大數(shù)據(jù)背景下科學(xué)保護(hù)文化遺產(chǎn)的探索

【摘 要】未來(lái)將是大數(shù)據(jù)引領(lǐng)科技發(fā)展的時(shí)代，“大數(shù)據(jù)”與“互聯(lián)網(wǎng)+”環(huán)境下數(shù)字信息的獲取、數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)、云計(jì)算、人工智能技術(shù)的應(yīng)用等高科技手段，為科學(xué)保護(hù)文化遺產(chǎn)提供了新的技術(shù)支撐。本文以南京城墻為例，圍繞南京城墻遺產(chǎn)保護(hù)管理的現(xiàn)狀，分析南京城墻面臨的破壞性影響因素，重點(diǎn)闡述運(yùn)用大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)技術(shù)，構(gòu)建監(jiān)測(cè)預(yù)警平臺(tái)的必要性與可行性，論述南京城墻遺產(chǎn)監(jiān)測(cè)平臺(tái)在技術(shù)與機(jī)制方面的創(chuàng)新之處。

【關(guān)鍵詞】破壞影響因素 大數(shù)據(jù) 物聯(lián)網(wǎng) 遺產(chǎn)監(jiān)測(cè)體系

南京明城墻始建于元至正廿六年（1366），全部完工于明洪武廿六年（1393），動(dòng)用全國(guó)1部、3衛(wèi)、5省、28府，152州縣共28萬(wàn)民工，約3.5億塊城磚，歷時(shí)達(dá)27年，終完成京師應(yīng)天府四重城垣的格局。作為文化遺產(chǎn)，南京城墻具有突出的普遍價(jià)值：

①南京城墻具有突出的歷史價(jià)值，通過(guò)對(duì)南京城墻的研究，我們可以了解當(dāng)時(shí)的政權(quán)更替、城市交通發(fā)展、科技發(fā)展水平，地域文化差異等。

②南京城墻具有突出的科學(xué)價(jià)值。南京城墻是冷兵器時(shí)代中國(guó)古代筑城技術(shù)集大成之作，在城墻的整體規(guī)劃、合理地利用地形地貌、建筑材料的研發(fā)、粘合技術(shù)的更新、建造技術(shù)的進(jìn)步等方面都具有很高的科學(xué)價(jià)值。

③南京城墻具有突出的思想價(jià)值。南京城墻四重城垣的規(guī)劃設(shè)計(jì)，不規(guī)則的形制，體現(xiàn)了道家“因地制宜、天人合一”的規(guī)劃思想和朱元璋“君權(quán)神授”的思想。

④南京城墻具有突出的文化價(jià)值。南京城墻數(shù)億塊城磚磚文是中國(guó)現(xiàn)存的一組規(guī)模最大、歷史文化信息極高的漢字書(shū)法磚文群。磚文中蘊(yùn)含著明代為確保城磚燒造質(zhì)量而施行的責(zé)任制、明初農(nóng)村基層組織的變化過(guò)程、中國(guó)漢字在明初的簡(jiǎn)化字與異體字、中國(guó)民間的書(shū)法藝術(shù)與篆刻藝術(shù)、中國(guó)姓氏文化在明初的演變等多元文化信息。

因?yàn)槟暇┏菈λ哂械耐怀銎毡檫z產(chǎn)價(jià)值，在2012年，南京城墻作為“中國(guó)明清城墻”項(xiàng)目的牽頭單位被列入中國(guó)世界文化遺產(chǎn)預(yù)備名單。然而，650年的歲月滄桑，南京城墻的四重城垣，目前皇城與宮城現(xiàn)存僅有午門(mén)、西安門(mén)、西華門(mén)、東華門(mén)、內(nèi)外五龍橋等少數(shù)的幾處遺跡，外郭早已湮沒(méi)無(wú)存，僅余城門(mén)的地名流傳至今。京城城墻總體格局保存較好，仍保存了25.091千米，但城墻本體存在滲水、風(fēng)化、鼓脹、縱向裂縫等危險(xiǎn)。同時(shí)，周邊用地、地面交通、周邊建筑及山體結(jié)構(gòu)等都對(duì)城墻的保護(hù)環(huán)境存在不利影響。加強(qiáng)對(duì)南京城墻本體科學(xué)保護(hù)已迫在眉睫。

