淺談現(xiàn)代信息技術(shù)在鎖陽(yáng)城遺址保護(hù)中的應(yīng)用

張　碩

（瓜州縣文物局，甘肅瓜州736100）

淺談現(xiàn)代信息技術(shù)在鎖陽(yáng)城遺址保護(hù)中的應(yīng)用

張碩

（瓜州縣文物局，甘肅瓜州736100）

鎖陽(yáng)城遺址在長(zhǎng)期自然外因作用和人類(lèi)活動(dòng)的影響下，存在多種病害，保存現(xiàn)狀較差。利用現(xiàn)代信息技術(shù)建立鎖陽(yáng)城遺址遺產(chǎn)監(jiān)測(cè)預(yù)警體系，對(duì)遺址大環(huán)境和本體進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，可最大限度地減少各種風(fēng)險(xiǎn)因素對(duì)遺產(chǎn)所造成的危害，使遺址通過(guò)利用現(xiàn)代信息技術(shù)得到更為有效的保護(hù)。

鎖陽(yáng)城遺址保護(hù)；監(jiān)測(cè)預(yù)警；現(xiàn)代信息技術(shù)

一、鎖陽(yáng)城遺址概況

鎖陽(yáng)城遺址位于甘肅省酒泉市瓜州縣（原名安西縣）鎖陽(yáng)城鎮(zhèn)東南的戈壁荒漠中，地處河西走廊西端，疏勒河的昌馬沖積扇西緣，是集古城址、古佛寺遺址、古渠系和古墾區(qū)、古墓葬群等多種遺跡為一體的古遺址，保存了中國(guó)古代最為完好的軍事防御體系和農(nóng)業(yè)灌溉水利體系。主要遺存包括鎖陽(yáng)城城址、塔爾寺遺址、鎖陽(yáng)城古墾區(qū)和古渠道遺跡、鎖陽(yáng)城墓葬群。鎖陽(yáng)城遺址始建于西晉，唐武德五年設(shè)瓜州，西夏時(shí)設(shè)立西平監(jiān)軍司，自元滅西夏后，城廢至今。鎖陽(yáng)城是公元7～13世紀(jì)絲綢之路河西走廊西端典型的交通保障性城址，也是古代絲綢之路上連接中原與西域地區(qū)的交通樞紐，同時(shí)還是河西走廊上人類(lèi)土地利用的杰出范例，展現(xiàn)了長(zhǎng)距離交通條件下人類(lèi)對(duì)荒漠戈壁自然環(huán)境的依托、利用和改造，與絲路沿線(xiàn)的商貿(mào)活動(dòng)密切關(guān)聯(lián)。

二、鎖陽(yáng)城遺址的保存現(xiàn)狀及存在的病害

鎖陽(yáng)城遺址自城廢至今已有900多年，在長(zhǎng)期自然外因作用和人類(lèi)活動(dòng)的影響下，鎖陽(yáng)城遺址保存現(xiàn)狀較差，遺址存在嚴(yán)重的風(fēng)蝕、雨蝕破壞，坍塌，裂隙發(fā)育，鹽害發(fā)育，植被破壞等病害。

（一）風(fēng)蝕

鎖陽(yáng)城遺址風(fēng)蝕破壞嚴(yán)重的部位在東墻，風(fēng)蝕自始至終都參與各種病害發(fā)生、發(fā)展，對(duì)其他病害起到加劇作用。瓜州盛行東西風(fēng)，鎖陽(yáng)城遺址東側(cè)植被稀少，形成一個(gè)風(fēng)口，使得東城墻風(fēng)蝕嚴(yán)重。由于風(fēng)蝕作用，大面積城墻出現(xiàn)蜂窩狀風(fēng)蝕窩，城墻底部被掏蝕，局部城墻出現(xiàn)坍塌。

（二）雨蝕

鎖陽(yáng)城遺址地處西北干旱地區(qū)，常年少雨，但在每年七八月份降雨相對(duì)較多的月份，由于城墻頂部排水不良，導(dǎo)致雨水匯聚到墻頂中部，沿板筑縫隙流下，從而在墻體上形成很多沖溝。在鎖陽(yáng)城內(nèi)城北城墻和南城墻存在沖溝較多，這些沖溝在風(fēng)的作用下又進(jìn)一步風(fēng)蝕，從而加劇了鎖陽(yáng)城城墻破壞的速度。

