（地图学与地理信息系统专业论文）北京明长城分布现状及其损毁保护的研究.pdf

首都师范大学硕士学位论文北京明长城分布现状及其损毁保护的研究 摘要 本论文利用计算机遥感自动解译，人工遥感解译和地学相关分析法，调查北京明长 城分布现状及其周围村庄、土地利用情况。将北京明长城按其自然分段划分为8 7 个长城 段落，通过解译建立损毁划分标准，将这8 7 个长城段落的损毁程度按照损毁标准进行等 级划分。参照2 0 年前的长城损毁状况，研究北京明长城损毁变化的区域和特点。并据此 建立北京明长城保护带划分模型，划分长城保护带，提出长城保护对策。 利用不同时期的遥感数据对北京明长城分布研究显示：北京现在明长城城砖墙体总长 为3 6 8 公里。分布在平谷东部，密云东部北部西部，怀柔中部，延庆东部北部南部，昌平 北部和门头沟北部等地，途经3 1 个乡镇，7 9 个村庄。北京明长城的平均高度为6 6 7 米， 平均坡度为2 7 0 长城周围的土地利用类型主要有有林地，灌木林，疏林地，耕地，荒草 地和裸岩。 对北京明长城损毁进行分析结果为：北京约有1 3 的长城墙体属于最好和比较好的状 态；有5 1 的长城处于中等及偏下状态；有3 6 的长城处于严重损毁状态。研究2 0 0 4 年与 1 9 8 4 年长城损毁程度，得知此期间约有1 1 6 公里的明长城损毁严重，占长城总长的近1 3 。 由此分析出这些长城段落的人为损毁因素的特点。为缓冲区模型的建立提供依据。 针对北京明长城人为损毁因素确立了缓冲区划分的影响因子，建立了缓冲区划分模 型，根据各段长城的实际情况将8 7 段长城分别建立了不同缓冲半径的保护区。为北京市 明长城的保护、管理以及长城的研究提供基础科学依据。 关键词：北京；明长城；遥感；分布；损毁；保护带 首都师范大学硕士学位论文 北京明长城分布现状及其损毁保护的研究 a b s t r a c t t h i sp a d e ri n v e s t i g a t e d 血ea c t u a l i t y , n e a r b yc o u n t r i e sa n dt h el a n d u s eo ft h em i n gg r e a t b 1 1i nb e r i n g , w h i c hh a v eb e e nc a r r i e do u tb yu t i l i z i n gt h ec o m p u t e rr e m o r es e n s i n g a u t o m a t i ci n t e r p r e t a t i o n 。m a n u a lr e m o t es e n s i n gi n t e r p r e t a t i o na n dg e o g r a p h i c a lc o r r e l a t i o n a n a l y s i sm e t h o d w ed i v i d e dt h em i n gg r e a tw a l li n t o8 7p a r t sb yi t sn a t u r a ls u b s e c t i o a s ，a n d t h e l le s t a b l i s h e dt h el e v e ls t a n d a r do fg r e a tw a l lw h i c hw a sd e s t r o y e dt h r o u g ht h ei n t e r p r e t a t i o n a f t e rt h i sw em a r k e do f ft h e8 7p a r t so ft h eg r e a tw a ua c c o r d i n gt ot h es t a n d a r d c o m p a r e d w i t l lt h ed a t a2 0y e a ra g o ，w er e s e a r c h e dt h ea r e a sa n dt h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h ed e s t r o y e dp a r t s ， t h e ns e tu pt h em o d u l eo fb u f f e rf o rt h em i n gg r e a tw a ui nb e i j i n g i