衛(wèi)星遙感技術(shù)在不可移動(dòng)文物保護(hù)中的探索研究

劉天華 莊國(guó)京 周會(huì)珍

衛(wèi)星遙感技術(shù)在不可移動(dòng)文物保護(hù)中的探索研究

劉天華1莊國(guó)京2周會(huì)珍3

（1清華大學(xué)，北京 100084） （2中國(guó)航天科技集團(tuán)有限公司，北京 100048）（3二十一世紀(jì)空間技術(shù)應(yīng)用股份有限公司，北京 100096）

不可移動(dòng)文物是不可再生、不可替代的優(yōu)秀中華文明資源，具有特別重要的文化價(jià)值。中國(guó)不可移動(dòng)文物數(shù)量眾多，面臨集中管理難度大、責(zé)任劃分不明確、防災(zāi)減災(zāi)能力弱、缺少不可移動(dòng)文物保護(hù)區(qū)內(nèi)的環(huán)境演變信息等方面的挑戰(zhàn)。衛(wèi)星遙感技術(shù)具有長(zhǎng)周期性、科學(xué)性和大范圍監(jiān)測(cè)等特點(diǎn)，針對(duì)不可移動(dòng)文物在普查登記、精細(xì)化管理、災(zāi)害監(jiān)測(cè)和環(huán)境監(jiān)測(cè)等方面的工作需要，利用高分辨率光學(xué)、SAR等多源衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，基于智能解譯、定量反演等遙感技術(shù)方法，可以為普查登記、精細(xì)化管理、防災(zāi)減災(zāi)、環(huán)境演變監(jiān)測(cè)等方面提供多方位支撐，助力不可移動(dòng)文物的高質(zhì)量保護(hù)。

不可移動(dòng)文物 環(huán)境監(jiān)測(cè) 災(zāi)害監(jiān)測(cè) 高質(zhì)量保護(hù) 遙感應(yīng)用

0 引言

不可移動(dòng)文物是一種不可再生的文化資源，包括古文化遺址、古墓葬、古建筑、石窟寺、石刻、壁畫(huà)、近代現(xiàn)代重要史跡和代表性建筑等多類(lèi)歷史文化遺跡,它記錄著人類(lèi)文明、政治制度、社會(huì)習(xí)俗和生產(chǎn)力水平，是某一時(shí)期內(nèi)民族文化、地區(qū)文化和宗教文化的直觀體現(xiàn)[1]。不可移動(dòng)文物是文化遺產(chǎn)中極為重要的組成部分，一方面，不可移動(dòng)文物對(duì)研究古代的政治、經(jīng)濟(jì)、文化、宗教、建筑、軍事、生產(chǎn)生活等各個(gè)方面具有重要的參考價(jià)值。另一方面，合理開(kāi)發(fā)利用不可移動(dòng)文物，對(duì)于改善當(dāng)?shù)孛裆⒋龠M(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要意義。我國(guó)不可移動(dòng)文物數(shù)量眾多，在第三次全國(guó)文物普查中，全國(guó)登記的不可移動(dòng)文物達(dá)77萬(wàn)處，分布范圍非常廣泛[2]。而大多數(shù)不可移動(dòng)文物直接暴露于自然環(huán)境中，與其所處的環(huán)境緊密關(guān)聯(lián)，自然災(zāi)害的發(fā)生或環(huán)境退化會(huì)對(duì)其造成不可逆的破壞甚至毀滅。因此，對(duì)不可移動(dòng)文物進(jìn)行搶救性保護(hù)和預(yù)防性保護(hù)是一項(xiàng)極為重要工作。

