多源異構(gòu)數(shù)據(jù)環(huán)境下不可移動(dòng)文物災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)圖構(gòu)建方法研究

費(fèi)智濤, 郭小東,3,王志濤,3

(1.北京工業(yè)大學(xué) 城市建設(shè)學(xué)部,北京 100124;2.木結(jié)構(gòu)古建筑安全評(píng)估與災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)控制國(guó)家文物局重點(diǎn)科研基地, 北京 100124;3.北京市歷史建筑保護(hù)工程技術(shù)研究中心, 北京 100124)

各類型自然災(zāi)害加劇了歷史文化遺產(chǎn)的破壞與損傷,如2008年汶川地震導(dǎo)致災(zāi)區(qū)50處全國(guó)重點(diǎn)、225處省級(jí)重點(diǎn)和684處縣級(jí)文物保護(hù)單位遭受不同程度損害[1],2020年6月長(zhǎng)江流域洪水影響了至少130處不可移動(dòng)文物[2]。自20世紀(jì)中葉以來(lái)，預(yù)防性保護(hù)的理念不斷發(fā)展[3],要在災(zāi)害發(fā)生前對(duì)不可移動(dòng)文物災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估,為減輕突發(fā)性自然災(zāi)害損害和保護(hù)不可移動(dòng)文物價(jià)值提供了新思路。面對(duì)不可移動(dòng)文物的復(fù)雜性,風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估需綜合多種因素,考慮多元主體需求進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)表達(dá)[4],風(fēng)險(xiǎn)圖(risk map)作為一種為相關(guān)部門、用戶提供預(yù)防式保護(hù)的技術(shù)工具[5],為展示不可移動(dòng)文物面臨的危險(xiǎn)情況、風(fēng)險(xiǎn)閾值、潛在高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域和對(duì)關(guān)鍵承災(zāi)體的影響等信息提供可能,其中以意大利中央研究院研發(fā)的專門針對(duì)文化遺產(chǎn)的風(fēng)險(xiǎn)圖平臺(tái)(the risk map of italian cultural heritage, RM)最具代表性[6]。傳統(tǒng)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的風(fēng)險(xiǎn)圖多基于GIS系統(tǒng)繪制[7-9],“風(fēng)險(xiǎn)圖”概念體現(xiàn)為“風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與制圖呈現(xiàn)”[10-11]。面對(duì)不可移動(dòng)文物的復(fù)雜性,文物本體材質(zhì)、類型和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等因素，需要和災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)圖的時(shí)空屬性進(jìn)行耦合,多來(lái)源、多形式數(shù)據(jù)在邏輯、物理上的有機(jī)集成需被考慮[12],有關(guān)研究在多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的集成模式[13]和構(gòu)建方法[14]等方面開展研究。當(dāng)前,不可移動(dòng)文物災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)圖研究多集中于理念介紹[15-16]、經(jīng)驗(yàn)借鑒[17]方面,在技術(shù)上尚未形成完整的構(gòu)建方法,缺乏在多尺度、多層級(jí)層面的統(tǒng)籌考慮,更缺乏有關(guān)尺度變換、粒度縮放和數(shù)據(jù)共享方面的相關(guān)研究[18]。本文旨在基于災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)圖多層次框架，提出我國(guó)不可移動(dòng)文物災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)圖構(gòu)建方法,包括多維度模型、要素轉(zhuǎn)換模式和數(shù)據(jù)集成量化方法,以彌補(bǔ)我國(guó)不可移動(dòng)文物自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理領(lǐng)域的工具構(gòu)建方法空白。

1 不可移動(dòng)文物災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)圖多層次框架

1.1 基于多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的不可移動(dòng)文物風(fēng)險(xiǎn)表達(dá)

災(zāi)害研究領(lǐng)域?qū)︼L(fēng)險(xiǎn)的界定存在多種理解[19],通常認(rèn)為與致災(zāi)因子危險(xiǎn)性(H)、孕災(zāi)環(huán)境敏感性(E)、承災(zāi)體脆弱性(V)和防災(zāi)減災(zāi)能力(P)幾個(gè)要素相關(guān),可使用式(1)進(jìn)行表達(dá)：

