大運(yùn)河環(huán)境景觀與變化分析

胡朵朵，李春霞，舒高雪

(國信司南（北京）地理信息技術(shù)有限公司，北京 100048)

0 引 言

中國大運(yùn)河時(shí)空跨度廣闊、成巨大就、影響深遠(yuǎn)，對(duì)中國乃至世界歷史都產(chǎn)生了巨大和深遠(yuǎn)的影響[1]。2007年，全國兩會(huì)專門討論了京杭大運(yùn)河保護(hù)與申遺問題[2]，各管理部門也為大運(yùn)河保護(hù)與申遺投入大量工作。2009年，國務(wù)院牽頭大運(yùn)河申遺工作，標(biāo)志著大運(yùn)河聯(lián)合申報(bào)世界遺產(chǎn)上升為國家意志與行動(dòng)[3]。2014年6月22日，在第38屆世界遺產(chǎn)大會(huì)上，中國大運(yùn)河獲準(zhǔn)列入世界遺產(chǎn)名錄，成為我國第46個(gè)世界遺產(chǎn)項(xiàng)目。

作為世界遺產(chǎn)，大運(yùn)河保護(hù)是使命，是責(zé)任。國內(nèi)眾多的學(xué)者專家們就某一區(qū)域內(nèi)的河道演變、氣候變化、水流條件、人為因素變化等進(jìn)行了一系列研究，但是在宏觀、全面的景觀監(jiān)測(cè)方面較少。而快速、準(zhǔn)確、及時(shí)獲悉大運(yùn)河沿線環(huán)境景觀格局及變化情況，對(duì)其調(diào)查、評(píng)估、規(guī)劃、管理和監(jiān)測(cè)提供決策依據(jù)意義重大。

由于大運(yùn)河世界遺產(chǎn)地跨北京、天津、河北、山東、江蘇、浙江、河南和安徽8個(gè)省級(jí)行政區(qū)，面臨地域范圍廣、跨越區(qū)域多、環(huán)境差異大、涉及遺產(chǎn)點(diǎn)眾多、遺產(chǎn)要素及背景環(huán)境復(fù)雜多樣、自然與文化景觀共存等現(xiàn)狀，因此其保護(hù)監(jiān)測(cè)各方面存在諸多困難。目前各遺產(chǎn)地管理單位主要利用視頻攝像頭、定期實(shí)地巡查的方式對(duì)相應(yīng)遺產(chǎn)區(qū)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。該監(jiān)測(cè)方式存在監(jiān)測(cè)范圍局限、監(jiān)測(cè)指標(biāo)不統(tǒng)一、監(jiān)測(cè)時(shí)點(diǎn)隨機(jī)雜亂、反饋周期長(zhǎng)、人工成本高、數(shù)據(jù)復(fù)雜多樣難以整合利用等問題。地理空間信息技術(shù)能及時(shí)、快速、全面獲取大運(yùn)河沿線景觀格局及其變化情況，為運(yùn)河遺產(chǎn)的調(diào)查、評(píng)估、規(guī)劃、管理和監(jiān)測(cè)提供一種高效的科學(xué)方法和先進(jìn)的技術(shù)手段[4]。

本文結(jié)合大運(yùn)河遺產(chǎn)保護(hù)需求，設(shè)計(jì)監(jiān)測(cè)內(nèi)容與指標(biāo)，以第一次地理國情普查成果為基礎(chǔ)，利用高分辨率遙感影像、遺產(chǎn)保護(hù)區(qū)劃圖、遺產(chǎn)要素統(tǒng)計(jì)信息等，結(jié)合外業(yè)踏查，獲取并分析大運(yùn)河31個(gè)遺產(chǎn)區(qū)申遺之前（2009年為主）、申遺成功當(dāng)年（2014年）、申遺成功一年之后（2015年）3個(gè)時(shí)點(diǎn)的環(huán)境景觀格局及變化情況。

1 監(jiān)測(cè)區(qū)及數(shù)據(jù)

1.1 監(jiān)測(cè)區(qū)

