导 读

历史文化名城兼有“文化遗产”和“城市”的双重属性，与历史地理和社会经济间具有错综复杂的联系。本文通过分析近年历史文化名城保护工作的发展趋势，和3S技术在保护领域中的应用现状，结合新疆库车保护研究中3S技术的运用实践，提出将3S技术和历史地理学、考古学、社会学研究方法综合运用于城市发展历史研究领域，初步形成一套基于3S技术的历史时期人居环境分析和城市综合价值评估方法和流程；并通过价值评估，将历史研究与保护规划、城市发展建设规划建立紧密关联，有利于促进历史文化名城、文化遗产保护规划的科学化、科技化水平的发展。

关键词：历史文化名城 科技保护 3S技术 库车

01 引言

1.1历史文化名城保护的发展趋势

历史文化名城兼有“文化遗产”和“城市”的双重属性，是人类历史活动的集成载体，即具有历史范畴的复杂空间巨系统。在不同的历史阶段内，由于城市所处的自然环境条件（如气候、水文、植被、自然灾害等）和社会环境（如政治、经济、文化形态等）各不相同，城市所承载的人类活动，和建设需求、建造方式、空间形态都不断发生改变，并反过来对自然环境和社会环境产生影响。

早在20世纪30年代前，梁启超先生等人就已经注意到人地关系的重要价值，并对地理环境在人类社会发展中的作用进行了讨论。30年代至70年代末，历史地理学界在对历史地理环境的“复原”方面取得来丰硕成果，尤其在大尺度的区域自然地理、沿革政区地理、经济地理等方面。80年代以来，人地互动观念逐渐成为历史地理学研究的核心内容。

同时，快速城市化引发的错综复杂的城市问题和生态环境恶化，促使建筑界也将视野从房子拓展到聚落，从城市拓展到区域。吴良镛先生先后提出“广义建筑学”和“人居环境科学”，将城市、集镇、乡村等人类聚居视为一个整体，着重探讨人与环境之间的相互关系，目的是通过了解、掌握人类聚居发生、发展的客观规律，更好的保护和建设可持续发展的人居环境。

近年来文化遗产保护也从早先专注于文物古迹物质本体的保存，转向对其承载的历史信息的全面关注（即强调对历史遗产各个历史阶段、周边环境格局、非物质文化遗产、文史资料等与遗产本体相关的有形的物质环境和无形的文化和社会环境进行整体性保护）。文化景观、文化线路的概念越来越受到重视，历史文化名城的也开始突破古城（古城池、古城区）的局限，逐渐拓展到城市周边的自然环境和各类附属遗产，视为一个完整的体系进行保护。

显然，历史地理学和人居环境科学对人地关系的研究，前者出发于历史事实和宏观区域，后者出发于现实问题和微观单元，但呈现出相向发展和融合的趋势。

然而，在漫长的历史进程中，由于自然环境的改变和人类不断的发展建设，致使保存至今的历史遗产已不能反映历史的全貌，并常常呈现为无关、离散或断裂的状态。如果不能较准确对文化遗产群体之间、文化遗产与自然环境、非物质文化遗产之间缺失的历史脉络进行修补，就很难对城市的历史和社会价值进行全面、准确、系统的综合评估，并很有可能发生时空错搭、主观臆测和片面强调的误判，进而影响保护措施的制定和效果。

因此，建筑、城市规划领域和过去传统的历史、考古学领域，必须要有一个广泛的、高度的融合，树立文化遗产保护的整体观念，更好地保护和传承城市遗产的多重价值。

1.2 3S技术在保护研究领域的运用现状

近年来，3S技术（RS、GIS和GPS）正被越来越广泛的应用于城市规划、历史地理、考古和文化遗产保护领域。

实现考古和文化遗产数据管理和存储，建立考古和文化遗产GIS数据库是3S技术在考古和文化遗产保护领域最普遍的应用之一。例如瑞典国家遗产部考古发掘局建立的田野考古数字建档系统Intrasis，集合了田野工作中的考古、环境、水文、动物、植物等数据。在我国第三次全国文物普查中，也运用了GIS系统进行全国数据的统一化采集和管理。在京杭大运河保护规划中建立了保护规划支持系统，运用于京杭大运河全线的调查与数据分析；目前保护数据库已初步形成。

