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最新刊期
2021 年 第 12 期
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长城文化遗产保护与利用的信息技术方法框架构建
摘要：基于长城文化遗产保护与利用的内在需求和长城学理论，首先明确信息技术作用于长城文化遗产保护与利用的内涵。然后运用数字孪生理论与方法，结合新型信息技术发展趋势，探索长城文化遗产保护与利用的信息技术方法框架。该方法框架以“循证分析”与“科学推演”两部分为关键内容，涵盖长城文化遗产数据采集技术方法、模型构建技术方法、定量分析技术方法、虚拟修复技术方法、展示传承技术方法等5个方面。基于该方法框架进一步构建面向长城文化遗产保护与利用研究的技术方案，并以山西省老牛湾堡为例说明该技术方案的具体应用路径。方法框架和技术方案的提出不仅立足于解决长城文化遗产数字化表观与外形的问题，更要揭示长城文化遗产的内涵与实质，有助于从根本上实现长城文化遗产体系的有效保护与永续利用。关键词：遥感;长城文化遗产;保护与利用;信息技术;循证分析;科学推演- 1121
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发布时间：2022-01-11 -
石窟寺文物的数字化保护与利用
摘要：随着信息技术的飞速发展，石窟寺文物的数字化保护与利用引起了国内外的广泛关注。文章从石窟寺文物数字化采集、保护和利用等方面进行系统梳理，重点分析石窟寺文物数字化保护中三维信息获取、三维重建评价以及三维打印等相关前沿信息技术的应用现状。并针对石窟寺文物数字化保护和利用工程实践中的难点，给出采用激光脉冲三维采集细部结合多视图重建采集整体形状的三维重建结合三维打印的解决方案。同时，针对摄影测量计算过程中可能出现的整体形状偏差，采用脉冲式激光三维扫描仪在石窟中进行整体扫描来建立石窟三维形状的框架，以对多视图重建计算中的空间解算误差进行约束。其中，提出了基于关键参数一致化的分布式集中约束调整方法，在保障精确度的同时得到更好的计算效率。然后通过云冈石窟和龙门石窟字化保护和利用的经典案例，具体分析工程实践中的难点，并探讨以上解决方案的可行性。综合考虑成本与效果等多种因素，该方案是当前技术条件下性价比相对较高，同时可以兼顾色彩与质感原真再现的解决思路。最后对未来趋势进行展望并给出相关技术和应用建议。关键词：遥感;数字化;文化遗产;石窟寺与古建筑考古;三维建模;三维打印;颜色科学- 659
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发布时间：2022-01-11 -
长城数字化修复的基本问题与研究方向
摘要：数字化方式是传播遗产价值的重要手段之一，长城作为世界上最大的线型文化遗产具有独特的历史、艺术和科学价值。在文化遗产数字化保护的长期发展中，以往人们较多关注考古器物、字画、文稿等可移动文物和大型佛龛、壁画等不可移动文物领域的数字化修复，但是对长城遗址的数字化修复研究极少。本文立足于数字化修复中多源证据的重要性，结合长城的原貌价值及真实性保护理念，总结了长城数字化修复的基本概念；提出了从领域知识构建、证据转化、证据融合、语义建模到知识服务整个过程的长城数字化修复总体思路，并分析了面临的3个基本问题，包含长城认知、数据采集及证据转化、复原理念及实现问题；继而从长城领域知识构建、数字化修复关键技术和面向需求的知识服务3方面阐述了长城数字化修复的研究方向与重点；最后以九眼楼为例，介绍了数字化修复框架下的修复成果。关键词：长城;遥感;多源数据;证据;语义;数字化修复框架;九眼楼- 514
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发布时间：2022-01-11
研究进展
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南京明城墙序贯PSInSAR形变估计