（三）裂隙發(fā)育、坍塌

由于自然因素的影響，鎖陽(yáng)城北城墻、東城墻和南城墻部分地段墻體均有裂隙發(fā)育，局部墻體已出現(xiàn)坍塌。不久的將來(lái)，裂隙發(fā)育的墻體在風(fēng)蝕、雨蝕、地震等因素的影響下也會(huì)發(fā)生坍塌。

風(fēng)蝕形成的蜂窩

雨蝕形成的沖溝

裂隙發(fā)育

墻體坍塌

（四）鹽害發(fā)育

鎖陽(yáng)城遺址的墻體、城內(nèi)地面上均發(fā)育有嚴(yán)重的鹽害，鹽分的頻繁活動(dòng)，導(dǎo)致墻體出現(xiàn)片狀剝落和酥堿。由于鹽害大部分發(fā)育在遺址的底部，鹽害和風(fēng)蝕作用導(dǎo)致墻體根部掏蝕，從而使墻體出現(xiàn)坍塌。

（五）植被破壞

鎖陽(yáng)城遺址內(nèi)植被生長(zhǎng)較為茂盛，在部分墻體頂部和墻體兩側(cè)生長(zhǎng)有紅柳、駱駝刺等植物，這些沙生植物根系發(fā)達(dá)，給墻體夯土結(jié)構(gòu)造成了嚴(yán)重破壞，導(dǎo)致墻體風(fēng)化，危害墻體的保存。另外，墻體兩側(cè)紅柳的樹(shù)枝，在風(fēng)的作用下，不斷的磨蝕墻體，也對(duì)墻體造成了不同程度的破壞。

鹽害發(fā)育

植被破壞

（六）風(fēng)沙危害

鎖陽(yáng)城遺址在長(zhǎng)年累月的風(fēng)沙侵蝕下，城址內(nèi)堆積有大量的沙堆，部分墻體和遺址被掩埋，沙堆的堆積導(dǎo)致了植物的生長(zhǎng)，從而對(duì)遺址造成了嚴(yán)重的破壞。

風(fēng)沙危害

三、現(xiàn)代信息技術(shù)在鎖陽(yáng)城遺址保護(hù)中的應(yīng)用

鎖陽(yáng)城遺址是河西走廊絲綢之路沿線(xiàn)保存較為完整的漢唐古城之一，具有重要的歷史文化科學(xué)研究?jī)r(jià)值，2012年被國(guó)家文物局列入絲綢之路沿線(xiàn)世界文化遺產(chǎn)的申報(bào)點(diǎn)。為了達(dá)到世界文化遺產(chǎn)組織當(dāng)前對(duì)土遺址保護(hù)的要求，了解遺址保存賦存的環(huán)境和文物本體病害產(chǎn)生的原因，為遺址本體保護(hù)提供科學(xué)的數(shù)據(jù)支持，我們針對(duì)鎖陽(yáng)城遺址的保存現(xiàn)狀和存在的問(wèn)題，利用現(xiàn)代信息技術(shù)建立了鎖陽(yáng)城遺址遺產(chǎn)監(jiān)測(cè)預(yù)警體系，對(duì)鎖陽(yáng)城遺址大環(huán)境和本體進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，為遺址的保護(hù)研究提供科學(xué)數(shù)據(jù)。

（一）大環(huán)境監(jiān)測(cè)

大環(huán)境監(jiān)測(cè)的目的主要是了解和掌握鎖陽(yáng)城遺址所處環(huán)境以及環(huán)境因素對(duì)遺址保存產(chǎn)生的影響，監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括地形地貌及周邊環(huán)境監(jiān)測(cè)、氣象監(jiān)測(cè)、地下水監(jiān)測(cè)、風(fēng)沙監(jiān)測(cè)等。

1.地形地貌及周邊環(huán)境監(jiān)測(cè)