黨的“十八大”以來(lái)，習(xí)近平總書(shū)記高度重視文化遺產(chǎn)保護(hù)，對(duì)文物保護(hù)單位和文化遺產(chǎn)地進(jìn)行多次考察調(diào)研，提出“要積極推進(jìn)文物保護(hù)利用和文化遺產(chǎn)保護(hù)傳承，挖掘文物和文化遺產(chǎn)的多重價(jià)值，傳播更多承載中華文化、中國(guó)精神的價(jià)值符號(hào)和文化產(chǎn)品”等重要論述[3]。國(guó)家和社會(huì)層面對(duì)于文物事業(yè)的重視程度逐年提升，各級(jí)政府、文物局以及各文物保護(hù)單位在不可移動(dòng)文物保護(hù)方面投入大量工作。近年來(lái)，隨著測(cè)繪技術(shù)的發(fā)展，三維數(shù)字化技術(shù)被廣泛應(yīng)用于不可移動(dòng)文物精細(xì)化建模中，數(shù)字兵馬俑、數(shù)字大足石刻等技術(shù)的實(shí)現(xiàn)為不可移動(dòng)文物存留了精細(xì)的數(shù)字化檔案，當(dāng)不可移動(dòng)文物遭受到破壞時(shí)為其修復(fù)工作提供數(shù)據(jù)和信息支撐[4]。然而，三維數(shù)字化技術(shù)關(guān)注的點(diǎn)在于對(duì)于不可移動(dòng)文物的數(shù)字化復(fù)刻，無(wú)法對(duì)不可移動(dòng)文物本身及周邊生態(tài)環(huán)境要素、自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)等影響因素進(jìn)行持續(xù)有效的監(jiān)測(cè)，從而缺少了對(duì)文物本身的有效保護(hù)。此外，據(jù)統(tǒng)計(jì)我國(guó)省級(jí)文物執(zhí)法機(jī)構(gòu)占54%，地市級(jí)占17%，區(qū)縣級(jí)占6.4%，基層文物保護(hù)力量薄弱，執(zhí)法巡查、安全檢查等日常性監(jiān)督管理工作難度大，文物違法案件隱瞞不報(bào)現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。由于不可移動(dòng)文物數(shù)量眾多，一些不可移動(dòng)文物并未指定給文物保護(hù)單位，而是由一些縣級(jí)人民政府或相關(guān)部門(mén)進(jìn)行登記、建檔和保護(hù)。以祠堂為例，其產(chǎn)權(quán)一般屬于某一個(gè)族系，因而缺少明確的產(chǎn)權(quán)所有人，對(duì)其認(rèn)定標(biāo)準(zhǔn)和空間范圍劃分也存在不清晰的情況[5]

綜上所述，當(dāng)前我國(guó)不可移動(dòng)文物保護(hù)工作面臨以下挑戰(zhàn)：第一，不可移動(dòng)文物本體數(shù)據(jù)量龐大，空間劃定邊界模糊；第二，不可移動(dòng)文物保護(hù)的基層執(zhí)法督查力量薄弱，缺少精細(xì)化管理方式；第三，對(duì)于不可移動(dòng)文物防災(zāi)減災(zāi)能力不足；第四，對(duì)于不可移動(dòng)文物保護(hù)區(qū)內(nèi)的環(huán)境演變認(rèn)知較少，對(duì)環(huán)境研判不足。

相對(duì)于傳統(tǒng)的不可移動(dòng)文物保護(hù)手段，衛(wèi)星遙感技術(shù)具有宏觀性、周期性、科學(xué)性對(duì)地觀測(cè)的特點(diǎn)，已成為文化遺產(chǎn)監(jiān)測(cè)和保護(hù)的重要手段之一。2020年，國(guó)家文物局在年度工作要點(diǎn)中明確提出：開(kāi)展文物遙感執(zhí)法監(jiān)測(cè)，督查督辦重大文物違法犯罪案件和安全事故。2021年，國(guó)家文物局重點(diǎn)對(duì)邯鄲、桂林等地70處全國(guó)重點(diǎn)文物保護(hù)單位開(kāi)展遙感監(jiān)測(cè)[6]。此外，衛(wèi)星遙感技術(shù)還具有以下特色優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用：首先，現(xiàn)有的高分辨率衛(wèi)星影像其空間分辨率可以達(dá)到米級(jí)，通過(guò)對(duì)其進(jìn)行目視解譯、智能解譯，能夠輕松識(shí)別出各類(lèi)地物，被廣泛應(yīng)用于國(guó)土資源調(diào)查工作中。其次，衛(wèi)星遙感技術(shù)可以對(duì)人類(lèi)難以抵達(dá)的地方進(jìn)行全天候監(jiān)測(cè)，快速確定受災(zāi)范圍和受災(zāi)程度，為災(zāi)害應(yīng)急響應(yīng)和指揮決策提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持[7]。最后，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)值模型的廣泛應(yīng)用，定量遙感技術(shù)不斷發(fā)展，國(guó)內(nèi)外學(xué)者將經(jīng)典的數(shù)學(xué)物理理論與遙感實(shí)踐相結(jié)合，建立了近百種定量遙感模型，被廣泛應(yīng)用于水環(huán)境、大氣環(huán)境、植被生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)等各個(gè)領(lǐng)域[8]。例如利用遙感技術(shù)可以對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)的PM2.5進(jìn)行長(zhǎng)期跟蹤測(cè)量，快速獲取大氣中PM2.5的濃度、分布范圍、時(shí)空變化規(guī)律等信息[9]。

