现代监测技术在土遗址保护中的应用——以嘉峪关长城为例

陈颖，张晓东，柳君君，徐晓君，张翔，许德臣

（1.嘉峪关市世界文化遗产监测中心，甘肃 嘉峪关 735100；2.嘉峪关长城博物馆，甘肃 嘉峪关 735100）

现代监测技术在土遗址保护中的应用——以嘉峪关长城为例

陈颖1，张晓东2，柳君君1，徐晓君1，张翔1，许德臣1

（1.嘉峪关市世界文化遗产监测中心，甘肃 嘉峪关 735100；2.嘉峪关长城博物馆，甘肃 嘉峪关 735100）

随着文物保护工作的迅速发展，现代科学技术大规模的用于文化遗产保护，逐步实现了监测手段从人工观察、直觉判断同科学仪器和信息网络技术监测的结合。嘉峪关市世界文化遗产监测中心联合江苏瀚远科技股份有限公司对遗址区域状况进行了调研监测，搭建了基于现代信息技术的文物监测预警管理平台，对各类监测指标数据进行采集、存储和共享，并把批量数据通过相应的处理软件以图、表和文字的形式直观显示出来，根据这些图表数据，使世界文化遗产---万里长城的监测工作更加科学化、规范化、系统化和信息化，使得我们能够及时了解文物保存状态，进而制定出更为合理的调控措施。

现代监测技术；文物监测；土遗址

0 引言

嘉峪关长城是中国西部文化遗产中典型的土遗址类型，因年久失修、日照风雨侵蚀等因素影响，夯土墙体出现了墙体表面风化、酥碱脱落、坍塌裂缝倾斜等现象，严重制约着文化遗产的可持续发展。为此，嘉峪关市世界文化遗产监测中心在国家文物局的大力支持下，联合江苏瀚远科技股份有限公司共同启动了“嘉峪关文化遗产监测预警工程”。

目前已完成了一期的建设内容[1]，最终将实现监测指标的实时监测，建立预警指标体系,制定预警阈值，实现预防性保护，以此旨在减缓或降低各类风险因素对土遗址带来的危害，使嘉峪关关城得到更科学有效地保护。

嘉峪关长城出现有墙体倾斜开裂，夯土剥落，墙体底部返潮泛碱、砖体碎裂脱落，掏蚀现象等[2]现象。传统的监测方法比较落后，多是目测、敲击、人工测量、拍照等简单的手段，没有形成完整的监测体系，缺乏系统性和规范性，这些技术手段很大程度上影响了监测数据的准备性、连续性、全面性和可用性。此次嘉峪关文化遗产监测预警工程借鉴汉长安城遗址、丝绸之路陕西段叶点、南京明城墙等项目，结合西北地区特殊地理环境及遗址类型制定了监测工作设计方案，即通过各类微型传感器协作实时监测、感知和采集各种监测对象的信息，再通过嵌入式系统对信息进行处理，最后通过通信网络，以多跳中继方式将所感知信息传送到用户终端[1]。

1　实时监测管理软件平台

1.1科学布设监测点位

针对重点监测病害严重的区域，科学确定实时监测点位：（1）墙体裂缝：针对裂缝明显的内城墙体内部、罗城城墙夯土断面处、南北甬道外墙等处，获取裂缝值。（2）气象：结合区域微环境的地理条件，合理安装全自动气象站和积沙仪，获取风速、温度、降雨量和积沙量等。（3）压力：安装在内城南北两段城墙夯土层内，获取压力位移值。（4）倾斜：水平测斜仪监测四个角楼和东闸门墩顶端；悬挂测斜仪监测风力、地质等作用下柔远楼、光化楼、嘉峪关楼的四个角柱及东闸门；固定测斜仪监测北箭楼南段夯土层内，分别获取倾斜位移及角度。（5）沉降位移：安装在地基沉降的北箭楼南段夯土层内，获取该段的沉降位移值。

1.2实时监测系统的数据传输、处理和应用

该系统以网络技术作为传感器原始数据的传输手段，通过中间件对原始数据进行计算处理，将处理结果记录到数据库中。终端运行专业的数据分析软件，通过访问数据库获取传感器探测到的监测数据，并进行分析处理，实现多种图表输出、超限值报警等功能，实现及时了解监测信息，对可能发生的险情提前预警，形成应急方案，实时处理和管理[3]。（1）实时数据查看及生成图形。软件可以查询单个监测点的历史数据，或者根据需求同时查询多个监测点的历史数据。根据查询的数据可以同步生成图形，显示相应的监测点编号、监测量类型、指定时间段等（图1）。（2）数据分析计算。软件通过对监测数据的分析、整理，计算得出专业数据，如各项数据平均值等。（3）指标间横纵向对比分析。如在同一时间段或同一监测位置的温度、湿度、裂缝、沉降等监测量之间的变化关系（图2）。（4）监测预警。分析历史数据和经验，设置监测参数许可范围，当监测点实时数据信息超出该范围后，预警信息箱将会显示红色信息，同时监测点部署图上相应标识也会显示红色[3]（图3）。

图1　烽火台墙体裂缝监测数据图

图2　光化楼一、二、三楼西南角风速风向关联对比

2　结语

即将建设完成的嘉峪关世界文化遗产监测预警信息管理平台，其智能化、网络化的实时监测理念不仅实现了文物监测数据采集的数字化管理分析，而且也减轻了文物保护工作者的工作量。

同时，该平台实现数据分析技术对文物现存状态的变化起到及时预警的作用。虽然该平台初步实现了这一功能，但是更加深入的数据分析、科学的监测指标和精准的预警阈值还是今后监测工作的重要任务，旨在最终形成一个先进、实用和高效的面向文物保护领域的实时监测系统平台。

图3　Gis图像上显示预警的监测点位

[1] 嘉峪关世界文化遗产监测预警体系总体规划设计方案.

[2] 张晓东，张斌.嘉峪关关城现状调查及病害初步分析研究[J].敦煌研究，2009,6(118):87～92.

[3] 李库，程蓓等.现代信息技术在文物遗址环境监测中的应用[J].文博，2013,5.

TP3 文献识别码：A

1671-0711（2016）09（下）-0159-02

2014年度甘肃省级文物保护科学和技术研究立项课题《嘉峪关世界文化遗产监测需求研究》（GWJ2014021）。