测绘技术助力文物保护

2014-08-27 09:10:02    来源:中国勘测联合网

摘要:祖国大地蕴藏着极为丰富的文化遗产。新中国的文物保护工作经历数十年的发展,取得了丰硕的成果,积累了丰富的实物、资料和经验。随着信

   
   祖国大地蕴藏着极为丰富的文化遗产。新中国的文物保护工作经历数十年的发展,取得了丰硕的成果,积累了丰富的实物、资料和经验。随着信息时代的来临,百般工巧,千种智慧,现代科学技术已成为保护我国数以万计珍贵文化遗产的重要手段。其中,测绘为文物保护各类信息的采集、管理、分析和研究提供了科学的技术手段,在文物保护工作中发挥了举足轻重的作用,作出了令人瞩目的贡献。

航空遥感考古

    作为考古学的一个分支学科,遥感考古已经走过了百年的历史。早在1906年,英国军官沙普在军用热气球上拍摄到了史前巨石阵遗址,这通常被视为遥感考古的发端。近年来,遥感考古成为当前国际上的研究热点,世界各国纷纷依靠先进的遥感技术获得地表下的各种信息用于考古研究并获得多项突破。如美国利用卫星遥感影像发现了早已沉没海底数千年的古埃及名城亚历山大,欧洲考古学家根据早期照片发现了多处古罗马的建筑遗址和著名的“罗马大道”,欧美考古学家联手通过卫星遥感资料发现了深藏于南美密林深处的10世纪玛雅人的宫殿等。

    在我国,遥感考古出现较晚但发展迅速,遥感技术在许多遗址的考古调查中都发挥了重要的作用。20世纪60年代修建三门峡水库时,我国考古工作人员利用航空照片对库区古代遗址、墓葬的分布进行了分析。


 

    2006年4、5月间,受国家文物局和内蒙古自治区文物局的委托,由内蒙古文物考古研究所牵头,中国测绘科学研究院中测新图(北京)遥感技术有限责任公司、中国国家博物馆遥感与航空摄影考古研究中心、中央电视台联合组成了30多人的考古队,利用无人机低空数码遥感系统对居延遗址群进行了调查,新发现西夏时期的人类遗址点20多处。2010年8、9月间,受中国国家博物馆遥感与航空摄影考古研究中心和内蒙古自治区文物考古研究所委托,中测新图公司利用无人机低空数码遥感系统对内蒙古浑河遗址进行低空遥感考古,为遗址发现、遗址分析、报告出图等提供了重要的技术支撑。这也是国内首次利用无人机低空数码遥感系统进行大面积考古。


卫星遥感考古


    近年来,我国考古人员利用卫星遥感技术调查水下沉船,仅在长江口地区就发现了500多艘不同历史时期的沉船。还运用彩色红外航测片揭示北京市内长城的现状、圆明园古建筑基础平面形态、河南北宋东京外城垣的走向,了解3500年前盘庚迁都河南安阳的生态环境原因。中国社会科学院在对河南安阳殷墟的遥感考古中,运用计算机图像处理技术,将分辨率较低而光谱特征丰富的美国陆地卫星的专题制图仪影像与几何关系稳定的航空影像结合进行处理,大大提高了遥感影像的质量,发现了一些新的殷代建筑遗址和墓葬。

    有人总结出遥感考古有六大优点,即无损伤、无地区限制、全天候、全方位、穿透力强且分辨率高、效率高。因此,在世界范围内,现代遥感考古在大规模遗址勘察、地下遗迹勘察、水下考古、环境考古和城市遥感考古等方面已经得到了广泛深入的应用。

地理信息系统(GIS)是文物保护信息的好管家

    信息技术的发展,为文物保护管理提供了高效便捷的技术手段。随着时代的变迁与科技的进步,手工记录文物保护信息、重在分期与单个遗存研究等的传统方式正在被全方位数字化信息采录和注重空间关系分析的研究所代替,地理信息系统(GIS)成为了文物保护信息的好管家,在信息采集、处理、管理、分析与成果可视化等方面正发挥着不可替代的作用。