綜上所述，本文針對(duì)上述不可移動(dòng)文物保護(hù)中存在的挑戰(zhàn)與不足，結(jié)合衛(wèi)星遙感技術(shù)所具有的特色優(yōu)勢(shì)，從以下幾個(gè)方面進(jìn)一步探討衛(wèi)星遙感技術(shù)在不可移動(dòng)文物保護(hù)工作的應(yīng)用：

1）針對(duì)不可移動(dòng)文物產(chǎn)權(quán)認(rèn)定不明確、空間劃定不清晰的問(wèn)題，利用高分辨率衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，助力不可移動(dòng)文物普查登記、建設(shè)控制地帶劃定；

2）針對(duì)不可移動(dòng)文物缺少精細(xì)化監(jiān)管的問(wèn)題，利用高分辨率衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，助力基層執(zhí)法督查；

3）針對(duì)不可移動(dòng)文物防災(zāi)減災(zāi)能力不足的問(wèn)題，采用光學(xué)和雷達(dá)衛(wèi)星遙感對(duì)自然災(zāi)害及其引發(fā)的次生災(zāi)害進(jìn)行監(jiān)測(cè)與評(píng)估，為災(zāi)前、災(zāi)中和災(zāi)后的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、搶救性保護(hù)以及重建恢復(fù)工作提供科學(xué)依據(jù)；

4）針對(duì)缺少對(duì)不可移動(dòng)文物保護(hù)區(qū)缺少自然環(huán)境認(rèn)知，利用多源衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，對(duì)不可移動(dòng)文物保護(hù)區(qū)內(nèi)的大氣環(huán)境、植被生態(tài)環(huán)境和地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)和評(píng)估，為不可移動(dòng)文物的預(yù)防性保護(hù)提供科學(xué)的數(shù)據(jù)支撐。

1 在不可移動(dòng)文物普查登記中的應(yīng)用

為全面掌握不可移動(dòng)文物的數(shù)量、分布、特征、保存現(xiàn)狀等基本情況，需要開(kāi)展不可移動(dòng)文物普查登記工作，其中包括對(duì)“新發(fā)現(xiàn)”不可移動(dòng)文物名稱(chēng)、位置、年代、類(lèi)別等特征信息的調(diào)查和登記，也包括對(duì)已登記不可移動(dòng)文物本體保存情況的“復(fù)查”。由于不可移動(dòng)文物數(shù)量眾多，傳統(tǒng)的不可移動(dòng)文物普查登記工作受到諸多外界環(huán)境因素的影響，工作難度較大，依靠人力實(shí)地勘察的數(shù)據(jù)信息采集方式會(huì)耗費(fèi)大量的時(shí)間[10]。以北京市為例，全市3000余處文物遺存分布在1.64×105km2的市域范圍內(nèi)，普查登記工作量大，缺少對(duì)于不可移動(dòng)文物的精確定位和空間矢量數(shù)據(jù)。高分辨率衛(wèi)星遙感技術(shù)具有覆蓋范圍廣、空間分辨率高、周期性對(duì)地觀測(cè)等諸多優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用在國(guó)土資源調(diào)查工作中，實(shí)現(xiàn)了對(duì)地理國(guó)情的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，提升了國(guó)土資源調(diào)查工作的效率。因此，在不可移動(dòng)文物的普查登記工作中合理應(yīng)用衛(wèi)星遙感技術(shù)可以快速獲得更加準(zhǔn)確和詳細(xì)的不可移動(dòng)文物空間位置和建設(shè)控制地帶信息，為不可移動(dòng)文物保護(hù)政策和規(guī)劃等決策提供科學(xué)依據(jù)。

首先，在不可移動(dòng)文物的“新發(fā)現(xiàn)”工作中，通過(guò)目視解譯、智能解譯等方法，基于不可移動(dòng)文物在高分辨率衛(wèi)星遙感影像中的光譜特征和空間特征對(duì)其進(jìn)行識(shí)別和信息提取[11]，確定不可移動(dòng)文物的空間位置和建設(shè)控制地帶邊界，對(duì)其進(jìn)行空間定位及上圖，并將遙感數(shù)據(jù)矢量化。結(jié)合已有的不可移動(dòng)文物清單數(shù)據(jù)和GIS系統(tǒng)，通過(guò)編號(hào)實(shí)現(xiàn)圖形數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)（包括名稱(chēng)、地理坐標(biāo)、年代、類(lèi)別、數(shù)量和文物特征）的關(guān)聯(lián)，助力新發(fā)現(xiàn)的不可移動(dòng)文物普查登記工作高效進(jìn)行。