按照《大運(yùn)河申報(bào)世界文化遺產(chǎn)預(yù)備名單》，大運(yùn)河遺產(chǎn)區(qū)包括嘉倉160號(hào)倉窖遺址、回洛倉遺址、通濟(jì)渠鄭州段等31個(gè)組成部分，如圖1所示。本文的監(jiān)測(cè)范圍是每個(gè)遺產(chǎn)區(qū)河道中心線兩側(cè)各外擴(kuò)2 km（含劃定的遺產(chǎn)區(qū)和緩沖區(qū)），總面積約5 010.77 km2。

圖1 大運(yùn)河世界遺產(chǎn)31個(gè)組成部分Fig.1 The 31 parts of the Grand Canal world heritage

1.2 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)源

本文所采用的數(shù)據(jù)主要包括第一次地理國情普查成果、高分辨率遙感影像、遺產(chǎn)保護(hù)區(qū)劃圖和遺產(chǎn)要素統(tǒng)計(jì)信息，見表1。

表1 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)源Tab.1 Data source for monitoring

2 監(jiān)測(cè)內(nèi)容

以地理國情普查成果數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，結(jié)合大運(yùn)河實(shí)際管理需求，獲取景觀監(jiān)測(cè)內(nèi)容。地理國情普查具有宏觀性、整體性、綜合性的特點(diǎn)，更側(cè)重監(jiān)測(cè)信息的公共基礎(chǔ)性，其主要目的之一，就是為測(cè)繪以外各部門的專業(yè)普查提供統(tǒng)一的、規(guī)范的、標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)基準(zhǔn)，避免重復(fù)普查、數(shù)據(jù)不一致等問題，充分實(shí)現(xiàn)信息共享。大運(yùn)河環(huán)境景觀信息是國情的重要組成部分之一，是專業(yè)的、特殊的國情，需要針對(duì)大運(yùn)河以環(huán)境景觀保護(hù)、管理、規(guī)劃和監(jiān)測(cè)的需求，在地理國情普查的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提取、補(bǔ)充更具有針對(duì)性的、具體性的信息，如遺產(chǎn)要素的位置、范圍、類型等。

綜合上述，大運(yùn)河環(huán)境景觀監(jiān)測(cè)的內(nèi)容包括遺產(chǎn)要素、地表覆蓋和變化信息，所有數(shù)據(jù)根據(jù)采集類別和幾何特征分類分層進(jìn)行存儲(chǔ)。

1）遺產(chǎn)要素

遺產(chǎn)要素是影響中國大運(yùn)河遺產(chǎn)真實(shí)性、完整性的類型豐富的相關(guān)遺產(chǎn)的集合[5]，成為遺產(chǎn)的只是其中一部分，所以本文也將非世界遺產(chǎn)部分考慮在列。參考國家文物局《申報(bào)世界遺產(chǎn)文本-中國大運(yùn)河》對(duì)遺產(chǎn)要素進(jìn)行分類，含水工設(shè)施、附屬遺存、城鎮(zhèn)、相關(guān)遺產(chǎn)、綜合遺存5個(gè)一級(jí)類和相應(yīng)的17個(gè)二級(jí)類。

2）地表覆蓋

以《地理國情普查內(nèi)容與指標(biāo)》中地表覆蓋為依據(jù)，保留一級(jí)地類，并結(jié)合中國大運(yùn)河周邊環(huán)境景觀信息實(shí)際，對(duì)二、三級(jí)地類進(jìn)行合理歸并，最終確定地表覆蓋信息包括耕地、林地、園地、草地、房屋建筑（區(qū)）、交通道路、構(gòu)筑物、人工堆掘地、荒漠與裸露地表、水域10個(gè)一級(jí)類和相應(yīng)的22個(gè)二級(jí)類、35個(gè)三級(jí)類。

3）變化信息

2009年到2014年、2014年到2015年大運(yùn)河地表覆蓋

3 技術(shù)流程

大運(yùn)河環(huán)境景觀監(jiān)測(cè)信息是利用2009年、2014年和2015年的數(shù)字正射影像（DOM），基于地理國情普查數(shù)據(jù)，參考基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)、遺產(chǎn)保護(hù)區(qū)劃圖和遺產(chǎn)要素統(tǒng)計(jì)信息，采取“內(nèi)業(yè)解譯、外業(yè)踏查”相結(jié)合的方法，提取中國大運(yùn)河環(huán)境景觀信息及其變化情況，形成中國大運(yùn)河環(huán)境景觀連續(xù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)集。技術(shù)流程如圖2所示。