其次，基于考古和文化遗产GIS数据库，针对史前的区域聚落考古，和针对现状的文化遗产保护规划辅助进行空间分析研究，也是较为普遍的应用之一：

1.区域聚落考古主要针对古聚落的分布与自然环境的关系，探索各研究区域中人类文明形成之初的人地关系特征。如中国社科院考古研究所对山西临汾盆地（汾河中游及其支流滏河盆地），河南洛阳盆地（伊、洛河流域）、洹河流域，陕西周原地区（七星河、美阳河流域）等区域聚落分布与局部地区自然环境关系的研究。芬兰进行了铁器时代聚落与环境关系研究、冰河时代景观变化与其它特征对石器时代遗址分布的影响。

2.文化遗产保护规划辅助，如荷兰国家考古资源调查部门利用大量文化资源定位数据、环境数据和基础数据，建立一系列表明考古资源的分布和质量的考古政策规划图。（刘建国，2007）京杭大运河保护规划支持系统中也设置了文物评估模块进行文物价值、保存现状和管理现状的评估。

上述研究成果将3S技术较为有效的运用到文化遗产保护中，为进一步拓展文化遗产保护规划提供了较好的思路，也为未来的研究提供了较好的基础。但是，现有的研究成果大多仍停留在历史文化遗产信息综合管理和简单空间分析上，在揭示人类活动与自然环境关系，及其如何影响历史城市的发展规律等方面上存在一定的欠缺。

02 新疆库车保护研究实践

2.1 研究对象概况

库车古名龟兹，位于我国西北内陆，新疆维吾尔自治区南部的塔里木盆地（我国历史上的“西域”地区）；是丝绸之路上著名的绿洲城市，具有2000多年的悠久历史和独特的城市文化。距自治区首府乌鲁木齐市直线距离448km，公路里程753km。

图1：库车在中国的位置

图2：库车在新疆维吾尔自治区的位置

图3：库车在丝绸之路的位置

库车县域面积十分广阔，目前是以维吾尔族为主体的多民族聚居县。县域内保存着大量珍贵的文化遗产：全国重点文物保护单位7处，自治区级文物保护单位29处，县级文物保护单位60处；其中克孜尔尕哈烽燧、苏巴什佛寺等已列入丝绸之路申报世界文化遗产项目。世界级非物质文化遗产1项，自治区级非物质文化遗产7项，县级非物质文化遗产37项。并出土了龟兹文等1O余种语言文字的大量文献和文物，以及古代龟兹人骨架、龟兹乐舞舍利盒、汉龟二体五铢等大量珍贵文物。

图4：库车县文物保护单位分布图

图5：优秀民居测绘图

2007年库车被列为新疆维吾尔自治区级历史文化名城。2008年，为配合库车申报国家级历史文化名城并更好的实施保护，启动了库车历史文化名城保护研究项目。同时，厘清库车地区的历史发展建设进程，对于丝绸之路申遗和反对“东突”分裂主义也具有重要的现实意义。

保护研究工作按时序分为：历史遗存普查——城市发展历史研究——综合价值评估——保护规划等阶段；按空间分为：区域——县域——历史城区——老城区——历史文化街区——单体建筑等层面；按对象分为：文化遗产——非物质文化遗产——自然遗产等类型。

图6：库车保护研究工作框架图

2.2 3S技术应用实践

库车地处自然条件恶劣的严重干旱区，人类活动受气候和环境变化的影响十分明显，城市的布局和发展与水热条件间的关系尤为密切。而且现存文化遗产数量多、分布地域广、时间序列完整、类型丰富多样，对应着不同的自然和人文环境，较为全面的反映出历史上人类的各种活动与自然环境间的联系。自清末以来一直是考古、历史地理研究的热点，具备较长的研究积累。