其次，高分辨率衛(wèi)星遙感影像具有周期性、大范圍對(duì)地觀測(cè)的特點(diǎn)，在不可移動(dòng)文物的“復(fù)查”工作中能夠發(fā)揮重要作用。利用多源衛(wèi)星遙感影像，結(jié)合已有的不可移動(dòng)文物清單，通過(guò)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)掌握不可移動(dòng)文物的保存現(xiàn)狀。通過(guò)對(duì)歷史遙感影像的變化監(jiān)測(cè)分析不可移動(dòng)文物的損毀原因，為后續(xù)不可移動(dòng)文物保護(hù)工作提供參考價(jià)值。圖1為衛(wèi)星遙感技術(shù)在不可移動(dòng)文物普查登記工作中的應(yīng)用。

圖1 衛(wèi)星遙感技術(shù)在不可移動(dòng)文物普查登記工作中的應(yīng)用

2 在不可移動(dòng)文物精細(xì)化管理中的應(yīng)用

不可移動(dòng)文物多分布于農(nóng)村、山野等地，受所處自然環(huán)境和地理?xiàng)l件的影響，傳統(tǒng)的依靠人力的巡查手段難以對(duì)其進(jìn)行及時(shí)的監(jiān)察管理。同時(shí)，我國(guó)文物執(zhí)法督查工作面臨任務(wù)多、責(zé)任重、人員少的困局，執(zhí)法巡查等日常性的監(jiān)督管理工作只能針對(duì)文物保護(hù)單位來(lái)開(kāi)展，無(wú)法覆蓋到全部的不可移動(dòng)文物。由于監(jiān)管責(zé)任落實(shí)不到位，對(duì)于不可移動(dòng)文物的修繕進(jìn)展、施工進(jìn)度以及在建設(shè)控制地帶內(nèi)違法修建等情況缺少及時(shí)有效的監(jiān)管手段，導(dǎo)致不可移動(dòng)文物違法案件隱瞞不報(bào)的情況時(shí)有發(fā)生。

衛(wèi)星遙感影像具有客觀性和真實(shí)性，能夠進(jìn)行大范圍、全天候監(jiān)測(cè)，可以在不可移動(dòng)文物的精細(xì)化管理中發(fā)揮重要作用。一方面，通過(guò)對(duì)高分辨率衛(wèi)星遙感影像的解譯與判讀，快速獲取不可移動(dòng)文物保護(hù)區(qū)內(nèi)的保護(hù)規(guī)劃執(zhí)行情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)對(duì)不可移動(dòng)文物的違建、破壞等問(wèn)題，為執(zhí)法辦案提供客觀參考依據(jù)，助力基層主動(dòng)執(zhí)法。另一方面，通過(guò)對(duì)比多期遙感影像，可以對(duì)建設(shè)控制地帶內(nèi)的建設(shè)工程變化進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，及時(shí)掌握施工動(dòng)土現(xiàn)狀及變化情況，提升管理的直觀、可視化程度，同時(shí)為不可移動(dòng)文物的歷史變遷提供見(jiàn)證。圖2為基于高分影像監(jiān)測(cè)的某不可移動(dòng)文物在修繕前、修繕中和修繕后的動(dòng)態(tài)變化圖。

圖2 不可移動(dòng)文物修繕進(jìn)展衛(wèi)星監(jiān)測(cè)