Risk=f(H,E,V,P)

(1)

其中,致災(zāi)因子危險(xiǎn)性(hazard)反應(yīng)了災(zāi)害發(fā)生的威脅程度,可以通過(guò)歷史災(zāi)害數(shù)據(jù)和各類災(zāi)害數(shù)值模擬精細(xì)化地進(jìn)行描述，并獲取相關(guān)參數(shù),但數(shù)據(jù)質(zhì)量要求高,計(jì)算時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)[20-21]。為滿足風(fēng)險(xiǎn)圖多主體使用的需求[22],通?？梢允褂梅从衬愁悶?zāi)害強(qiáng)度、概率的方法判別,如矩陣法等[23-24],危險(xiǎn)性通常被視為一種觸發(fā)因素(trigger factors),而孕災(zāi)環(huán)境敏感性、承災(zāi)體脆弱性則可被認(rèn)為是一種固有物理屬性的相對(duì)靜態(tài)表達(dá),即穩(wěn)定性因素(relatively stable factors)[25]。不可移動(dòng)文物因其類型的多樣性與構(gòu)造復(fù)雜性,造成其數(shù)據(jù)的多尺度、多精度和多時(shí)序等特點(diǎn)[26-28],也導(dǎo)致數(shù)據(jù)集成和管理等方面存在諸多挑戰(zhàn)[29]。因此,不可移動(dòng)文物災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型的各項(xiàng)評(píng)估指標(biāo)不可避免地涉及多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的集成問(wèn)題,相應(yīng)的災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)圖作為展示不可移動(dòng)文物在面臨災(zāi)害危險(xiǎn)及其后果的空間化、圖示化工具[5],也需要統(tǒng)籌考慮多源異構(gòu)數(shù)據(jù)環(huán)境下的風(fēng)險(xiǎn)表達(dá)[30]。具體的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型可采用考慮指標(biāo)權(quán)重與賦值的綜合評(píng)判方法,風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)可使用自然間斷的方法進(jìn)行。

1.2 不可移動(dòng)文物災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)圖多層次框架

作為一種文化遺產(chǎn)數(shù)字型管理模式[31],災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)圖須提供滿足用戶主體多元使用需求的服務(wù)類型。國(guó)際上目前較為成熟的案例,如意大利RM通過(guò)3個(gè)階段構(gòu)建了中央-地方協(xié)同的樹形數(shù)據(jù)管理-風(fēng)險(xiǎn)服務(wù)機(jī)制。首先從靜態(tài)-結(jié)構(gòu)、環(huán)境-空氣和人員利用3個(gè)維度對(duì)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行量化與配置;其次,通過(guò)多種數(shù)據(jù)收集方式研究并測(cè)算風(fēng)險(xiǎn)參數(shù),并使用各類型模型(如環(huán)境-空氣維度中考慮使用的損傷與退化模型)進(jìn)行參數(shù)計(jì)算;最后,在羅馬、拉文納、那不勒斯和都靈等城市選取樣本點(diǎn)進(jìn)行上述數(shù)據(jù)、模型的綜合[6]。

