彩畫(huà)、古墓葬等遺產(chǎn)要素的監(jiān)測(cè)工作。在采集這些遺產(chǎn)要素的基本信息和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)后，我們發(fā)現(xiàn)遺產(chǎn)保護(hù)部門(mén)與監(jiān)測(cè)部門(mén)的人員在監(jiān)測(cè)對(duì)象與內(nèi)容等認(rèn)識(shí)方面有著一定的差異，而將這些遺產(chǎn)保護(hù)部門(mén)采集來(lái)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與既定的監(jiān)測(cè)指標(biāo)之間保持對(duì)應(yīng)關(guān)系是使監(jiān)測(cè)工作有序規(guī)范進(jìn)行的必要條件。因此在2014年，通過(guò)梳理遺產(chǎn)要素分類(lèi)、采集遺產(chǎn)要素的基本信息、病害信息、維護(hù)信息，采集遺產(chǎn)地基礎(chǔ)信息，建立監(jiān)測(cè)指標(biāo)模塊、預(yù)警模塊、監(jiān)測(cè)法規(guī)依據(jù)等，開(kāi)發(fā)建立了頤和園遺產(chǎn)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)平臺(tái)。

2　系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

頤和園遺產(chǎn)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)由遺產(chǎn)地基礎(chǔ)信息管理、監(jiān)測(cè)法規(guī)依據(jù)、遺產(chǎn)要素信息管理、監(jiān)測(cè)指標(biāo)管理、預(yù)警信息管理、地理信息系統(tǒng)、監(jiān)測(cè)報(bào)告、系統(tǒng)管理等模塊組成。包含大戲樓變形監(jiān)測(cè)、大戲樓震動(dòng)監(jiān)測(cè)、全園微環(huán)境監(jiān)測(cè)、客流量監(jiān)測(cè)、萬(wàn)壽山水土流失監(jiān)測(cè)、彩畫(huà)監(jiān)測(cè)、古樹(shù)名木監(jiān)測(cè)、災(zāi)害與軟環(huán)境監(jiān)測(cè)、培訓(xùn)監(jiān)測(cè)、保護(hù)與展示工程監(jiān)測(cè)、新建項(xiàng)目監(jiān)測(cè)等監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)。

頤和園的古建筑、古樹(shù)名木、可移動(dòng)文物等遺產(chǎn)本體眾多，在以前信息化建設(shè)項(xiàng)目的基礎(chǔ)上，頤和園遺產(chǎn)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)目前完成了5大類(lèi)35子類(lèi)遺產(chǎn)要素圖層的建立，包括山體、水體、古遺址、古建筑、古樹(shù)、雕塑、碑刻等專(zhuān)題圖層，已收集全園17座山體、16處水體、711座古建筑、58處假山疊石、1 601棵古樹(shù)、426個(gè)露天陳設(shè)文物等共10 000多個(gè)遺產(chǎn)要素單體的基本信息，每個(gè)單體均包括資源分布空間數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)、照片及文字介紹等不同形式的數(shù)據(jù)，拍攝、掃描、收集遺產(chǎn)要素單體或局部的測(cè)繪圖以及單體或局部影像等資料50 GB數(shù)據(jù)進(jìn)入數(shù)據(jù)庫(kù)。

2.1遺產(chǎn)地基礎(chǔ)信息管理模塊

由遺產(chǎn)基礎(chǔ)信息、保護(hù)管理與文獻(xiàn)3部分組成。包含了頤和園申遺文本、突出普遍價(jià)值、定期報(bào)告、遺產(chǎn)總圖、遺產(chǎn)要素清單與分布圖、衛(wèi)星影像與航拍、保護(hù)管理規(guī)劃編制記錄、保護(hù)區(qū)劃圖、專(zhuān)項(xiàng)保護(hù)管理規(guī)章制度、志書(shū)史書(shū)與專(zhuān)著等國(guó)家文物局要求監(jiān)測(cè)的33項(xiàng)內(nèi)容。可按照中國(guó)文化遺產(chǎn)研究院的要求，將采集的數(shù)據(jù)錄入系統(tǒng)并顯示。

2.2遺產(chǎn)要素信息管理模塊

以頤和園文物保護(hù)規(guī)劃、總體規(guī)劃、文化遺產(chǎn)監(jiān)測(cè)規(guī)劃為依據(jù)，將頤和園五5類(lèi)遺產(chǎn)要素（山、水、建構(gòu)筑物、植物、陳設(shè)）的基本信息、圖片信息、圖紙信息、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、預(yù)警數(shù)據(jù)、病害信息、維護(hù)記錄、專(zhuān)題評(píng)估集中進(jìn)行管理，可實(shí)現(xiàn)信息的查詢(xún)、定位等功能。

