GIS在文化遗产保护领域的应用综述

朱睿　郭小东　王志涛

摘要：基于GIS的相关技术是文化遗产领域进一步发展的重要工具，不仅可以构建信息集合的管理平台，而且可以成为信息二次处理和加工的研究性平台。1980年代GIS开始应用于考古研究领域，1992年国际文物保护专家首次将GIS技术用于柬埔寨吴哥窟遗址的分区及环境保护规划编制，开启了该技术在不可移动文物保护领域的应用。GIS在我国文化遗产领域的应用主要在三个方向：文物信息管理保护平台、文物考古信息可视化展示研究、文化遗产灾害风险评估。GIS在文化遗产风险评估中主要发挥其矢量运算及可视化的功能，用来进行区域性计算及评估结果展示，使风险结果更直观。我国关于灾害的风险评估较多，但关于文化遗产在灾害下的风险评估的相关研究较为缺乏。由于信息技术的复杂性以及文化遗产种类的丰富性，目前尚未形成相对统一的研究理论、评估方法和相关系统构建步骤。建议从空间技术的融合、信息系统的整合、充实系统的应用、从重大自然灾害风险源角度下对文化遗产进行灾害风险分析和评估等方面进一步开展研究。

关键词：GIS;文化遗产;管理保护;风险评估

引言

地理信息系统（Geographic Information System，GIS）是具有综合性的信息化技术，它包含了地理学、测绘学以及计算机科学在内的一系列不同领域的学科。GIS具有对数据进行收集、管理、分析、处理和输出等基本功能。传统的信息系统仅能存储和检索大量的文档。而研究人员需要确定调查数据之间的相关关系，文化遗产信息中最重要的关系是空间关系，所以基于GIS的空间分析能力，结合网络传输技术和数据库集成技术等，可将文化遗产空间信息与所在地高程地势图、卫星或近地遥感影像、相关信息专题图等多种空间信息在统一的平台上进行整合和研究计算。利用GIS平台可以将相关的专题图层进行叠加分析，对文化遗产附近的污染源、危险源和灾害进行空间或平面分析，得到文化遗产之间或者灾害、污染物等对文化遗产的影响程度，从而为文化遗产的管理保护分析提供更加翔实直观的依据。基于GIS的相关技术是文化遗产领域进一步发展的重要工具，不仅可以构建信息集合的管理平台，而且可以成为信息二次处理和加工的研究性平台。

GIS应用于文化遗产领域始于1980年代。目前国内外学者和机构已经开展过许多相关的实践和研究，并取得了一些成果。但伴随着现代科学技术的不断发展，新型信息化手段不断出现，与GIS技术相结合产生出更多的新手段和概念，使其在文化遗产领域的应用更加广泛。本文分析了GIS在文化遗产领域的研究现状，指出目前应用中存在的问题，并对其应用趋势进行展望。

一、GIS在文化遗产保护领域中的研究与应用

1980年代，GIS开始应用于考古研究领域。1992年，国际文物保护专家首次将GIS技术用于柬埔寨吴哥窟遗址的分区及环境保护规划编制，开启了该技术在不可移动文物保护领域的应用。此后，联合国教科文组织（UNESCO）、国际古迹遗址理事会（ICOMOS）和世界古迹基金会（WMF）等国际组织均致力于将GIS引入文化遗产的保护管理和空间分析。UNESCO开展了一系列的相关实践工作，如：越南顺化古城遗产管理保护系统构建，柬埔寨吴哥古迹的保护，以及泰国历史名城泰可素的文化遗产资源的风险性评估工作等，并于1999年编制了GIS应用于CRM文化遗产管理的相关指南。盖蒂保护研究所与世界古迹基金会合作开发了一个开源的、基于网络的地理信息系统“Arches”，可用于清点和管理不可移动文化遗产。

我国GIS发展相对较晚，但应用于文化遗产领域的时间并不短。1998年，联合国教科文组织文化资源管理教席在东南大学设立;2000年，东南大学-联合国教科文组织GIS中心在东南大学成立;2011年，国际自然与文化遗产空间技术中心（HIST）在中科院遥感所成立，这些都促进了GIS在我国文化遗产保护规划和研究领域的应用。GIS在我国文化遗产领域的应用主要有三个方向：文物信息管理保护平台、文物考古信息可视化展示研究、文化遗产灾害风险评估（图1）。

（一）面域信息管理平台

借助GIS和网络传输技术，可以实现区域内文化遗产的实时监控和预警报告等工作，目前全國性的遗产监测平台主要有中国世界文化遗产监测预警总平台。部分学者对面域保护管理平台构建方法和流程提出了相应的见解，相关的省市也分别构建了本区域的文化遗产信息管理平台。

地理信息系统能否满足区域内文保单位的保护管理系统构建的需求，如何实现相关功能等问题是构建基于GIS文化遗产保护管理系统的关键。周娅等分析了文物保护管理系统的功能需求，系统体系结构的构建，以及数据库模块的基本结构，并确定了相关的开发方法和平台，论证了文物保护管理系统在GIS系统上构建的可行性。董仲奎通过研究GIS技术应用在文物及历史文化遗产保护管理上的理论和方法，使用国产地理信息系统平台SuperMap，结合数据库技术，提出文物管理系统的构建模式。

