陳穎，張曉東，柳君君，徐曉君，張翔，許德臣

（1.嘉峪關市世界文化遺產(chǎn)監(jiān)測中心，甘肅 嘉峪關 735100；2.嘉峪關長城博物館，甘肅 嘉峪關 735100）

現(xiàn)代監(jiān)測技術(shù)在土遺址保護中的應用——以嘉峪關長城為例

陳穎1，張曉東2，柳君君1，徐曉君1，張翔1，許德臣1

（1.嘉峪關市世界文化遺產(chǎn)監(jiān)測中心，甘肅 嘉峪關 735100；2.嘉峪關長城博物館，甘肅 嘉峪關 735100）

隨著文物保護工作的迅速發(fā)展，現(xiàn)代科學技術(shù)大規(guī)模的用于文化遺產(chǎn)保護，逐步實現(xiàn)了監(jiān)測手段從人工觀察、直覺判斷同科學儀器和信息網(wǎng)絡技術(shù)監(jiān)測的結(jié)合。嘉峪關市世界文化遺產(chǎn)監(jiān)測中心聯(lián)合江蘇瀚遠科技股份有限公司對遺址區(qū)域狀況進行了調(diào)研監(jiān)測，搭建了基于現(xiàn)代信息技術(shù)的文物監(jiān)測預警管理平臺，對各類監(jiān)測指標數(shù)據(jù)進行采集、存儲和共享，并把批量數(shù)據(jù)通過相應的處理軟件以圖、表和文字的形式直觀顯示出來，根據(jù)這些圖表數(shù)據(jù)，使世界文化遺產(chǎn)---萬里長城的監(jiān)測工作更加科學化、規(guī)范化、系統(tǒng)化和信息化，使得我們能夠及時了解文物保存狀態(tài)，進而制定出更為合理的調(diào)控措施。

現(xiàn)代監(jiān)測技術(shù)；文物監(jiān)測；土遺址

0 引言

嘉峪關長城是中國西部文化遺產(chǎn)中典型的土遺址類型，因年久失修、日照風雨侵蝕等因素影響，夯土墻體出現(xiàn)了墻體表面風化、酥堿脫落、坍塌裂縫傾斜等現(xiàn)象，嚴重制約著文化遺產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展。為此，嘉峪關市世界文化遺產(chǎn)監(jiān)測中心在國家文物局的大力支持下，聯(lián)合江蘇瀚遠科技股份有限公司共同啟動了“嘉峪關文化遺產(chǎn)監(jiān)測預警工程”。

目前已完成了一期的建設內(nèi)容[1]，最終將實現(xiàn)監(jiān)測指標的實時監(jiān)測，建立預警指標體系,制定預警閾值，實現(xiàn)預防性保護，以此旨在減緩或降低各類風險因素對土遺址帶來的危害，使嘉峪關關城得到更科學有效地保護。

嘉峪關長城出現(xiàn)有墻體傾斜開裂，夯土剝落，墻體底部返潮泛堿、磚體碎裂脫落，掏蝕現(xiàn)象等[2]現(xiàn)象。傳統(tǒng)的監(jiān)測方法比較落后，多是目測、敲擊、人工測量、拍照等簡單的手段，沒有形成完整的監(jiān)測體系，缺乏系統(tǒng)性和規(guī)范性，這些技術(shù)手段很大程度上影響了監(jiān)測數(shù)據(jù)的準備性、連續(xù)性、全面性和可用性。此次嘉峪關文化遺產(chǎn)監(jiān)測預警工程借鑒漢長安城遺址、絲綢之路陜西段葉點、南京明城墻等項目，結(jié)合西北地區(qū)特殊地理環(huán)境及遺址類型制定了監(jiān)測工作設計方案，即通過各類微型傳感器協(xié)作實時監(jiān)測、感知和采集各種監(jiān)測對象的信息，再通過嵌入式系統(tǒng)對信息進行處理，最后通過通信網(wǎng)絡，以多跳中繼方式將所感知信息傳送到用戶終端[1]。