nt h el a s tp a r to ft h ep a p e r w eb r o u 曲to u tt l i ec o u n t e r m e a s u r ef o rp r o t e c t i n gt h eg r e a t 1 r e s e a r c h e dt h em i n gg r e a tw a l lw i t ht h e d i f f e r e n tp e d o d so fr e m o t es e n s i n gd a t a , i t s h o w e dt h a tt h ew h o l el e n g t ho ft h em i n gg r e a t 强l li nb e i j i n gi s3 6 8k m i ta r r a n g e si nt h e e a s to fp i n g g u ，t h ee a s ta n dn o r t ho fm i y u n ，t h em i d d l eo fh u a i r o u ，t h em o s tp a r to fy a n q i n g , t h en o r t ho fc h a n g p i n ga n dt h en o r t ho fm e n t o u g o u i tt r a v e r s e s3 1t o w n s 7 9v i l l a g e s n e a v e r a g eh e i g h to ft h em i n gg r e a t 舢i sa b o u t6 6 7 m a n di t sa v e r a g es l o p ei s2 7d e g r e e t h e r e a r ef o r e s t s p i n n e y , o p e nw o o d l a n d ，p l o u # f i e l d ，g r a s sa n dr o c ka r o u n dt h eg r e a t 埘1 a n a l y z e dt h ed e s t r o y e dm i n gg r e a tw a l l ，i ts h o w e dt h a to n l ya b o u t1 3 o ft h ew a l li s g o o d - r e s e r v e d ；5 1 o ft h ew a l li sd a m a g e d ；3 6 o ft h ew a l li sb a d l yd a m a g e d t h e r ei so n e t h i r do ft h em i n gg r e a tw a l l ，w h i c hi s1 1 6 k mw a sb a d l yd a m a g e df r o m1 9 8 4t o2 0 0 4 w eh a v e f o u n do u tt h ec h a r a c t e r i s t i co ft h eb r o k e nw a l lw h i c hw a sd a m a g e db yp e o p l e t h i sp r o v i d e d t h eb a s e sf o rt l l eb u f f e rm o d u l e b a s e do nt h eh u m a nf a c t o r , w ef o u n do u tt h ei n f l u e n c i n gf a c t o rf o rd i v i d i n gt h eb u f f e r , a n d t h e nw ee s t a b l i s h e dt h eb u f f e rm o d u l eo ft h em i n gg r e a tw a l l a c c o r d i n gt ot h ef a c to ft h e m i n gg r e a tw a l l ，w e s e t u p t h e d i f f e r e n tr a d i u mb u f f e r i tw i l lp r o v i d eh e l pf o rt h e d e c i s i o n m a k i n go ft h em i n gg r e a tw a l lp r o t e c t i o na n dm a n a g e m e n t k e yw o r d s ：b e i j i n g ；m i n gg r e a tw a l l ；r e m o t es e n s i n g ；d i s t r i b u t i o n ；d a m a g e ；b u f f e r 2 首都师范大学硕士学位论文 北京明长城分布现状及其损毁保护的研究 1 1 研究背景 1 1 1 北京长城保护现状 第一章弓l 言 北京现存的长城是中国明长城的代表。