2.3監(jiān)測(cè)指標(biāo)管理模塊

以國(guó)家級(jí)監(jiān)測(cè)預(yù)警指標(biāo)為參照，可將頤和園監(jiān)測(cè)指標(biāo)分為遺產(chǎn)本體、保護(hù)管理、自然與社會(huì)環(huán)境3大類(lèi)。遺產(chǎn)本體分為水，山，建、構(gòu)筑物，植被和陳設(shè)5大類(lèi)，共計(jì)116項(xiàng)指標(biāo)；保護(hù)管理監(jiān)測(cè)分為國(guó)際承諾、機(jī)構(gòu)與能力建設(shè)、建設(shè)控制、保護(hù)展示工程等12大類(lèi)，共計(jì)指標(biāo)43項(xiàng)；自然與社會(huì)環(huán)境分為自然環(huán)境、社會(huì)環(huán)境、人文環(huán)境和軟環(huán)境4類(lèi)，51項(xiàng)指標(biāo)?？傆?jì)210項(xiàng)指標(biāo)。構(gòu)建了頤和園整體的監(jiān)測(cè)預(yù)警指標(biāo)體系，對(duì)監(jiān)測(cè)類(lèi)別、監(jiān)測(cè)對(duì)象、監(jiān)測(cè)點(diǎn)、監(jiān)測(cè)部位、監(jiān)測(cè)要素、監(jiān)測(cè)設(shè)備等進(jìn)行查詢(xún)、新增和修改等功能設(shè)置。可通過(guò)該模塊可完成監(jiān)測(cè)指標(biāo)的版本控制與配置，監(jiān)測(cè)指標(biāo)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)維護(hù)。

2.4預(yù)警信息管理模塊

由預(yù)警指標(biāo)管理、預(yù)警等級(jí)設(shè)定、預(yù)警統(tǒng)計(jì)、預(yù)警查看、預(yù)警狀態(tài)、處理評(píng)估、待復(fù)查、復(fù)查結(jié)果評(píng)估、誤報(bào)警、預(yù)警結(jié)束10部分組成預(yù)警流程信息管理子系統(tǒng)。目前，根據(jù)已有的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，可實(shí)現(xiàn)大戲樓變形、萬(wàn)壽山水土流失等預(yù)警。但由于預(yù)警值目前沒(méi)有行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，處于摸索階段，尚由經(jīng)驗(yàn)測(cè)試值代替，預(yù)警功能還有待完善。

2.5地理信息系統(tǒng)模塊

以頤和園測(cè)繪圖為地圖，可顯示各遺產(chǎn)要素下子目錄的遺產(chǎn)本體分布圖，實(shí)現(xiàn)各遺產(chǎn)本體的定位查詢(xún)，支持對(duì)相似遺產(chǎn)本體名稱(chēng)的模糊查詢(xún)。包括山體、水體、駁岸、古建筑、古遺址、古墓葬、彩畫(huà)、橋梁、復(fù)建建筑、墻、假山疊石、鋪裝與路面、花臺(tái)、古井、古樹(shù)、露天陳設(shè)、室內(nèi)陳設(shè)等專(zhuān)題圖層。

2.6監(jiān)測(cè)報(bào)告模塊

為減小數(shù)據(jù)引用誤差對(duì)編制年度監(jiān)測(cè)報(bào)告的影響時(shí)數(shù)據(jù)引用的誤差，研發(fā)的監(jiān)測(cè)報(bào)告模塊以中國(guó)文化遺產(chǎn)研究院制定的年度監(jiān)測(cè)報(bào)告模板為綱，可將頤和園遺產(chǎn)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)中有關(guān)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及其與上一年度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的差異按照年份進(jìn)行提取，并顯示在相應(yīng)的段落內(nèi)，生成年度監(jiān)測(cè)報(bào)告初稿。編寫(xiě)者可在初稿基礎(chǔ)上進(jìn)行做進(jìn)一步地分析與評(píng)估，也可根據(jù)年份對(duì)年度監(jiān)測(cè)報(bào)告進(jìn)行查詢(xún)。針對(duì)某個(gè)監(jiān)測(cè)指標(biāo)或遺產(chǎn)要素的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析結(jié)果，形成的專(zhuān)家意見(jiàn)和專(zhuān)題報(bào)告也在此模塊中收錄。

2.7系統(tǒng)管理模塊

可實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的管理，包括遺產(chǎn)要素類(lèi)別管理以及系統(tǒng)日志的綜合管理。