摘要：针对永久散射体PSInSAR（Persistent Scatterer SAR Interferometry）算法流程的局限性，本文立足差分雷达干涉预处理和时序微变反演性能提升，提出了一种基于优化解空间的PSInSAR序贯处理算法。该算法能够实现新SAR影像无缝嵌入，避免时序PSInSAR整体数据处理流程溯源，实现微变参数的准实时更新。研究以南京明城墙文化遗产及其200 m缓冲区赋存环境为示范，基于2015-01—2018-02的32景降轨Cosmo-SkyMed条带影像，开展传统PSInSAR方法与优化解空间PSInSAR序贯方法形变反演与性能对比研究。结果表明，基于解空间优化的PSInSAR序贯方法简化了差分干涉流程，通过解空间搜索机制和结构改进，降低了算法时空复杂度，实现了未知参数求解约10倍效率提升。通过形变场精度交叉验证，发现两种方法形变估计结果吻合（总体误差在0—1 mm），证实了PSInSAR序贯方法的有效性与可靠性，并揭示其在遥感大数据时代文化遗产高精度、准实时微变监测中的应用潜力。关键词：遥感;PSInSAR;优化解空间;序贯;文化遗产- 694
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发布时间：2022-01-11 -
陇东先秦遗址多光谱遥感与遗址预测模型研究
摘要：考古遗址预测模型（SPM）在考古学研究和文化资源管理中有着广泛的应用，但传统的构建方法过度依赖数字高程模型（DEM），对多光谱遥感数据的应用较少。本项研究以陇东黄土高原地区的区域考古调查为例，利用第三次全国文物普查数据、商业DEM数据和Landsat 8 OLI多光谱遥感数据，构建3种考古遗址预测模型（DEM模型、多光谱遥感模型和混合模型）。研究表明，黄土高原地区先秦遗址分布对坡向、纵向曲率、地形开阔度等地貌因素具有明显的相关性，而引入主成因素分析法（PCA）提取的多光谱因子不仅可以有效提高单纯基于DEM派生数据构建的遗址预测模型的精度和预测效率，而且还能够很好地改善遗址预测模型的空间结构，增强遗址预测模型的应用效果。基于上述混合模型的分析，陇东黄土高原地区先秦时期的土地资源开发，从仰韶文化时期的不足10%，迅速提升至龙山文化时期的43.1%，先秦时期整体达到了57.3%的规模，土地资源的加速开发奠定了该地区早期文明发展的基础。关键词：遥感;陇东黄土高原;考古遗址预测模型;Landsat 8 OLI;先秦时期土地资源开发- 592
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发布时间：2022-01-11 -
小型文物摄影测量三维建模主体对象识别
摘要：通过拍照进行三维建模的摄影测量技术是文物数字化的重要手段，然而，在摄影测量文物三维重建过程中，文物所在的场景背景也同时参与计算和建模，需要设法删除，以获得文物单体模型。针对上述问题，本文提出一种小型文物三维模型主体对象识别方法，能够自动删除文物摄影测量三维模型的背景数据。该方法分别利用深度学习网络Mask R-CNN和改进为自动获得初值的One Cut进行文物图像前景内容识别，再融合两种方法的识别结果进行文物图像主体对象分割，最后以二维图像分割结果为依据，逐三角形识别三维模型主体对象，并运用多视角约束法优化识别精度。实验表明，本文方法能够获得小型文物单体化三维模型，无需人工干预且精度较高。关键词：遥感;文物数字化;深度学习;One Cut;三维显著性检测;主体对象识别- 553
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发布时间：2022-01-11 -
基于时空知识图谱的古城叙事地图设计与实现
摘要：作为人类文明的见证，古城文化遗产让文明记忆更加鲜活，城市生活环境得以延续。叙事地图结合了地图学及叙事学对于空间信息、时间信息的表达优势，不仅是近年来地图学的新兴方向，也为古城文化遗产展现提供了新型空间叙事载体。论文针对古城叙事地图表达需求，从地理学时空视角出发，研究了古城叙事地图的组成要素及其结构与关系，构建了古城叙事地图知识图谱。在此基础上，以清江浦古城为例，设计了古城叙事地图的架构，基于清江浦遥感影像、照片、史志等多源资料，利用倾斜摄影测量与三维实景建模技术构建了古城典型景观建筑模型，设计与实现了多尺度、多载体的古城叙事地图。本研究提出的基于时空知识图谱叙事地图设计思路、基于遥感影像等多源资料的古城景观模型构建技术以及多尺度、多载体的古城文化遗产景观复现方法为古城历史文化遗产研究提供了参考。关键词：遥感;古城;叙事地图;时空知识图谱;三维建模- 682
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发布时间：2022-01-11
技术方法
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时间序列SAR图像不可移动文物水域淹没监测
