【新疆文物记录】昌吉州08（北庭课题·北庭故城遗址的遥感应用）

（籍借在北庭故城遗址开展的工作，2012年起开始申请科技部转制科研院所专项资金项目并获得成功，完成了《大遗址保护的综合遥感应用技术研究》（2014EG131078）课题）

 

 

北庭故城遗址的遥感应用

丁军^（1）、郑少开^（1）

罗瑜^（2）、马君凤^（2）

（1.建设综合勘察研究设计院有限公司，北京，100007）

（2.新疆吉木萨尔县文物局，吉木萨尔，831700）

 

摘要：综合性的遥感应用是文化遗产保护中重要的基础工作和支撑环节,其应用已较为广泛，本文以北庭故城遗址为例，梳理并重点介绍了遥感技术在环境调查、遗存调查、变化监测、管理监督等方面应用的基本思路和内容。

关键词：遥感；空间信息技术；文化遗产

中图分类号：P237、K878 文献标识码：A

1. 引言

综合遥感技术作为空间信息技术体系的重要组成部分，在文化遗产保护中的主要作用是对时空数据进行获取、加工、管理和服务^[1]、[2]，随着技术发展和保护理念的深化，其应用范围及能力也在扩展，从最初的主要以基础数据资料的获取、为规划编制及保护工程设计和实施服务在向前后两端延伸，前端主要是数据采集、现状调查及价值评估，后端则为文化遗产地的监测、运营及管理。通过遥感技术的应用加深对环境及遗存的认知、评价环境要素变化对遗址的影响、客观评价管理工作等。

北庭故城遗址为唐代北庭大都护府治所遗址，丝绸之路北道必经之地，也是历史上天山以北军政、经济、交通、宗教与文化的中心，1988年被列为全国重点文物保护单位，十一五期间被列入新疆丝绸之路大遗址项目，2013年被国家文物局公布为国家考古遗址公园，2014年作为“丝绸之路：长安-天山廊道路网”中的一处遗址点被列入《世界遗产名录》，2016年国家林业局公布其进入国家湿地公园试点名单。

自2012年北庭故城遗址申遗开始，我司陆续开展了多项涉及遥感应用的项目，并结合科技部专项经费开展了《大遗址保护的综合遥感应用技术研究课题》。本文将结合这些工作，探讨在文化遗产保护工作中的遥感应用，重点表现其实用化、适宜性、有效性等特性。

2. 基础数据采集

遥感技术在文化遗产保护中应用最成熟的就是基础数据的采集，也是文化遗产信息化工作的基本立足点。其技术体系是以空间信息技术为基础、三维实景模型为核心的综合性应用，实现对文物及赋存环境的全面描述，为文化遗产地的综合保护提供全面的信息支持。其成果体系包括影像与线划制图、近景摄影建模、三维扫描建模、鸟瞰、全景、视频、检测及监测等。

目前的应用及发展趋势为：在技术体系上体现综合性、工程化、集成化和实用化特征；在成果表达上体现传统测绘及制图手段与三维数据体系的综合应用、多类型互补等特点；在管理上体现总体安排、规模化、模块化及规范化数据生产等特色。

3. 现状调查

现状调查是针对文化遗产对象的当前状况、保存现状、文化价值、特征及规律而展开的综合性的调查研究，主要以航天影像、航空影像和三维扫描技术为主，其实质为文化遗产的价值发现及认识。

3.1 卫星影像环境调查

卫星影像主要用于对遗址区及周边环境的整体地形地貌、植被环境、路网及水系构成、自然景观和乡土景观、工矿城镇发展趋势、大型工程项目、沙化及荒漠化影响等进行调查与评估。

   

图1 北庭故城遗址卫星影像图（2000年/2006年/2011年）           

     图2 北庭故城遗址地貌示意图（2012）

1）独特的地理发育，形成了天山山麓>山前丘陵坡地>平原区域>绿洲的地貌及地理格局，而北庭故城遗址所在绿洲条带宽度在2-15公里，长约45公里，斜向西北方向，止于准噶尔盆地沙漠南沿。遗址区位于绿洲正中处，左右分别为西河坝和东河坝环绕，籍借水利之便，既能保证城中军民生产生活之必需，又能对城池防御起到一定的积极作用。

