CN105719219A - 一种基于gis空间分析的文化遗产保护区划划分方法 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种基于GIS空间分析技术的文化遗产保护区划划分方法，包括：1)收集整理保护区划划分所需的各类图件，在GIS基础平台下进行统一配准与校正；2)按照具体要求对文化遗产及其遗迹分布进行缓冲区分析，获取与文物本体不同距离缓冲区的空间信息；3)将缓冲区分析的结果与区域地形图、遥感影像以及相关规划图件进行叠置，提取不同缓冲区范围内地物的基本空间信息，对相关地物的空间关系与发展趋势进行系统分析；4)按照分析结果划定文物保护单位保护区划的具体范围与界线，并通过机助制图进行绘制，最后在GIS支持下计算保护区划界线上的特征点坐标并对其进行自动标注。本发明为所有过程与结果空间数据提供了精确的空间属性。

Description

一种基于GIS空间分析的文化遗产保护区划划分方法

技术领域

本发明属文物保护技术领域，具体为一种利用GIS(地理信息系统)空间分析对文物保护单位保护区划进行科学有效划分的方法。

背景技术

文化遗产即文物，其是祖先留给我们的宝贵财富，对其进行科学管理和有效保护是我们义不容辞的责任和义务。《中华人民共和国文物保护法》要求，在文物本体以外要有一定的安全区域，即保护区划，一般包括保护范围与建设控制地带两个级别。保护范围与建设控制地带是两个重要的区划概念，它们的划定是文物得以有效保护的重要手段。尽管《文物法》、《文物法实施条例》、《全国重点文物保护单位保护规划编制要求》等法律法规提出了文物保护单位必须划定保护区划的强制性规定，并给出了文物保护单位保护范围与建设控制地带划定的具体要求，但并未对这两级保护区划的具体划分方法与相关技术给予明确的指导性意见和建议。使得保护区划的划分方式存在不统一的现象，而且多为文物保护与研究人员依据自身经验以及对周边环境的理解通过定性描述的方式进行文物保护单位保护范围与建设控制地带划分工作。不仅造成了两级保护区划划分方式的混乱，而且使得划定的文物保护单位保护范围与建设控制地带操作性较差或与实际环境特征不符的现象。同时，保护区划划分方式的不科学还造成工作效率低下，区划边界节点与拐点坐标获取难度较大等问题。尽管一些研究人员已经意识到这些问题，并试图通过相关研究对其进行改进。但这些研究仍大多停留在文物保护单位保护范围与建设地带划分合理性、适用性与可操作性等层面的讨论，对保护区划的划分方法与相关技术体系进行系统科学的分析、归纳、总结与研究几乎难以见到。然而，技术与方法的规范是保护区划科学合理划分的先决条件，对文物保护单位保护范围与建设控制地带的划分方法与相关技术进行科学有效的研究与归纳总结势在必行。

文化遗产存在于现实空间之中，空间属性是其根本特征之一。依据文化遗产本体特征划分的文物保护单位保护范围与建设控制地带同样具备明显的空间特征，同时保护范围与建设控制地带的划分目的也是对特定空间的地物特征进行有效的管理保护与限定控制。因此，文物保护单位保护区划的划分究其根本是一个地理空间问题，其必然涉及空间地物的有效管理与科学分析。因而科学有效的文物保护单位保护区划划分方法与技术体系的缺失的主要原因是对地物空间属性的忽视和对空间分析方法与相关技术最新进展的不熟悉或不掌握。作为研究地理实体空间分布特征及其相互联系的基础学科，地理学具有分析地物空间属性特征的传统，并在长期的发展过程中注重对空间分析方法与相关技术体系的研究与总结。尤其是近年来随着以地理信息系统(GeographicalInformationSystem，简称GIS)为代表的空间信息技术的迅猛发展，为传统的地物分布空间分析方法注入了信息与科技的元素，使得这些方法更具科学性、计量性与信息性。GIS技术的优势在于其对地物空间属性的有效管理和科学分析，这对于空间特征明显的文物保护单位保护范围与建设控制地带的划分具有重要的现实意义。GIS特有的空间定位、缓冲区分析、叠置分析等空间分析功能能够为文物保护单位保护区划划分提供精确的空间信息与科学的分析方式。同时，GIS海量数据快速处理能力也能够对于有效解决文物保护单位保护区划划分过程中存在的效率低下问题发挥重要作用。因此，GIS空间分析方法与文物保护单位保护区划划分相结合是信息时代对文物保护工作提出的必然要求，利用GIS空间分析技术科学有效的归纳与总结文物保护单位保护范围与建设控制地带的划分方法也是解决文化遗产保护区划划分结果混乱，可操纵性与科学性差以及划分过程效率低下等问题的有效途径。

