無人機遙感技術(shù)與GIS系統(tǒng)在不可移動文物保護中的運用

摘 要：近年來，無人機遙感技術(shù)日趨成熟并迅速普及，成為各地文物主管部門爭相運用的新型文物保護方法。借助該技術(shù)，文物工作人員得以全面巡查鄉(xiāng)村邊遠地區(qū)的不可移動文物及其周邊環(huán)境，留存大量航攝影像資料。同樣，GIS系統(tǒng)也因其系統(tǒng)存儲影像數(shù)據(jù)資料和統(tǒng)一編輯空間地理信息的能力，成為另一種受到各地文物主管部門青睞的新型文物保護工具。而上海市金山區(qū)的文物主管部門正在利用無人機遙感技術(shù)與GIS系統(tǒng)守護著轄區(qū)內(nèi)182處不可移動文物保護單位。

關(guān)鍵詞：無人機遙感技術(shù);GIS系統(tǒng);不可移動文物;金山

1 引言

文物承載燦爛文明，傳承歷史文化，維系民族精神，是祖先留給我們的寶貴遺產(chǎn)。黨的十九大指出，要加強文物保護利用和文化遺產(chǎn)保護傳承。近年來，習(xí)近平總書記多次就文物保護做出重要指示批示，強調(diào)保護文物功在當(dāng)代、利在千秋，要合理利用好文物資源，讓中國文物“活”起來。

上海市金山區(qū)擁有六千年的人類定居史和近三百年的建縣史，擁有一大批具有不可再生性和不可移動性特征的歷史文化遺存。多年來，區(qū)文物主管部門在遵循國家“保護為主、搶救第一、合理利用、加強管理”文物工作方針的前提下，積極開展文物保護工作，但在遠離城鎮(zhèn)的鄉(xiāng)村地區(qū)，少數(shù)不可移動文物因其體量巨大、點位分散、位置偏遠等原因，難以獲得全面的影像與數(shù)據(jù)資料，仍是金山區(qū)文物保護工作的薄弱環(huán)節(jié)。有鑒于此，在社會經(jīng)濟快速發(fā)展的今天，金山區(qū)文物主管部門依托數(shù)字博物館信息化管理平臺，對全區(qū)182處不可移動文物保護單位實施全覆蓋監(jiān)控的同時，及時引入無人機遙感技術(shù)，留存大量鄉(xiāng)村邊遠地區(qū)不可移動文物及其周邊地區(qū)的航攝影像資料，并運用GIS系統(tǒng)存儲影像數(shù)據(jù)資料，編輯空間地理信息，為加強不可移動文物原址保護、促進不可移動文物數(shù)字化研究及提升區(qū)域文化軟實力提供了有效的借鑒。

2 無人機遙感技術(shù)及其運用

無人機遙感具有結(jié)構(gòu)簡單、機動靈活與實時性強等獨特優(yōu)點，正逐步成為衛(wèi)星遙感、有人機遙感和地面遙感的有效補充手段①。借助該項技術(shù)，金山區(qū)文物主管部門得以全面巡查鄉(xiāng)村邊遠地區(qū)的不可移動文物及其周邊環(huán)境，留存大量航攝影像資料，為切實加強不可移動文物原址保護增添了新方法、開辟了新道路。

2.1 無人機遙感技術(shù)實際運用

以張堰鎮(zhèn)舊港村的區(qū)級不可移動文物保護單位張單氏節(jié)孝坊為例，它體量巨大、位置偏遠（衛(wèi)新河與舊港河的交匯處），北側(cè)有占地約8畝（約5300平方米）的水果園，南側(cè)近張堰秦望白玉蘭生態(tài)園，西側(cè)為農(nóng)田②。周邊在未進行村容村貌環(huán)境整治前，雜草叢生，僅通泥路，交通極為不便（圖1），給包括文物影像數(shù)據(jù)采集在內(nèi)的保護工作帶來了巨大的困難。而且，節(jié)孝坊長期暴露在野外環(huán)境下，不斷遭受酸雨、風(fēng)化等自然因素侵害，表面文字已經(jīng)部分剝落、石質(zhì)結(jié)構(gòu)也遭到輕微腐蝕。若我們選擇傳統(tǒng)的數(shù)碼相機采集影像數(shù)據(jù)，則既不能輕易獲知建筑頂部的詳細情況，也無法直觀判斷周圍環(huán)境整治是否給節(jié)孝坊原址保護造成了影響（圖2）。