3 在不可移動(dòng)文物防災(zāi)減災(zāi)方面的應(yīng)用

我國(guó)是世界上發(fā)生自然災(zāi)害最為頻繁的國(guó)家之一，自然災(zāi)害具有種類(lèi)多、分布地域廣、突發(fā)性強(qiáng)等特點(diǎn)，長(zhǎng)期暴露在自然環(huán)境中的不可移動(dòng)文物在面臨重大自然災(zāi)害時(shí)被破壞甚至毀滅的風(fēng)險(xiǎn)極高[12]。根據(jù)歷史統(tǒng)計(jì)資料顯示，地震、洪澇和臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮是對(duì)不可移動(dòng)文物造成危害的主要自然災(zāi)害類(lèi)型，同時(shí)，由自然災(zāi)害引發(fā)的次生災(zāi)害也會(huì)對(duì)不移動(dòng)文物造成威脅。根據(jù)世界遺產(chǎn)自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理理論，不可移動(dòng)文物自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理應(yīng)包括災(zāi)前預(yù)防、災(zāi)中應(yīng)對(duì)和災(zāi)后恢復(fù)三個(gè)方面。衛(wèi)星遙感技術(shù)具有監(jiān)測(cè)范圍廣、周期短、信息量大等優(yōu)勢(shì)，通過(guò)綜合利用高分系列、資源系列、海洋系列、風(fēng)云系列以及北京系列等多源衛(wèi)星遙感影像，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不可移動(dòng)文物保護(hù)區(qū)內(nèi)全天候、多波段的監(jiān)測(cè)，在災(zāi)前風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、災(zāi)中受災(zāi)程度和范圍監(jiān)測(cè)、災(zāi)后重建恢復(fù)監(jiān)測(cè)等方面提供重要的數(shù)據(jù)支撐和技術(shù)支持[13]。下面以地震、洪澇自然災(zāi)害以及滑坡、泥石流等次生災(zāi)害為例，說(shuō)明衛(wèi)星遙感技術(shù)在災(zāi)前、災(zāi)中、災(zāi)后的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和應(yīng)急響應(yīng)等方面的應(yīng)用。

地震的發(fā)生會(huì)導(dǎo)致該區(qū)域內(nèi)的不可移動(dòng)文物發(fā)生形變甚至倒塌，同時(shí)，滑坡、泥石流等次生災(zāi)害也會(huì)對(duì)不可移動(dòng)文物造成巨大的破壞。對(duì)于無(wú)法預(yù)測(cè)的地震災(zāi)害，衛(wèi)星遙感技術(shù)對(duì)于不可移動(dòng)文物的保護(hù)主要體現(xiàn)在災(zāi)中監(jiān)測(cè)和對(duì)地震引發(fā)的次生災(zāi)害的災(zāi)前風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方面。在地震災(zāi)害發(fā)生時(shí)，借助高分辨率光學(xué)衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，根據(jù)受災(zāi)區(qū)域在光學(xué)影像上表現(xiàn)出來(lái)的形狀、色調(diào)、陰影、紋理等特征快速準(zhǔn)確地確定受災(zāi)范圍，為不可移動(dòng)文物的搶險(xiǎn)救災(zāi)工作提供數(shù)據(jù)支持。同時(shí)，地震可能會(huì)造成不可移動(dòng)文物的微小形變，利用合成孔徑干涉測(cè)量技術(shù)（Interferometric Synthetic Aperture Radar，InSAR）對(duì)不可移動(dòng)文物保護(hù)區(qū)內(nèi)的地表進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)，及時(shí)獲得地表微小形變信息，為相關(guān)不可移動(dòng)文物保護(hù)單位及時(shí)采取應(yīng)急響應(yīng)措施提供依據(jù)。例如，2021年5月22日青海省瑪多縣發(fā)生7.4級(jí)地震，通過(guò)InSAR同震形變監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)查朗寺地表發(fā)生了2.8～5.6cm位移，由此推斷查朗寺墻體可能出現(xiàn)開(kāi)裂，之后通過(guò)實(shí)地調(diào)查證實(shí)查朗寺墻體存在多處開(kāi)裂，為相關(guān)文物保護(hù)單應(yīng)急響應(yīng)提供了及時(shí)的數(shù)據(jù)支撐[14]。在地震發(fā)生之后，不可移動(dòng)文物還容易受到滑坡、泥石流等次生災(zāi)害的破壞。如2008年汶川地震引發(fā)的滑坡是導(dǎo)致都江堰二王廟被破壞的直接原因[15]57。因此，在地震發(fā)生之后，可以通過(guò)InSAR技術(shù)對(duì)不可移動(dòng)文物保護(hù)區(qū)內(nèi)的山體進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間序列的連續(xù)觀測(cè)，在滑坡、泥石流等次生災(zāi)害發(fā)生之前進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，相關(guān)不可移動(dòng)文物保護(hù)單位可以根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果對(duì)可能發(fā)生滑坡、泥石流的區(qū)域內(nèi)的不可移動(dòng)文物提前采取加固措施，做好應(yīng)急預(yù)案并開(kāi)展常態(tài)化巡查。