2）绿洲的兴衰以及遗址的安危与溪流及地下水息息相关，对河道分析及遗址现状的认识中，推断东河坝在汛期曾有较大的水量，对遗址东部的冲刷和破坏作用不容小觑。而现今随着整个地区生产生活用水的剧增，且上游地带建有南坝水库、东二畦水库、夹滩地水库等多处小型水库和河滩湿地区域，致使流经遗址的水量大大减少，加之河滩中采用挖掘方式疏通河道，规束了水流路线和方向，雨季降水冲蚀情况基本消失，但应有防患意识。同时，左右环绕遗址的河渠实际上也对整个遗址区起到了积极的保护作用，形成的天然屏障将外面的喧嚣和发展变化阻隔在外，阻延了村镇和耕地对遗址的侵占及破坏。

3）遗址在元末明初后衰败废弃，地区重心逐渐他移。而近现代的吉木萨尔县城在遗址南部12公里处，北庭镇也与遗址的南缘距离超过3公里，城市化和城镇化的建设对遗址的直接影响和景观影响几乎没有。同样，遗址区周边村落相对较小较少，建设及生产生活的扩张、侵袭和影响较弱，其结果是较好地保留了遗址区周边环境的自然生态、保留了能与古遗址整体风貌相一致、能有效匹配的遗址环境要素，这一切也是国家级考古遗址公园得以设立的重要因素。

4）申遗中拆除了纵贯遗址区中的公路，重构了遗址区外东西两侧各一条南北向交通通道，并与东河坝和西河坝一起形成了遗址区外围天然的界线。在北庭故城遗址保护规划中，遗产区的东西两侧界线基本以公路为界，南侧界线的中段亦选择在以前的一条机耕道处，较好地维系了社会生活和生产状态。

5）遗址所在绿洲的东西两侧皆为荒漠化区域，距离分别为2000米和4000米，而古尔班通古特沙漠整体为固定、半固定沙漠，历史形成的稳定状态难以打破，在可预见的历史时期内北庭故城遗址不会受到沙化、荒漠化的影响。

6）遗址地周边主要以农牧业生产为主，无大型工矿企业及大型建设工程的兴建，无任何排放有毒有味气体、水体、尘烟的企业和作坊。两侧的荒漠处，有采用微灌滴灌技术改造荒漠为耕地、大棚、果园的工程项目，东侧荒漠中有准东油田的石油开采，所有这些都不能也不会对遗址本身和环境产生任何负面的影响。

7）遗址周边基本为农作区，局部地块有林地和林苗地，东部和北部有大片的低洼河滩地、沼泽湿地，其景观和对景对整个北庭故城遗址的历史风貌有积极的作用。虽然在历史进程中，遗址区内有部分已被开垦为耕地，但遗址区大部分的地表遗址仍得以留存，而在近年的遗址保护工作中，退耕已成事实。

8）遗址区周边村镇稀落，田园风光正盛，这对古遗址的保护、风貌保护等都有积极的作用，在规划的3.85平方公里遗产区和7.9平方公里缓冲内，通过村落外移、退耕土地、环境整治等，正在逐步恢复故城遗址的那种沧桑、荒凉和历史厚重感，同时也在构筑“一湖两河、绿色环绕、鹰飞鹭翔、古城雄浑”的文化遗产景观地，这一切都为北庭故城遗址的保护建设中，强化乡土景观和基于人文遗址背景下的保护与应用提供了一个极佳的平台和环境。

3.2 航空影像环境调查

应用低空无人机航空影像进行文化遗产地的环境调查主要集中在遗址区周边村镇分布及生产生活、地形地貌特征特征、地表覆盖状况及利用程度等对文化遗产的影响和潜在威胁分析、评估等方面。其中，遗址区地表覆盖状况的调查是了解和评价周边环境因素对文化遗产影响的有效和直接的手段^[3]，其分类表现见下图。

                                                    图3 北庭故城遗址地表分类图（2012年）                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                     

在分类基础上可从路网、水系、村镇、环境等方面进行分析评估。

1）区域内主要有南北三纵向低等级公路，相互之间距离在1.2-1.8公里之间，连通性不强。面积比例和路网密度仅为1.1%和0.86（合并乡村道路后为1.8%和1.78），路网数据的低下说明该区域城镇化建设的势弱。从形态上分析，东西两条道路实际上起到了有利的分隔作用，而中部道路则对遗址的整体形态造成割裂，风貌上造成破坏，管理上带来不便。

2）从影像和地类统计上反映，历史上东河坝曾河宽水急，对遗址东侧和东北角损毁严重，但目前水患影响仅可能在极端条件下产生。整个区域中涉及湿地的面积为13.5%，呈线状分布，环绕遗址区东西两侧，形成天然的隔离屏障，这也是北庭故城遗址得以留存的一个重要保证和国家级湿地公园的基础，而河流和湿地等组成的自然生态圈也为遗址区的景观、生态等添彩增光。