3　重點(diǎn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集分析

根據(jù)前期監(jiān)測(cè)課題成果，基于已有的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，還建設(shè)了大戲樓變形、震動(dòng)監(jiān)測(cè)預(yù)警綜合模塊、全園微氣候監(jiān)測(cè)模塊、全園水土流失監(jiān)測(cè)模塊、鳥(niǎo)類(lèi)監(jiān)測(cè)模塊、客流量監(jiān)測(cè)模塊。為使監(jiān)測(cè)工作保持連續(xù)性，每個(gè)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的文字、圖紙、照片等監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)都收納于其中。

3.1在山體監(jiān)測(cè)方面

萬(wàn)壽山水土流失一直是我們關(guān)注的山體病害問(wèn)題，2013—2014年頤和園開(kāi)展了萬(wàn)壽山水土流失監(jiān)測(cè)。將萬(wàn)壽山劃分為萬(wàn)壽山西側(cè)、東側(cè)陽(yáng)面坡和東側(cè)陰面坡3大塊區(qū)域。每個(gè)區(qū)域內(nèi)設(shè)5～7塊監(jiān)測(cè)場(chǎng)地，每塊場(chǎng)地根據(jù)地形構(gòu)造設(shè)置2～9根測(cè)釬，采取定期監(jiān)測(cè)、系統(tǒng)分析的方法積累與匯總數(shù)據(jù)。期待經(jīng)過(guò)數(shù)年的數(shù)據(jù)積累，可以摸索到水土流失的預(yù)警值，以預(yù)判在降雨后或一定時(shí)間段某一坡面的水土流失情況，提前進(jìn)行有針對(duì)性的防護(hù)與治理。

3.2在古建筑監(jiān)測(cè)方面

以德和園大戲樓為試點(diǎn)，打造多因素綜合監(jiān)測(cè)示范點(diǎn)。開(kāi)展了涉及多個(gè)古建病害指標(biāo)的變形自動(dòng)監(jiān)測(cè)（圖1）、變形人工定期監(jiān)測(cè)，以及引起古建本體變化的自然和社會(huì)環(huán)境因素監(jiān)測(cè)，如震動(dòng)和微環(huán)境對(duì)大戲樓的影響監(jiān)測(cè)等項(xiàng)目。目前可以在監(jiān)測(cè)預(yù)警信息平臺(tái)實(shí)時(shí)獲取大戲樓地基基礎(chǔ)沉降、柱的彎曲、柱腳下沉、柱頭水平移位、柱身傾斜、梁枋撓度等病害發(fā)展信息，以及振動(dòng)加速度、風(fēng)環(huán)境、溫度、濕度、光照、輻射度、噪聲頻率、噪聲聲壓級(jí)等環(huán)境因素變化信息，做好了單點(diǎn)多因素綜合監(jiān)測(cè)、協(xié)同評(píng)估病害預(yù)警值及其主要影響因素的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備工作。

圖1　大戲樓變形自動(dòng)監(jiān)測(cè)報(bào)告

3.3古建筑彩畫(huà)監(jiān)測(cè)方面

開(kāi)展了古建筑彩畫(huà)信息及微環(huán)境監(jiān)測(cè)方法研究。選取典型室外區(qū)域長(zhǎng)廊，周期性地對(duì)其中16幅彩畫(huà)本體的色度、明度、彩度等量化指標(biāo)進(jìn)行了3次為期2年的人工監(jiān)測(cè)（圖2），同時(shí)對(duì)彩畫(huà)周邊的微環(huán)境進(jìn)行了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

圖2　彩畫(huà)指標(biāo)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

3.4古樹(shù)監(jiān)測(cè)方面

頤和園古樹(shù)名木資源豐富，為了進(jìn)一步保護(hù)這批活文物，頤和園與相關(guān)機(jī)構(gòu)合作，以油松為主要監(jiān)測(cè)對(duì)象，針對(duì)300株重點(diǎn)養(yǎng)護(hù)管理古樹(shù)，安裝了古樹(shù)電子標(biāo)簽。電子標(biāo)簽與古樹(shù)監(jiān)測(cè)模塊通過(guò)電子手柄終端進(jìn)行連接，每一個(gè)電子標(biāo)簽內(nèi)包含該株古樹(shù)的基本信息和養(yǎng)護(hù)病歷檔案，實(shí)現(xiàn)對(duì)所標(biāo)示古樹(shù)的一站式管理。

圖3　清可軒留云閣遺址監(jiān)測(cè)報(bào)告

同時(shí)，頤和園還開(kāi)展了清可軒（圖3）及留云閣遺址監(jiān)測(cè)（圖4）、耶律鑄夫婦合葬墓監(jiān)測(cè)（圖5、圖6）、花承閣多寶塔三維激光掃描（圖7、圖8）、全園微環(huán)境監(jiān)測(cè)等項(xiàng)目。這些早于監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)平臺(tái)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，可通過(guò)專(zhuān)題評(píng)估報(bào)告上傳或物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，集中顯示在平臺(tái)系統(tǒng)相應(yīng)的遺產(chǎn)本體信息管理頁(yè)和相關(guān)模塊中。