1）資料搜集與預(yù)處理

圖2 監(jiān)測(cè)信息獲取技術(shù)流程Fig.2 Technical process of monitoring information acquisition

搜集的資料包括第一次地理國情普查數(shù)據(jù)、多時(shí)序遙感影像、1:50 000基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)、遺產(chǎn)保護(hù)區(qū)劃圖和遺產(chǎn)要素統(tǒng)計(jì)表。針對(duì)監(jiān)測(cè)信息采集需求對(duì)以上數(shù)據(jù)資料進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換、投影轉(zhuǎn)換、拼接、分層提取等規(guī)范化處理，使數(shù)據(jù)在數(shù)學(xué)基礎(chǔ)、幾何精度、數(shù)據(jù)格式、表現(xiàn)形式等方面達(dá)到一致性、規(guī)范性，可直接用于景觀信息提取及其屬性賦值。

2）正射影像制作

以地理國情普查成果數(shù)據(jù)為控制資料，對(duì)搜集到的原始影像數(shù)據(jù)進(jìn)行整理與分析、預(yù)處理、空三加密、正射糾正、影像融合、鑲嵌勻色、成果整理，最后形成三期DOM產(chǎn)品。

3）監(jiān)測(cè)信息獲取

利用多時(shí)序DOM，基于地理國情普查成果、遺產(chǎn)保護(hù)區(qū)劃圖和遺產(chǎn)要素統(tǒng)計(jì)表，經(jīng)過疊加分析、地類分割、屬性更新等處理，獲取大運(yùn)河遺產(chǎn)要素信息，2009年、2014年和2015年的景觀信息及2009年到2014年、2014年到2015年的變化情況。

4）監(jiān)測(cè)信息核查

采用交叉復(fù)檢、參考資料對(duì)比、外業(yè)踏查等手段，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量檢查，保證最終成果的完整性、準(zhǔn)確性，形成監(jiān)測(cè)信息數(shù)據(jù)集。

5）信息統(tǒng)計(jì)分析

對(duì)大運(yùn)河遺產(chǎn)要素的分布，地表覆蓋信息的空間格局及變化情況分別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，分析大運(yùn)河申遺之前（2009年為主）、申遺成功當(dāng)年（2014年）、申遺成功一年之后（2015年）三個(gè)時(shí)點(diǎn)的環(huán)境景觀及變化情況。

4 結(jié)果分析

4.1 遺產(chǎn)要素分布

監(jiān)測(cè)區(qū)內(nèi)的遺產(chǎn)要素信息涉及河道遺存、配套設(shè)施、管理設(shè)施、古建筑、其他運(yùn)河相關(guān)遺產(chǎn)、綜合遺存等14類共412個(gè)。其中列入世界遺產(chǎn)名錄的有85處，約占20.6%，未列入世界遺產(chǎn)名錄的有327處，約占總數(shù)量的79.4%，具體見表2。各類遺產(chǎn)要素信息中水工設(shè)施數(shù)量最多，共149個(gè)，約占36.1%；其次是河道遺存，共95個(gè)，約占23.1%；然后是古建筑，共72個(gè)，約占17.5%。以上三種類別共計(jì)316個(gè)，約占總數(shù)量的76.7%。由此可見，大運(yùn)河沿線分布最多的還是水工設(shè)施、河道遺存和古建筑，這與大運(yùn)河通航運(yùn)輸、排澇灌溉、排洪供水等基本功能是相符的。

表2 中國大運(yùn)河遺產(chǎn)要素統(tǒng)計(jì)表Tab.2 Statistical table of the elements of Grand Canal heritage