发明内容

本发明旨在解决文物保护单位保护区划划定过程中缺乏科学有效、标准规范的技术方法体系及其导致的保护区划划分结果混乱、可操作性差、效率低下等问题。本发明综合应用缓冲区分析、空间叠置分析、空间定位等多种GIS空间分析功能，在系统分析文化遗产本体及其周边环境特征的基础上，确定文物保护单位保护范围与建设控制地带的恰当范围和界限，并自动标准界限节点和拐点的空间信息，为文物保护单位保护区划划分提供一套科学合理的方法体系，同时在信息技术的支持下实现了文物保护单位保护区划相关信息的自动提取，从而大大提高了保护区划划分的工作效率。

本发明为一种GIS空间分析支持下的文物保护区划划分的方法，其主要由以下几个部分构成：

(1)文化遗产相关空间数据的校准

文化遗产保护区划划分涉及文物本体及其周边环境特征等大量空间数据，这些空间数据是文物保护单位保护区划划分的基础。因此，需要收集整理包含文物本体信息的空间范围较大的区域地形图、多期遥感影像、遗迹分布图以及涉及遗产未来保护的相关规划图，如土地规划图、城市规划图等。这些基础空间数据需要赋予统一的空间标准，以便后续的空间分析之用。具体的做法是，首先将必要的基础空间数据按照矢量和栅格两种格式输入GIS基础平台，然后按照一定的标准赋予这些数据统一的空间参考投影信息和坐标系统，最后按照这些数据的空间特征对其进行空间配准，使得各种数据的相关地物具有一一对应的空间关系。空间配准是GIS的基本功能，一些通用软件如ArcGIS、Mapinfo以及国产的Mapgis、Supermap等均具备这一功能。

(2)文物本体缓冲区分析

文物保护区划归根结底就是为文物本体划定一定的缓冲范围，以达到在这些缓冲范围内人类的生产生活起到限制与控制作用，以此起到保护文物的作用。缓冲区分析是GIS中的一种空间分析方法，其基本原理是按照地物的形状特征在特定的距离内自动形成缓冲地带。这种自动形成缓冲地带的方法不仅保留了地物本体的形状特征，而且具有精确的空间属性信息，同时能够提供缓冲地带内地物之间更为直观的空间关系。这些特征十分符合文物保护单位保护区划划分的具体要求。因此，GIS缓冲区分析在文物保护单位保护区划划分工作中能够发挥重要作用。文物本体缓冲区分析的具体做法为：首先在GIS基础平台下调出已经校准的文物本体及其遗迹分布基础地图数据；然后以文物本体及其遗迹分布为基础，按照文物保护区划的对特定类型文化遗产的具体要求，分别按照一定的距离生成文化遗产及其遗迹分布的多个缓冲区。在缓冲区的生成过程中应大而细的原则，即最大缓冲区的范围应尽量大，缓冲区的间距则尽量细，这样就能在充分保证保护区划空间范围的基础性，达到后续分析的细致性。缓冲区分析也是GIS空间分析的基本功能，目前盛行的GIS通用软件一般均能够直接实现。

(3)文物保护单位保护区划划分叠置分析

文物保护单位的保护区划并不是简单在文物周围按照一定的距离划定范围，其不仅需要同周边的地形地物相结合，从而更具可操作性，而且需要同社会发展相协调，以达到文物保护与社会经济双赢的局面。因此，需要细致分析文化遗产的周边环境与发展趋势。传统的保护区划划分方式主要通过定性的方式进行，缺乏文物保护区划划定的科学过程。本发明主要采用GIS叠置分析对文物本体周边环境及其发展趋势进行分析与研究。具体做法是：将缓冲分析生成的文物本体及其遗迹分布的多个缓冲区与区域地形图、遥感影像以及各类规划图件在GIS基础平台下按照特定的坐标系统与参考信息进行叠置，提取不同缓冲区内地物及其发展趋势的基本信息，对这些具有精确空间信息的地形地物特征进行系统分析，为文物保护单位保护区划的最终划定提供空间信息准确的参考依据。叠置分析也是GIS空间分析的基本功能，通行软件一般均能够实现。