洪澇災(zāi)害具有波及范圍大、破壞性強(qiáng)、發(fā)生頻率較高等特點(diǎn)，是所有自然災(zāi)害中對(duì)不可移動(dòng)文物影響最大的災(zāi)害之一。2020年夏季長(zhǎng)江流域發(fā)生多輪強(qiáng)降雨過(guò)程，造成包括鄱陽(yáng)湖在內(nèi)的長(zhǎng)江中下游發(fā)生洪澇災(zāi)害，導(dǎo)致多處不可移動(dòng)文物被淹沒(méi)或損毀[16]。通過(guò)衛(wèi)星遙感技術(shù)對(duì)洪澇災(zāi)害進(jìn)行災(zāi)前、災(zāi)中和災(zāi)后的連續(xù)監(jiān)測(cè)，可以為不可移動(dòng)文物保護(hù)單位提供第一手的觀測(cè)資料，為后期風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警與應(yīng)對(duì)提供技術(shù)支撐。對(duì)于洪澇災(zāi)害易發(fā)區(qū)，在洪澇災(zāi)害發(fā)生之前基于歷史監(jiān)測(cè)結(jié)果從致災(zāi)因子、孕災(zāi)環(huán)境、文物本體的脆弱性和抗災(zāi)力等方面綜合構(gòu)建洪澇災(zāi)害對(duì)不可移動(dòng)文物的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，根據(jù)洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的時(shí)空分布差異結(jié)果為不可移動(dòng)文物防災(zāi)減災(zāi)措施提供科學(xué)參考依據(jù)。文獻(xiàn)[17]選取了山西省內(nèi)古遺址、古建筑、石窟及石刻等不可移動(dòng)文物，基于自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估理論，利用植被指數(shù)、DEM等數(shù)據(jù)對(duì)山西省域尺度下洪澇災(zāi)害的時(shí)空差異性進(jìn)行分析并綜合評(píng)估洪澇風(fēng)險(xiǎn)。在洪澇災(zāi)害發(fā)生時(shí)，主要采用多時(shí)相SAR衛(wèi)星影像進(jìn)行水域提取，結(jié)合洪澇災(zāi)害背景數(shù)據(jù)以及GIS技術(shù)，與不可移動(dòng)文物點(diǎn)位進(jìn)行疊加分析，獲得不可移動(dòng)文物受洪水淹沒(méi)的范圍和淹沒(méi)水深等信息。在洪澇災(zāi)害發(fā)生之后，由于洪澇引起的河道淤積會(huì)對(duì)排水系統(tǒng)造成影響，長(zhǎng)期浸泡會(huì)降低建筑地基的承載力，對(duì)不可移動(dòng)文物的承重結(jié)構(gòu)造成破壞[15]59。利用衛(wèi)星遙感技術(shù)對(duì)發(fā)生洪澇災(zāi)害的區(qū)域進(jìn)行監(jiān)測(cè)，掌握河道淤積情況和災(zāi)后重建情況，為不可移動(dòng)文物的河道清淤和恢復(fù)重建工作提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。圖3為基于多源衛(wèi)星遙感的不可移動(dòng)文物防災(zāi)減災(zāi)體系構(gòu)建思路，并以洪澇災(zāi)害為例，說(shuō)明衛(wèi)星遙感技術(shù)在不可移動(dòng)文物保護(hù)區(qū)洪澇災(zāi)害監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用。

圖3 基于多源衛(wèi)星遙感技術(shù)的不可移動(dòng)文物防災(zāi)減災(zāi)體系構(gòu)建思路（以洪澇災(zāi)害為例）

4 不可移動(dòng)文物保護(hù)區(qū)內(nèi)環(huán)境演變監(jiān)測(cè)

近年來(lái)，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市擴(kuò)張、水壩建設(shè)、工業(yè)生產(chǎn)等眾多因素導(dǎo)致環(huán)境問(wèn)題日益凸顯，不可移動(dòng)文物保護(hù)區(qū)內(nèi)空氣污染、土壤侵蝕等問(wèn)題頻繁發(fā)生。與自然災(zāi)害相比，環(huán)境演變對(duì)不可移動(dòng)文物造成的破壞具有日常性、漸變性和侵蝕性的特點(diǎn)，如果不及時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施進(jìn)行治理，長(zhǎng)此以往會(huì)對(duì)不可移動(dòng)文物造成不可逆的損壞。借助衛(wèi)星遙感技術(shù)，可以對(duì)不可移動(dòng)文物保護(hù)區(qū)內(nèi)的大氣、植被生態(tài)和地質(zhì)環(huán)境現(xiàn)狀及演變進(jìn)行監(jiān)測(cè)與分析，了解其成因、機(jī)理和未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，這對(duì)于不可移動(dòng)文物保護(hù)區(qū)內(nèi)的合理規(guī)劃和預(yù)防性保護(hù)具有重要意義。

