遙感技術(shù)在歷史文化名城保護(hù)與監(jiān)測(cè)中的運(yùn)用*
——以大同為例

傅舒蘭 游奕輝 龐佳燕

由于近年來(lái)穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)帶動(dòng)的旅游需求（國(guó)家旅游局2016）、國(guó)家產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的宏觀需求（國(guó)家發(fā)改委2005），以及文化強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略對(duì)城市歷史文化遺產(chǎn)保護(hù)重要性的進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)（習(xí)近平2013），越來(lái)越多城市管理者認(rèn)識(shí)到歷史城區(qū)的價(jià)值，試圖通過(guò)規(guī)劃建設(shè)、帶動(dòng)以旅游業(yè)為主的關(guān)聯(lián)第三產(chǎn)業(yè)，實(shí)現(xiàn)城市轉(zhuǎn)型。隨著規(guī)劃建設(shè)工作的開展，矛盾與問(wèn)題也日益突出，其中主要是保護(hù)與發(fā)展的矛盾。這對(duì)矛盾從1980年代初全國(guó)展開舊城改造就一直存在（侯仁之1980，范耀邦1981），最早提出的保護(hù)歷史城區(qū)及“歷史文化名城”概念，就是針對(duì)舊城改造導(dǎo)致大量歷史城區(qū)消失的問(wèn)題。但是，由于舊城改造通過(guò)拆遷重建帶動(dòng)土地流轉(zhuǎn)達(dá)到增值（武廷海等2012），在拉動(dòng)城市經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展方面有顯著優(yōu)勢(shì)，因此現(xiàn)實(shí)許多歷史城區(qū)保護(hù)規(guī)劃建設(shè)工作的展開，多少植入了舊城改造的邏輯。歷史城區(qū)保護(hù)過(guò)程中的拆遷重建，不僅引發(fā)了建設(shè)導(dǎo)致的空間要素改變是否違反保護(hù)準(zhǔn)則、是否影響或損害了歷史價(jià)值的爭(zhēng)議，同時(shí)也出現(xiàn)了受人口、地權(quán)、資金流轉(zhuǎn)等要素改變影響產(chǎn)生的社會(huì)問(wèn)題。

針對(duì)前一種建設(shè)導(dǎo)致空間要素改變的問(wèn)題，住建部從2010年開始推進(jìn)保護(hù)狀況評(píng)估檢查、建立規(guī)劃動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、推進(jìn)督察員制度建設(shè)等（孫安軍 2010），并于2017年與文物局共同發(fā)布了建規(guī)[2017]221號(hào)文件，展開全國(guó)性的名城保護(hù)交叉互評(píng)與國(guó)家部局抽查工作。從文件提出的8項(xiàng)具體評(píng)估內(nèi)容來(lái)看，保護(hù)的范圍、數(shù)量、建筑性質(zhì)、基礎(chǔ)設(shè)施、居住人口的變化程度，是衡量歷史城區(qū)是否瀕危的要點(diǎn)。但從評(píng)估工作的開展來(lái)看，要點(diǎn)數(shù)據(jù)并不足以涵蓋城區(qū)整體空間變化特征，同時(shí)評(píng)估依靠主觀打分、缺乏具體標(biāo)準(zhǔn)和客觀工具等問(wèn)題仍然存在。同時(shí)，國(guó)際文化遺產(chǎn)保護(hù)領(lǐng)域，也針對(duì)歷史城市保護(hù)面臨的開發(fā)困境提出了歷史性城市景觀（HUL）的概念，試圖為歷史城市保護(hù)提供依據(jù)（聯(lián)合國(guó)教科文組織2011），但因其缺乏明確的操作系統(tǒng)，較難直接運(yùn)用于實(shí)際的保護(hù)工作。所以總體來(lái)看，國(guó)內(nèi)外對(duì)于歷史城市保護(hù)的討論，都集中到“過(guò)程”與“變化”這兩個(gè)要點(diǎn)上，需要針對(duì)矛盾集中、問(wèn)題頻發(fā)的實(shí)施過(guò)程，進(jìn)行深入解析和研究，設(shè)計(jì)出能較為客觀和系統(tǒng)評(píng)估的方法。