基于GIS构建的省市一级的面域管理系统，可以对区域内文化遗产进行管理和分析，有利于管理者对文物信息进行整合和资料调取。北京西城规划管理信息中心通过分析本区的文物管理需求，以GIS软件为基础，开发了地图管理信息系统和地名多媒体系统，通过两个系统的相互结合构建了本区文物资源综合分析系统。浙江省、山东省和上海市等基于GIS技术，结合数据库技术，对空间地理信息资源和文物空间信息资源进行整合，将文物电子信息档案、文物遗存数据和相关的三维扫描测绘图像添加到系统中，实现了文物信息快速查询和保护管理规划的需求。

基于本地数据储存管理的系统无法进行实时管理和应用的不足，部分学者结合网络技术，使用WebGIS来构建信息管理系统，使得相关数据可以通过web互联网进行发布和应用，不再局限于本地数据管理。目前已应用于滁州市不可移动文物管理信息系统。

国内已建立的面域信息管理平台还有江苏省不可移动文物管理系统、贵州省文物空间数据库、开封市文物考古系统、宝鸡市文物保护管理单位系统、景德镇文化遗产保护数据库等。

（二）点域信息管理平台

相关系统的建立能够有效地提升文保单位管理保护能力。从纸质版的保护资料发展为以GIS为基础的管理平台，可实现文物信息化、数字化、可视化。

从基础应用的方面，基础性的管理平台主要为对相关资料的收集与整理，提供空间规划信息的处理分析。基于GIS技术构建的镇江西津渡历史街区保护管理系统，结合保护规划的相关资料和基础空间计算能力，实现了调查资料和规划信息的录入、存储和综合分析。LiDAR、VR、AR等数字化技术广泛应用于古建筑保护的数据采集、系统构建和应用等方面，相关数字化手段与GIS相结合有助于古建筑管理系统的发展完善。

从信息采集的方面，随着遥感、航测及数字化扫描等技术不断融入文化遗产保护领域。集合RS、GPS、GIS的3S技术及其集成应用能够大幅度提升文物信息采集工作的工作效率，减少灾后调查及修复工作的工作困难，在信息管理、灾后保护等方面发挥极大作用。三峡库区文物保护信息系统以GIS作为基础，结合RS遥感图像信息和相关的数据信息，实现了对文物的地理信息、影像信息等的储存和管理。梁爽分析了航空摄影、三维激光扫描和近景摄影等测绘技术应用于石窟管理信息系统的前景，提出了相应的石窟信息系统构建技术和系统构架;杨刚亮分析了基于GIS技术构建龙门石窟保护管理信息系统的可行性，并对CMIS建立的关键步骤和流程进行了分析，夏慧琼等利用CAD、GIS和三维激光扫描等技术对古建筑群的地形和景观模型进行三维建模，并利用GIS软件的数据库存储和管理功能、可视化功能和人机交互功能对文化遗产进行管理和保护。

从监测保护的方面，将文保单位的监测系统接入到GIS平台，可以实现对文物周边环境、文物保存现状情况的实时传输分析，为文物预防性保护及加固维护提供数据支撑。金连玉介绍了南京城区将利用GIS技术构建三维可视化管理平台和监测系统，利用GIS结合物联网和其他信息技术，整合数字资源，构建统一的南京城墙管理保护系统。Yang等基于GIS技术，集合了点云和逆向工程构建的三维模型、GPS监测系统等，建立了台湾迪化街数据管理平台的安全监控系统。

此外，还有“智慧颐和园”，北京旧城文物保护空间数据库等一系列管理系统。

（三）线域信息管理平台

线域的文化遗产，主要有管理范围长，保护难度大以及遗产种类多等特点。例如，长城呈线性的分布在我国的15个省区市;京杭大运河途径四省两市，贯通黄淮海、长江及钱塘江五大水系，周边遗存有古建筑、古遗址等一系列不可移动文物以及历史文化名村镇。还有丝绸之路、茶马古道等文化线路，均具有线路长，研究管理难度大等问题。为了解决线域文化遗产的保护难题，我国一些科研院所和专家学者基于GIS平台探讨建立线域的信息管理平台。

国家地理信息中心利用3DGIS技术，结合长城的相关的基础地理信息、遥感信息以及对应的专题信息，构建了长城信息管理系统，解决了数据大、种类多等保护管理问题。清华大学、中国文化遗产研究院等依托国家重点研发计划“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）”，以GIS系统为基础，将基础地理数据、RS遥感监测数据以及相关的专题数据集合，并添加了数据处理、查询、分析等功能，构建了京杭大运河保护信息系统。冯子木通过分析川藏“茶马古道”文化线路，并基于GIS技术设计了包含文化遗产的调查、保护规划、管理、考古发掘、监测以及展示等功能的文化线路保护系统。