不可移動(dòng)文物災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)圖面向不同的用戶需求,如管理用戶(系統(tǒng)管理用戶)具備使用所有功能和服務(wù)的權(quán)限;風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估用戶(數(shù)據(jù)管理用戶、專業(yè)用戶)則具備與災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估相關(guān)的服務(wù)權(quán)限,應(yīng)包括數(shù)據(jù)管理、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、空間分析與查詢、地圖制圖等;普通用戶僅僅具備查詢服務(wù)權(quán)限,不能直接訪問(wèn)數(shù)據(jù)內(nèi)容。災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)圖需對(duì)數(shù)據(jù)、服務(wù)和應(yīng)用進(jìn)行多關(guān)系綜合處理,通過(guò)集成多源異構(gòu)數(shù)據(jù)、風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別與評(píng)估、結(jié)果分析與呈現(xiàn)的交互滿足多用戶需求。數(shù)據(jù)、服務(wù)和應(yīng)用之間的層次映射關(guān)系見圖1。其中,數(shù)據(jù)層位于不可移動(dòng)文物災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)圖服務(wù)的底層,通過(guò)對(duì)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)不同空間、粒度的集成,保障災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)圖服務(wù)、應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)?；跀?shù)據(jù)層開展查詢統(tǒng)計(jì)、分析評(píng)估、制圖與數(shù)據(jù)管理等災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)圖服務(wù),涉及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型、風(fēng)險(xiǎn)要素的交互,根據(jù)需求的不同形成專題圖、風(fēng)險(xiǎn)圖等類型。應(yīng)用層則基于數(shù)據(jù)層、服務(wù)層構(gòu)建應(yīng)用模塊,直接與不同權(quán)限使用者對(duì)接,支撐使用者在宏觀決策、風(fēng)險(xiǎn)管理等的需求。

因此,不可移動(dòng)文物災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)圖的構(gòu)建應(yīng)在考慮不同使用者需求的基礎(chǔ)上,提出有關(guān)時(shí)空尺度、粒度和風(fēng)險(xiǎn)要素的統(tǒng)一安排及其轉(zhuǎn)換模式,給出多源異構(gòu)數(shù)據(jù)環(huán)境下的構(gòu)建方法。

圖1 不可移動(dòng)文物災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)圖的數(shù)據(jù)-服務(wù)-應(yīng)用框架Fig.1 Freamworkof data-service-application for immovable heritage disaster risk map

2 不可移動(dòng)文物災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)圖構(gòu)建方法

2.1 不可移動(dòng)文物災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)圖構(gòu)建的多維度模型

根據(jù)“需求-服務(wù)-應(yīng)用”的災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)圖多層次框架,研究構(gòu)建了包含尺度維度、粒度維度、風(fēng)險(xiǎn)要素維度和時(shí)間維度的不可移動(dòng)文物災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)圖多維度模型,與考慮數(shù)據(jù)特點(diǎn)的維度要素轉(zhuǎn)換規(guī)則模型,以滿足用戶在多尺度、多層級(jí)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)圖構(gòu)建的需要。首先,考慮災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)圖在尺度、精度和風(fēng)險(xiǎn)比對(duì)方面的不同需求,提出基于尺度、粒度和風(fēng)險(xiǎn)要素3個(gè)維度的不可移動(dòng)文物災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)圖構(gòu)建的基本模型(見圖2),即

F(RM)=f(C,A,Risk,t)

(2)

其中，C為尺度維度,依托文物保護(hù)等級(jí)，將不可移動(dòng)文物災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理尺度分為省級(jí)、縣級(jí)和文保單位3個(gè)空間尺度,與具體事權(quán)對(duì)應(yīng)，方便管理與開展決策。考慮不同層級(jí)風(fēng)險(xiǎn)圖使用主體的需求(如決策者需要宏觀信息表達(dá),文物工作者則更加注重文物單體面臨的風(fēng)險(xiǎn)),在給定尺度C的情況下，風(fēng)險(xiǎn)圖需具備較為合適的粒度A以滿足使用需求[32],如在省、市縣尺度各類風(fēng)險(xiǎn)圖數(shù)據(jù)滿足30 m的精度要求,在文保單位尺度,則以1 m作為風(fēng)險(xiǎn)圖計(jì)算與展示的粒度。Risk為風(fēng)險(xiǎn)要素維度,即包括致災(zāi)因子要素、孕災(zāi)環(huán)境要素和不可移動(dòng)文物本體要素,通過(guò)式(1)風(fēng)險(xiǎn)模型可計(jì)算致災(zāi)因子要素和孕災(zāi)環(huán)境要素的復(fù)合作用對(duì)不可移動(dòng)文物要素造成的影響,確定某尺度下的不可移動(dòng)文物風(fēng)險(xiǎn),根據(jù)需求采用合適的粒度體現(xiàn)所需信息。同時(shí),災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)圖還需對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,提取規(guī)律并預(yù)測(cè)未來(lái)t時(shí)間的風(fēng)險(xiǎn)表達(dá)。