1 9 8 7 年长城被联合国教科文组织列入世界文化 遗产名录。长期以来，保护、研究和管理一直没有得到应有重视，致使长城现状不清；保 护管理水平低下，不断遭到自然和人为的毁坏2 0 0 3 年底，长城被世界遗址基金会列为 濒危古迹。长城的保护、研究和管理引起社会的广泛关注。目前北京的长城存在以下问题； ( 1 ) 大部分长城处于自然保存状态，残损严重 由于北京长城大部分建在崇山峻岭中，山区昼夜巨大的温差、风沙磨蚀、雨水冲刷、 霜雪冰融以及植物根系的物化作用使大部分长城残损，有些残损严重的长城段处在自然消 亡之中。除上世纪八十年代国家利用群众捐款修缮7 a 达岭、慕田峪、司马台长城外，绝 大部分长城处于自然状态。 ( 2 ) 保存状况好豹长城周边披大规模的开发。造成环境风貌的破坏 近十年来，保存状况好的长城，其周边以发展经济为前提的开发项目越来越多，长城 与所经过的乡镇政府都通过合作开发的形式，利用长城的资源开辟出一些新的旅游景点或 度假村。为了解决当地农民脱贫的问题，给当地农民每家分一个摊位，摊点叫卖此起彼伏， 完全没有了长城应有的历史沧桑感和重要军事防御工程的既险又奇的环境风貌1 1 1 。 ( 3 ) 攀爬野长城，擅自举办的活动，对长城本体造成破坏 攀登野长城，在长城上搭棚宿营，野炊等活动越来越多。一些当地村民为招引更多 的游人，擅自在残长城上搭梯、开路，使前一阶段到未开放的长城段探险的人与日俱增， 有的长城段年久失修，存在着极大的安全隐患，随时都会因攀登发生险情。有些游人在野 游时还擅自在长城墙上挖漏栽杆支帐篷，乱扔生活垃圾。不仅造成长城周边环境脏乱，而 且因为搭帐篷在长城墙上留下的洞穴，使雨水直接灌入城墙体内造成严重损坏i z j 。 ( 4 ) 长城建筑材料流失严重 长城沿线的农民、企事业单位纷纷拆长城砖盖房、砌圈，长城沿线上的一些石碑有 的成了建房的基石，有的做了台阶，长城建筑材料和附属文物流失严重。一些具有文物价 值、带年款的长城砖流失别处，造成长城内含的文物价值逐年减少。 首都师范大学硕士学位论文 北京明妊城分布现状及其损毁保护的研究 1 1 2 北京长城管理现状 针对长城存在的问题，北京市率先推出了北京市长城保护管理办法地方法规。目 前，我国政府已经制定完成中国长城保护管理条例，并于2 0 0 6 年底开始实施嘲。表明 我国长城的保护、研究和管理已经成为政府、科研和管理部门的一项重要任务。 1 1 3 长城遥感调查的必要性 1 9 8 4 年，国家地矿局航空遥感中心应用航空遥感技术对北京地区的长城进行了系统调 查，查清了北京境内长城的基本状况。但在此后的2 0 年里，对北京明长城的研究基本停 滞。因此，对近二十年来北京长城的整体变化不清，对长城周遍地区生态环境变化及其对 长城的影响不清。此外，对于长城保护带( 或长城带) ，其范围在哪里，如何划定? 没有 明确的答案上述问题直接影响我们对长城的保护、管理和研究的开展。“北京明长城遥 感调查及动态检监测”即是在这一大背景下提出的。 1 2 国内外研究现状 北京明长城的研究可划分为以下几个阶段： 第一阶段，解放前一些学者对长城的个别时代和局部地段的遗址进行过调查，但总体 停留在文献研究的范围内。 第二阶段，从新中国成立以后到“文革”以前。这段时阂在长城保护与管理工作中主要 做了三件事：一是在全国范围内公布了上百处保护单位。例如山海关、居庸关、云台、八 达岭、嘉峪关等地段的长城都被国务院公布为全国重点文物保护单位。河北省人民政府也 对本省境内部分地段的长城进行保护，公布为省级重点文物傈护单位。二是对个别地段长 城开展了维修工程。例如八达岭、山海关等处的关城、城墙就是在此时开始进行维修的。 三是进行了一些实地调查。 第三阶段，从十一届三中全会以后，是长城研究工作发展较侠的时期。除了迸一步研 究长城测绘、长城科学记录档案的工作外，对长城实地考查工作大大加强了。