摘要：全球气候变化引起的极端降雨、洪涝灾害是导致不可移动文物受损的重要破坏因素。合成孔径雷达SAR（Synthetic Aperture Radar）具有全天时、全天候、大范围周期性对地观测的优势，是大区域水体监测的重要手段，对不可移动文物水域淹没及风险监测具有重要意义。本文利用时间序列SAR图像提出基于残差U-Net的不可移动文物水域淹没及风险监测框架。首先，基于双峰阈值分割法结合专家知识辅助进行水体样本生成，提高样本制作效率；其次，引入残差模块建立U型卷积网络，综合残差结构及U-Net的特点，缓解梯度更新时的弥散、消失等现象，通过卷积层之间累加和跳跃链接，保留多尺度的地物特征信息，以实现水体快速、高精度的语义分割；最后通过将结果与不可移动文物点位进行空间叠加分析，实现对不可移动文物水淹状况的监测。选取鄱阳湖及南昌市昌邑北垱遗址作为试验研究对象。获取了21景覆盖鄱阳湖区域不同时相Sentinel-1 SAR图像，并结合Sentinel-2光学图像进行结果分析与评价。实验结果表明：本文方法在鄱阳湖试验区对水体提取总精度优于95%，相较于FCN（Fully Convolutional Networks）与U-Net方法具有更好的精度。利用不同时相SAR图像获得时间序列水体分布范围变化图，与昌邑北垱遗址点位进行空间叠加分析，得到不可移动文物水域淹没长时间序列监测结果。实验结果表明本文提出的方法可以有效提取水体范围，对不可移动文物水域淹没及风险监测可以提供有力支撑。关键词：遥感;合成孔径雷达;不可移动文物;水体提取;深度学习;洪水监测- 662
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发布时间：2022-01-11 -
基于大数据的世界文化遗产属性深度融合与分析
摘要：全球世界文化遗产本体及其环境数据是遗产价值认知和保护的基础，更是大数据时代遗产研究、展示以及可持续利用的依据。本文基于网络和地球大数据，利用自然语言处理、空间分析、领域知识图谱等技术，构建了包括领域知识图谱5万个节点，94万条三元组的全球世界文化遗产知识图谱，支持世界文化遗产的属性、节点关系查询以及图结构表达。基于知识图谱，进行世界文化遗产的景观特征、文化延续性、土地覆被状态以及遗产与城市、社区的空间关系特征分析。研究表明：世界文化遗产具有沿着山脉、水系分布的特点，因此可参考地理单元，形成区域特色的文化遗产管理和保护体系，促进以区域为整体的遗产可持续发展；通过文化的延续性分析可以发现遗产所具有的特定历史文化时代属性，揭示遗产所蕴含的文化多样性，为遗产的整体保护提供新的切入点；遗产和城市与社区的空间关系变化可分为3个阶段：1990年—2000年的匀速靠近期，2000年—2015年的放缓靠近期和2015年—2018年的加速逼近期，因此未来需要持续关注城市和遗产空间关系变化对遗产可持续发展的影响。关键词：遥感;文化遗产;地球科学大数据;知识图谱;图数据挖掘;可视化- 655
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发布时间：2022-01-11 -
江西省传统村落时空格局与演变研究
摘要：传统村落是中华文明的鲜活载体，是中华历史、文化、自然遗产的“活化石”和“博物馆”，承载着中华传统文化的精髓。江西具有璀璨的历史文化，传统村落的时空格局的演化承载着江西历史的变迁和文化的传承。本文从历史地理学角度，结合历史文献和空间自相关分析、核密度分析、标准差椭圆、地理探测器等方法从历史、空间及文化3个维度对江西省343个传统村落的时空格局演化规律和影响因素进行研究。研究表明，从空间上看江西省传统村落在分布上具有明显的聚集性，且“热点”出现在上饶市婺源县与景德镇市浮梁县、抚州市东北部、吉安市中部3个区域，形成独有的“三核”分布模式。从历史线上看，江西省传统村落呈现出由“北（略偏东）—>南（略偏西）”的时空迁移特征；从村落分布选址角度，江西省传统村落大多分布在地势较为平坦、周围靠近水源的地区，江西省的盆地结构与密布的水网决定了自然因素是决定传统村落选址的首要因素，而文化的发展又促进了村落的扩张与壮大。在传统村落保护方面，经济的发展与城市的发展严重影响着传统村落的保护，政策的支持是目前传统村落保护的重要基石。关键词：遥感;传统村落;历史地理学;时空格局;遗产保护;地理探测器- 897
