文物保護(hù)中測(cè)繪技術(shù)的應(yīng)用研究

初云燕 常誠(chéng)鋒 閆海燕

摘?要：文物保護(hù)工作中測(cè)繪技術(shù)手段和方法的研究和應(yīng)用，可以幫助文物保護(hù)工作順利完成。同時(shí)，通過(guò)測(cè)繪技術(shù)手段的使用，可以使文物信息“活”起來(lái)，為公眾通過(guò)文物了解歷史、體會(huì)價(jià)值創(chuàng)造新的途徑。本文對(duì)文物保護(hù)領(lǐng)域中測(cè)繪技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行研究，探索其發(fā)展的方向。

關(guān)鍵詞：文物保護(hù);測(cè)繪技術(shù);應(yīng)用研究

我國(guó)歷史文化悠久，伴隨其產(chǎn)生的文明遺產(chǎn)數(shù)量較多。歷史文物存在著巨大的歷史價(jià)值，是文化傳承的重要載體。通過(guò)它們可以了解當(dāng)時(shí)的生產(chǎn)工藝以及人民的生存和思想狀況，為探索人類(lèi)發(fā)展歷史提供重要參考，因此，對(duì)文物的保護(hù)刻不容緩。

文物保護(hù)的特殊性在于其為不可再生資源，同時(shí)也為不可永生資源。因?yàn)槭艿綒夂颦h(huán)境以及人類(lèi)活動(dòng)的影響，隨著時(shí)間的推移，文物在形成后就開(kāi)始不斷受到破壞。因此，需要采取一定的保護(hù)措施實(shí)現(xiàn)兩個(gè)目的：一是保護(hù)現(xiàn)有的文物盡可能久地留存于世;二是盡快實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有文物的數(shù)字化，最大限度實(shí)現(xiàn)文物的“可復(fù)原”。這些工作的開(kāi)展離不開(kāi)測(cè)繪技術(shù)。

一、測(cè)繪技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用于文物保護(hù)領(lǐng)域的優(yōu)點(diǎn)

測(cè)繪技術(shù)與手段伴隨人類(lèi)社會(huì)產(chǎn)生而產(chǎn)生，其可追溯的歷史為《史記》中記載的大禹治水時(shí)期。經(jīng)歷了三個(gè)主要的時(shí)期，分別是：以地理信息的簡(jiǎn)單記錄、角度和水平直線(xiàn)距離的測(cè)量以及測(cè)量?jī)x器制造和簡(jiǎn)單地形圖測(cè)繪為成果的古代測(cè)繪時(shí)期;以平板儀、水準(zhǔn)儀、經(jīng)緯儀等將地形圖繪制到布匹、紙張、薄膜等物體上，完成國(guó)家各類(lèi)控制網(wǎng)建立為主要內(nèi)容的模擬測(cè)繪階段;以?xún)?nèi)外業(yè)一體化數(shù)字測(cè)圖系統(tǒng)為代表，根據(jù)用戶(hù)需求形成可視化數(shù)字產(chǎn)品的數(shù)字測(cè)繪階段。

現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)應(yīng)用于文物保護(hù)可以實(shí)現(xiàn)文物的華麗再現(xiàn)。測(cè)繪技術(shù)應(yīng)用于文物保護(hù)有其特有的優(yōu)點(diǎn)，主要如下：

首先，由于測(cè)繪儀器、工具的發(fā)展和進(jìn)步，測(cè)繪工作由使用卷尺、垂球的手工測(cè)量到現(xiàn)在的無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量、近景攝影測(cè)量、三維激光掃描技術(shù)、高光譜技術(shù)等，測(cè)量誤差大大減小?，F(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)手段的精度大大提高的同時(shí)工作效率也有很大的改善，采取傳統(tǒng)測(cè)繪手段需要很長(zhǎng)時(shí)間完成的數(shù)據(jù)采集任務(wù)，現(xiàn)在已經(jīng)大大縮短，節(jié)約了大量的時(shí)間成本。

其次，現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)手段進(jìn)行文物信息采集過(guò)程中，可以做到不接觸文物表面，這對(duì)文物本身就是一種保護(hù)。同時(shí)，在采集數(shù)據(jù)過(guò)程中各種技術(shù)的綜合應(yīng)用，可以通過(guò)專(zhuān)業(yè)軟件反復(fù)對(duì)比、拼接，選擇效果最好的設(shè)計(jì)方案，從而比較真實(shí)地反映文物的紋理信息，再對(duì)文物進(jìn)行實(shí)際的修復(fù)保護(hù)措施，從而避免了盲目修復(fù)帶來(lái)的損失，大部分時(shí)候可以實(shí)現(xiàn)文物的“真實(shí)再現(xiàn)”。