(4)保护区划划定与基本特征点坐标信息自动标注

在GIS缓冲区分析与叠置分析的支持下，通过对相关地形地物及其发展趋势的系统分析，按照文物保护单位保护区划具体要求，最终划定文化遗产的保护范围与建设控制地带。GIS提供有完备的制图功能，能够方便的在相关图件之上绘制文物保护单位保护范围与建设控制地带的具体范围与形状，并能根据后续的研究结果方便的对原有保护范围与建设控制地带进行调整。按照要求，保护区划界线上的节点、拐点等特征点的空间坐标需要进行一一量算与标注，GIS能够自动实现这一过程。因为所有的基础空间数据与过程数据均具有统一的参考信息与坐标系统，GIS能够按照要求自动计算各个特征点的空间坐标，并将其进行标注。这不仅大大节省了保护区划划定的工作时间，提高了工作效率，而且为保护区划最终成果图的生成奠定了必要的基础。

附图说明

图1：基于GIS空间分析的文化遗产保护区划划分方法技术流程图

图2：站马屯遗址原保护区划

图3：站马屯遗址缓冲区分析

图4：站马屯遗址空间叠置分析

图5：站马屯遗址保护区划图

具体实施方式

结合附图详细表述本发明提供的基于GIS空间分析的文化遗产保护区划划分方法：其包括以下步骤：

(1)文化遗产相关空间数据的校准

文化遗产保护区划划分涉及文物本体及其周边环境特征等大量空间数据，这些空间数据是文物保护单位保护区划划分的基础。因此，需要收集整理包含文物本体信息的空间范围较大的区域地形图、多期遥感影像、遗迹分布图以及涉及遗产未来保护的相关规划图，如土地规划图、城市规划图等。这些基础空间数据需要赋予统一的空间标准，以便后续的空间分析之用。具体的做法是，首先将必要的基础空间数据按照矢量和栅格两种格式输入GIS基础平台，然后按照一定的标准赋予这些数据统一的空间参考投影信息和坐标系统，最后按照这些数据的空间特征对其进行空间配准，使得各种数据的相关地物具有一一对应的空间关系。空间配准是GIS的基本功能，一些通用软件如ArcGIS、Mapinfo以及国产的Mapgis、Supermap等均具备这一功能。

(2)文物本体缓冲区分析

文物保护区划归根结底就是为文物本体划定一定的缓冲范围，以达到在这些缓冲范围内人类的生产生活起到限制与控制作用，以此起到保护文物的作用。缓冲区分析是GIS中的一种空间分析方法，其基本原理是按照地物的形状特征在特定的距离内自动形成缓冲地带。这种自动形成缓冲地带的方法不仅保留了地物本体的形状特征，而且具有精确的空间属性信息，同时能够提供缓冲地带内地物之间更为直观的空间关系。这些特征十分符合文物保护单位保护区划划分的具体要求。因此，GIS缓冲区分析在文物保护单位保护区划划分工作中能够发挥重要作用。文物本体缓冲区分析的具体做法为：首先在GIS基础平台下调出已经校准的文物本体及其遗迹分布基础地图数据；然后以文物本体及其遗迹分布为基础，按照文物保护区划的对特定类型文化遗产的具体要求，分别按照一定的距离生成文化遗产及其遗迹分布的多个缓冲区。在缓冲区的生成过程中应大而细的原则，即最大缓冲区的范围应尽量大，缓冲区的间距则尽量细，这样就能在充分保证保护区划空间范围的基础性，达到后续分析的细致性。缓冲区分析也是GIS空间分析的基本功能，目前盛行的GIS通用软件一般均能够直接实现。

(3)文物保护单位保护区划划分叠置分析

文物保护单位的保护区划并不是简单在文物周围按照一定的距离划定范围，其不仅需要同周边的地形地物相结合，从而更具可操作性，而且需要同社会发展相协调，以达到文物保护与社会经济双赢的局面。因此，需要细致分析文化遗产的周边环境与发展趋势。传统的保护区划划分方式主要通过定性的方式进行，缺乏文物保护区划划定的科学过程。本发明主要采用GIS叠置分析对文物本体周边环境及其发展趋势进行分析与研究。具体做法是：将缓冲分析生成的文物本体及其遗迹分布的多个缓冲区与区域地形图、遥感影像以及各类规划图件在GIS基础平台下按照特定的坐标系统与参考信息进行叠置，提取不同缓冲区内地物及其发展趋势的基本信息，对这些具有精确空间信息的地形地物特征进行系统分析，为文物保护单位保护区划的最终划定提供空间信息准确的参考依据。叠置分析也是GIS空间分析的基本功能，通行软件一般均能够实现。