3）以遗址为中心，半径两公里范围内，约14个自然村，600余户村民，村镇的集中度不高，且主要沿河渠分布，整体上人口、居住、生产建设对遗址的影响和压迫感不强。对遗址区的直接影响主要是外城南部和西部墙垣处呈条状的多块分布区域，但在近年已经开展了动迁和恢复历史旧貌工作，面积约230亩。根据影像推估当地农村住宅占地面积约1亩，房舍周边空闲面积也约1亩，则分析实施的拆迁工作涉及百余户村民。

4）耕地面积占比近1/3，说明该地区主要是以农业生产为主，其生产、生活和社会变化相对而言是一个较为缓慢的过程，除了制定相关措施防止土地耕作向遗址区内蔓延外，农业生产对文化遗产的影响、对地形地貌及景观变化的影响较弱。另外，历史上在遗址区西南角以及内外城壕沟和南侧部分区域，有数百亩面积的遗址区域已成为耕地，退耕后虽有利于遗产的保护和遗址景观的重现，但地表遗存信息多已丧失。

5）从地形地貌特征上看，整个遗址区基本上能保证视线的通达性，遗址区的沧桑和荒凉的感觉、墙垣的观赏性和城堡整体的历史感和形态感等都多能表达出来。特别是在城垣西北角、西侧一带能近距离观赏残留城垣、角墩的高大、雄壮；而在东河坝东岸和城垣东北角外端，可远距离欣赏故城的整体形态以及河滩牧歌般的景致，其粗犷雄浑的壮美意境，可让观者领略到边塞旷野荒凉和寂寥孤单，有“大漠孤烟直，长河落日圆”意境，是通视和观赏的上佳之地，为古城凭吊和发历史之忧思提供了绝佳的场域。

3.3遗存调查

遗存本体的调查，主要是采用高分辨率无人机影像（1-5cm）和三维激光扫描技术对文物遗存进行空间信息采集、判读并整合其他成果进行总体研究，全面了解遗存几何形态、保存状况、病害表现、致病原因、保护措施及效果等，并在此基础上对文物现状和安全性进行评^[3]。

在遗址区形态调查方面，根据遗迹、土壤及植被特征，可以很清晰地辨识出城墙、马面、护城河、敌台、羊马城、城门及城墙缺失部分，而第三重城垣及城内纵横向的通道、水道等也能有比较清晰的表现^[4]。

而三维扫描技术为文化遗存的数字化和虚拟化展现提供了无与伦比的平台，其高精度、高精细度的表现方式和现场化、模型化、全景化、可量测化、任意剖切和进一步的数据加工和特征提取的特性，为文物遗存的调查和记录提供了新的方式。

4. 变化监测及评价

文化遗产监测的目的是要维护遗产的突出普遍价值，而对遗产价值载体的变化情况及发展趋势进行监测，采用的是多期影像的对比分析^[5]。考虑到北庭故城遗址的具体情况和遥感技术手段的适宜性，变化监测的重点在环境因素的影响和遗址区的自然生态等方面。

1）道路建设的影响

变化的发展是正向的，横贯遗址区主体部分的道路被废弃、铲除，遗址外东西两条道路进行了升级改造，成为了遗址区和缓冲区的部分边界和遗产保护的重要界线。

2）村镇建设的影响

在上世纪五十年代的航空影像中，北庭故城遗址中几乎无人居住，墙垣的扰动较少。而在六七十年代，遗址上逐渐有建房垒院、开凿窟屋的情况，并逐渐形成小型村落^[4]。

从2006-2016年影像和现场实地调查的情况看，早期生活水平低下和生产力不足时，通过在城垣上掏槽、挖窑获得居住之所，一般居住房屋及院落面积约100-200，加上周围空场后面积为300-400。上世纪末，村民逐渐从倚墙建房转移至旁边、壕沟外等地成排成行建设住房，房院面积扩大至600左右，加上周围空场等面积在1000-1200，但逐渐腾空出的老屋并未进行整治和恢复原貌，多被用于仓储和饲养之用，或废弃任其自生自灭。从2006年影像上初步分析，遗址处共有370余亩左右的房屋建筑（含空场和部分牲畜养殖场地等），是文化遗产最大的影响因素。实施搬迁后，已有约130亩紧靠遗址的房院已完全了无痕迹，而230亩左右房院建筑完成了拆迁，2016年前，最后的10-13亩村民建筑完全从遗址区内消失。