如果仅采用传统的方法进行研究分析，不但缺乏效率，也难以从宏观角度把握遗址之间、遗址群与自然环境间的联系。而3S技术中的遥感不但能提供各种分辨率的卫星遥感影像，还能提供各种比例尺的地理信息，同时GPS技术在空间数据采集方面能大大提高效率。

因此，研究中引入3S技术作为重要的辅助手段，在历史文化遗存数据采集、分析与管理，库车自然环境分析及自然与文化遗产空间关系分析等方面取得了较好的效果。

2.2.1 GPS和RS相结合的历史文化遗存数据采集及数据深加工处理

在库车历史文化遗存调查工作中，主要运用GPS和RS技术进行数据采集及遗址调查，并在GIS技术支持下对数据进行加工处理。

如结合“三普”田野调查，运用手持GPS采集了县域内大部分文化遗存的地理位置，并收集研究区内的多种分辨率的卫星影像资料，将遗址点与卫星影像图（Quick Bird 0.61米分辨率或CBERS-2B 2.36米分辨率HR资料）进行空间匹配处理，获取遗迹点的遥感平面分布图和基础数据集。

对于较难以进入的山区、盐碱区和沙漠区，则先利用高分辨率影像（借助Goole Earth）对遗址分布区进行解译判读，对可能的遗址点获取地理坐标后，文物工作者再利用GPS导航至实地进行勘察验证。对确认为历史遗存的，补充实地数据和影像资料等。这一方法大大减轻了野外调查的工作量，提高了遗存数据采集的工作效率。

另外，根据已发表的前人考古研究成果的描述，调阅遗址可能分布范围内的遥感影像，对影像进行解读，确定遗址的准确坐标和平面形态。

历史文化遗存数据经空间化处理后，导入地理信息系统处理软件，如Mapinfo等, 与不同时期的影像图、测绘图等进行叠加分析。结合地理信息数据（水系、地形、居民点等），各遗存基础信息（年代、类型等），以及近百年的考古实录（主要为19世纪末以来西方探险家，和我国考古学者黄文弼先生在20世纪20~50年代对塔里木盆地进行的勘查和发掘），对数据进行深挖掘处理，补齐那些现已消失的遗址的空间分布信息。

图7-1：历史文化遗存数据导入

图7-2：地理信息数据叠加

图7-3：黄文弼手绘调查图叠加

图7-4：遥感影像图叠加

2.2.2 遥感解译判读用于古水系、古道复原分析

以高分辨率卫星影像为主（CBERS-2B、TM、SPOT等），结合多种比例尺的地理信息数据，对河道信息（有水河道与枯水河道）进行解译判读，提取出库车地区可能的古河道分布信息。并根据古文献和各种水文志记载的库车在各历史时期的水系名称、大致分布位置等，结合气象、水文等观测数据，以及考古、环境考古、历史地理等领域成果，对库车历史时期的水系分布进行复原。

另外，根据地形和古代关隘、烽燧遗址的空间分布特征，结合各历史时期社会经济、文化等要素，参考古文献和古代交通运输方式和速度等，对库车历史上交通干道的空间分布进行解译、提取和模拟，初步还原各历史时期的主要交通路网。

2.2.3 数字高程模型及地形分析辅助自然与文化遗产空间关系分析

数字高程模型在库车文化遗存与环境关系的分析中得到了较多的应用。一方面，DEM及地形分析在古交通道路、古水系分布提取及复原等方面发挥了重要作用，通过DEM分析，可以有效辅助获取道路的走向、分级，河流的流向、河道分布等信息。

另一方面，文化遗存的形成与周围地形条件有着密切的关系，DEM地形分析对于解译和判读文化遗存的分布位置、属性特征以及历史意义等都能起到有效的辅助作用，有效弥补文献记载等的不足。如：将库车及周边区域内文化遗存信息叠加到数字高程模型后，可以清晰的观察到文化遗存分布与地形地貌的紧密关系。