本文主要從已廣泛應(yīng)用于國(guó)土資源監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的遙感影像實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)土地利用的方法獲得啟發(fā)。相對(duì)于獲得困難、更新周期較長(zhǎng)的城市地圖，遙感影像具備更新周期短、獲取方法多樣、空間信息充分等特征，具備實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的廣闊應(yīng)用前景（李世順 1988）。隨著技術(shù)不斷成熟，2000年以后將遙感影像應(yīng)用于城市土地利用或環(huán)境變化監(jiān)測(cè)分析的應(yīng)用型研究，呈現(xiàn)井噴式發(fā)展。其中圍繞城市土地利用，從早期主要關(guān)注城市與自然環(huán)境關(guān)系、將土地劃分為城鄉(xiāng)建設(shè)用地、耕地、草地、林地、水域用地和未利用用地等的宏觀分類方法，到圍繞新需求而進(jìn)一步發(fā)展出了可面向?qū)Ψ诸悺⒂行ёR(shí)別建筑物（丁輝2018，劉文濤2018）等更為復(fù)雜要素的信息提取方法。正是在這種技術(shù)發(fā)展的前提下，本文擬提出的方法才具備了推廣應(yīng)用的可能性。

1 案例選擇

因城市發(fā)展戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型的需求（曹昌智 2008），山西大同從2008年開始了圍繞“名城古都保護(hù)復(fù)興”（耿彥波 2010）為主題的一系列城市建設(shè)。建設(shè)實(shí)踐因其規(guī)模龐大、推進(jìn)快速、問(wèn)題頻發(fā)，引起了學(xué)界與國(guó)內(nèi)外媒體的廣泛關(guān)注。爭(zhēng)議較大聚焦在歷史城區(qū)保護(hù)的領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)有質(zhì)疑建設(shè)是否符合遺產(chǎn)保護(hù)準(zhǔn)則（阮儀三 2013，張松 2013）、關(guān)注建設(shè)引發(fā)的文物周邊歷史環(huán)境改變和空間邏輯消亡等問(wèn)題（李晶晶2013，付清遠(yuǎn)2012，汪芳等2017）的文章；國(guó)際上也有基于歷史城市形態(tài)演變質(zhì)疑真實(shí)性（Fu & Hillier 2018）、專門討論主導(dǎo)者耿彥波（Cui 2018）的研究。同時(shí)項(xiàng)目推進(jìn)的過(guò)程中，也出現(xiàn)了政府赤字資金短缺、工程停工、拖欠工人工資，投資商撤資造成的新建設(shè)施空置、滋生犯罪，拆遷安置補(bǔ)償不利引發(fā)的居民投訴等社會(huì)問(wèn)題（王力凝2013，張海林2012）。這些問(wèn)題或多或少在其他城市的歷史城區(qū)保護(hù)和建設(shè)過(guò)程中出現(xiàn)，因此選擇大同作為案例進(jìn)行研究，不僅具備典型性、針對(duì)性，也有普遍意義。

對(duì)于此起彼伏的問(wèn)題和爭(zhēng)議，目前雖然不乏從經(jīng)濟(jì)發(fā)展和民生改善的角度予以回應(yīng)的報(bào)道（楊彥2012，張吉福2016），由參與建設(shè)規(guī)劃工作主體進(jìn)行的再評(píng)估與調(diào)整性設(shè)想的提出（王軍 2016），但總體上仍缺乏非利益相關(guān)主體、通過(guò)客觀綜合測(cè)評(píng)給出的正面回應(yīng)。其中，尤其缺乏對(duì)建設(shè)實(shí)踐過(guò)程進(jìn)行深入且全面解析的研究。不同階段的空間實(shí)踐導(dǎo)致了歷史城區(qū)內(nèi)哪些主要要素的變化？這些變化是否與預(yù)期相符、是否與問(wèn)題的產(chǎn)生直接相關(guān)？如何圍繞歷史城區(qū)保護(hù)的目標(biāo)，選定要素進(jìn)行有效測(cè)量？測(cè)量結(jié)果旨在綜合反饋歷史城區(qū)空間變化特征，并進(jìn)一步對(duì)解決梳理出的問(wèn)題、建立調(diào)控手段等提供扎實(shí)基礎(chǔ)。

參考不同歷史時(shí)期建設(shè)形成的大同主城區(qū)范圍（大同市地方志編撰委員會(huì)2000）與2008年“名城古都保護(hù)復(fù)興”建設(shè)實(shí)踐的主體范圍（大同市2013），選取了以平城街（北）、北都街（南）、魏都大道（西）、御河西路（東）為界限的區(qū)域（圖1），作為研究的空間范圍。時(shí)間上，則以大規(guī)模建設(shè)啟動(dòng)的2008年作為起點(diǎn)，考察2008年到2017年的10年建設(shè)期。