不可移動(dòng)文物大多直接暴露在露天的自然環(huán)境中，容易受大氣污染與酸雨的影響，從而加速其侵蝕與損壞。綜合利用光學(xué)遙感和微波遙感等技術(shù)，對(duì)不可移動(dòng)文物保護(hù)區(qū)內(nèi)的有害氣體、細(xì)顆粒物種類(lèi)和濃度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，確定大氣污染的范圍和程度。通過(guò)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)積累不可移動(dòng)文物保護(hù)區(qū)內(nèi)的大量大氣環(huán)境資料，為不可移動(dòng)文物的保護(hù)、修復(fù)和維護(hù)方案提供有力支持。

不可移動(dòng)文物保護(hù)區(qū)內(nèi)的植被生態(tài)環(huán)境退化會(huì)對(duì)該區(qū)域內(nèi)的不可移動(dòng)文物構(gòu)成潛在威脅。2021年，文獻(xiàn)[18]基于歷史衛(wèi)星遙感影像對(duì)已被毀壞的順濟(jì)橋及周邊地區(qū)的土地利用類(lèi)型進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，土壤侵蝕加劇和植被覆蓋度降低導(dǎo)致位于晉江下游的順濟(jì)橋?qū)τ谂_(tái)風(fēng)、洪澇等自然災(zāi)害的抵御能力降低，從而間接導(dǎo)致了順濟(jì)橋的毀壞。文獻(xiàn)[19]基于衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)對(duì)大運(yùn)河北京段進(jìn)行了土地利用類(lèi)型解譯和植被定量反演，分析了京杭大運(yùn)河兩岸60km范圍內(nèi)的土地利用結(jié)構(gòu)變化和植被分布、年內(nèi)變化及年際變化現(xiàn)狀，為大運(yùn)河兩岸的環(huán)境保護(hù)、規(guī)劃和可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)。因此，多源衛(wèi)星遙感技術(shù)可以在不可移動(dòng)文物保護(hù)區(qū)內(nèi)的植被生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)方面發(fā)揮重要作用。一方面，利用高分辨率光學(xué)遙感影像可以對(duì)不可移動(dòng)文物保護(hù)區(qū)內(nèi)的土地利用類(lèi)型進(jìn)行分類(lèi)，掌握不可移動(dòng)文物保護(hù)區(qū)內(nèi)森林、草地等土地利用類(lèi)型的分布狀況；另一方面，利用多源遙感衛(wèi)星定量反演等技術(shù)，對(duì)不可移動(dòng)文物保護(hù)區(qū)內(nèi)的植被指數(shù)、裸土指數(shù)、干度指數(shù)等進(jìn)行反演，進(jìn)而分析區(qū)域內(nèi)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量變化情況，為該區(qū)域不可移動(dòng)文物的保護(hù)政策和計(jì)劃的制定提供技術(shù)支撐[20]。

此外，煤礦開(kāi)采、地下水抽取等人類(lèi)活動(dòng)會(huì)導(dǎo)致不可移動(dòng)文物保護(hù)區(qū)內(nèi)的地質(zhì)環(huán)境發(fā)生緩慢的形變，對(duì)不可移動(dòng)文物安全構(gòu)成潛在威脅。利用InSAR技術(shù)可以在不可移動(dòng)文物保護(hù)區(qū)內(nèi)進(jìn)行大面積、長(zhǎng)時(shí)間序列的形變監(jiān)測(cè)，為不可移動(dòng)文物保護(hù)與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供數(shù)據(jù)支撐。圖4為衛(wèi)星遙感技術(shù)在不可移動(dòng)文物保護(hù)區(qū)內(nèi)環(huán)境演變監(jiān)測(cè)體系圖。

圖4 基于多源衛(wèi)星遙感技術(shù)的不可移動(dòng)文物保護(hù)區(qū)環(huán)境演變監(jiān)測(cè)體系

5 結(jié)束語(yǔ)