所幸，無人機遙感技術(shù)為我們解決了上述難題。首先，無人機不受地理條件制約，能夠自由出入人跡罕至、交通不便的邊遠地區(qū)，技術(shù)人員只需站在舊港河對岸的開闊地帶即可操控微型無人機;其次，無人機能夠即時變換鏡頭，采用俯拍視角獲取文物周邊環(huán)境的航攝影像資料，方便查看文物保護單位建設(shè)控制地帶內(nèi)有無異常情況（圖3）;再次，無人機能夠通過四位懸停、鏡頭調(diào)向，全方位與多角度采集大型文物的影像數(shù)據(jù)（圖4所示）;最后，無人機具有慣性導(dǎo)航功能，所成影像自動帶有精確的位置信息與外方位元素①，可與尚未在基層普及的三維模型重建技術(shù)接軌。

2.2 無人機遙感技術(shù)不足之處

當(dāng)然，無人機遙感技術(shù)目前也存在若干不足之處。首先，無人機對工作環(huán)境的要求較為嚴苛，雨雪大風(fēng)天氣即無法實施外業(yè)操作;其次，微型無人機限高，無法全景式俯拍大型遺址類文物保護單位;再次，微型無人機限飛，囿于500米的飛行半徑范圍內(nèi)，且特定區(qū)域內(nèi)（如軍管的查山古文化遺址）默認禁止飛行;最后，無人機電池的續(xù)航能力有待加強。

但是瑕不掩瑜，在基層不可移動文物的保護工作中引入無人機遙感技術(shù)，仍不失為一次有益的探索與嘗試。金山區(qū)文物主管部門正是得益于此類便攜靈活、操作簡單的無人機，才得以獲取并留存大量不可移動文物的航攝影像資料，直觀判斷文物建設(shè)控制地帶內(nèi)是否存在影響文物原址保護的違規(guī)操作的。

3 GIS系統(tǒng)及其運用

GIS系統(tǒng)是地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System）的英文縮寫，是描述不可移動文物空間屬性的地理參照數(shù)據(jù)。借助GIS系統(tǒng)，文物工作者能夠系統(tǒng)存儲無人機遙感技術(shù)留存的影像數(shù)據(jù)，統(tǒng)一編輯文物的空間數(shù)據(jù)與地理信息，既方便后期文物的數(shù)字化點位查詢，也為及時發(fā)現(xiàn)與解決相關(guān)問題提供了有益的參考。

3.1 GIS系統(tǒng)實際運用

目前，GIS系統(tǒng)在金山區(qū)不可移動文物的保護工作中主要有兩大運用：

其一，借助GIS系統(tǒng)，金山區(qū)文物主管部門系統(tǒng)導(dǎo)入包括第三次全國文物普查成果在內(nèi)的相關(guān)地理信息，明確了全區(qū)182處文物保護單位的空間分布格局，并建立起《金山區(qū)不可移動文物分布數(shù)字地圖》系統(tǒng)（圖5），完善《金山區(qū)文物普查檔案》（圖6）的同時，也為未來科學(xué)制定當(dāng)?shù)氐奈奈锉Ｗo政策、充分挖掘區(qū)域的文化歷史背景提供了翔實的實證資料參考。此外，GIS系統(tǒng)還能夠幫助金山區(qū)文物主管部門減少不必要的外業(yè)工作，在一定程度上緩解本區(qū)文物工作人員數(shù)量不足、巡查資金短缺的矛盾。

