胡朵朵，李春霞，舒高雪

(国信司南（北京）地理信息技术有限公司，北京 100048)

0 引 言

中国大运河时空跨度广阔、成巨大就、影响深远，对中国乃至世界历史都产生了巨大和深远的影响[1]。2007年，全国两会专门讨论了京杭大运河保护与申遗问题[2]，各管理部门也为大运河保护与申遗投入大量工作。2009年，国务院牵头大运河申遗工作，标志着大运河联合申报世界遗产上升为国家意志与行动[3]。2014年6月22日，在第38届世界遗产大会上，中国大运河获准列入世界遗产名录，成为我国第46个世界遗产项目。

作为世界遗产，大运河保护是使命，是责任。国内众多的学者专家们就某一区域内的河道演变、气候变化、水流条件、人为因素变化等进行了一系列研究，但是在宏观、全面的景观监测方面较少。而快速、准确、及时获悉大运河沿线环境景观格局及变化情况，对其调查、评估、规划、管理和监测提供决策依据意义重大。

由于大运河世界遗产地跨北京、天津、河北、山东、江苏、浙江、河南和安徽8个省级行政区，面临地域范围广、跨越区域多、环境差异大、涉及遗产点众多、遗产要素及背景环境复杂多样、自然与文化景观共存等现状，因此其保护监测各方面存在诸多困难。目前各遗产地管理单位主要利用视频摄像头、定期实地巡查的方式对相应遗产区进行监测。该监测方式存在监测范围局限、监测指标不统一、监测时点随机杂乱、反馈周期长、人工成本高、数据复杂多样难以整合利用等问题。地理空间信息技术能及时、快速、全面获取大运河沿线景观格局及其变化情况，为运河遗产的调查、评估、规划、管理和监测提供一种高效的科学方法和先进的技术手段[4]。

本文结合大运河遗产保护需求，设计监测内容与指标，以第一次地理国情普查成果为基础，利用高分辨率遥感影像、遗产保护区划图、遗产要素统计信息等，结合外业踏查，获取并分析大运河31个遗产区申遗之前（2009年为主）、申遗成功当年（2014年）、申遗成功一年之后（2015年）3个时点的环境景观格局及变化情况。

1 监测区及数据

1.1 监测区

按照《大运河申报世界文化遗产预备名单》，大运河遗产区包括嘉仓160号仓窖遗址、回洛仓遗址、通济渠郑州段等31个组成部分，如图1所示。本文的监测范围是每个遗产区河道中心线两侧各外扩2 km（含划定的遗产区和缓冲区），总面积约5 010.77 km2。

图1 大运河世界遗产31个组成部分Fig.1 The 31 parts of the Grand Canal world heritage

1.2 监测数据源

本文所采用的数据主要包括第一次地理国情普查成果、高分辨率遥感影像、遗产保护区划图和遗产要素统计信息，见表1。

表1 监测数据源Tab.1 Data source for monitoring

2 监测内容

以地理国情普查成果数据为基础，结合大运河实际管理需求，获取景观监测内容。地理国情普查具有宏观性、整体性、综合性的特点，更侧重监测信息的公共基础性，其主要目的之一，就是为测绘以外各部门的专业普查提供统一的、规范的、标准的数据基准，避免重复普查、数据不一致等问题，充分实现信息共享。大运河环境景观信息是国情的重要组成部分之一，是专业的、特殊的国情，需要针对大运河以环境景观保护、管理、规划和监测的需求，在地理国情普查的基础上进一步提取、补充更具有针对性的、具体性的信息，如遗产要素的位置、范围、类型等。

综合上述，大运河环境景观监测的内容包括遗产要素、地表覆盖和变化信息，所有数据根据采集类别和几何特征分类分层进行存储。

1）遗产要素

遗产要素是影响中国大运河遗产真实性、完整性的类型丰富的相关遗产的集合[5]，成为遗产的只是其中一部分，所以本文也将非世界遗产部分考虑在列。参考国家文物局《申报世界遗产文本-中国大运河》对遗产要素进行分类，含水工设施、附属遗存、城镇、相关遗产、综合遗存5个一级类和相应的17个二级类。

2）地表覆盖

以《地理国情普查内容与指标》中地表覆盖为依据，保留一级地类，并结合中国大运河周边环境景观信息实际，对二、三级地类进行合理归并，最终确定地表覆盖信息包括耕地、林地、园地、草地、房屋建筑（区）、交通道路、构筑物、人工堆掘地、荒漠与裸露地表、水域10个一级类和相应的22个二级类、35个三级类。