图8库车绿洲地理信息与三维地形影像叠加图

同时，将库车放置到全国乃至整个欧亚大陆自然环境中，利用气象站点观测数据、长序列卫星遥感灾害和环境监测数据集（沙尘、积雪、植被等）分析库车地区的气候成因及特点、地形分布、水文、地貌、灾害等自然环境要素。并根据文献记载和相关领域研究成果，厘清库车不同时期的辖区范围、政治归属、军事事件等，并重点关注对于整体发展建设存在影响的关键事件，如几次大的社会政治变迁和发展（汉代和隋唐屯垦，14世纪两教战争等）。从空间上辨析出各项历史文化遗产之间，文化遗产与自然环境、非物质文化遗产之间的历史关联，为价值评估提供了准确的基础信息，增强了价值评估的整体性、系统性。

图9 库车历史文化遗存与环境关系分析图

另外，数字地形分析还有效应用于库车文化遗存保护区划的空间分析中。利用数字地形，可以对文化遗产周边环境进行任意角度的空间视域模拟，合理确定出各文化遗产的保护区划边界，并可对区划边界进行精确的坐标定位。

图10 库木吐拉石窟和苏巴什保护区划空间视域分析图

2.2.4 GIS技术用于老城区历史建筑数据库建设、管理及应用分析

基于GIS技术实现文化遗存空间数据库建设和管理，是3S技术在文化遗存保护研究应用中的重点之一。通过将文化遗存信息的空间位置、年代、遗址属性特征等存储为空间数据库，运用数据库技术对其进行管理，可大大提高信息的使用效率，同时，基于空间数据库，可提高文化遗存信息的二次分析和应用，方便搭建文化遗存信息数字化处理平台。

因此，我们通过入户调查、访谈、问卷、测绘等手段，对库车3.5平方公里的老城区内的6000余户，共12000多座建筑；和非物质文化遗产、古树名木等进行全面普查后，根据实测地形图（1:500）和高分辨率遥感影像数据，利用City Maker软件建立了老城区三维模型。并将采集到的建筑年代、建筑高度、建筑结构、饰面材料、传统元素特征；居民人口、民族、主要经济来源、市政基础设施条件；树种、树龄等基本信息数据添加到模型上，建立了库车老城区历史建筑空间数据库；不但可直观的进行数据检索、分析和管理，还为保护规划的合理制定，以及进一步建立老城区三维数字化管理平台提供了良好基础。

图11-1：老城区历史建筑空间数据库属性管理界面

图11-1：老城区历史建筑空间数据库属性分析界面

2.2.5 基于RS和GIS的专题制图

专题制图是3S技术应用的主要功能之一。在库车文化遗存保护工作中，专题制图功能被广泛用于多种图像产品的制作，大大提高了制图效率。

图12 基于老城区历史建筑数据库的系列现状分析图

03 小结及展望

在上述研究中，3S技术作为有效辅助手段，应用于文化遗存数据采集分析、数据挖掘及深加工处理、数据管理，自然环境和人文环境间的空间相关分析，保护区范围界定以及数据库建设、管理等方面。并在此基础上，对城市历史进行了纵向梳理和横向比较，从城市发展史、文化传播史、生活延续性的角度，重新对城市进行全面、准确、系统的综合价值评估。

研究成果运用于《新疆库车申报历史文化名城材料》、《库车历史文化名城保护规划》中，获得专家们的好评。证明将3S技术应用于文化遗产与历史文化名城保护中，可以有效提高历史名城、文化遗产保护规划和城市发展建设规划编制的科学性、合理性和效率性，具有广阔的应用前景，将成为历史文化名城保护的重要科技发展方向之一。

但是目前的探索还是比较初浅的，未来尚需进一步开展工作。如：基于长序列卫星遥感数据和气象观测数据，结合考古研究中的C14测年、孢子粉试验等精密检测分析技术，进一步挖掘文化遗存与自然环境要素间的关联性。并通过DEM复原历史时期气候环境及地貌，与历史和考古研究提供的历史人文环境相结合，对人、社会、自然间的互相制约和影响关系进行定量分析，揭示人居环境形成、发展及演变规律，为文化遗存保护规划、人居环境分析、城市综合价值评估以及城市规划等提供有效的参考依据。

图13 基于3S的历史文化名城保护工作框架构想）

END

予历史以未来