最后，測(cè)繪技術(shù)可以利用后期數(shù)據(jù)制作過(guò)程中的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)結(jié)合網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、納米技術(shù)、生物技術(shù)模擬等，為研究文物和修復(fù)文物增加諸多信息資源。不但實(shí)現(xiàn)文物線(xiàn)上的模擬展示，讓公眾可以足不出戶(hù)通過(guò)高精度的三維模型觀(guān)賞文物、身臨其境地走入文物內(nèi)部空間感受歷史氣息，同時(shí)還可以云了解文物背后的故事，豐富了游客的體驗(yàn)感。

二、應(yīng)用于文物保護(hù)的主要測(cè)繪技術(shù)及應(yīng)用現(xiàn)狀

（一）遙感技術(shù)

遙感技術(shù)可以對(duì)被檢測(cè)物體表面光譜信息進(jìn)行記錄，主要包含航空遙感和航天遙感兩個(gè)方面。文物保護(hù)工作中，大多數(shù)情況下工作的范圍比較小，需使用的遙感測(cè)量手段多為近景攝影測(cè)量、傾斜攝影測(cè)量、三維激光掃描等技術(shù)，通過(guò)運(yùn)用拍照、掃描等方式，將普通方法無(wú)法看全、看見(jiàn)的事物記錄下來(lái)，結(jié)合后期數(shù)據(jù)處理，實(shí)現(xiàn)文物的數(shù)字化，在數(shù)字信息的支持下永遠(yuǎn)留存。

工作流程分為外業(yè)數(shù)據(jù)采集與內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理兩個(gè)方面。外業(yè)方面采集被測(cè)物體表面光譜信息及位置信息。內(nèi)業(yè)中對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行誤差處理，目的是去除儀器因素、外界因素以及人為因素的影響，提高數(shù)據(jù)質(zhì)量。最后進(jìn)行圖形拼接與整飾處理，目的是使區(qū)域測(cè)繪圖件完整、清晰、正確、美觀(guān)。

應(yīng)用現(xiàn)狀。遙感技術(shù)與其他技術(shù)配合，已成功運(yùn)用于文物保護(hù)工作，如大勢(shì)智慧團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)多年研發(fā)的Get3d文物建模云，即為遙感技術(shù)應(yīng)用的典型案例之一，其利用攝影測(cè)量技術(shù)，使復(fù)雜的文物數(shù)字化工作變得人人可參與。利用此項(xiàng)技術(shù)僅需像拍照一樣就可以為文物建立模型，通過(guò)拼接形成三維模型，大大降低了數(shù)字化難度。

（二）地理信息數(shù)據(jù)處理與分析技術(shù)

許多現(xiàn)存的文物存在涉及地域廣泛的問(wèn)題，其遺產(chǎn)區(qū)和緩沖區(qū)面積巨大，涉及的省市地域比較多，這種情況下對(duì)文物的保護(hù)和利用規(guī)劃中需要涉及地理信息的采集，形成專(zhuān)題地圖。這種地圖，不但可以讓相關(guān)部門(mén)充分了解現(xiàn)存文物的存在現(xiàn)狀，而且通過(guò)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集、處理與分析，持續(xù)關(guān)注文物使用過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，及時(shí)采取相應(yīng)的保護(hù)措施，形成監(jiān)測(cè)預(yù)警的良好預(yù)防機(jī)制。

工作流程分為外業(yè)數(shù)據(jù)采集與內(nèi)業(yè)成圖建庫(kù)兩個(gè)大的階段。外業(yè)工作中分區(qū)域取得多類(lèi)型、多尺度的海量地理信息，根據(jù)需要制作成不同的專(zhuān)題地圖。因?yàn)槭轻槍?duì)文物保護(hù)工作開(kāi)展的專(zhuān)題圖測(cè)繪工作，所以在制圖過(guò)程中要注意對(duì)文物和遺產(chǎn)的細(xì)化與突出，而其余輔助區(qū)域則可以淡化處理。

應(yīng)用現(xiàn)狀。目前以地理信息數(shù)據(jù)處理與分析為中心的數(shù)字化測(cè)繪已經(jīng)應(yīng)用于文物保護(hù)的多個(gè)領(lǐng)域，如大運(yùn)河和絲綢之路成功申遺工作中利用地理信息技術(shù)采集了豐富的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)作為專(zhuān)題地圖的數(shù)據(jù)源，制作不同比例尺數(shù)字線(xiàn)劃數(shù)據(jù)及亞米級(jí)的遙感影像數(shù)據(jù)，保護(hù)了歷史記憶。