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，“大數(shù)據(jù)”的應(yīng)用為文化遺產(chǎn)從單一的搶救性保護(hù)轉(zhuǎn)變?yōu)榧骖檽尵刃耘c預(yù)防性保護(hù)提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。在維基百科中，“大數(shù)據(jù)”的定義是指無(wú)法在一定時(shí)間內(nèi)用常規(guī)軟件工具進(jìn)行抓取、管理和處理的數(shù)據(jù)集合。依托“大數(shù)據(jù)”，結(jié)合現(xiàn)代軟件工程技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，國(guó)內(nèi)遺址類(lèi)博物館紛紛開(kāi)展了預(yù)警平臺(tái)建設(shè)，如北京故宮的“平安故宮”項(xiàng)目、敦煌莫高窟的“莫高窟”監(jiān)測(cè)體系。隨著“中國(guó)明清城墻申遺”序時(shí)的不斷深入，南京城墻也在不斷加大監(jiān)測(cè)預(yù)警平臺(tái)建設(shè)力度，在南京城墻遺產(chǎn)監(jiān)測(cè)管理工作的實(shí)際操作方面做了諸多探索。

一、南京城墻目前面臨的破壞性因素

2016年，南京城墻博物館為加大南京城墻遺址保護(hù)力度，委托專(zhuān)業(yè)機(jī)構(gòu)對(duì)南京城墻現(xiàn)狀進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)勘查，得出以下評(píng)估結(jié)果：

（一）南京城墻面臨的主要風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題

①城墻本體主要存在鼓脹、風(fēng)化、脫落、滲水、泛堿、裂縫、沉降、變形、位移、垮塌等病害，這些是影響遺產(chǎn)安全保存的主要風(fēng)險(xiǎn)；

②過(guò)境交通對(duì)本體的振動(dòng)影響，容易導(dǎo)致城墻沉降、裂縫和坍塌；

③城墻兩側(cè)用地容易導(dǎo)致安全隱患；

④外郭保護(hù)狀態(tài)存在風(fēng)險(xiǎn)，基本上很難尋找遺址、遺跡；

⑤城墻周邊部分地段護(hù)城河水體狀況較差、水體環(huán)境復(fù)雜；

⑥城墻本體及周邊植被較為豐富，根系深入城墻。

（二）南京城墻的主要城門(mén)主要面臨的風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題

城墻本體受自然老化、植物生長(zhǎng)、外力原因造成的風(fēng)化、脫落、裂縫、沉降、變形、位移、垮塌等病害，是影響南京城墻遺產(chǎn)安全的主要風(fēng)險(xiǎn)。過(guò)境交通對(duì)本體的振動(dòng)影響，容易導(dǎo)致城門(mén)沉降、裂縫和坍塌事件。城門(mén)兩側(cè)用地容易導(dǎo)致安全隱患。

綜上所述，對(duì)照《南京城墻保護(hù)管理?xiàng)l例》，在南京城墻一般地段和特殊地段范圍內(nèi)，城墻本體及城門(mén)建筑均不同程度受到多種破壞因素的影響。影響因素包括：首先是社會(huì)因素，主要包括過(guò)境交通、房屋建設(shè)、人防工程與旅游壓力；其次是植物生長(zhǎng)因素，主要包括地面喬木、草本植物、青苔和霉菌；最后是自然環(huán)境因素，主要包括凍融、降雨、山體滑移、巖體風(fēng)化、風(fēng)蝕、泛堿、鐘乳石等。

二、南京城墻遺產(chǎn)監(jiān)測(cè)管理工作的探索

（一）南京城墻預(yù)警監(jiān)測(cè)平臺(tái)建設(shè)的進(jìn)展情況

在南京城墻一般地段和特殊地段范圍內(nèi)，城墻本體及城門(mén)建筑面對(duì)著多種破壞因素，2010年南京城墻博物館對(duì)南京城墻部分點(diǎn)曾布設(shè)過(guò)振弦式測(cè)縫儀、電子全站儀等儀器，通過(guò)定期收集數(shù)據(jù)來(lái)評(píng)估城墻本體的健康情況。但這套監(jiān)測(cè)系統(tǒng)不能無(wú)線傳遞數(shù)據(jù)，因此無(wú)法對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)行評(píng)估。為此，南京市委、市政府投入3000萬(wàn)元建設(shè)城墻監(jiān)測(cè)預(yù)警平臺(tái)，進(jìn)一步加強(qiáng)了南京城墻遺產(chǎn)監(jiān)測(cè)管理工作。在2016年11月，《南京城墻監(jiān)測(cè)預(yù)警平臺(tái)可行性研究報(bào)告》獲市發(fā)改委批復(fù)，“建立南京城墻遺產(chǎn)監(jiān)測(cè)預(yù)警平臺(tái)體系”也被正式寫(xiě)入前不久出臺(tái)的《南京城墻保護(hù)和利用兩年行動(dòng)計(jì)劃（2017-2018年）中》。