地形地貌及周邊環(huán)境監(jiān)測(cè)是了解遺址區(qū)周邊環(huán)境的保存狀況、地形地貌及遺址區(qū)內(nèi)植被不受人為的破壞和影響。主要是通過(guò)衛(wèi)星立體影像對(duì)比和定期巡查，對(duì)遺址地形地貌及周邊環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)。同時(shí)，在遺址西南角和東北角架設(shè)了圖像分辨率200w像素帶云臺(tái)的高清攝像機(jī)，在監(jiān)控中心還可實(shí)時(shí)對(duì)遺址周邊環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

2.氣象監(jiān)測(cè)

氣象監(jiān)測(cè)是通過(guò)在鎖陽(yáng)城遺址區(qū)內(nèi)建立全自動(dòng)氣象站，對(duì)鎖陽(yáng)城遺址區(qū)的空氣溫度、地表溫度、相對(duì)濕度、降雨量、蒸發(fā)量、輻射強(qiáng)度、風(fēng)向、風(fēng)速、氣壓等指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，積累科學(xué)數(shù)據(jù)，用來(lái)評(píng)價(jià)氣象環(huán)境對(duì)遺址保存的影響。

3.地下水監(jiān)測(cè)

地下水監(jiān)測(cè)是利用現(xiàn)代信息技術(shù)對(duì)鎖陽(yáng)城遺址區(qū)內(nèi)的地下水位和水質(zhì)狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，通過(guò)監(jiān)測(cè)可弄清遺址與地下水位的關(guān)系，明確地下水位變化對(duì)文物本體產(chǎn)生的影響。

4.風(fēng)沙監(jiān)測(cè)

風(fēng)沙監(jiān)測(cè)主要是在遺址風(fēng)沙堆積較為嚴(yán)重的地段采用10路風(fēng)速風(fēng)向自動(dòng)采集儀、可移動(dòng)階梯式積沙儀定期監(jiān)測(cè)風(fēng)速、風(fēng)向、輸沙量、能見(jiàn)度等數(shù)據(jù)，為遺址的風(fēng)沙治理提供科學(xué)依據(jù)。

氣象監(jiān)測(cè)

地下水監(jiān)測(cè)

風(fēng)沙監(jiān)測(cè)

（二）本體監(jiān)測(cè)

本體監(jiān)測(cè)主要針對(duì)鎖陽(yáng)城遺址存在的病害，利用現(xiàn)代信息技術(shù)對(duì)遺址墻體表面溫度、濕度、含水率、易溶鹽、風(fēng)蝕、穩(wěn)定性、墻體風(fēng)化情況等進(jìn)行監(jiān)測(cè)，為遺址開(kāi)展預(yù)防性保護(hù)提供科學(xué)的依據(jù)。

1.墻體表面溫度、濕度及含水率監(jiān)測(cè)

鎖陽(yáng)城遺址墻體表面溫度、濕度及含水率監(jiān)測(cè)主要是利用高精度的溫度、濕度及含水率傳感器通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸至監(jiān)測(cè)中心進(jìn)行存儲(chǔ)，為墻體風(fēng)化研究、保護(hù)提供科學(xué)數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)支持。

2.墻體風(fēng)蝕監(jiān)測(cè)

鎖陽(yáng)城遺址墻體風(fēng)蝕監(jiān)測(cè)主要在遺址內(nèi)城東墻和西墻風(fēng)蝕較為嚴(yán)重的地帶，在墻體上部、中部、下部設(shè)置風(fēng)速風(fēng)向監(jiān)測(cè)儀和風(fēng)蝕監(jiān)測(cè)儀，監(jiān)測(cè)不同高度風(fēng)速風(fēng)向和墻體底部的風(fēng)蝕情況，利用GPRS信號(hào)傳輸技術(shù)將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸至監(jiān)測(cè)中心進(jìn)行存儲(chǔ)，為墻體本體保護(hù)加固提供科學(xué)數(shù)據(jù)。

墻體表面溫度、濕度、含水率監(jiān)測(cè)

墻體風(fēng)蝕監(jiān)測(cè)

3.墻體易溶鹽監(jiān)測(cè)

鎖陽(yáng)城遺址墻體易溶鹽監(jiān)測(cè)主要在鹽害發(fā)育比較嚴(yán)重的墻體表面進(jìn)行微采樣，通過(guò)試驗(yàn)室化驗(yàn)分析，得出科學(xué)數(shù)據(jù)，研究鹽分類(lèi)型和含量對(duì)墻體風(fēng)化的影響。