圖2 不可移動(dòng)文物災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)圖多維度模型Fig.2 Multi-dimension model of immovable heritage risk map

2.2 多維度交互下災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)圖的要素轉(zhuǎn)換模式

作為一種涉及多維度交互的工具,不可移動(dòng)文物災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)圖的構(gòu)建必然受制于研究對(duì)象影響。省、縣級(jí)較大尺度對(duì)于高層級(jí)決策者往往具有宏觀控制的意義,而不可移動(dòng)文物本身尺度偏小,本體的細(xì)節(jié)風(fēng)險(xiǎn)信息無(wú)法很好地體現(xiàn)(如建筑群在縣域尺度風(fēng)險(xiǎn)圖中難以表現(xiàn))。為滿足此方面的訴求,需明確不可移動(dòng)文物災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)圖多維度要素轉(zhuǎn)換關(guān)聯(lián)機(jī)制與模式。如圖2災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)圖多維度模型所示,基于多維度穿插、互為體現(xiàn)的災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)圖以風(fēng)險(xiǎn)要素為主要信息,同時(shí)具備尺度、粒度特征。粒度、風(fēng)險(xiǎn)要素維度根據(jù)使用者需求具備多種組合(大尺度-大對(duì)象,如省域尺度展示縣市不可移動(dòng)文物情況;大尺度-小對(duì)象,如省域尺度展示文保單位本體等)。具體而言,災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)圖多維度模型根據(jù)尺度轉(zhuǎn)換規(guī)則、粒度轉(zhuǎn)換規(guī)則和風(fēng)險(xiǎn)要素組合規(guī)則進(jìn)行要素轉(zhuǎn)換。對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)要素,可使用式(3)描述:

E={e1,e1,…,en},n>0

(3)

?i,j∈{1,2,…,n},ei≠ej

(4)

其中,ei和ej為風(fēng)險(xiǎn)要素,即包含危險(xiǎn)性要素、脆弱性要素和敏感性要素,且在不同的尺度、粒度下風(fēng)險(xiǎn)要素的表現(xiàn)具有差異。對(duì)于每種風(fēng)險(xiǎn)要素應(yīng)考慮其本身的風(fēng)險(xiǎn)屬性(如斷裂帶的位置、活動(dòng)性等),可使用式(5)表示風(fēng)險(xiǎn)要素的構(gòu)成：

ei=(t,Si),ei∈Si

(5)

其中,t為時(shí)間戳;Si表示風(fēng)險(xiǎn)要素ei的風(fēng)險(xiǎn)屬性集。對(duì)于自我特征集Si而言,s是其中的元素,代表風(fēng)險(xiǎn)要素ei的1個(gè)風(fēng)險(xiǎn)屬性,屬性s由風(fēng)險(xiǎn)要素的數(shù)據(jù)類型ds(如矢量、柵格或文本)、取值os和演化規(guī)則fs(如地震次生火災(zāi)蔓延隨時(shí)間的變化)確定(式(6)):

s=(ds,os,fs),s∈Si

(6)

在上述風(fēng)險(xiǎn)要素的基礎(chǔ)上,災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)圖多維度表達(dá)模型RM可在式(2)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步細(xì)化,體現(xiàn)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換、組合規(guī)則(見圖3),使用式(7)描述:

RM=(C,RC,A,RA,Risk,RRisk)

(7)

其中,RM為風(fēng)險(xiǎn)圖維度表達(dá)模型,C為風(fēng)險(xiǎn)圖的尺度維度集合,A為風(fēng)險(xiǎn)圖粒度維度集合,Risk為風(fēng)險(xiǎn)圖風(fēng)險(xiǎn)要素維度集合。對(duì)于每一種風(fēng)險(xiǎn)圖構(gòu)成維度,有C={ck|k=1,2，…，n}，A={ak|k=1,2，…，n}，Risk={Riskk|k=1,2，…，n},分別滿足式(8),(9),(10)的關(guān)系：

ck=(Eck),ck∈C

(8)

ak=(Eak),ak∈C

(9)