（二）南京城墻預(yù)警監(jiān)測(cè)平臺(tái)需要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)

此次“南京城墻預(yù)警監(jiān)測(cè)平臺(tái)”項(xiàng)目，平臺(tái)的設(shè)計(jì)需要實(shí)現(xiàn)三個(gè)方面的目標(biāo)：

1.建設(shè)監(jiān)測(cè)指標(biāo)體系

根據(jù)磚石結(jié)構(gòu)的本質(zhì)情況，參照《中國(guó)世界文化遺產(chǎn)監(jiān)測(cè)預(yù)警指標(biāo)體系》的要求，設(shè)立符合南京城墻的監(jiān)測(cè)范圍、內(nèi)容和指標(biāo)體系。

2.建設(shè)基礎(chǔ)設(shè)施與運(yùn)行環(huán)境

為滿足平臺(tái)的運(yùn)行和使用要求，設(shè)計(jì)平臺(tái)運(yùn)行所需的數(shù)據(jù)中心。例如機(jī)房建設(shè)、監(jiān)測(cè)展示環(huán)境、服務(wù)器系統(tǒng)、存儲(chǔ)系統(tǒng)和安全系統(tǒng)。

3.建設(shè)集遺產(chǎn)監(jiān)測(cè)、保護(hù)于一體的管理平臺(tái)

該平臺(tái)包括有應(yīng)用支撐：設(shè)計(jì)平臺(tái)管理系統(tǒng)運(yùn)行所需要的應(yīng)用環(huán)境，例如消息中心、數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)應(yīng)用集成等；遺產(chǎn)監(jiān)測(cè)：實(shí)現(xiàn)對(duì)遺產(chǎn)的數(shù)字化管理，包含南京城墻的基礎(chǔ)資料管理、遺產(chǎn)監(jiān)測(cè)、自動(dòng)預(yù)警到?jīng)Q策分析、實(shí)現(xiàn)流程化、可視化的管理城墻遺產(chǎn)；遺產(chǎn)保護(hù)：實(shí)現(xiàn)對(duì)南京城墻的館藏文物征集、管理、修繕、修復(fù)的制度化和規(guī)范化管理，實(shí)現(xiàn)對(duì)文物的征集、出庫(kù)、入庫(kù)、管理和統(tǒng)計(jì)等需求；數(shù)據(jù)集成：與外單位的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)集成。

（三）南京城墻預(yù)警監(jiān)測(cè)平臺(tái)技術(shù)手段的創(chuàng)新

平臺(tái)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)囊括了從遺產(chǎn)監(jiān)測(cè)、保護(hù)到監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)集成三個(gè)方面，采用了前沿的監(jiān)測(cè)管理技術(shù)手段。

1.空間信息技術(shù)

空間信息技術(shù)也稱(chēng)“3S”技術(shù)，即由地理信息系統(tǒng)（GIS）、全球定位系統(tǒng)（GPS）和遙感測(cè)繪技術(shù)（RS）三大技術(shù)構(gòu)成。地理信息系統(tǒng)技術(shù)等檢測(cè)方式可以實(shí)現(xiàn)將各個(gè)異常點(diǎn)發(fā)生的微小變化及時(shí)掌握，有效提高了指標(biāo)的精確度。通過(guò)空間信息技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)城墻中總體格局變化的監(jiān)測(cè)，主要包括一般地段與特殊地段的外邊界變化、遺產(chǎn)要素遷移、城墻城門(mén)格局的變化、山形規(guī)模形態(tài)變化、水系規(guī)模形態(tài)變化等。

2.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)（ITO）通過(guò)射頻識(shí)別、紅外線感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描儀等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來(lái)，進(jìn)行信息交換和通訊，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理。一方面利用傳感器設(shè)備，自動(dòng)獲取監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，主要是針對(duì)城墻本體和周邊的水體，以可量化的方式（如裂縫、位移、傾角、沉降、水質(zhì)、水位、流速）采集各種對(duì)象的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，利用視頻攝像頭可對(duì)游客量、游客行為進(jìn)行監(jiān)控；另一方面，根據(jù)對(duì)城墻管理的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，設(shè)立四級(jí)預(yù)警機(jī)制，進(jìn)而設(shè)計(jì)相應(yīng)的等級(jí)閾值，當(dāng)該閾值的條件滿足時(shí)自動(dòng)促發(fā)預(yù)警事件，從而實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)管理工作的智能化。

