基于空間信息技術(shù)的大運(yùn)河歷史文化環(huán)境保護(hù)方法研究

基于空間信息技術(shù)的大運(yùn)河歷史文化環(huán)境保護(hù)方法研究

全長(zhǎng)運(yùn)河是世界上最長(zhǎng)的人工運(yùn)河和最悠久的運(yùn)河。這是一個(gè)特殊的歷史文化遺產(chǎn)。據(jù)李約瑟判斷,“在歐洲,直到17世紀(jì)才出現(xiàn)法國(guó)的4條運(yùn)河,古老的中國(guó)大運(yùn)河無(wú)與倫比……”京杭大運(yùn)河的時(shí)空跨度大,全長(zhǎng)1782km,跨越北京、天津、河北、山東、江蘇、浙江4省2市,具有2400多年的悠久歷史,是典型的遺產(chǎn)廊道。南水北調(diào)工程在原有的京杭大運(yùn)河的基礎(chǔ)上規(guī)劃,它利用京杭大運(yùn)河及與其平行的河道作為輸水干線,東線一期工程涉及大運(yùn)河及其沿線地區(qū)大量的地上、地下文物。南水北調(diào)工程在給人們未來(lái)生活帶來(lái)無(wú)限美好前景的同時(shí),也給大運(yùn)河及其沿線的歷史文化環(huán)境帶來(lái)相應(yīng)的威脅。客觀上,南水北調(diào)工程與大運(yùn)河在空間上相重疊,工程的開(kāi)工將大運(yùn)河及其沿線的歷史文化環(huán)境保護(hù)這個(gè)尖銳的問(wèn)題推到我們面前,因此,京杭大運(yùn)河的保護(hù)與發(fā)展的矛盾、京杭大運(yùn)河的世界文化遺產(chǎn)申報(bào)、古代京杭大運(yùn)河與南水北調(diào)東線工程的協(xié)調(diào)問(wèn)題都必須在京杭大運(yùn)河特有的時(shí)空基礎(chǔ)上才有可能解決。本文根據(jù)空間信息科學(xué)和歷史文化遺產(chǎn)保護(hù)理論,以京杭大運(yùn)河為例,探討基于空間信息技術(shù)的大運(yùn)河歷史文化環(huán)境保護(hù)的方法流程和技術(shù)路線。在空間信息技術(shù)的支持下,建立了大運(yùn)河歷史文化環(huán)境保護(hù)支持系統(tǒng),提供了一種基于空間信息技術(shù)的歷史文化環(huán)境保護(hù)管理、研究、監(jiān)測(cè)、展示的空間信息技術(shù)機(jī)制。1運(yùn)河歷史文化環(huán)境的信息化建設(shè)空間信息技術(shù)可以為實(shí)現(xiàn)歷史文化環(huán)境保護(hù)提供嶄新的技術(shù)手段。大運(yùn)河歷史文化環(huán)境保護(hù)支持系統(tǒng)基于空間信息技術(shù)手段構(gòu)建,目標(biāo)是基于空間信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)大運(yùn)河動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和管理,為大運(yùn)河歷史文化環(huán)境保護(hù)提供及時(shí)、準(zhǔn)確和豐富的信息,并發(fā)揮輔助決策作用,為工程沿線的大運(yùn)河歷史文化環(huán)境保護(hù)、研究、管理、監(jiān)測(cè)和展示提供科學(xué)支撐。具體內(nèi)容包括:1)建立南水北調(diào)東線大運(yùn)河歷史文化環(huán)境保護(hù)綜合數(shù)據(jù)庫(kù),整合南水北調(diào)東線歷史文化環(huán)境信息資源。利用新的技術(shù)手段改變傳統(tǒng)的以“手工”作業(yè)方式為主的信息采集手段,克服交通、氣候、自然環(huán)境等諸多因素的制約,提高勞動(dòng)效率、降低勞動(dòng)強(qiáng)度,提高獲得信息的精度?；谶b感和全球定位技術(shù)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)、快速、高精度、規(guī)范化地獲取京杭大運(yùn)河歷史文化環(huán)境的現(xiàn)狀信息,包括大運(yùn)河本體(包括河道、堤堰、橋、閘、河道周邊)現(xiàn)狀信息;運(yùn)河兩岸現(xiàn)存地上、地下文物遺址遺存、古建、碑刻、古窯址現(xiàn)狀信息;運(yùn)河沿線的風(fēng)土人情、文化譜系以及環(huán)境病害現(xiàn)狀信息,開(kāi)展運(yùn)河沿線重點(diǎn)文化遺存數(shù)據(jù)采集,建立科學(xué)、完整的南水北調(diào)東線大運(yùn)河文化遺存數(shù)字化檔案。2)建立南水北調(diào)東線大運(yùn)河歷史文化環(huán)境保護(hù)信息服務(wù)平臺(tái),基于空間信息技術(shù)為歷史文化環(huán)境保護(hù)提供可靠的技術(shù)保障。綜合多學(xué)科因子,對(duì)大運(yùn)河歷史遺存的價(jià)值進(jìn)行科學(xué)評(píng)估,挖掘并展示大運(yùn)河作為中國(guó)古代偉大發(fā)明創(chuàng)造的價(jià)值,為申報(bào)世界文化遺產(chǎn)提供科學(xué)數(shù)據(jù)和技術(shù)支撐。