图4 北庭故城遗址区域原貌及侵蚀分布（2006年）

3）生产活动的影响

多年期的影像资料反映，村民生产活动对遗址的影响和挤压是渐进式的，成块和规模化垦殖区域主要集中在遗址的西侧和南侧，尤以西南角和城壕为甚，其余多处则为后期开垦的零星地块，尚未连片成域。遗址北侧羊马城一带早期曾有过耕种，后因水源和沙化影响而废弃。而遗址区内部在早期被挖掘取土现象较甚，后虽旧景不再，但周围村民进出和放牧现象普遍。

图5 北庭故城遗址村镇建设和耕地开垦对遗址影响示意图（2006）

4）环境变化的影响

整体而言，遗址区环境方面的压力相对较弱，主要是以耕种、林地、湿地为主，变化较小，并且在道路、河流作用下形成闭合、环绕状，从环境和景观的角度考虑，这是非常理想的状况。自然灾害方面，除了降雨、雪融等自然因素外，最大的威胁来自东侧河流对遗址的冲刷，而目前来水量已大幅减小并采用人工开挖的导水沟渠导流，其影响几乎完全消弭。另外，目前遗址区内基本上无规模化旅游开发，暂不存旅游建设压力。

5. 管理监督

2012年以后，随着申遗以及考古遗址公园的建设，其变化更多地体现在保护工程的开展、规划的实施、遗产地的管理及运营的结果。这为遥感应用提供了一种可能，即在管理监督方面，尝试以一种客观的角度、从空间形态的变化方式上对管理能力、管理成效、遗产价值认知等进行一种辅助性判断、监督和评价，采用影像主要为2012-2016年的航空影像。

1）  遗址公园建设取得了实质性的成效

2010-2012年，搬迁基本完成，但仍有约7000-9000平方米未搬迁，且搬迁部分整理不足。而在2016年影像上，所有工作全部完成，退耕皆已到位，曾经的裸露地面、退耕地、残房旧院皆被清理并得到了自然修复，遗址区内环境绿化有序开展。对穿遗址区的公路除南段约340米得以保留，作为进入遗址公园的通道外，北端1700米全部拆除，进一步凸显了遗址区的自然原始形态，以及肃穆清净的历史沧桑感。遗址区东部原有旧道扩建，交通环境提升，且成为了遗产区新的东部界线。

2）  环境整治和生态恢复

遗址区自然环境和生态环境的改善较为突出，2012年后重新核定遗址范围并加装了隔离护栏进行封闭管理，从而遏制了退耕地继续耕种、遗址区放牧和任意穿行等现象，生态环境得到了一定的修复。曾因开展工程、车碾人踏而形成裸土表现也在近几年非人工扰动涵养下，地表植被已然生机勃勃，北部羊马城周边曾出现局部沙化的苗头也逐渐消失。青翠与古城相伴，优雅与历史结合，极大地提升了文化遗产的品味和表现力。

3）  本体保护工程完成

近年来开展了墙垣的抢险加固工作，主要是清除文物本体上的树木杂草、填塞和支撑墙体上被挖凿出的洞穴坑沟、封堵顶面和墙面的裂隙及渗孔、墙体表面的防风化固接处理等。2016年影像显示，此项工作已整体完成，修复过的城墙遗址表面的坑穴沟壑均已得到了处理，表层的光洁和固化程度较高，遗产的健康态得以显现，遗址以整洁、尊严的方式展示出来。

4）  考古发掘和研究工作全面开展

外城南墙开展考古工作，在墙垣位置做纵向探槽40余米，并和部分清理出的房基址等形成展示空间。另外，在考古遗址公园的建设中，对前期在房屋拆迁、保护工程施工中予以保留的一些建筑遗存，通过分析和研究，认定其不为文物或附属建筑的，也同样予以清除，以纯化文物遗产的表现。

 

图6 北庭故城遗址考古遗址现场（2017年）

5）  文物保护对社会的影响

考古遗址公园的建设逐渐对周围的社会环境和生态环境改善起到了一定的推动作用，通过影像的对比，村镇和道路等基本上无大变化，但村镇内部的整洁度明显提升。在东部围栅外、东侧道路两旁（分别位于遗产区的内外）的一些耕地形状有了明显变化，表明因为遗址公园的建设，影响到了周围的社会生产状况的改变，农村劳动力人口变化及原来一些小块的耕地在被围栏分割后，余下的地块进行了重新组织和整理，有了一种规模化农业生产的雏形。