1　實時監(jiān)測管理軟件平臺

1.1科學布設監(jiān)測點位

針對重點監(jiān)測病害嚴重的區(qū)域，科學確定實時監(jiān)測點位：（1）墻體裂縫：針對裂縫明顯的內(nèi)城墻體內(nèi)部、羅城城墻夯土斷面處、南北甬道外墻等處，獲取裂縫值。（2）氣象：結(jié)合區(qū)域微環(huán)境的地理條件，合理安裝全自動氣象站和積沙儀，獲取風速、溫度、降雨量和積沙量等。（3）壓力：安裝在內(nèi)城南北兩段城墻夯土層內(nèi)，獲取壓力位移值。（4）傾斜：水平測斜儀監(jiān)測四個角樓和東閘門墩頂端；懸掛測斜儀監(jiān)測風力、地質(zhì)等作用下柔遠樓、光化樓、嘉峪關樓的四個角柱及東閘門；固定測斜儀監(jiān)測北箭樓南段夯土層內(nèi)，分別獲取傾斜位移及角度。（5）沉降位移：安裝在地基沉降的北箭樓南段夯土層內(nèi)，獲取該段的沉降位移值。

1.2實時監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸、處理和應用

該系統(tǒng)以網(wǎng)絡技術(shù)作為傳感器原始數(shù)據(jù)的傳輸手段，通過中間件對原始數(shù)據(jù)進行計算處理，將處理結(jié)果記錄到數(shù)據(jù)庫中。終端運行專業(yè)的數(shù)據(jù)分析軟件，通過訪問數(shù)據(jù)庫獲取傳感器探測到的監(jiān)測數(shù)據(jù)，并進行分析處理，實現(xiàn)多種圖表輸出、超限值報警等功能，實現(xiàn)及時了解監(jiān)測信息，對可能發(fā)生的險情提前預警，形成應急方案，實時處理和管理[3]。（1）實時數(shù)據(jù)查看及生成圖形。軟件可以查詢單個監(jiān)測點的歷史數(shù)據(jù)，或者根據(jù)需求同時查詢多個監(jiān)測點的歷史數(shù)據(jù)。根據(jù)查詢的數(shù)據(jù)可以同步生成圖形，顯示相應的監(jiān)測點編號、監(jiān)測量類型、指定時間段等（圖1）。（2）數(shù)據(jù)分析計算。軟件通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析、整理，計算得出專業(yè)數(shù)據(jù)，如各項數(shù)據(jù)平均值等。（3）指標間橫縱向?qū)Ρ确治觥Ｈ缭谕粫r間段或同一監(jiān)測位置的溫度、濕度、裂縫、沉降等監(jiān)測量之間的變化關系（圖2）。（4）監(jiān)測預警。分析歷史數(shù)據(jù)和經(jīng)驗，設置監(jiān)測參數(shù)許可范圍，當監(jiān)測點實時數(shù)據(jù)信息超出該范圍后，預警信息箱將會顯示紅色信息，同時監(jiān)測點部署圖上相應標識也會顯示紅色[3]（圖3）。

圖1　烽火臺墻體裂縫監(jiān)測數(shù)據(jù)圖

圖2　光化樓一、二、三樓西南角風速風向關聯(lián)對比

2　結(jié)語

即將建設完成的嘉峪關世界文化遺產(chǎn)監(jiān)測預警信息管理平臺，其智能化、網(wǎng)絡化的實時監(jiān)測理念不僅實現(xiàn)了文物監(jiān)測數(shù)據(jù)采集的數(shù)字化管理分析，而且也減輕了文物保護工作者的工作量。

同時，該平臺實現(xiàn)數(shù)據(jù)分析技術(shù)對文物現(xiàn)存狀態(tài)的變化起到及時預警的作用。雖然該平臺初步實現(xiàn)了這一功能，但是更加深入的數(shù)據(jù)分析、科學的監(jiān)測指標和精準的預警閾值還是今后監(jiān)測工作的重要任務，旨在最終形成一個先進、實用和高效的面向文物保護領域的實時監(jiān)測系統(tǒng)平臺。

圖3　Gis圖像上顯示預警的監(jiān)測點位

[1] 嘉峪關世界文化遺產(chǎn)監(jiān)測預警體系總體規(guī)劃設計方案.

[2] 張曉東，張斌.嘉峪關關城現(xiàn)狀調(diào)查及病害初步分析研究[J].敦煌研究，2009,6(118):87～92.

[3] 李庫，程蓓等.現(xiàn)代信息技術(shù)在文物遺址環(huán)境監(jiān)測中的應用[J].文博，2013,5.

TP3 文獻識別碼：A

1671-0711（2016）09（下）-0159-02

2014年度甘肅省級文物保護科學和技術(shù)研究立項課題《嘉峪關世界文化遺產(chǎn)監(jiān)測需求研究》（GWJ2014021）。