Riskk=(ERiskk),Riskk∈C

(10)

其中，Rc為不同尺度之間的相互轉(zhuǎn)換關(guān)系,可采用比例尺進(jìn)行限定(見表1)。RA為粒度轉(zhuǎn)換關(guān)系,風(fēng)險(xiǎn)粒度取決于不同權(quán)限使用者獲取信息量的需求,如風(fēng)險(xiǎn)圖粒度可根據(jù)需要進(jìn)行轉(zhuǎn)換(如數(shù)據(jù)分辨率為1 m的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為30 m時(shí),可按需選取均值、極值作為轉(zhuǎn)換輸出)。RRisk為風(fēng)險(xiǎn)要素組合關(guān)系,如地震斷裂帶作為風(fēng)險(xiǎn)要素時(shí),一般轉(zhuǎn)化為離斷裂帶的距離與其他孕災(zāi)環(huán)境、承災(zāi)體數(shù)據(jù)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)運(yùn)算。

圖3 不可移動(dòng)文物災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)圖要素轉(zhuǎn)換模式Fig.3 Patten of element transform for immovable heritage risk map

表1 風(fēng)險(xiǎn)圖尺度轉(zhuǎn)換范圍(以山西省為例)Tab.1 Scale transformation of the RM (Shanxi′s example)

2.3 不可移動(dòng)文物災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)圖的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)集成量化

2.3.1 不可移動(dòng)文物災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)圖的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo) 不可移動(dòng)文物災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)圖根據(jù)2.1節(jié)、2.2節(jié)提出的災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)圖多維度模型、要素轉(zhuǎn)換模式進(jìn)行數(shù)據(jù)集成使用,基于風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)量化評(píng)估。不可移動(dòng)文物研究領(lǐng)域更加關(guān)注文物本體的脆弱性程度,而致災(zāi)因子的危險(xiǎn)性雖然在災(zāi)害研究領(lǐng)域具備不確定性,但相對(duì)于不可移動(dòng)文物而言,更趨向于描述為一種確定性的事件。因此,基于系統(tǒng)性、時(shí)效性、完整性和數(shù)據(jù)可獲得性等原則,根據(jù)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)圖多維度模型確定研究尺度、精度和具體的危險(xiǎn)性要素、脆弱性要素及敏感性要素。以小尺度下古建筑面臨地震災(zāi)害為例,每一個(gè)文保單位中的不可移動(dòng)文物本體都需要參與脆弱性指標(biāo)的計(jì)算?；诠沤ㄖ误w與地震作用特點(diǎn)提出風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)并根據(jù)專家意見進(jìn)行打分量化,使用層次分析法綜合評(píng)價(jià)小尺度下古建筑-地震的災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)。大、中尺度可基于小尺度數(shù)據(jù)量化于評(píng)估結(jié)果,采取自下而上的方法量化,也可以采用適用于大、中尺度風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估需求的專門數(shù)據(jù),進(jìn)行量化評(píng)估,輔助宏觀分析、決策。

2.3.2 不可移動(dòng)文物災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)圖的數(shù)據(jù)集成量化規(guī)則 不可移動(dòng)文物行業(yè)具有豐富的數(shù)據(jù)積累,為銜接不可移動(dòng)文物災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)圖的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)(見圖4),整理文物行業(yè)現(xiàn)有各種類型數(shù)據(jù),如“四有”檔案、第三次全國(guó)文物普查數(shù)據(jù)(下稱“三普”)、各類圖像資料等數(shù)據(jù),構(gòu)造數(shù)據(jù)量化規(guī)則支持多源異構(gòu)數(shù)據(jù)輸入?！八挠小睓n案主要以文檔的形式進(jìn)行存儲(chǔ),內(nèi)含文物的基本信息、各類界線的文字描述等等;“三普”數(shù)據(jù)是主要針對(duì)文物的等級(jí)、保存狀況、殘損情況等信息進(jìn)行了詳盡的記錄,可以直觀地反應(yīng)文物本體的脆弱性。