三、測(cè)繪工作應(yīng)用于文物保護(hù)的領(lǐng)域

隨著測(cè)繪技術(shù)手段的不斷發(fā)展與進(jìn)步，應(yīng)用于文物保護(hù)領(lǐng)域的測(cè)繪手段已經(jīng)由手工測(cè)量變?yōu)槎喾N技術(shù)手段綜合。伴隨其發(fā)展的是不但測(cè)繪需求持續(xù)得到改善，得到的圖件形式也逐漸發(fā)展為數(shù)字化多媒體形式，同時(shí)對(duì)文物的歷史、現(xiàn)狀、布局、裝飾、尺寸等都可以進(jìn)行展示。其應(yīng)用于文物保護(hù)的領(lǐng)域有以下三個(gè)方面。

（一）不可移動(dòng)文物

不可移動(dòng)文物可包含如古建筑、壁畫(huà)、石刻、石窟等，它們存在于自然界中，受自然天氣和環(huán)境的影響比較大，面臨的保護(hù)工作更加急迫。以古建筑測(cè)繪為例，我國(guó)古代建筑多以木質(zhì)結(jié)構(gòu)為主，延續(xù)了幾千年的發(fā)展歷史，在世界上已經(jīng)形成獨(dú)特的風(fēng)格，因此很早就引起了學(xué)者的關(guān)注，對(duì)其的測(cè)繪工作隨之開(kāi)展。17世紀(jì)以后，部分域外學(xué)者采用西方測(cè)繪方法進(jìn)行實(shí)測(cè)，形成了古建筑測(cè)繪的初步成果。至清末我國(guó)學(xué)者與政府意識(shí)到文物保護(hù)的重要性，并對(duì)實(shí)地調(diào)查測(cè)繪的重要性和必要性有了相當(dāng)?shù)恼J(rèn)識(shí)，可以說(shuō)是我國(guó)古建筑保護(hù)引入測(cè)繪方法的開(kāi)端，此后經(jīng)過(guò)建國(guó)初期的古建筑測(cè)繪擴(kuò)展期和20世紀(jì)80年代后的全面發(fā)展期，可以說(shuō)古建筑測(cè)繪的研究一直向著科學(xué)化、規(guī)范化方向深入。

（二）可移動(dòng)文物保護(hù)

文獻(xiàn)、書(shū)籍、藝術(shù)品等可移動(dòng)文物，可以對(duì)其進(jìn)行封閉式保護(hù)，但是這樣文物的價(jià)值會(huì)大打折扣，如果能通過(guò)測(cè)繪技術(shù)輔助實(shí)現(xiàn)其展示展出，讓公眾了解文物里的歷史信息和文化價(jià)值，這樣的文物保護(hù)才更有意義。另一方面，據(jù)統(tǒng)計(jì)可移動(dòng)文物中超70%有不同程度的腐蝕殘缺，因此除了做好平時(shí)的預(yù)防性保護(hù)和修復(fù)工作以外，為可移動(dòng)文物進(jìn)行全方位的信息采集，借助測(cè)繪技術(shù)使實(shí)物以虛擬化的電子信息保存下來(lái)，這樣既可以為文物的修復(fù)工作提供參考依據(jù)，也可以方便大眾線(xiàn)上的了解與瀏覽。

（三）可回溯的發(fā)掘過(guò)程記錄

考古發(fā)掘過(guò)程本身就需要“文物保護(hù)”，其過(guò)程具有明顯的不可再生性，這對(duì)于考古保護(hù)的記錄與研究是一項(xiàng)目之所及的損失?，F(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)手段的綜合運(yùn)用，可以實(shí)現(xiàn)發(fā)掘全過(guò)程的數(shù)字化記錄。對(duì)二維三維空間數(shù)據(jù)通過(guò)激光掃描、影像獲取、變形監(jiān)測(cè)等高新技術(shù)獲取，為虛擬仿真系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和研究提供基礎(chǔ)源數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)文物發(fā)掘的可回溯。此技術(shù)系統(tǒng)的應(yīng)用可以滿(mǎn)足多方討論、參與并形成有效決策的科學(xué)發(fā)掘管理系統(tǒng)，提高文物發(fā)掘水平和效率。

四、應(yīng)用于文物保護(hù)的測(cè)繪技術(shù)存在問(wèn)題及發(fā)展方向

（一）存在問(wèn)題

測(cè)繪技術(shù)存在時(shí)間已久，是一種服務(wù)手段，其因應(yīng)用領(lǐng)域不同產(chǎn)生了不同的數(shù)據(jù)測(cè)量需求，因此，測(cè)繪技術(shù)應(yīng)用于文物保護(hù)還存在一些問(wèn)題需要解決，主要有以下幾個(gè)方面。