(4)保护区划划定与基本特征点坐标信息自动标注

在GIS缓冲区分析与叠置分析的支持下，通过对相关地形地物及其发展趋势的系统分析，按照文物保护单位保护区划具体要求，最终划定文化遗产的保护范围与建设控制地带。GIS提供有完备的制图功能，能够方便的在相关图件之上绘制文物保护单位保护范围与建设控制地带的具体范围与形状，并能根据后续的研究结果方便的对原有保护范围与建设控制地带进行调整。按照要求，保护区划界线上的节点、拐点等特征点的空间坐标需要进行一一量算与标注，GIS能够自动实现这一过程。因为所有的基础空间数据与过程数据均具有统一的参考信息与坐标系统，GIS能够按照要求自动计算各个特征点的空间坐标，并将其进行标注。这不仅大大节省了保护区划划定的工作时间，提高了工作效率，而且为保护区划最终成果图的生成奠定了必要的基础。

附图2-5以郑州站马屯遗址为例，介绍本发明的具体实施方式：

附图2所示的站马屯遗址位于郑州市管城区十八里河镇站马屯村东南的岗地上，是一处新石器时代龙山文化遗址，面积约30万平方米。2006年，站马屯遗址被河南省政府公布为省级文物保护单位，并相应的对遗址的保护范围与建设控制地带予以公布。可以看出，原保护范围仅对遗址核心区进行保护，并未完全覆盖遗址的整体分布范围。遗址的建设控制地带则是简单的在遗址范围的基础上向外扩30米，不仅形制不规则，而且没有同周边的地形地物相结合，建设控制地带叠压固定地物现象较多，实际可操作性差。实际上，遗址西部和北部与南水北调和郑西高铁重叠部分在建设项目开工以前已经经过考古发掘，目前已经没有遗迹分布。因此，站马屯遗址的原保护范围和建设控制地带已经出现与实际不符的现象，同时在保护区划划定过程中没有全面考虑周边地物特征及其发展趋势，需要对这一遗址的保护范围与建设控制地带重新划定。

(1)基础地理数据配准

收集整理站马屯遗址区域的遗址分布图、地形图、遥感影像以及土地规划图、城市规划图等，然后在GIS基础平台下对其进行配准与校正。本次采用的基础GIS平台软件为目前国际较为通用的美国ESRI公司的ArcGIS软件，版本为9.3.具体的做法是，首先将收集整理的基础地理数据输入至ArcGIS平台，其中遗址分布图和地形图以矢量格式输入，其他数据以栅格格式输入；然后，在ArcGIS平台下赋予这些基础空间数据以空间参考投影信息和坐标系统，其中投影信息采用的是高斯克吕格投影，坐标系统采用西安80坐标系；最后进行数据配准。由于地形图数据为实测数据，其具有准确的空间信息，因此以地形图数据为标准，对其它基础地理数据进行校正。具体的做法为在ArcGIS下调用数据配准功能，分别按照地形图与配准数据上的同名地物点进行校正，其中同名地物点的数量不少于4个，以此保证数据校正的准确性。校正完成后，所有的基础地理数据均具有统一精确的空间地理信息。

(2)缓冲区分析

以站马屯遗址的遗迹范围为对象，在ArcGIS下分别按照50米、100米、200米的间距生成缓冲区，如附图3所示。具体做法是在ArcGIS下调出遗迹分布图，然后调用缓冲区分析功能，分别设定缓冲区分析的对象、输出文件、间距以及融合方式等信息，确定后便可按照设定的要求自动生成缓冲区。

(3)空间叠置分析

如附图4所示，在ArcGIS下分别调出缓冲区分析结果和区域地形图、遥感影像以及土地规划图、城市规划图和文物保护规划图等基础空间数据，进行空间叠置分析，并对不同距离的缓冲地带中的地物现状与发展趋势进行提取与分析。