3）变化信息

2009年到2014年、2014年到2015年大运河地表覆盖

3 技术流程

大运河环境景观监测信息是利用2009年、2014年和2015年的数字正射影像（DOM），基于地理国情普查数据，参考基础地理信息数据、遗产保护区划图和遗产要素统计信息，采取“内业解译、外业踏查”相结合的方法，提取中国大运河环境景观信息及其变化情况，形成中国大运河环境景观连续监测数据集。技术流程如图2所示。

1）资料搜集与预处理

图2 监测信息获取技术流程Fig.2 Technical process of monitoring information acquisition

搜集的资料包括第一次地理国情普查数据、多时序遥感影像、1:50 000基础地理信息数据、遗产保护区划图和遗产要素统计表。针对监测信息采集需求对以上数据资料进行格式转换、投影转换、拼接、分层提取等规范化处理，使数据在数学基础、几何精度、数据格式、表现形式等方面达到一致性、规范性，可直接用于景观信息提取及其属性赋值。

2）正射影像制作

以地理国情普查成果数据为控制资料，对搜集到的原始影像数据进行整理与分析、预处理、空三加密、正射纠正、影像融合、镶嵌匀色、成果整理，最后形成三期DOM产品。

3）监测信息获取

利用多时序DOM，基于地理国情普查成果、遗产保护区划图和遗产要素统计表，经过叠加分析、地类分割、属性更新等处理，获取大运河遗产要素信息，2009年、2014年和2015年的景观信息及2009年到2014年、2014年到2015年的变化情况。

4）监测信息核查

采用交叉复检、参考资料对比、外业踏查等手段，对数据进行质量检查，保证最终成果的完整性、准确性，形成监测信息数据集。

5）信息统计分析

对大运河遗产要素的分布，地表覆盖信息的空间格局及变化情况分别进行统计，分析大运河申遗之前（2009年为主）、申遗成功当年（2014年）、申遗成功一年之后（2015年）三个时点的环境景观及变化情况。

4 结果分析

4.1 遗产要素分布

监测区内的遗产要素信息涉及河道遗存、配套设施、管理设施、古建筑、其他运河相关遗产、综合遗存等14类共412个。其中列入世界遗产名录的有85处，约占20.6%，未列入世界遗产名录的有327处，约占总数量的79.4%，具体见表2。各类遗产要素信息中水工设施数量最多，共149个，约占36.1%；其次是河道遗存，共95个，约占23.1%；然后是古建筑，共72个，约占17.5%。以上三种类别共计316个，约占总数量的76.7%。由此可见，大运河沿线分布最多的还是水工设施、河道遗存和古建筑，这与大运河通航运输、排涝灌溉、排洪供水等基本功能是相符的。

表2 中国大运河遗产要素统计表Tab.2 Statistical table of the elements of Grand Canal heritage

4.2 大运河环境景观格局

景观格局主要是指大运河沿线的地表覆盖情况。第2章地表覆盖的监测内容包括耕地、林地、园地、草地、房屋建筑（区）、交通道路、构筑物、人工堆掘地、荒漠与裸露地表、水域10个一级类和相应的22个二级类、35个三级类。统计分析景观格局时，将耕地、林地、园地、草地合并为植被类景观，将房屋建筑（区）、构筑物和人工堆掘地合并为居民地及设施类景观，如此以下统计环境景观信息包括植被、居民地及设施、水域、交通、荒漠与裸露地表5大类。

2009年，植被和居民地设施占80%；2014年，植被和居民地设施占78.8%；2015年，植被和居民地设施占78.7%。具体覆盖情况见表3，分布如图3所示。从三期的地表覆盖信息分布状态可以看出，虽然不同时期植被、居民地与设施在发生变化，但是大运河沿线整体的景观格局形态差异不是很大，主要还是以植被、居民地及设施为主，分别维持在80%左右。

表3 中国大运河环境景观格局统计表Tab.3 Statistical table of the environmental landscape pattern of Grand Canal

图3 中国大运河环境景观格局示意图Fig.3 The diagram of the environmental landscape pattern of Grand Canal