不同的部门、 团体和个人都对长城进行过全面、系统的考察，并且成果卓著。实践与理论相结合为长城 文化研究打下了坚实的基础。在这一时期，长城研究不仅突破了局限于历史文献的狭窄范 围，更大的成果是突破了局限于长城本身的历史沿革、修建情况的范围，把长城学与其他 2 首都师范大学硕士学位论文 北京明长城分布现状及其损毁保护的研究 学科联系起来进行跨学科研究。此外，长城的保护与管理也是- - ( 1 科学，也是长城学研究 的重要课题。从不同角度、不同学科领域去研究长城，做好长城的保护与修复工作。为后 代保存这一珍贵的文化遗产1 4 】。 其中对北京长城的调查和保护始于1 9 7 9 年，但仅对北京的幕田峪长城进行了航空遥 感调查。在1 9 8 4 年4 月至1 9 8 5 年3 月闻，地质矿产部、城乡建设环境保护部和北京市人 民政府联合对北京地区长城采用航空遥感技术进行了调查。查明了北京地区长城的空间分 布格局：呈半环状分布在北京地区的北部山区，从东到西横跨平谷，密云、怀柔、延庆、 昌平等五个区县及门头沟区。统计了北京长城长度及城台数：北京地区长城全长为6 2 9 公里，全线共有城台( 包括墙台、敌台或战台) 8 2 7 座，关1 37 1 座发现圆台5 座，地顶城 1 座，营盘及古遗址8 座嘲。描述了长城的墙体、城台、关城的保存及损坏程度，以及城 墙的外形结构、特点、质量、材科等情况。并分段对北京长城进行了等级划分 在2 0 0 6 年2 月，中国长城学会联合国家测绘局等部门制定了“明长城航空遥感综合调 查项目”。这一项目利用航空遥感技术准确地测量出明长城的长度，确定长城的空间分布 格局以及追踪已淹没的长城位置，并利用3 s 技术，通过精确测量与计算，获取具有权威性 的有关现存长城的分布、长度、高程等的地理数据，并向世界发布。在此基础上，整合其他 有关长城的影像、数据。有关部门还计划建立长城带状空间数据库，为长城调查、研究、 保护和开发利用，提供全面、准确的地理信息支持及应用服务1 6 1 。 从2 0 0 6 年开始，北京市文物局对境内长城进行踏勘和保护区划定工作。同时，设立 专门机构，发动乡镇村的管护网络，建立长城专职管护队。针对目前长城管理堪忧的现状， 从今年起，北京市文保部门启动长城保护范围的划定工作，这个工作将持续2 3 年，对 北京段长城的保护范围和建设控制地带有严格的限制，从而为保护长城提供依据。同时， 北京市文物局今年启动对北京段长城的调查行动。该行动将由市文物局协调区县。进行最 新的长城全面调查，计划在2 年内完成。届时，这个报告将向社会公布，其中将包括长城 的历史、限制、资源、规划等内容【_ ”。 1 3 待解决的问题 自8 0 年代之后的加年中长城的损毁日益严重，而又缺乏系统的北京长城的详细调查 资料。给开发管理保护长城带来了很大酌困难。目前研究长城亟待解决韵问题有： ( 1 ) 北京长城的分布与走向情况，现存长城的长度。 ( 2 ) 北京长城的损毁程度，2 0 年来的损毁变化。 3 首都师范大学硕士学位论文 北京明长城分布现状及其损毁保护的研究 ( 3 ) 长城保护带的划分方法和范围。 ( 4 ) 长城的保护对策。 没有这些资料长城的开发保护管理就无从谈起。我们只有有了这些资料划分长城保护 带才有依可循。 注：下文如没有特殊说踞所指长城全部为明长城。 1 4 论文的数据统计 本论文研究使用的资料如下： 1 s p o r 5 卫星遥感影像6 景 2 北京航空遥感影像1 6 9 张 3 数字高程模型1 6 9 张 4 1 ：5 万地形图1 9 张 5 1 ：1 万地形图9 l 张 2 0 0 4 5 2 0 0 4 2 0 0 4北京市测绘设计研究院 1 9 8 3 中国人民解放军总参测绘局 1 9 9 6 5 北京市测绘设计研究院 首都师范大学硕士学位论文 北京明长城分布现状及其损毁保护的研究 2 1 研究内容 2 1 1 长城分布现状 第二章研究内容与技术路线 确定明长城分布有一定难度。主要原因如下：不少地段的长城时有时无，或以险崖代 替城墙。或仅以烽台联其走势，或以前朝旧墙委婉相接；有的地段长城坍毁无存，仅前朝 地图有其标记；多数地段的长城跌宕回转，测量长度不易准确。所以。研究长城信息提取 的方法十分重要。本文利用长城信息提取方法在s p c r r 卫星影象上对北京的明长城进行概 查。在此基础上，为了保证耩度，本论文又在高分辨率航片的基础上进行详查，进行长城 解译，最终确定明长城分布现状。包括长城走向，长城长度，城台数量，途经村庄等情况。 