其二，借助GIS系統(tǒng)，金山區(qū)文物主管部門能夠明確轄區(qū)內(nèi)古文化遺址的建設(shè)控制地帶范圍，積極配合上級主管部門按照法定程序，有序推進遺址范圍內(nèi)的市政工程項目。以金山衛(wèi)鎮(zhèn)市級不可移動文物保護單位查山古文化遺址為例，2018年，當(dāng)?shù)卣媱澰谶z址內(nèi)L地塊推進動遷安置房項目（圖7）。然根據(jù)《中華人民共和國文物保護法》第三章第二十九條規(guī)定，“進行大型基本建設(shè)工程，建設(shè)單位應(yīng)當(dāng)事先報請省、自治區(qū)、直轄市人民政府文物行政部門組織從事考古發(fā)掘的單位在工程范圍內(nèi)有可能埋藏文物的地方進行考古調(diào)查、勘探”，故為了保護可能存在的地下文物埋藏，上海市文物局委托當(dāng)時上海唯一具備考古發(fā)掘資質(zhì)的上海博物館，聯(lián)合金山區(qū)文物保護部門共同開展了該地塊的考古工作?？脊艌F隊正是通過后臺地理信息系統(tǒng)，迅速明確L地塊的四至范圍，布置出18條試掘探溝的點位任務(wù)的（圖8）。

3.2 GIS系統(tǒng)不足之處

同樣，GIS系統(tǒng)在金山區(qū)文物保護工作中的運用也受到如下諸多限制。首先，常見民用GIS系統(tǒng)資料不全面、不系統(tǒng)，2002年以前的在鄉(xiāng)不可移動文物，多半無法追述本體及其周邊環(huán)境的歷史變遷過程，需額外參考土壤普查資料與全區(qū)地籍資料;其次，判讀GIS系統(tǒng)內(nèi)業(yè)工作的正確與否，尚需輔以現(xiàn)場的外業(yè)工作，尤其是在人煙稀少、植被茂盛的鄉(xiāng)村邊遠地區(qū)，以及大拆大建、地貌改變的城鎮(zhèn)更新過程當(dāng)中，前者易為植被所覆蓋，后者則為建筑所遮擋，需文物保護工作人員現(xiàn)場進行巡查與核實。

4 結(jié)語

切實加強文物保護是文物工作永恒的主題，為貫徹落實新時代文物保護工作的改革要求，金山區(qū)文物主管部門及時引入無人機遙感技術(shù)，為全區(qū)182處不可移動文物保護單位及其周邊環(huán)境留存了大量的航攝影像資料。與此同時，主管部門也充分利用GIS系統(tǒng)存儲文物影像數(shù)據(jù)資料，編輯文物空間地理信息，編繪全區(qū)不可移動文物的數(shù)字分布地圖，既實現(xiàn)了相關(guān)資料的無紙化與數(shù)字化保存，也為包括考古發(fā)掘在內(nèi)的古文化遺址保護工作提供了有效的借鑒與參考。

參考文獻

[1]上海市金山區(qū)第三次全國文物普查辦公室.上海市金山區(qū)第三次全國文物普查集[Z].2010-01.

[2]上海市金山區(qū)第三次全國文物普查辦公室.第三次全國文物普查不可移動文物登記表[Z].上海市文物局.2010-06.

[3]李德仁，李明.無人機遙感系統(tǒng)的研究進展與應(yīng)用前景[J].武漢大學(xué)學(xué)報（信息科學(xué)版），2014（5）.

[4]于丙辰，程剛、段淼然，等.無人機遙感在大型不可移動文物三維重建中的應(yīng)用[J].測繪通報，2017（5）.

【作者簡介】陳吉（1989—），男，上海松江人，碩士，上海市金山區(qū)博物館助理館員，主要研究方向：文物保護、館藏碑刻與金山歷史地理。

①李德仁、李明：《無人機遙感系統(tǒng)的研究進展與應(yīng)用前景》，《武漢大學(xué)學(xué)報（信息科學(xué)版）》，2014年5月。

②上海市金山區(qū)第三次全國文物普查辦公室：《上海市金山區(qū)第三次全國文物普查集》，內(nèi)部刊物，2010年1月，91-92頁。