實(shí)現(xiàn)對(duì)大運(yùn)河本體及文化遺產(chǎn)資源、遺址和文化價(jià)值進(jìn)行評(píng)價(jià)分析,為制定適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)政策提供輔助支持;通過(guò)緩沖區(qū)分析對(duì)工程沿線的歷史文化環(huán)境保護(hù)區(qū)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估,以分析工程對(duì)文化資源特定的危害,為采取適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施提供科學(xué)數(shù)據(jù);監(jiān)控、管理和控制外界急劇或累積的變化對(duì)大運(yùn)河周邊環(huán)境產(chǎn)生的影響,利用歷史文化價(jià)值判別模型,根據(jù)若干個(gè)變量(例如坡度、坡向、地形、水文、土地利用)和相應(yīng)的專題(或圖層)地圖數(shù)據(jù)確定影響大運(yùn)河歷史文化環(huán)境的重要因子。3)利用網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)技術(shù)建立一站式的南水北調(diào)東線大運(yùn)河歷史文化環(huán)境保護(hù)信息服務(wù)門(mén)戶,通過(guò)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境向政府管理部門(mén)發(fā)布數(shù)據(jù)信息和應(yīng)用成果信息,實(shí)現(xiàn)信息共享;為廣大社會(huì)公眾提供歷史文化環(huán)境保護(hù)信息和服務(wù),實(shí)現(xiàn)公眾參與。發(fā)布的信息包括全要素地理信息(河流、水利工程、道路、居民地、耕地、森林等重要定位信息)歷史文化環(huán)境保護(hù)區(qū)資料信息(文書(shū)、圖片、照片、圖紙、審批報(bào)告等)遙感影像信息(背景圖像信息、解譯結(jié)果等)應(yīng)用分析結(jié)果信息(統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、報(bào)表、技術(shù)報(bào)告等)。2系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1信息系統(tǒng)的技術(shù)框架基于空間信息技術(shù)的歷史文化遺產(chǎn)保護(hù)支持系統(tǒng)的技術(shù)框架包括基礎(chǔ)設(shè)施和應(yīng)用工程?；A(chǔ)設(shè)施主要包括大運(yùn)河歷史文化環(huán)境空間信息數(shù)據(jù)庫(kù)群,包括數(shù)字地圖、遙感數(shù)據(jù)、數(shù)字高程模型和歷史文化環(huán)境專業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)等。應(yīng)用工程主要包括各個(gè)層次的歷史文化環(huán)境管理信息系統(tǒng),滿足歷史文化遺產(chǎn)管理、研究、監(jiān)測(cè)、展示的功能需求,構(gòu)建一個(gè)輔助決策支持環(huán)境,包括模型庫(kù)、知識(shí)庫(kù)、數(shù)字建模與動(dòng)態(tài)仿真環(huán)境和虛擬環(huán)境及輔助決策支持系統(tǒng),服務(wù)于歷史文化環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的科學(xué)決策等,技術(shù)框架如表1所示。系統(tǒng)的核心技術(shù)是空間信息技術(shù),即以地理信息系統(tǒng)(geographicalinformationsystems,GIS)、遙感(remotesensing,RS)、全球定位系統(tǒng)(globalpositioningsystem,GPS)技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)(virtualreality,VR)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)(WebGIS)技術(shù)為核心,包括數(shù)據(jù)獲取、處理、共享和基于空間位置的服務(wù)(location-basedservice,LBS)等。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。2.2數(shù)據(jù)庫(kù)的建立和應(yīng)用。在知識(shí)產(chǎn)權(quán)大運(yùn)河歷史文化環(huán)境保護(hù)支持系統(tǒng)首先在遙感和全球定位系統(tǒng)的支持下,進(jìn)行歷史文化環(huán)境空間信息采集,建立歷史文化環(huán)境保護(hù)綜合數(shù)據(jù)庫(kù)。在此基礎(chǔ)上,開(kāi)發(fā)歷史文化環(huán)境保護(hù)地理信息系統(tǒng),利用地理信息系統(tǒng)進(jìn)行各種專業(yè)的空間分析,進(jìn)行歷史文化環(huán)境保護(hù)應(yīng)用分析評(píng)價(jià)和決策支持,并對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行空間制圖,最終形成規(guī)范的電子報(bào)表、專題圖和分析報(bào)告。最后,利用虛擬現(xiàn)實(shí)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行可視化表現(xiàn)和信息發(fā)布?？臻g信息技術(shù)在歷史文化環(huán)境保護(hù)中的信息流程如圖2所示。