另外在研究长城分布的同时，不是孤立的去研究长城，同时也会研究长城周围村庄分布的 特点，长城周围土地利用方式的情况。 2 1 2 长城损毁情况 明朝以来，经历几百年的风雨里程，由于自然和人为破坏已经使得明长城损毁严重。 查明长城的毁坏程度，是长城保护和修复的基础。以遥感为主要技术手段，根据长城的特 征建立遥感信息解译标志，结合野外调查，研究长城的损毁程度。并此基础上，对北京明 长城的损毁程度进行等级划分。进一步研究分析区内自然和人文因素，进行明长城损毁因 素分析。 2 1 3 长城保护带划分 保护带的划分对保护和开发长城有重要意义。本文将应用区域划分理论对明长城的保 护带进行划分。除此之外，本文在遥感锯译与野外调查基础上，结合长城周边的土地利用 情况和村庄分布情况，确定长城保护带影响因子，建立长城缓冲区划分模型。研究长城保 护带空间范围划定方法，为长城保护、管理决策提供基础科学依据。 5 首都师范大学硕士学位论文 北京明长城分布现状及其损毁保护的研究 2 1 4 长城保护对策 在以上分析和研究基础上，根据本次长城遥感调查调查监测及其评价结果，针对北京 地区长城的保护、恢复与规划提出具有建设性的建议以及可行性方案。 2 2 研究步骤 2 2 1 概查 概查就是通过调查对研究区内的研究对象有一个大致了解嘲进行广泛深入的概查， 可以解决很多问题，如长城的走径、控制范围及其与地理环境的关系等唧本次概查的目 的是从宏观上了解北京长城的分布格局，为进一步详察做准备。分为以下两个阶段： 第阶段根究长城的特征，在s p o t 5 融合后的影像解译长城，在遥感图象上，长 城是一条宽度只有2 - 3 个像元的白色超长线装地物，但观察不到长城的损毁情况。 第二阶段根据解译结果，在1 ：5 万地形图上进行宏观统计，了解北京长城的大概 走向，分布位置，估算长城长度，绘制北京长城的分布图。 2 2 2 详查 详察是在概查的基础上对研究区内的研究对象进行进一步的深入调查。本次详察的目 的是理清北京长城的具体走向分布，对长城损毁进行进一步调查。详察是在比例尺l ： 1 0 0 0 0 的航空遥感相片上进行的。本次详察是以区县为单位，在各区县内根据长城的分布 情况进行自然段落的划分，划分标准如下： l 城墙基本连续 力争做到将损毁程度基本一致的长城划分到一个段落 各段长城的命名规则是尽量使用距离长城最近的行政村的名字，如果距离行政村太远 就使用这段长城的旧称。 详察步骤如下： 第一阶段根据航空遥感影像建立长城解译标志，制定损毁程度划分方案。并抽取一 些样点进行野外检查，验证，为全面解译长城进行技术准备。 第二阶段根据解译标志，分段绘制北京长城矢量图。其中包括长城走向，城台分布， 6 首都师范大学硕士学位论文 北京明长城分布现状及其损毁保护的研究 城关位置等资料分别计入数据库。 第三阶段根据长城损毁翅分方案，将北京各段长城进行损毁等级翔分，将记录输入 数据库。 2 2 3 补查 补查是在概查和详察进行完之后进行。根据详察结果对研究内容进行验证，补漏。由 于各段长城损毁划分全部是根据航片解译标志进行的。会有一定的差错。所以补查主要是 验证长城损毁程度划分与实际是否完全一致。主要方法是抽取一些典型段落进行野外考 察，根据考察结果，对比室内损毁等级划分结果，查缺补漏。将最终结果入库。 2 3 技术方法 2 3 1r s 在长城遥感调查中的应用 利用遥感技术对长城进行动态监测具有明显优势。由于北京长城的分布特点，长度延 伸长，途经范围之广；遥感技术具有信息丰富，获取效率商，精度高等优越性。它可以从 长城的宏观分布，从整体到单体，对长城科学地进行研究。应用遥感技术不仅能取代大量 地面调查工作，节约大量调查经费，而且能较易发现那些分布在广大地域内只剩痕迹的墙 体。追踪已泯灭淹没的长城位置，对长城损坏状况，损坏的自然因素及其内外生态环境变 迁。为长城保护，长城的科学利用，长城里程碑的建立，长城数据厍的建立，提供第一手 资料。【1 0 j 本文应用的遥感技术方法有： ( 1 ) 多源、多时相遥感数据的选取 通过对比t m ，i r s ，s p o t 等多种高分辨卫星遥感数据与航空遥感数据，针对长城线状 地物和周边生态环境的影像特征，最终选择了s p o r r 5 的影像用于长城信息概查；选择了大 比例尺的航空影像用于长城信息的详查。 ( 2 ) 遥感影像的数据处理 几何纠正 利用l ：5 力地形图对r g b 合成影像进行纠证。在整幅图像内均匀选取地面控制点 7 首都师范大学硕士学位论文 北京明长城分布现状及其损毁保护的研究 ( g c p ) ，并且要有