本文較全面和系統(tǒng)地總結(jié)了當(dāng)前不可移動(dòng)文物保護(hù)的政策、現(xiàn)狀和存在的問(wèn)題，針對(duì)現(xiàn)有問(wèn)題提出了衛(wèi)星遙感助力不可移動(dòng)文物保護(hù)工作的解決方案。在不可移動(dòng)文物保護(hù)工作中，衛(wèi)星遙感技術(shù)可以在普查登記、精細(xì)化管理、防災(zāi)減災(zāi)、環(huán)境監(jiān)測(cè)等方面發(fā)揮重要作用。同時(shí)，不可移動(dòng)文物保護(hù)工作也是一個(gè)十分系統(tǒng)且多樣化的工程，在具體工作中需要因地制宜，綜合利用衛(wèi)星遙感、無(wú)人機(jī)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等多種技術(shù)，進(jìn)行更全面的數(shù)據(jù)采集和更精細(xì)的監(jiān)察管理，完善對(duì)不可移動(dòng)文物的修復(fù)監(jiān)查機(jī)制和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)，強(qiáng)化文物保護(hù)力量，實(shí)現(xiàn)對(duì)不可移動(dòng)文物的高質(zhì)量保護(hù)。此外，對(duì)不可移動(dòng)文物的保護(hù)與適度利用需要齊頭并進(jìn)，充分發(fā)揮不可移動(dòng)文物的文化價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值，在不可移動(dòng)文物保護(hù)的過(guò)程中促進(jìn)文化的傳承和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

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LIU Tianhua1ZHUANG Guojing2ZHOU Huizhen3

（1 Tsinghua University, Beijing 100084, China）（2 China Aerospace Science and Technology Corporation, Beijing 100048, China）（3 Twenty First Century Space Technology Application Co., Ltd., Beijing 100096, China）

Immovable cultural relics are non-renewable and irreplaceable excellent resources of Chinese civilization, with special important cultural value. China has a large number of immovable cultural relics, and faces challenges such as difficulty in centralized management, unclear division of responsibilities, weak disaster prevention and mitigation capabilities, and lack of environmental evolution information in immovable cultural relics reserves. Satellite remote sensing technology has the characteristics of long-term, scientific and large-scale monitoring, In view of the work needs of immovable cultural relics in census registration, refined management, disaster monitoring and environmental monitoring, the use of high-resolution optical, SAR and other multi-source satellite remote sensing data,based on intelligent interpretation, quantitative inversion and other remote sensing technology methods, it can provide multi-dimensional support for census and registration, refined management and supervision, disaster prevention and mitigation, environmental evolution monitoring and other aspects, and help the high-quality protection of immovable cultural relics.

immovable historical relics; environmental monitoring; disaster monitoring; high-quality protection; remote sensing application

P237

A

1009-8518(2023)01-0023-08

10.3969/j.issn.1009-8518.2023.01.003

2022-11-28

劉天華, 莊國(guó)京, 周會(huì)珍. 衛(wèi)星遙感技術(shù)在不可移動(dòng)文物保護(hù)中的探索研究[J]. 航天返回與遙感, 2023, 44(1): 23-30.

LIU Tianhua, ZHUANG Guojing, ZHOU Huizhen. Exploration and Research of Satellite Remote Sensing Technology in the Protection of Immovable Cultural Relics[J]. Spacecraft Recovery & Remote Sensing, 2023, 44(1): 23-30. (in Chinese)

劉天華，男，1983年生，2021年獲中國(guó)人民大學(xué)哲學(xué)專(zhuān)業(yè)美學(xué)博士學(xué)位，現(xiàn)為清華大學(xué)美術(shù)學(xué)院博士后。研究方向?yàn)閹r畫(huà)的數(shù)字化保護(hù)與傳播、衛(wèi)星遙感在不可移動(dòng)文物保護(hù)方面的應(yīng)用。E-mail：2432060092@qq.com。

莊國(guó)京，男，1960年生，1982年獲國(guó)防科技大學(xué)固體力學(xué)專(zhuān)業(yè)學(xué)士學(xué)位，研究員，曾任中國(guó)航天科技集團(tuán)有限公司總工程師。研究方向?yàn)楹教煜到y(tǒng)工程管理、空間飛行器設(shè)計(jì)。E-mail：wq005257@126.com。

周會(huì)珍，女，1981年生，2020年獲北京師范大學(xué)地圖學(xué)與地理信息系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)博士學(xué)位，正高級(jí)工程師。研究方向?yàn)槎嘣催b感數(shù)據(jù)處理和衛(wèi)星遙感綜合應(yīng)用。E-mail：zhouhz@21at.com.cn。

（編輯：毛建杰）