2 方法設(shè)定

考慮分析材料所需的精度與獲取便利性，研究主要使用了Google Earth Pro軟件獲取遙感影像。平衡作業(yè)量與變化反饋的有效性，考慮將2008年到2017年的10年建設(shè)期以2年為間隔均分5段，前后共選取6個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行遙感影像的截取。瀏覽Google Earth Pro所載2005年4月以來(lái)數(shù)月更新一次的所有影像后，將6個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行圖像截取的空間分辨率設(shè)為4m。最后比較各時(shí)間節(jié)點(diǎn)前后圖像，排除云霧遮擋、選取所載有效信息最為充分的時(shí)間截面獲取遙感圖像，并對(duì)其進(jìn)行統(tǒng)一坐標(biāo)校正，以便進(jìn)行不同時(shí)間節(jié)點(diǎn)的分析比較。選取結(jié)果如下（表1）所示：

分析方法主要采用現(xiàn)有成熟的城市形態(tài)學(xué)研究城市形成演變的方法（田銀生2010），從空間形態(tài)與空間使用性質(zhì)兩個(gè)主要方面來(lái)觀察和分析歷史城區(qū)空間變化特征。同時(shí)，采用建筑類型學(xué)的原理，將第一方面的空間形態(tài)，拆解為實(shí)體建筑與外部空間進(jìn)行分類。實(shí)體建筑與外部空間，均可根據(jù)其尺度、形態(tài)特征分為不同類型。不同類型的實(shí)體建筑與外部空間，通常對(duì)應(yīng)不同的使用功能。而使用功能則直接與第二方面的空間使用性質(zhì)相關(guān)聯(lián)。因此，在對(duì)遙感圖像進(jìn)行界面識(shí)別、區(qū)分實(shí)體建筑與外部空間后，基于類型學(xué)原理根據(jù)空間特征與使用性質(zhì)，將實(shí)體建筑與外部空間進(jìn)一步細(xì)分，可更好提供各時(shí)間節(jié)點(diǎn)的空間特征。

表1 研究時(shí)間節(jié)點(diǎn)及相應(yīng)的遙感圖像選取匯總表

從遙感圖像包涵信息來(lái)看，可用于區(qū)分和判斷分類的主要圖像要素，主要有以下幾種：建筑屋面的大小、形狀、排列組合，建筑投影的相對(duì)大?。▽?duì)應(yīng)層高），場(chǎng)地的大小、形狀、硬化率、植被覆蓋率等。使用以上要素進(jìn)行組合，首先對(duì)2008年6月節(jié)點(diǎn)（建設(shè)前）的圖像進(jìn)行試判別，可識(shí)別類型主要為：主要道路（定寬以上、線性、連續(xù)貫通）、廣場(chǎng)公園（大面積場(chǎng)地、大比例硬化或植被、小比例建筑）、傳統(tǒng)四合院（小進(jìn)深、坡屋面、有機(jī)圍合、一層）、平房（小進(jìn)深、平屋面、條狀、低層）、大院（中進(jìn)深、規(guī)整圍合、多層）、多層住宅 （中進(jìn)深、行列、多層）、學(xué)校（中進(jìn)深、多層、與場(chǎng)地組合）、工廠（大進(jìn)深、低層、與場(chǎng)地組合）、公共建筑（大進(jìn)深、多層高層）；再對(duì)2017年6月節(jié)點(diǎn)（建設(shè)后）的圖像進(jìn)行試判別，可識(shí)別的類型除以上幾種外，增加的主要類型包括：拆除待建場(chǎng)地（硬化與植被覆蓋率低）、在建場(chǎng)地（硬化與植被覆蓋率低、中等比例建筑）、仿古建筑（中大進(jìn)深、坡屋面、規(guī)整圍合、多層）。

通過(guò)試行分析，以上分類可基本覆蓋研究對(duì)象。但是，分析結(jié)果對(duì)于研究重點(diǎn)關(guān)注的建設(shè)過(guò)程變化與歷史環(huán)境變化，體現(xiàn)不夠顯著。因此考慮增加以下兩個(gè)環(huán)節(jié)：一是增加前后時(shí)間節(jié)點(diǎn)對(duì)比，以區(qū)分新舊關(guān)系；二是對(duì)于僅靠遙感圖像難以判定的重要?dú)v史建筑（文物保護(hù)單位）及其周邊附屬環(huán)境，予以事先圈定。綜合以上考慮，設(shè)定基本識(shí)別類型及具體識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)，如圖2所示：