    2008年,为了实现秦始皇陵区兵马俑文物的动态监测、管理、保护、研究,作为国家文物局科技项目,秦俑博物馆和相关部门合作建立了秦始皇陵文化遗产地资源管理GIS信息平台。该平台以秦始皇陵文化遗产地资源管理业务为主线,以遗产地的文化遗产管理、考古、文物保护、科学研究、陈列展示与公众服务等业务为核心,以文化遗产资源空间信息为纽带,在对文化遗产及相关信息进行全面、立体管理的同时,建设各业务流程间信息共享办公网络平台和覆盖文化遗产研究领域的知识库集群,使文化遗产管理、考古研究、文物保护、陈列展示、管线维护、设备管理、工程选址、绿化建设、客流量控制、安全监控、防灾减灾、应急救援、遗址敏感程度等分析数据图形化和直观化,为秦始皇陵文化遗产地规划、管理、保护和战略发展等提供科学有力的辅助决策支持。

    内蒙古自治区不可移动文物GIS系统以实现自治区内不可移动文物信息的计算机管理为切入点,以计算机信息网络平台为基础,以数据库技术和3S技术为手段,以整合文物保护信息资源为主要内容,以动态、实时、客观、准确地反映自治区文物管理的整体实力和提供有效的科技决策手段为目标,建立了一个高效管理文物保护单位数据信息与地理信息的管理平台,大大提高了内蒙古自治区文物保护及考古工作的科技含量与管理水平。该平台对文物保护单位传统的管理方式进行了改造,实现了信息化管理,为政府机关、文物保护机构管理保护工作提供了决策支持。通过全区文物保护单位的Web发布,还能够让全国乃至世界更加了解内蒙古的文物保护工作。

    地理信息系统不仅彻底改变了现有的信息管理和工作模式,为文物保护建立了一整套科学化、规范化、系统化的高效平台,还可以用来研究一个区域内不同时期环境、聚落与人口的变迁及其之间的关系,以及由这种关系所反映的古代社会结构和人际关系等,这些都是传统方法所难以做到的。

三维激光扫描技术还原原貌

    三维激光扫描技术是上世纪90年代中期开始出现的一项高新技术,是继GPS空间定位系统之后又一项测绘技术的新突破。它通过高速激光扫描测量的方法,大面积、高分辨率地快速获取被测对象表面的三维坐标数据。可以快速、大量地采集空间点位信息,为快速建立物体的三维影像模型提供了一种全新的技术手段。随着三维扫描技术的发展,三维数字模型对文物考古的修复、复制、测绘及建立数字博物馆等方面能发挥很大作用。展览重点展示了三维测绘技术在石窟寺保护中的应用。


三维激光扫描技术于考古

    从2006年8月开始,武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室、中国科学院计算机研究所和浙江大学联手攻关数字敦煌工程。工程包括虚拟现实、增强现实和交互现实3个部分。以李德仁院士为首的课题组负责虚拟现实的设计策划、组织管理和具体实施,致力于将莫高窟外形、洞内雕塑等全部文化遗迹,以毫米级精度虚拟在电脑里。现已完成部分石窟的三维模型制作。由于莫高窟共有700多个石窟,预计全部工作需要10到20年左右的时间才能完成。


    2005年,云冈石窟研究院开始与北京建筑工程学院建工建方科技公司合作,开展云冈石窟三维激光扫描测绘工作。2010年1月17日,双方联合主办了云冈石窟三维激光扫描技术成果应用展评会,展示了扫描和制作的部分专题图和病害管理信息系统。

   2005年3月,龙门石窟研究院邀请北京大学视觉与听觉信息处理国家重点实验室技术人员采用三维数字技术对龙门石窟擂鼓台三洞进行三维扫描和建模,对三维数字化技术在石窟保护、记录、测绘、展示中的应用进行了探索。2006年10月28日双方在北京大学举行了龙门石窟三维数字化技术标准制定的研究合作项目的签字仪式,并于11月正式在龙门石窟开始实施。2009年3月,龙门石窟研究院与北京大学机器感知与智能教育部重点实验室及北京天远多维科技有限公司正式签定合作协议,计划用3到4年的时间,按龙门石窟三维数字化技术标准完成对龙门石窟所有重点石窟的扫描和建模工作,为今后完成龙门石窟的考古报告收集最精细的三维数据资料,并为建立龙门三维数字博物馆奠定基础。2010年11月23日,龙门石窟三维数字化工程成果报告会举办。

    上述应用清楚地表明,三维测绘技术可以为文物保护、研究建立完整、准确、永久的数字档案,可以使人们通过电脑“目睹”这些雕像被破坏前的面貌,还可以通过建立数字博物馆和虚拟展览提供更多角度、多方位的观察视点,大大缓解旅游推广与文物保护之间的矛盾。因此,三维测绘技术在文物考古和文物保护领域的应用具有重大的现实和历史意义,它正带动文物考古和文物保护工作进入传统方式与现代信息科学技术相结合的新时代。