二、GIS在文化遗产灾害风险评估中的应用

GIS在文化遗产风险评估中主要发挥其矢量运算及可视化的功能，用来进行区域性计算及评估结果展示，使风险结果更直观。

国际文化遗产风险防范活动开始于1990年代。 1992年，ICOMOS发起 “蓝盾计划”（Blue Shield）;1998年，ICCROM制定《风险防范：世界文化遗产管理手册》;2007年，第31届世界委员会会议通过“世界遗产风险防范战略”等。此外，还有挪威国家文物古迹和遗址管理的数据库系统“Askeladden”。G. Accardo分析了意大利国家遗产风险图（RM）系统的构建方法和意义。Ionut Cristi基于AHP和GIS对罗马尼亚瓦莱奥伊流域的文化遗产进行了风险和脆弱性评估。?lvarez[47]提出了一种对喀斯特洞穴岩画地质风险评估的方法，并对西班牙的一处文化遗产洞穴进行了地质风险评估计算分析。

我国关于灾害的风险评估较多，但有关文化遗产在灾害下的风险评估相关研究较为缺乏，前期主要是对国外研究的总结，近些年随着文化遗产预防性保护概念的提出，从灾后救灾转向灾前防灾，逐渐开展灾害风险评估的研究。詹长法对意大利以GIS技术为核心建立的文化遗产风险评估系统进行了研究分析。唐晓岚等在分析了意大利RM遗产风险地图管理的工作和内容的基础上，提出了我国长三角地区文化遗产风险地图评估系统建立的必要步骤。

国内基于GIS的文化遗产灾害风险评估主要针对火灾、洪涝等呈现空间差异性的灾害。基于自然灾害风险理论，借助GIS的空间分析和数据处理能力，将致灾因子危险性、孕灾环境敏感性、文化遗产脆弱性等图层相耦合运算，从而得到文化遗产区域的灾害风险。代维佳基于GIS对龙湾遗址（遗址东区）进行了暴雨洪涝灾害风险评估。乔文慧等基于GIS构建了广州市城市文化遗产洪涝灾害风险评估模型，对广州市各个市区的洪涝危险性、文化遗产周边环境敏感性、文化遗产自身脆弱性以及城市的防灾减灾能力进行了分析研究。梁龙等基于致灾因子、孕灾环境及不可移動文物本体三要素构建了古遗址暴雨洪涝灾害风险评估模型，借助GIS对福建省国保古遗址进行了风险分析。刘洁通过将遥感技术与GIS结合，分析了洪涝灾害、城市扩张及生态环境变化等对吴哥文化遗产地影响程度。吴在栋等通过遥感及实地调研数据，构建火灾风险评估模型，基于GIS分析了三坊七巷的火灾危险性和文化遗产易损性，耦合叠加分析得到三坊七巷的火灾风险。

随着文物保护开始向抢救性与预防性保护并重转变，向文物本体与周边环境、文化生态的整体保护转变，风险评估作为预防性保护的重要单元，结合GIS的空间处理能力将进一步发挥其在展示和计算上的优势。

三、总结与展望

GIS技术作为目前比较成熟的空间信息技术，是文化遗产领域进行空间分析和数据处理的重要手段。本文综述了国内外专家对GIS在文化遗产保护领域进行的研究和取得的成果，但由于信息技术的复杂性以及文化遗产种类的丰富性，目前尚未形成相对统一的研究理论、评估方法和相关系统构建步骤，有许多研究方向在国内尚未展开，存在许多待进一步深入开展的重要工作。

1.空间技术的融合。随着信息科技技术和新型可视化手段的不断发展和进步，CIM、LOT、AR等新技术新概念在近几年开始不断发展，GIS与这些技术如何相互融合，采取什么样的结合方式最大限度地体现各种方法的优点，如何使GIS在文化遗产领域的应用获得最好的效果，这将是研究者必须考虑的关键问题。

2.信息系统的整合。我国近些年来建立了一系列基于GIS技术的管理和保护平台，但是这些系统相互独立，构建方法和技术存在差异性，所以应研究分析各系统的优缺点，建立分析管理系统平台模型标准，完善系统的构建方法。

3.充实系统的应用。应提高文化遗产的公众参与程度，将文物展示和保护系统充实web端和手机端，使得信息系统可以及时得到更新和公众反馈。同时将GIS作为文化遗产在遭受灾害后的修复和转移的参考依据，充分发挥信息系统的地理空间作用。

4.目前对文化遗产的预防性保护，仅仅局限于消防、环境污染和人为破坏等人为灾害，缺乏对重大自然灾害发生前的预防性保护和风险评估的综合研究，从重大自然灾害风险源角度下对文化遗产进行灾害风险分析和评估具有十分重要的意义，国外相关文物保护组织和院校已经开展了一系列关于洪涝、地震、大风对文化遗产危害的研究，但国内对此的相关研究较为匮乏，这将是文化遗产保护领域未来的发展趋势。