3 運(yùn)用分析

運(yùn)用以上方法分析目標(biāo)遙感圖像，并結(jié)合一次場(chǎng)地調(diào)研、核實(shí)修正分析邊界后，輸出成果如（圖3）所示。對(duì)比2008年與2017年兩個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)的圖面色塊，可以非常清晰地看出城市道路網(wǎng)格、街區(qū)尺度、重要?dú)v史建筑的周邊環(huán)境顯著變化，各類住宅銳減、公園綠地激增。但具體變化過(guò)程、變化程度以及特征，需進(jìn)一步抽出數(shù)據(jù)、歸類分析。

從題設(shè)總體目標(biāo)——?dú)v史城區(qū)空間變化特征的測(cè)評(píng)來(lái)看，重點(diǎn)分析考察的內(nèi)容有兩點(diǎn)：第一點(diǎn)是，歷史空間要素的變化，這一點(diǎn)主要考察歷史相關(guān)空間的整修、新建，反映歷史城區(qū)的真實(shí)性變化程度；第二點(diǎn)是，城區(qū)空間用途的變化，這一點(diǎn)主要考察歷史城區(qū)的空間使用功能的配比、歷史城區(qū)是否總體具備正常的城市功能？

由于識(shí)別類型中，先期考慮了重要?dú)v史建筑及其周邊附屬環(huán)境的選取，同時(shí)通過(guò)對(duì)建設(shè)前后階段以及新建建筑類型的區(qū)分，可以直接選取相關(guān)識(shí)別類型的數(shù)據(jù)，考察第一關(guān)注點(diǎn)的歷史空間要素的變化，分析結(jié)果如（圖4）。可以看出傳統(tǒng)四合院、文保周邊場(chǎng)地、大院等均有不同程度的減少，其中尤為顯著的是不在國(guó)家文物保護(hù)范疇內(nèi)、但因總量較大對(duì)歷史城區(qū)面貌起支配性影響的傳統(tǒng)四合院的減少。同時(shí)對(duì)應(yīng)減少、顯著增加的是修建的歷史景點(diǎn)與新建仿古建筑。從建設(shè)增加速度來(lái)看，前期與傳統(tǒng)四合院的減少基本保持同速；2012年后則明顯放緩、增加不多，但四合院仍大量減少。從以上分析可見，雖然歷史城區(qū)內(nèi)掛牌保護(hù)的建筑及其附屬的周邊場(chǎng)地變化程度不大，但是由于在可傳遞歷史信息的要素中占最大比例的傳統(tǒng)四合院急劇減少，消失約四分之三，城區(qū)內(nèi)歷史風(fēng)貌幾乎整體發(fā)生變化。原有場(chǎng)地大部分由新修建歷史景點(diǎn)與新建仿古建筑替代。同時(shí)，后期建設(shè)資金不足而出現(xiàn)的空地，也加劇了歷史風(fēng)貌發(fā)生了劇烈變化。若將歷史城區(qū)作為一個(gè)整體來(lái)看，這些要素變化所帶來(lái)的對(duì)于歷史城區(qū)真實(shí)性的質(zhì)疑是不可否認(rèn)的。而傳統(tǒng)上僅關(guān)注已登錄保護(hù)點(diǎn)的存改與否，忽視其他占極大比例、同時(shí)帶有歷史信息類型的評(píng)估方法，運(yùn)用在建筑類型多樣的歷史城區(qū)中，顯然是有缺陷的。

歷史城區(qū)的空間功能配比，需要對(duì)可識(shí)別類型進(jìn)行符合城市空間使用功能基本分類的歸總。在城市規(guī)劃領(lǐng)域，與空間使用功能最為接近的是規(guī)劃用地性質(zhì)的概念，但基于建筑類型所做的識(shí)別分類，無(wú)法達(dá)到國(guó)標(biāo)規(guī)定用地分類的細(xì)致度。因此在歸總中，采用了參考現(xiàn)行規(guī)劃用地分類標(biāo)準(zhǔn)、但堅(jiān)持了參考有規(guī)劃用地分類，但以建筑或場(chǎng)地的使用功能為主進(jìn)行分類的原則，將測(cè)評(píng)范圍內(nèi)的城市空間使用功能，歸總為居住、教育、服務(wù)、開放綠地、景點(diǎn)公園、工業(yè)、道路交通、待定、空置等9類（圖5）?；谝陨铣鞘锌臻g使用功能的分類，考察第二關(guān)注點(diǎn)的空間使用功能的變化，可得數(shù)據(jù)分析結(jié)果如圖6?？梢钥闯觯曙@著減少的有居住與服務(wù)兩類，其中變化尤其劇烈的，是居住功能占比由60%減少到15%以下，大大低于規(guī)范建議的最小值25%；相對(duì)呈顯著增加的是景點(diǎn)公園、開放綠地、與待定三類，景點(diǎn)公園增至10%、開放綠地增至20%以上，大大超出標(biāo)準(zhǔn)建議城市公園綠地占總用地面積的10%－15%。可以得出評(píng)估結(jié)論，歷史城區(qū)的空間功能配比發(fā)生了劇烈變化，滿足城市最基本功能——居住的喪失，是直接導(dǎo)致建設(shè)后歷史城區(qū)缺乏人氣的根本原因。因此，可以對(duì)在建、未建而功能待定的約17%用地，提出增補(bǔ)歷史城區(qū)居住功能配比的建議。