空间信息技术综合应用考古

  有人说,仔细看一下中国地图,就会发现有一个大大的“人”字。这个“人”字的一撇是万里长城,一捺是京杭大运河。这个“人”字是人类历史上由中国人设计并施工的两项最大的建筑工程。如今,这两项重大工程都与测绘技术紧密地联系在了一起,长城和大运河都成为了测绘大显身手的广阔“战场”。展览对此都有介绍,特别是对测绘技术在大运河调查、保护中的应用进行了详尽的展示。
    2006年2月,经国务院批准,国家文物局启动长城保护工程,其中第一项重要工作就是开展长城资源调查,以彻底摸清我国长城资源家底。明长城资源调查是全国长城资源调查的第一个阶段,为保证调查工作的科学性和准确性,特别是长度量测、定位等的精度,国家文物局和国家测绘局于2006年10月签署协议,合作开展明长城资源调查测量。工作中采取“文物部门定性、测绘部门定量”的合作方式,成立了国家、省(自治区、直辖市)两级组织领导机构,省(自治区、直辖市)文物、测绘部门组织相关单位抽调业务骨干组成精干调查队,共同承担长城田野调查、测量定位、资料整理、数据汇总和研究等工作。2007年5月,明长城资源调查先后在明长城沿线10个省区市全面展开。调查队员行程数十万千米,于2008年10月全面完成野外调查工作,12月结束了以田野调查为基础的明长城长度量测。2009年4月18日,国家测绘局与国家文物局正式发布明长城长度数据8851.8千米,在社会上引起强烈反响。此后,国家测绘局加紧生产各项测量成果并于2010年6月7日通过专家验收。基于这些测量成果,国家测绘局还正在抓紧建设“数字长城”。
    在明长城资源调查与测量工作中,测绘部门为这项工作提供1:1万、1:5万比例尺地形图2400余幅、田野调查用影像图2700余幅,培训作业人员约1900人次,15家甲级资质测绘单位的700余人参与,确保了明长城测量的精度,大大提高了长城田野调查的科技含量和成果的准确性、科学性,有力推动了测绘技术在全国文物普查与保护中的应用。
    国家文物局组织的“十一五”国家科技支撑计划项目中最大的课题“空间信息技术在大遗址保护中的应用研究(以京杭大运河为例)”课题由清华大学、中国文化遗产研究院(原中国文物研究所)、中国科学院遥感应用研究所、中国水利水电科学研究院四家单位共同承担,并有北京市文物研究所、天津市文化遗产保护中心、河北省文物保护中心、山东省文物考古研究所、南京博物院、浙江省文物考古研究所、江苏省文物考古研究所、东南大学等单位共同参与。该课题于2006年12月启动,2010年4月1日通过国家文物局组织的专家验收。该课题在国内首次系统研究了空间信息技术在历史文化遗产保护领域中的应用问题。

    课题围绕研究目标设置了大遗址保护空间信息技术应用需求分析等15个专题研究。在课题研究的3年中,课题组各成员单位精心组织、密切配合,以纵跨1700多千米、2500年历史的京杭大运河为研究对象, 首次基于不同时相的遥感影像资料、地形图资料以及各类文献资料,并结合现代勘察测量手段,对运河的本体、附属文物、城市等进行了详细调查,获取了运河全线测绘资料,明晰了京杭大运河的时空变迁。课题对现代空间信息技术应用于文化遗产保护特别是大遗址保护的技术方法和技术路线进行了探索,通过与考古学、文献学、科技史等学科研究成果的融合,建立了空间信息技术在大遗址保护中应用的框架体系,起草了相关国家标准和行业标准,研发了一系列应用软件。
    课题通过跨学科、跨领域、跨行业、跨部门的联合攻关,将空间信息技术应用与考古调查发掘工作相结合,部分揭示了京杭大运河在社会与环境中的时空演变过程。通过空间信息技术从宏观、中观、微观的不同层面在京杭大运河的应用,首创国内京杭运河全线GPS测量,建立了覆盖京杭大运河全线、覆盖三维空间及统一时空基准后的信息数据库。研发了面向政府、社会公众、研究人员的京杭大运河保护地理信息系统、保护规划辅助支持系统及虚拟现实系统,并取得多项创新性成果,为对运河文化遗产的价值研究、保护规划、管理提供了新的技术手段和管理平台,对大遗址保护的空间信息技术应用具有示范作用,为大遗址的管理、研究、监测、展示提供了重要支撑。
中国勘测联合网 何海明】

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