6）  土地利用方式和建设的不足

栅栏范围内除了遗址区内右下角的333亩耕地完全退耕外，西大寺东侧约180亩优质耕地退耕闲置，遗址区外右下角约200亩退耕地闲置。从与遗址的关系来看，第二块地位于城垣遗址之外，故城遗址和西大寺之间，地面已无任何残迹，有过度建设之嫌，而第三块地完全位于东河坝的外侧，已不会对遗址构成任何的威胁，其退耕处理并非是一种和谐发展、共生共赢的局面。文化遗产的保护要与周边社会生产建设协同起来，规划设置要有一种宽容气度的考量，管理更要有一种全局和开放的心态。另外，南门处作为接待旅游考察的主要出入口已建成一定规模，但圈地范围较大，略显过度。

作为国家考古遗址公园，除了具备重要考古和科研价值外，还应当具备教育、游憩等功能，是一种能为社会提供考古、历史、文化、社会发展、民族融合等展示意义和休闲娱乐的特定公共空间。目前，这方面的建设还略显不足，除了修建部分栈道外，其余的如遗迹凭吊、遗址及自然风光观赏、农业环境观赏及休闲等方面还存不足，亟待加强。

7）  对界域划定的认知

申遗及保护的要求需划定遗产区和缓冲区，是为了体现突出普遍价值的所有组成要素，以及地形、地貌、生态环境等自然要素和特有的景观特征等要素，在管理中则是对核心区域采用架设栅栏的方式进行封闭式管理。但比较蹊跷和遗憾的是许多界址拐点不具一定的几何和空间意义，有任意、简单、粗暴划定之嫌，这也是对社会和土地资源、各方权益的一种不负责任的举措，不能达成遗址保护和社会和谐发展双赢的局面。

现实社会中形成的聚落及土地利用形态是在长期的生产实践中形成的，是比较符合社会生产生活的总体架构及灌溉、耕种、交通、日照、耕种管理和个人承包等相关要素，地块的形态、耕种是和周边村民生活生产状态紧密相关的，在不影响遗址区划分核心原则的情况下，尽可能沿用多年来业已形成的地类边界、地形地貌边界是较理想的选择，这样能保证地块形态的完整、地形地貌的完整和社会生产生活的有序，以最大可能减少对遗址地周边社会带来变化，维系长期以来遗址地周边的生产生活秩序以及与文化遗产地的和谐共生及发展。

另外，实际的围栏建设中较好地尊重了历史和现状，顾及了考古遗址公园的建设和周边自然生态、社会生态的有机结合及可持续性发展的需要，避免了过去很多景区建设中的大拆大建、遗址区的大范围圈建和大范围撂荒的局面，是一种文化遗产传承和社会生产生活有序发展的比较理想的局面。在遗址东部区域，划定的核心遗址区较宽，但围栏并未完全将整个范围包含在内。考虑到东部有红旗农场约30户的居民院落，有约1120亩的优质耕地和河边滩涂、林地等，其远离主要遗址区，虽有古墓葬、窑址等存在，但地表痕迹目前多已不存，而一般性的农业生产对地下埋葬的影响不大，本着尽量减少考古遗址公园对周边生产生活影响以及尽可能保留历史变革发展痕迹的宗旨，围栏建设中有意识地未将这部分圈围在内，并且将河滩地都留出一部分，为周边居民河道用水、灌溉、放牧、生活生产等提供方便，也为遗址区域保留了一种田园风貌和历史印迹。遗憾的是东南角栅栏设置过于随意，有浪费耕地资源的现象。

 

图8 北庭故城遗址围栏界域图（2016年）

6. 结语

遥感技术应用是文化遗产保护中重要的基础和支撑环节，北庭故城遗址在申遗、考古遗址公园的建设及管理过程中，利用低空航空影像和卫星影像、历史影像等对遗址地的自然环境、生态环境、社会环境和遗产构成、遗存状况、威胁等进行全面的调查和评估，并通过多期影像开展变化监测，分析变化对文化遗产地、环境和景观的影响以及管理工作的成效，取得了比较好的成绩。

 

主要参考文献

[1] 陈述彭.文化遗产保护与环境遥感监测[J].科学中国人,2005(2):34-36

[2] 聂跃平、杨林.遥感原理与方法及其在大遗址保护中的应用[M].科学出版社,2012

[3]郑少开、丁军等. 大遗址保护的综合遥感应用技术研究[J].城市勘察,2020，（1）：87-92

[4] 刘建国、王清山.考古遥感研究综述[J].测绘通报,2006,(12):32-36

[5] 王臣立.大遗址遥感动态监测研究[M].文物出版社,2014

 

 

( 科技部转制科研院所创新能力专项资金项目（2014EG131078）)

 

（完）