4.墻體穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)

鎖陽(yáng)城遺址墻體穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)主要對(duì)墻體裂隙和位移進(jìn)行監(jiān)測(cè)，通過(guò)高精度位移傳感器和傾角傳感器安裝在裂隙兩側(cè)和高大的孤立體上，通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸至監(jiān)測(cè)中心進(jìn)行存儲(chǔ)，為墻體本體保護(hù)加固和研究提供科學(xué)數(shù)據(jù)和依據(jù)。同時(shí)，還可對(duì)存在裂隙和倒塌病害的墻體進(jìn)行預(yù)警，防止危害發(fā)生。

5.墻體風(fēng)化情況監(jiān)測(cè)

鎖陽(yáng)城遺址墻體風(fēng)化情況監(jiān)測(cè)主要是在遺址東墻風(fēng)化較為嚴(yán)重的地帶，采用高清攝像機(jī)，定時(shí)拍攝墻體高分辨率照片，通過(guò)圖像中出現(xiàn)顯著變化的區(qū)域和墻體上有顯著紋理變化的區(qū)域，自動(dòng)分析出墻體的風(fēng)化變化情況，為墻體風(fēng)化研究、保護(hù)提供直觀的影像資料。

墻體風(fēng)化監(jiān)測(cè)

墻體穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)

四、現(xiàn)代信息技術(shù)對(duì)鎖陽(yáng)城遺址保護(hù)發(fā)揮的作用

鎖陽(yáng)城遺址遺產(chǎn)監(jiān)測(cè)預(yù)警體系是利用高精度監(jiān)測(cè)傳感器，通過(guò)傳感技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)等多種現(xiàn)代高新信息技術(shù)對(duì)鎖陽(yáng)城遺址本體存在的病害及周邊賦存環(huán)境進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)預(yù)警的保護(hù)系統(tǒng)，整個(gè)體系由業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)、支撐軟件平臺(tái)、硬件支撐平臺(tái)、監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)、游客管理系統(tǒng)和監(jiān)控中心組成。鎖陽(yáng)城遺址遺產(chǎn)監(jiān)測(cè)體系的建立，可及早發(fā)現(xiàn)和辨別墻體及其賦存環(huán)境的變化，為盡早實(shí)施保護(hù)措施提供科學(xué)依據(jù)，也為開(kāi)展土遺址病害與周?chē)h(huán)境因素影響的關(guān)系和病害產(chǎn)生機(jī)理的研究提供可能和必要的條件。國(guó)際組織和有關(guān)部門(mén)的專(zhuān)家還可通過(guò)現(xiàn)代信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)遠(yuǎn)程訪(fǎng)問(wèn)查詢(xún)鎖陽(yáng)城遺址監(jiān)測(cè)體系的各類(lèi)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，為遺址保護(hù)存在的問(wèn)題及時(shí)提出科學(xué)的指導(dǎo)意見(jiàn)，是促進(jìn)遺產(chǎn)由搶救性保護(hù)向預(yù)防性保護(hù)過(guò)渡的關(guān)鍵。同時(shí)，鎖陽(yáng)城遺產(chǎn)監(jiān)測(cè)預(yù)警體系的建立，全面實(shí)現(xiàn)了鎖陽(yáng)城遺址的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和信息化管理，實(shí)現(xiàn)了相關(guān)監(jiān)測(cè)指標(biāo)動(dòng)態(tài)信息報(bào)送、分析、統(tǒng)計(jì)、發(fā)布，以及信息查詢(xún)的功能，提升了遺產(chǎn)地保護(hù)管理水平，創(chuàng)建了“風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)—綜合預(yù)報(bào)—提前預(yù)警—及時(shí)處理”的遺產(chǎn)保護(hù)管理工作模式，最大限度地減小了各種風(fēng)險(xiǎn)因素對(duì)遺產(chǎn)所造成的危害，使鎖陽(yáng)城遺址通過(guò)利用現(xiàn)代信息技術(shù)得到了更為有效的保護(hù)。

K878.21

A

1005-3115（2015）14-0055-04