3.大數(shù)據(jù)應(yīng)用

預(yù)警檢測(cè)平臺(tái)設(shè)計(jì)的應(yīng)用支撐分為大數(shù)據(jù)中心、消息中心和平臺(tái)管理三個(gè)部分。大數(shù)據(jù)中心將本體基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、巡查數(shù)據(jù)等進(jìn)行統(tǒng)一的數(shù)據(jù)采集、整理、入庫(kù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)和文件的集中管理。在此基礎(chǔ)上建立專(zhuān)業(yè)分析模型，最終形成城墻文物管理監(jiān)測(cè)預(yù)警大數(shù)據(jù)系統(tǒng)，通過(guò)分析結(jié)果為城墻本體保護(hù)提供切實(shí)有效的技術(shù)支撐措施。

（四）南京城墻預(yù)警監(jiān)測(cè)平臺(tái)工作機(jī)制的創(chuàng)新

南京城墻保護(hù)管理影響因素的復(fù)雜性給遺產(chǎn)監(jiān)測(cè)預(yù)警工作帶來(lái)了前所未有的挑戰(zhàn)，為確保遺產(chǎn)監(jiān)測(cè)管理工作實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)、高效地運(yùn)行，還需加緊推進(jìn)遺產(chǎn)監(jiān)測(cè)管理機(jī)制建設(shè)。

1.建立常態(tài)監(jiān)測(cè)機(jī)制

根據(jù)南京城墻遺產(chǎn)地的特征，對(duì)范圍內(nèi)的文化遺產(chǎn)按照不同屬性、類(lèi)別、重要程度等進(jìn)行界定，參照《世界文化遺產(chǎn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)總表、元數(shù)據(jù)表、監(jiān)測(cè)指標(biāo)》《中國(guó)世界文化遺產(chǎn)地基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集規(guī)則》，對(duì)其監(jiān)測(cè)指標(biāo)、影響因素、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)等工作實(shí)行常態(tài)化監(jiān)測(cè)。

2.建立應(yīng)急監(jiān)測(cè)機(jī)制

為加強(qiáng)遺產(chǎn)保護(hù)，制定《南京城墻文化遺產(chǎn)應(yīng)急監(jiān)測(cè)預(yù)案》重點(diǎn)針對(duì)一般地段和特殊地段內(nèi)的山洪、地質(zhì)以及人為因素產(chǎn)生的突發(fā)性事件，對(duì)受影響的遺產(chǎn)本體及周邊環(huán)境實(shí)施應(yīng)急監(jiān)測(cè)機(jī)制，確保及時(shí)掌握相關(guān)動(dòng)態(tài)信息，采取相應(yīng)的保護(hù)措施。

3.建立專(zhuān)家評(píng)估機(jī)制

成立南京城墻文化遺產(chǎn)專(zhuān)家咨詢(xún)委員會(huì)，定期召開(kāi)專(zhuān)家委員會(huì)議。

4.建立聯(lián)合監(jiān)測(cè)機(jī)制

對(duì)涉及需要協(xié)調(diào)多單位聯(lián)合進(jìn)行監(jiān)測(cè)或一些重大事件引發(fā)多層面影響的，各職責(zé)部門(mén)要在管理中心的統(tǒng)領(lǐng)下，進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃、分級(jí)負(fù)責(zé)，對(duì)有關(guān)遺產(chǎn)本體及周邊環(huán)境進(jìn)行聯(lián)合監(jiān)測(cè)，并聯(lián)合確定遺產(chǎn)的有關(guān)狀況，督促指導(dǎo)各管理責(zé)任單位開(kāi)展監(jiān)測(cè)預(yù)警工作。

5.監(jiān)測(cè)信息共享機(jī)制

三級(jí)平臺(tái)（國(guó)家、省和遺產(chǎn)地）的機(jī)制完善后，以定期或不定期的方式形成固定的共享機(jī)制，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和監(jiān)管信息的共享。

隨著文物保護(hù)工作的迅速發(fā)展，現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)大規(guī)模的用于遺址保護(hù)，尤其是在當(dāng)下，隨著大數(shù)據(jù)地位的日益凸顯，大數(shù)據(jù)已經(jīng)深入社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域，并對(duì)文化遺產(chǎn)的保護(hù)領(lǐng)域形成強(qiáng)烈地沖擊。運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等先進(jìn)技術(shù)，構(gòu)建遺產(chǎn)監(jiān)測(cè)管理體系，實(shí)現(xiàn)高效、科學(xué)、智能地文化遺產(chǎn)管理，是加強(qiáng)文化遺產(chǎn)科學(xué)保護(hù)的必然要求，也是提升文化遺產(chǎn)管理水平的重要途徑。

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