4.2 大運(yùn)河環(huán)境景觀格局

景觀格局主要是指大運(yùn)河沿線的地表覆蓋情況。第2章地表覆蓋的監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括耕地、林地、園地、草地、房屋建筑（區(qū)）、交通道路、構(gòu)筑物、人工堆掘地、荒漠與裸露地表、水域10個(gè)一級(jí)類和相應(yīng)的22個(gè)二級(jí)類、35個(gè)三級(jí)類。統(tǒng)計(jì)分析景觀格局時(shí)，將耕地、林地、園地、草地合并為植被類景觀，將房屋建筑（區(qū)）、構(gòu)筑物和人工堆掘地合并為居民地及設(shè)施類景觀，如此以下統(tǒng)計(jì)環(huán)境景觀信息包括植被、居民地及設(shè)施、水域、交通、荒漠與裸露地表5大類。

2009年，植被和居民地設(shè)施占80%；2014年，植被和居民地設(shè)施占78.8%；2015年，植被和居民地設(shè)施占78.7%。具體覆蓋情況見表3，分布如圖3所示。從三期的地表覆蓋信息分布狀態(tài)可以看出，雖然不同時(shí)期植被、居民地與設(shè)施在發(fā)生變化，但是大運(yùn)河沿線整體的景觀格局形態(tài)差異不是很大，主要還是以植被、居民地及設(shè)施為主，分別維持在80%左右。

表3 中國大運(yùn)河環(huán)境景觀格局統(tǒng)計(jì)表Tab.3 Statistical table of the environmental landscape pattern of Grand Canal

圖3 中國大運(yùn)河環(huán)境景觀格局示意圖Fig.3 The diagram of the environmental landscape pattern of Grand Canal

4.3 景觀格局變化情況

2009年左右開始，運(yùn)河保護(hù)管理單位開始進(jìn)行周圍的環(huán)境整治優(yōu)化工作，為大運(yùn)河申遺做準(zhǔn)備。2014年6月，大運(yùn)河申遺成功，被列入世界文化遺產(chǎn)名錄。2014年申遺成功后，國家投入了大量人力、財(cái)力和物力，力求做好大運(yùn)河保護(hù)和監(jiān)測(cè)工作。因此，運(yùn)河環(huán)境景觀格局變化與申遺、保護(hù)工作密不可分。

1）不同時(shí)期的景觀變化分析

從時(shí)間維度上來看，2009～2014年，大運(yùn)河周圍的景觀格局變化較多，變化圖斑共50 317個(gè)，變化面積達(dá)53 633.81 km2，變化面積占監(jiān)測(cè)區(qū)域總面積的10.70%。2014年到2015年，大運(yùn)河周圍的景觀格局變化較少，變化圖斑共5 326個(gè)，變化面積為8 401.29 km2，變化面積占監(jiān)測(cè)區(qū)域總面積的1.68%。具體如圖4所示。

圖4 中國大運(yùn)河環(huán)境景觀信息變化面積與圖斑數(shù)量Fig.4 The changed area and map spots in the Grand Canal environmental landscape

由此可見，2009年到2014年，大運(yùn)河申遺準(zhǔn)備的工作量巨大且明顯，成果也突出；2014年到2015年，大運(yùn)河的保護(hù)工作也進(jìn)展順利，變化較少。

2）變化信息空間分布分析

從變化信息數(shù)量的空間分布來看，兩期的變化都主要分布在外擴(kuò)區(qū)：其中2009年到2014年外擴(kuò)區(qū)變化約占91%，2014年到2015年外擴(kuò)區(qū)變化約占86%；遺產(chǎn)區(qū)內(nèi)的變化在2%～3%左右，其中,2009年到2014年遺產(chǎn)區(qū)變化約占2%，2014年到2015年外擴(kuò)區(qū)變化約占3%。如圖5所示。

圖5 中國大運(yùn)河環(huán)境景觀變化信息數(shù)量的區(qū)域分布Fig.5 The regional distribution of changed map spots in the Grand Canal environmental landscape

從變化信息面積的空間分布來看，兩期的變化都主要集中分布在外擴(kuò)區(qū)：2009年到2014年，變化區(qū)域面積約占監(jiān)測(cè)區(qū)總面積的10.7%，其中外擴(kuò)區(qū)占9.8%、緩沖區(qū)占0.7%、遺產(chǎn)區(qū)僅占0.2%；2014年到2015年，變化區(qū)域面積約占監(jiān)測(cè)區(qū)總面積的1.68%，其中外擴(kuò)區(qū)占1.47%、緩沖區(qū)占0.17%、遺產(chǎn)區(qū)僅占0.04%。如圖6所示。