（1）測(cè)繪設(shè)備造價(jià)較高，后期數(shù)據(jù)處理煩瑣。以目前廣泛應(yīng)用于文物保護(hù)的地面三維激光掃描技術(shù)為例，設(shè)備幾十萬(wàn)元，后期數(shù)據(jù)處理中點(diǎn)云數(shù)據(jù)的三維建模重構(gòu)難度也比較大，各國(guó)的學(xué)者都在進(jìn)行持續(xù)的深入研究，但是仍然很難做到十分完美。

（2）測(cè)繪作業(yè)與文物保護(hù)需求的信息不對(duì)稱(chēng)。文物保護(hù)中測(cè)量精度固然是需要關(guān)注的方面，但是對(duì)于文物價(jià)值的展示才是最重要的一個(gè)方面。目前的狀況是測(cè)繪技術(shù)人員缺乏對(duì)文物保護(hù)的相關(guān)知識(shí)，而文物保護(hù)人員對(duì)測(cè)繪技術(shù)的掌握甚為匱乏，這就需要測(cè)繪工作開(kāi)展者與文物保護(hù)單位之間的信息對(duì)稱(chēng)，這樣才能保證測(cè)繪時(shí)文物價(jià)值的如實(shí)體現(xiàn)。

（3）測(cè)繪技術(shù)對(duì)文物表面信息獲取不全的同時(shí)對(duì)內(nèi)部信息獲取更少，對(duì)于文物保護(hù)中涉及色彩、紋理等信息的獲取相對(duì)較弱，這些都需要持續(xù)引入新的測(cè)繪手段。同時(shí)，對(duì)于文物修復(fù)與保護(hù)工作中比較常見(jiàn)的文物內(nèi)部損壞、腐蝕診斷的需求，單純的測(cè)繪技術(shù)手段還難以滿(mǎn)足要求。

（二）發(fā)展方向

（1）對(duì)三維建模重構(gòu)進(jìn)行持續(xù)研究與改進(jìn)，降低后期數(shù)據(jù)處理的繁復(fù)程度，降低測(cè)繪技術(shù)應(yīng)用的難度與門(mén)檻?；蛟S可以打破文物保護(hù)與測(cè)繪領(lǐng)域的壁壘，實(shí)現(xiàn)文物保護(hù)工作與測(cè)繪技術(shù)信息順暢溝通，為文物保護(hù)的更快更好發(fā)展提供基礎(chǔ)保障。

（2）高光譜遙感技術(shù)廣泛應(yīng)用于文物保護(hù)領(lǐng)域。高光譜遙感技術(shù)具有光譜分辨率高、圖譜合一、波段數(shù)量多、無(wú)損等特點(diǎn)。不僅可以識(shí)別文物一般的表面信息，同時(shí)還可以利用不同色彩光譜信息的不同對(duì)文物的顏料信息進(jìn)行識(shí)別，甚至繪制的起稿線(xiàn)、隱于地下等隱含的信息也可以探測(cè)出來(lái)，因此有效地填補(bǔ)了文物保護(hù)領(lǐng)域的需求空白。

五、結(jié)語(yǔ)

文物保護(hù)工作開(kāi)展過(guò)程中需要多種技術(shù)相互配合，測(cè)繪技術(shù)是其中之一。不但現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)已經(jīng)運(yùn)用于文物保護(hù)工作中，傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)在其中也有用武之地。同時(shí)，由于技術(shù)的有限性，還需要測(cè)繪技術(shù)相關(guān)人員繼續(xù)研究開(kāi)發(fā)出更適合文物保護(hù)測(cè)繪工作需求的新標(biāo)準(zhǔn)、新技術(shù)，更好地為文物保護(hù)工作服務(wù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]王艋，劉松.地面三維激光掃描技術(shù)在文物保護(hù)中的應(yīng)用研究[J].科技與創(chuàng)新.2020（13）：6768+72.

[2]李婧.中國(guó)建筑遺產(chǎn)測(cè)繪史研究[D].天津大學(xué)，2015.

課題：2020年度山東省藝術(shù)科學(xué)重點(diǎn)課題“測(cè)繪技術(shù)應(yīng)用于文物保護(hù)研究”（課題編號(hào)：ZD202008634）

作者簡(jiǎn)介：初云燕（1982—?），女，碩士，副教授，研究方向：測(cè)繪技術(shù)應(yīng)用。