圖4 中尺度古建筑-地震災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)圖的數(shù)據(jù)集成使用Fig.4 Data integration of ancient buildings-earthquake′s immovable heritage risk map, medium spatial scale

在進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估時(shí),采用直接量化、組合量化、空間映射的規(guī)則進(jìn)行不可移動(dòng)文物災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)圖的數(shù)據(jù)集成量化以滿足評(píng)估要求(見圖4)。某項(xiàng)指標(biāo)可能是由一條數(shù)據(jù)直接量化而來(lái),如古建筑面臨地震的脆弱性指標(biāo)中的“保護(hù)級(jí)別”直接抽取“三普”中的相應(yīng)字段,即直接量化;指標(biāo)由多條數(shù)據(jù)組合獲得,如指標(biāo)“結(jié)構(gòu)類型”,則需要構(gòu)造各個(gè)古建筑類文保單位針對(duì)古建筑的木結(jié)構(gòu)、磚木或石木結(jié)構(gòu)、磚石結(jié)構(gòu)、土結(jié)構(gòu)4種結(jié)構(gòu)類型對(duì)應(yīng)的文物單體類別(如龍王廟、戲臺(tái)、側(cè)殿等)，并進(jìn)行統(tǒng)計(jì),即間接量化。以山西省為例,錄入“三普”已被編號(hào)記錄文物53 875處,其中古建筑類文保單位28 027處,通過(guò)模糊識(shí)別提取文物單體類別并構(gòu)建了數(shù)據(jù)字典。評(píng)估所需的所有數(shù)據(jù)指標(biāo)均映射至對(duì)應(yīng)評(píng)估尺度的評(píng)估對(duì)象空間載體(見圖5),并基于GIS平臺(tái)進(jìn)行計(jì)算評(píng)估。

圖5 災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)集成量化Fig.5 Data integration of risk data

3 不可移動(dòng)文物災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)圖構(gòu)建實(shí)例

以山西省古建筑地震風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估為例,按照第2節(jié)的不可移動(dòng)文物災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)圖構(gòu)建方法,構(gòu)建了古建筑-地震風(fēng)險(xiǎn)圖。案例考慮山西省省域、縣域2個(gè)空間尺度,使用數(shù)據(jù)見表2。風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)見表3,其中縣域尺度“結(jié)構(gòu)類型”指標(biāo)由“三普”數(shù)據(jù)中文保單位包含的文物單體數(shù)量,使用2.3.2節(jié)間接量化規(guī)則統(tǒng)計(jì)而來(lái)。省域尺度“結(jié)構(gòu)類型”指標(biāo)則使用圖3的要素轉(zhuǎn)換模式,將縣域尺度的點(diǎn)狀“結(jié)構(gòu)類型”轉(zhuǎn)化為縣域單元的“結(jié)構(gòu)類型”指標(biāo),“保護(hù)級(jí)別”、“建造年代”、“不可移動(dòng)文物數(shù)量”同樣經(jīng)過(guò)了要素轉(zhuǎn)換。整個(gè)過(guò)程基于ArcGIS平臺(tái)實(shí)現(xiàn)(見圖6)。

圖6 風(fēng)險(xiǎn)圖制作流程Fig.6 Making process of risk map

表2 山西省不可移動(dòng)文物災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)圖構(gòu)建Tab.2 Construction of immovable heritage risk map of Shanxi Province

表3 山西省古建筑不可移動(dòng)文物災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)Tab.3 Risk assessment indicators of immovable heritage risk map of Shanxi Province′s ancient building