4 總結(jié)

本文基于大同歷史文化名城核心區(qū)的案例，通過(guò)分期考察遙感圖像，結(jié)合形態(tài)學(xué)和類型學(xué)原理，捕捉建筑空間類型，量化分析建設(shè)前后變化程度，進(jìn)而通過(guò)與空間使用建立對(duì)應(yīng)聯(lián)系，量化分析變化總體特征，從而得出基本滿足歷史城區(qū)空間變化特征——包括歷史空間要素變化、城市空間使用功能變化的測(cè)評(píng)方法。如果將其投入實(shí)際運(yùn)用，不僅可以在建設(shè)早期發(fā)現(xiàn)劇增、劇減以及比例大幅度失衡等問(wèn)題，及時(shí)調(diào)整和改良規(guī)劃建設(shè)方案，同時(shí)作為一種時(shí)效性強(qiáng)、開放性大的手段，還可以通過(guò)增加時(shí)間截面、調(diào)整分類、增加過(guò)程數(shù)據(jù)對(duì)比、與其他數(shù)據(jù)聯(lián)系對(duì)比（比如人口數(shù)據(jù)）等等，有助于進(jìn)一步對(duì)相關(guān)建設(shè)與保護(hù)性問(wèn)題的探討與解決。

當(dāng)然，我們也在調(diào)研和方法論證的過(guò)程中，注意到歷史文化名城保護(hù)工作的復(fù)雜性。除了重要性較為顯著、業(yè)已指定為文保單位和歷史建筑的部分外，其他歷史時(shí)期形成的空間要素是否也應(yīng)作為影響名城環(huán)境變化的要素予以重視？除了本文重點(diǎn)研究和探討的建設(shè)過(guò)程中物質(zhì)空間變化——這類較易通過(guò)遙感捕捉和量化評(píng)價(jià)的內(nèi)容之外，是否還有更為根本的、可見或不可見的決定性影響因素？比如城市建設(shè)的資金滾動(dòng)方式、建設(shè)主導(dǎo)者的思想軌跡變化等等，都是值得進(jìn)一步拓展和研究的對(duì)象。

注釋：

①根據(jù)《地圖管理?xiàng)l例》，普通研究者很難獲得標(biāo)有地形、建筑信息的詳細(xì)城市地圖。且這些地圖更新周期相對(duì)較長(zhǎng)，通常在大規(guī)模城市建設(shè)結(jié)束后，才進(jìn)行更新。

②根據(jù)筆者于2018年12月7日檢索《中國(guó)知網(wǎng)》的不完全統(tǒng)計(jì)，2002年到目前為止應(yīng)用類的碩士論文164篇、博士論文49篇、期刊論文40篇。

③多為1950年代后居民占地自建的簡(jiǎn)易住房。

④1950年代后期受蘇聯(lián)影響建設(shè)的圍合式單位住宅，通常3－5層。

⑤1980年代開始建設(shè)的居民住宅小區(qū)，通常5－7層，行列式排布。

⑥需要說(shuō)明的是，由于論文重點(diǎn)在于分析建設(shè)中的空間要素變化和變化捕捉分析中的遙感技術(shù)運(yùn)用，因此不對(duì)“何為歷史空間環(huán)境”的問(wèn)題展開討論。研究中涉及歷史環(huán)境空間要素的評(píng)價(jià)，主要考慮通過(guò)各級(jí)評(píng)定、重要性較為顯著的文保單位和歷史建筑及其周邊環(huán)境。

⑦對(duì)于周邊附屬環(huán)境，并非保護(hù)廣義的setting概念，而是指與文保建筑屬于同一管理范疇的場(chǎng)地和附屬構(gòu)筑物，一般按照文保單位的保護(hù)范圍選取邊界。