圖6 中國大運(yùn)河環(huán)境景觀變化信息面積的區(qū)域分布Fig.6 The regional distribution of changed area in the Grand Canal environmental landscape

由此可見，無論是2009年到2014年為大運(yùn)河申遺而進(jìn)行環(huán)境整治工作而造成較多的景觀變化，還是2014年到2015年因文化遺產(chǎn)保護(hù)而產(chǎn)生的較小的景觀變化，都遵循了遺產(chǎn)區(qū)變化最小，緩沖區(qū)其次，外擴(kuò)區(qū)變化較大的原則，最大努力地保護(hù)遺產(chǎn)區(qū)內(nèi)景觀格局的穩(wěn)定性。

5 結(jié)束語

本文基于第一次地理國情普查數(shù)據(jù)，利用地理信息空間技術(shù)快速、全面獲取大運(yùn)河申遺前后的環(huán)境景觀信息，摸清了大運(yùn)河沿線的遺產(chǎn)要素狀況、申遺前運(yùn)河環(huán)境整治引起的景觀格局變化情況以及申遺后運(yùn)河景觀的保護(hù)情況，為大運(yùn)河的保護(hù)、管理、規(guī)劃和監(jiān)測(cè)提供了地理信息數(shù)據(jù)支撐。

地理信息空間技術(shù)、地理國情普查及監(jiān)測(cè)成果對(duì)于大運(yùn)河環(huán)境景觀監(jiān)測(cè)及其他專項(xiàng)監(jiān)測(cè)的意義不言而喻，但是為了將地理信息與文物監(jiān)測(cè)深入結(jié)合，更好地發(fā)揮地理信息數(shù)據(jù)價(jià)值，后續(xù)還需要在以下兩方面探索努力：

1）建立地理國情普查應(yīng)用于大運(yùn)河環(huán)境景觀監(jiān)測(cè)技其他文物監(jiān)測(cè)的長(zhǎng)效穩(wěn)定機(jī)制

本研究除了數(shù)據(jù)成果和分析結(jié)論外，還形成了中國大運(yùn)河環(huán)境景觀監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)程，包括數(shù)據(jù)源的選擇、監(jiān)測(cè)要素類型與屬性、監(jiān)測(cè)頻度、統(tǒng)計(jì)分析的內(nèi)容與方法、工作流程、質(zhì)量控制等。該規(guī)程就是將地理國情普查成果轉(zhuǎn)型應(yīng)用于大運(yùn)河環(huán)境景觀監(jiān)測(cè)的技術(shù)保障，并可以在后續(xù)的工作中不斷補(bǔ)充完善。此外，在國家文物局與國家測(cè)繪地理信息局的戰(zhàn)略合作的基礎(chǔ)上，將地理國情后續(xù)的監(jiān)測(cè)成果作為大運(yùn)河及其他文物監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，快速、準(zhǔn)確獲取監(jiān)測(cè)對(duì)象的位置及屬性信息，為保護(hù)管理及監(jiān)測(cè)提供信息支撐。

2）綜合采用地理信息技術(shù)手段進(jìn)行全方位高效監(jiān)測(cè)

基于地理國情普查成果雖然對(duì)于大運(yùn)河及其他專項(xiàng)監(jiān)測(cè)具有重要的作用，基于此獲取的信息具有基礎(chǔ)性、宏觀性和綜合性等特點(diǎn)，對(duì)于精細(xì)的遺產(chǎn)單體、遺產(chǎn)結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)和實(shí)時(shí)巡檢等卻愛莫能助。因此，除了利用地理國情監(jiān)測(cè)成果外，綜合采用其他地理信息技術(shù)手段，如無人機(jī)傾斜攝影、無人機(jī)Lidar、地面及手持三維激光掃描儀、無人機(jī)巡查等技術(shù)，獲取監(jiān)測(cè)區(qū)域的全景全貌、實(shí)景三維、地形分布、結(jié)構(gòu)形態(tài)、立面圖等數(shù)據(jù)信息，為大運(yùn)河及其他監(jiān)測(cè)提供全方位、多角度、更精細(xì)、更靈活的監(jiān)測(cè)方案。