經(jīng)評(píng)估得到山西省的省域尺度古建筑-地震風(fēng)險(xiǎn)(見圖7H),縣域尺度孝義市古建筑-地震風(fēng)險(xiǎn)(見圖8I)。結(jié)果表明山西省117個(gè)縣級(jí)單元古建筑-地震風(fēng)險(xiǎn)呈現(xiàn)南北中軸高、東西低的空間分布情況,其中高風(fēng)險(xiǎn)地區(qū)地震危險(xiǎn)性較強(qiáng)。處于古建筑-地震高風(fēng)險(xiǎn)的縣級(jí)單元中,除地震背景外,云崗-代縣還受到較高保護(hù)等級(jí)影響,孝義-小店受到較高保護(hù)等級(jí)、較多文物數(shù)量影響,而霍州-新絳則受到較多文物數(shù)量的影響。

孝義市89處古建筑脆弱性指標(biāo)見圖8A～E,根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果共有44處古建筑處于高風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài),其中全國(guó)重點(diǎn)文物保護(hù)單位1處(中陽(yáng)樓)、省級(jí)文物保護(hù)單位2處(天齊廟、永福寺)。孝義市位于地震動(dòng)峰值加速度0.15～0.20 g地區(qū),地震危險(xiǎn)性較高,加之3處文保單位保存現(xiàn)狀為一般、一般和較差,以及日常養(yǎng)護(hù)方面的缺失是其處于地震高風(fēng)險(xiǎn)的主要原因。風(fēng)險(xiǎn)圖呈現(xiàn)的評(píng)估結(jié)果可為決策者和保護(hù)規(guī)劃可在省域尺度的資金投入、縣域尺度的文保單位精細(xì)化管控方面提供支撐。

A 地震動(dòng)峰值加速度；B 設(shè)計(jì)地震分組；C 結(jié)構(gòu)類型；D 保護(hù)級(jí)別；E 建造年代；F 不可移動(dòng)文物數(shù)量； G 管理機(jī)構(gòu)；H 山西省古建筑-地震風(fēng)險(xiǎn)圖圖7 山西省古建筑-地震風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估Fig.7 Risk assessment of Shanxi′s ancient buildings-earthquake

A 地震動(dòng)峰值加速度； B 保護(hù)級(jí)別； C 建造年代；D 文物數(shù)量；E 現(xiàn)狀質(zhì)量；F 保護(hù)規(guī)劃； G 日常養(yǎng)護(hù)； H 保護(hù)修繕；I 孝義市古建筑-地震風(fēng)險(xiǎn)圖圖8 孝義市古建筑-地震風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估Fig.8 Risk assessment of Xiaoyi City′s ancient buildings-earthquake

4 結(jié)論

本研究提出了一種不可移動(dòng)文物災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)圖構(gòu)建的方法,包括多維度模型、要素轉(zhuǎn)換模式和數(shù)據(jù)集成量化方法3方面,通過(guò)構(gòu)造數(shù)據(jù)庫(kù),基于ArcGIS平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)圖構(gòu)建過(guò)程,并通過(guò)山西省、孝義市的案例進(jìn)行實(shí)例驗(yàn)證，得到以下結(jié)論:

1)提出的方法具備可行性,可將多源異構(gòu)數(shù)據(jù)集成進(jìn)行災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估并展示,構(gòu)建多尺度災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)圖及其專題圖,實(shí)現(xiàn)了山西省省域、縣域2個(gè)尺度的災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)圖實(shí)例。

2)針對(duì)山西省117個(gè)縣級(jí)單元的古建筑-地震評(píng)估結(jié)果顯示南北中軸高、東西低的空間風(fēng)險(xiǎn)分布,其中云崗-代縣、孝義-小店、霍州-新絳等地為高風(fēng)險(xiǎn),受到較高地震危險(xiǎn)性、保護(hù)等級(jí)和不可移動(dòng)文物數(shù)量等因素的綜合影響;孝義市89個(gè)古建筑類型文保單位災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)圖顯示高風(fēng)險(xiǎn)的影響因素除了較高的地震危險(xiǎn)性外,與文保單位文物單體的保存現(xiàn)狀、日常養(yǎng)護(hù)情況有很大關(guān)系。通過(guò)實(shí)踐表明災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)圖展現(xiàn)的評(píng)估結(jié)果具有可用性,可為不可移動(dòng)文物災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理提供工具。