(4)保护区划划定与特征点坐标标注

叠置分析显示，遗址东北部南水北调干渠建设之前，已经经过科学全面的考古发掘，目前已经无遗存，考虑到文物保护单位保护区划的可操作性，东北部保护范围与建设控制地带均以南水北调干渠的西岸为界。城市规划显示，遗址北部与东部均规划有城市道路，叠置分析说明北部与东部的规划道路均能够满足未来遗址保护与建设控制的要求，因此以北部与东部遗址的建设控制地带均以规划道路为界，保护范围则相应的内缩，并与规划的地形地物紧密结合。遗址的南部与东南部均为现在道路，规划图显示这些现状道路为保留道路，叠置分析显示这些现状道路也能够满足未来遗址保护与建设控制的要求，因此遗址南部与东南部建设控制地带以现状道路为界，保护范围则相应内缩。

如附图5所示，站马屯遗址保护区划确定后，在ArcGIS下利用制图功能分别提取遗址的保护范围与建设控制地带界线，并将其转绘至文物保护规划图上。同时，利用ArcGIS标注功能自动计算站马屯遗址保护范围与建设控制地带界线上节点、拐点等特征点的坐标，并将其自动标注在文物保护规划图上。

利用GIS空间分析支持下的文化遗产保护区划划分方法对站马屯遗址的保护范围与建设控制地带进行了划分，划分的过程与结果均具备科学性与合理性，所有的空间数据均具有精确的空间属性。同时，在科学的空间分析基础上，文物保护单位的保护区划划分结果更具可操作性，这些为未来的文物管理与研究工作奠定了坚实的基础。此外，整个过程在信息技术的支持下完成，不仅节约了工作时间，提高了工作效率，而且为文物保护工作的信息化提供了必要的应用基础与参考借鉴。

Claims (7)

1.一种GIS空间分析支持下的文物保护区划划分的方法，包括以下步骤：

1)收集整理保护区划分所需的各类图件，并在GIS基础平台下进行统一的配准与校正；

2)按照具体要求对文化遗产及其遗迹分布进行缓冲区分析，获取与文物本体不同距离缓冲区的空间信息；

3)将缓冲区分析的结果与区域地形图、遥感影像以及相关规划图件进行叠置，提取不同缓冲区范围内地物的基本空间信息，并对相关地物的空间关系与发展趋势进行系统分析；

4)按照分析结果划定文物保护单位保护区划的具体范围与界线，并通过机助制图进行绘制，最后在GIS支持下计算保护区划界线上的特征点坐标并对其进行自动标注。

2.根据权利要求1所述的GIS空间分析支持下的文物保护区划划分的方法，其特征在于所述的各类图件为遗址分布图、地形图、遥感影像以及土地规划图、城市规划图。

3.根据权利要求1所述的GIS空间分析支持下的文物保护区划划分的方法，其特征在于：所述步骤1)进一步包括将必要的基础空间数据按照矢量和栅格两种格式输入GIS基础平台，然后按照一定的标准赋予这些数据统一的空间参考投影信息和坐标系统，最后按照这些数据的空间特征对其进行空间配准，使得各种数据的相关地物具有一一对应的空间关系。

4.根据权利要求1所述的GIS空间分析支持下的文物保护区划划分的方法，其特征在于：所述步骤2)进一步包括：在GIS基础平台下调出已经校准的文物本体及其遗迹分布基础地图数据；然后以文物本体及其遗迹分布为基础，按照文物保护区划的对特定类型文化遗产的具体要求，分别按照一定的距离生成文化遗产及其遗迹分布的多个缓冲区。

5.根据权利要求4所述的GIS空间分析支持下的文物保护区划划分的方法，其特征在于：所述缓冲区的生成应满足最大缓冲区的范围应尽量大，缓冲区的间距尽量细。

6.根据权利要求1所述的GIS空间分析支持下的文物保护区划划分的方法，其特征在于：所述步骤3)进一步包括将缓冲分析生成的文物本体及其遗迹分布的多个缓冲区与区域地形图、遥感影像以及各类规划图件在GIS基础平台下按照特定的坐标系统与参考信息进行叠置，提取不同缓冲区内地物及其发展趋势的基本信息，对这些具有精确空间信息的地形地物特征进行系统分析，为文物保护单位保护区划的最终划定提供空间信息准确的参考依据。

7.根据权利要求1所述的GIS空间分析支持下的文物保护区划划分的方法，其特征在于：所述步骤4)中的所述的保护区划界线上的特征点为保护区划界线上的节点、拐点。