2.3數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)歷史文化環(huán)境保護(hù)綜合數(shù)據(jù)庫(kù)主要為大運(yùn)河歷史文化環(huán)境保護(hù)提供基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)源和專業(yè)數(shù)據(jù)源的保障。1遙感影像數(shù)據(jù)庫(kù)遙感影像是獲取歷史文化環(huán)境信息的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源,在研究工作中,根據(jù)不同尺度應(yīng)用目的需要,分別采用不同分辨率的遙感影像。遙感影像數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)容包括——區(qū)域尺度:整個(gè)淮河流域的專題制圖儀(thematicmapping,TM)遙感影像(全色15m,多光譜30m);城市尺度:IKONOS遙感影像(全色1m,多光譜4m);地段尺度:QuickBird(快鳥(niǎo))衛(wèi)星遙感影像或者航空影像。2數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)容GIS數(shù)據(jù)起到基礎(chǔ)定位作用,所涵蓋的數(shù)據(jù)層包括境界、水文(河流、湖泊、水庫(kù))、土壤、交通(鐵路、公路)、高程等基礎(chǔ)地形要素。GIS數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)容包括——區(qū)域尺度:整個(gè)淮河流域的地形圖(1∶250000,shp格式);城市尺度:城市地形圖(1∶50000,shp格式);地段尺度:城市沿運(yùn)河的地形圖(1∶500,CAD格式)。還包括工程沿線歷史文化環(huán)境保護(hù)區(qū)的地形、地質(zhì)、交通、土地利用、規(guī)劃等基礎(chǔ)地理要素圖件和歷史文化環(huán)境保護(hù)區(qū)、歷史文化環(huán)境管理單位、考古發(fā)掘點(diǎn)的范圍和分布圖,3利用資料庫(kù)的歷史文化保護(hù)整合工程沿線多源歷史文化資源數(shù)據(jù),內(nèi)容包括歷史文化環(huán)境保護(hù)單位數(shù)據(jù)庫(kù)、考古發(fā)掘點(diǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)、多媒體資料庫(kù)(歷史文化環(huán)境、歷史文化環(huán)境保護(hù)單位等照片資料和其它相關(guān)多媒體數(shù)據(jù));歷史文化環(huán)境保護(hù)應(yīng)用模型、算法庫(kù),包括遺址定位、預(yù)測(cè)模型、決策支持模型、統(tǒng)計(jì)、量算算法。歷史文化環(huán)境保護(hù)應(yīng)用分析結(jié)果庫(kù),包括分析報(bào)告(如工程對(duì)保護(hù)區(qū)環(huán)境風(fēng)貌的影響評(píng)價(jià)等)、統(tǒng)計(jì)報(bào)表(如保護(hù)范圍內(nèi)建筑密度統(tǒng)計(jì)等)。3景觀試點(diǎn)方案初現(xiàn)南水北調(diào)東線工程江蘇段南北主干渠所經(jīng)過(guò)的地區(qū)是長(zhǎng)江、黃河兩大流域間重要的過(guò)渡地帶,中國(guó)南北古代文化相互交流、碰撞、融合的地帶,南水北調(diào)東線工程山東段南北主干渠所經(jīng)過(guò)的地區(qū)是魯中山地向平原過(guò)渡地帶,是東西文化交匯的區(qū)域,它們都是探索研究人類起源、發(fā)展以及中華文明形成等重大課題的關(guān)鍵地區(qū)之一,具有十分重要的科學(xué)、歷史、文化價(jià)值;因此,在課題開(kāi)展過(guò)程中,擬選擇江蘇省邳州和山東省聊城兩個(gè)運(yùn)河沿線城市作為試點(diǎn)開(kāi)展實(shí)驗(yàn)研究和原型系統(tǒng)開(kāi)發(fā)。系統(tǒng)界面如圖3所示。4運(yùn)河歷史文化保護(hù)社會(huì)規(guī)劃的重要意義1)面對(duì)大規(guī)模、快速的南水北調(diào)工程建設(shè),以及大運(yùn)河的傳統(tǒng)功能逐步衰弱,真實(shí)性和完整性日益遭到破壞,迫切需要結(jié)合國(guó)家經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略需求,在歷史文化遺存科學(xué)調(diào)查和評(píng)估的基礎(chǔ)上,綜合歷史文化環(huán)境保護(hù)與旅游、防洪、生態(tài)、經(jīng)濟(jì)等多方面的發(fā)展要求,編制系統(tǒng)的大運(yùn)河歷史文化環(huán)境保護(hù)規(guī)劃,變被動(dòng)性的應(yīng)付為戰(zhàn)略性的預(yù)防。借助空間信息技術(shù),建立和運(yùn)行具有統(tǒng)一時(shí)空基準(zhǔn)的大運(yùn)河歷史文化環(huán)境保護(hù)支持系統(tǒng),不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)大運(yùn)河本體及其南水北調(diào)工程沿線歷史文化環(huán)境的現(xiàn)狀調(diào)查和動(dòng)態(tài)監(jiān)控,也可以為將來(lái)大