4.3 景观格局变化情况

2009年左右开始，运河保护管理单位开始进行周围的环境整治优化工作，为大运河申遗做准备。2014年6月，大运河申遗成功，被列入世界文化遗产名录。2014年申遗成功后，国家投入了大量人力、财力和物力，力求做好大运河保护和监测工作。因此，运河环境景观格局变化与申遗、保护工作密不可分。

1）不同时期的景观变化分析

从时间维度上来看，2009～2014年，大运河周围的景观格局变化较多，变化图斑共50 317个，变化面积达53 633.81 km2，变化面积占监测区域总面积的10.70%。2014年到2015年，大运河周围的景观格局变化较少，变化图斑共5 326个，变化面积为8 401.29 km2，变化面积占监测区域总面积的1.68%。具体如图4所示。

图4 中国大运河环境景观信息变化面积与图斑数量Fig.4 The changed area and map spots in the Grand Canal environmental landscape

由此可见，2009年到2014年，大运河申遗准备的工作量巨大且明显，成果也突出；2014年到2015年，大运河的保护工作也进展顺利，变化较少。

2）变化信息空间分布分析

从变化信息数量的空间分布来看，两期的变化都主要分布在外扩区：其中2009年到2014年外扩区变化约占91%，2014年到2015年外扩区变化约占86%；遗产区内的变化在2%～3%左右，其中,2009年到2014年遗产区变化约占2%，2014年到2015年外扩区变化约占3%。如图5所示。

图5 中国大运河环境景观变化信息数量的区域分布Fig.5 The regional distribution of changed map spots in the Grand Canal environmental landscape

从变化信息面积的空间分布来看，两期的变化都主要集中分布在外扩区：2009年到2014年，变化区域面积约占监测区总面积的10.7%，其中外扩区占9.8%、缓冲区占0.7%、遗产区仅占0.2%；2014年到2015年，变化区域面积约占监测区总面积的1.68%，其中外扩区占1.47%、缓冲区占0.17%、遗产区仅占0.04%。如图6所示。

图6 中国大运河环境景观变化信息面积的区域分布Fig.6 The regional distribution of changed area in the Grand Canal environmental landscape

由此可见，无论是2009年到2014年为大运河申遗而进行环境整治工作而造成较多的景观变化，还是2014年到2015年因文化遗产保护而产生的较小的景观变化，都遵循了遗产区变化最小，缓冲区其次，外扩区变化较大的原则，最大努力地保护遗产区内景观格局的稳定性。

5 结束语

本文基于第一次地理国情普查数据，利用地理信息空间技术快速、全面获取大运河申遗前后的环境景观信息，摸清了大运河沿线的遗产要素状况、申遗前运河环境整治引起的景观格局变化情况以及申遗后运河景观的保护情况，为大运河的保护、管理、规划和监测提供了地理信息数据支撑。

地理信息空间技术、地理国情普查及监测成果对于大运河环境景观监测及其他专项监测的意义不言而喻，但是为了将地理信息与文物监测深入结合，更好地发挥地理信息数据价值，后续还需要在以下两方面探索努力：

1）建立地理国情普查应用于大运河环境景观监测技其他文物监测的长效稳定机制

本研究除了数据成果和分析结论外，还形成了中国大运河环境景观监测技术规程，包括数据源的选择、监测要素类型与属性、监测频度、统计分析的内容与方法、工作流程、质量控制等。该规程就是将地理国情普查成果转型应用于大运河环境景观监测的技术保障，并可以在后续的工作中不断补充完善。此外，在国家文物局与国家测绘地理信息局的战略合作的基础上，将地理国情后续的监测成果作为大运河及其他文物监测的基础数据，快速、准确获取监测对象的位置及属性信息，为保护管理及监测提供信息支撑。

2）综合采用地理信息技术手段进行全方位高效监测

基于地理国情普查成果虽然对于大运河及其他专项监测具有重要的作用，基于此获取的信息具有基础性、宏观性和综合性等特点，对于精细的遗产单体、遗产结构监测和实时巡检等却爱莫能助。因此，除了利用地理国情监测成果外，综合采用其他地理信息技术手段，如无人机倾斜摄影、无人机Lidar、地面及手持三维激光扫描仪、无人机巡查等技术，获取监测区域的全景全貌、实景三维、地形分布、结构形态、立面图等数据信息，为大运河及其他监测提供全方位、多角度、更精细、更灵活的监测方案。