圖4　遺址監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)照片

圖5　耶律鑄夫婦合葬墓三維掃描現(xiàn)場(chǎng)

圖6　耶律鑄北立面三維掃描模型

圖7　多寶塔彩色模型多角度整體展示

圖8　多寶塔整體底座精細(xì)掃描點(diǎn)云

4　結(jié)束語(yǔ)

上述這些子系統(tǒng)構(gòu)成了較為齊全的頤和園世界文化遺產(chǎn)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)平臺(tái)總體功能框架，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、儀器監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和人工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的采集、傳輸、展現(xiàn)和分析統(tǒng)計(jì)。由于時(shí)間倉(cāng)促，對(duì)世界遺產(chǎn)監(jiān)測(cè)工作和頤和園歷史的認(rèn)識(shí)也有限，在遺產(chǎn)本體的識(shí)別與確認(rèn)、遺產(chǎn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、預(yù)警數(shù)據(jù)的采集和使用方面理解還不深，還有許多監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)沒(méi)有在本期項(xiàng)目建設(shè)中采集到，頤和園遺產(chǎn)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)還有待于在使用中完善和維護(hù)。

但遺產(chǎn)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的建立，明確了保護(hù)遺產(chǎn)本體及其形成的格局景觀就是保護(hù)頤和園世界遺產(chǎn)突出普遍價(jià)值的保護(hù)管理理念，也明確了以此為核心的遺產(chǎn)監(jiān)測(cè)工作的具體內(nèi)容與方法，即監(jiān)測(cè)對(duì)象不僅是遺產(chǎn)本體及其格局景觀的變化，也有影響遺產(chǎn)本體的因素；有自然和社會(huì)因素，還有保護(hù)管理制度和行為。集中海量的遺產(chǎn)信息和遺產(chǎn)保護(hù)信息，有助于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的積累、查詢(xún)與分析使用，有助于制定制訂更為及時(shí)有效的遺產(chǎn)保護(hù)計(jì)劃，這些都在客觀上起到了對(duì)頤和園遺產(chǎn)監(jiān)測(cè)工作規(guī)范化的作用。通過(guò)預(yù)警值的設(shè)置與調(diào)整，為及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，查找導(dǎo)致問(wèn)題出現(xiàn)的原因，研究切實(shí)可行的解決對(duì)策，提供了依據(jù)。同時(shí)，系統(tǒng)通過(guò)訪問(wèn)權(quán)限的分配，可根據(jù)需求有選擇地面向遺產(chǎn)管理機(jī)構(gòu)內(nèi)各保護(hù)管理部門(mén)開(kāi)放，為將監(jiān)測(cè)工作融入到日常保護(hù)管理工作中，使監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)服務(wù)于解決實(shí)際問(wèn)題，避免只監(jiān)測(cè)、不應(yīng)用的情況，提供了信息化的條件。為將來(lái)使頤和園遺產(chǎn)監(jiān)測(cè)工作與遺產(chǎn)保護(hù)管理工作更好的銜接，形成更順暢的遺產(chǎn)監(jiān)測(cè)保護(hù)工作流程提供了方法和便利工具。

（致謝：天津大學(xué)張龍、劉剛、巴振寧、楊建民、白成軍等老師在采集數(shù)據(jù)工作中的幫助。）

動(dòng)態(tài)信息

The Design and Implementation of the Early Warning System of the World Cultural Heritagemonitoring of the Summer Palace

ZHAO Xia，CONG Yipeng，QIN Lei，YAN Xiaoyu，CHANG Shaohui，SUN Wei
（The Summer Palacemanagement Office，Beijing 100091，China）

Abstract:From the research background，design and implementation，keymonitoring data acquisition and analysis is introduced in aspects of the world cultural heritage sites in Beijing imperial garden，the Summer Palace in the building of the world heritagemonitoring and early warning system to explore.To the Summer Palace world cultural heritagemonitoring system，monitoring work content and the system design and implementation of the found problems are analyzed.

Key words:world cultural heritage；monitoring and early warning system；design

中圖分類(lèi)號(hào)：G122

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

作者簡(jiǎn)介：趙霞（1970-），女，園林高級(jí)工程師，碩士研究生，主要研究方向?yàn)橹参锊±韺W(xué)、文化遺產(chǎn)學(xué)。E-mail：zx3499@sina.com.