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发布时间：2022-01-11 -
斯里兰卡亚洲象栖息地生境质量时空变化及分异特征
摘要：斯里兰卡亚洲象栖息地是全球重要的亚洲象保护区，象群分布密度约为其他地区的10倍，但由于生境破碎与丧失以及人象冲突等原因导致亚洲象数量急剧下降。对斯里兰卡亚洲象栖息地的生境质量监测与评估能够为亚洲象及其栖息地的保护政策制定与规划提供理论依据，并在全球物种多样性保护中具有重要意义。为评估斯里兰卡亚洲象栖息地的生境质量，综合考虑亚洲象栖息地需求以及影响亚洲象栖息地的关键要素，应用InVEST-HQ模型来估算生境质量指数，同时分析亚洲象栖息地生境质量在海拔梯度及植被覆盖梯度上的分布状况；随后引入空间自相关分析方法在像元尺度上探讨亚洲象栖息地生境质量的空间分布模式与时间演化过程，进而分析栖息地内不同保护区和气候分区的生境质量所存在的空间分异特征。研究结果表明：在空间分布上，斯里兰卡亚洲象栖息地生境质量具有高度聚集性，空间异常值不显著。生境质量高值区主要集中在中低海拔、植被覆盖情况较好、保护区范围密集的区域；生境质量低值区集中于耕地面积大、海拔偏高的区域。在梯度分布上，斯里兰卡亚洲象栖息地生境质量对海拔和植被覆盖度均具有显著线性相关关系，且在较低海拔和较高植被覆盖度梯度上存在聚集现象。在区域尺度上，斯里兰卡亚洲象栖息地生境质量存在显著的地域差异性。栖息地内自然保护区的生境质量明显高于非自然保护区，其中严格自然保护区的生境质量相对较高；热带雨林气候带的生境质量高值聚类大于其余气候分区，而热带疏林草原气候带与热带季风气候带生境质量受到季节性降水的影响较大，高值像元占比偏少。在时间尺度上，斯里兰卡亚洲象栖息地的生境质量总体呈现先降低后趋于平缓的态势。1995年—2010年，生境质量高值聚类占比明显减少，低值聚类占比缓慢上升；2010年—2020年生境质量低值占比有小幅度下降，高值聚类逐渐增加，生境质量逐渐稳定并呈缓慢上升的趋势。关键词：遥感应用;斯里兰卡亚洲象栖息地;生境质量;InVEST-HQ;空间分异特征;梯度分布- 581
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发布时间：2022-01-11 -
近30年巴音布鲁克遗产地景观格局遥感监测与分析
摘要：本文以巴音布鲁克世界自然遗产地为研究对象，基于卫星遥感影像、气象站点观测信息、地面调查资料等多源数据，完成了1992年—2020年遗产地突出普遍价值OUVs（Outstanding Universal Values）关键要素空间制图，并从景观尺度分析OUVs关键要素及景观格局的时空变化特征，讨论影响其变化特征的主要驱动因子。结果表明：遗产地从中心向边缘呈水体—沼泽—高覆盖度草地—中覆盖度草地/滩地/沙地—低覆盖度草地/耕地—裸地/建设用地逐渐过渡的景观特征。1992年—2020年遗产地以沼泽和中覆盖度草地为主要OUVs表征要素，其年平均面积分别占遗产地总面积的29.51%和29.75%。整个遗产地景观则呈散布且复杂化分布特征，斑块密度（PD）、形状指数（LSI）由1992年的2.05个/km2、43.01分别增加到2020年的2.37个/km2、52.02，蔓延度指数（CONTAG）则由58.44降低为56.54。研究发现遗产地水体和沼泽受平均降水量影响最大，r绝对值为0.884、0.929，低覆盖度草地受平均相对湿度影响最大，r绝对值为0.931，说明自然因素是遗产地高寒湿地和高寒草地面积变化的主要因子。人口密度、土壤类型和高程为影响遗产地OUVs关键要素空间分异特征的主要因子，解释力在30%—45%；各因子的交互作用均高于单因子的影响，人口密度与土壤类型组合的解释力最大达47.8%；驱动因子对遗产地OUVs关键要素动态度的影响程度则均不高（最大q值仅为0.106）。巴音布鲁克自然遗产地景观格局变化及其驱动因素研究结果对高山湿地类自然遗产地保护、生态修复及可持续发展等具有重要意义。关键词：遥感;自然遗产地;OUVs;景观格局;时空特征;驱动因素;巴音布鲁克;天山- 648
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江苏盐城滨海湿地系统格局变化及其对丹顶鹤生境的影响
摘要：世界遗产地江苏盐城滨海湿地是亚洲最重要的丹顶鹤越冬栖息地之一，近几十年来，由于农业、工业、水产养殖业及城镇化等人类活动的加强，湿地系统的格局发生了巨大变化，丹顶鹤适宜生境出现急剧退化。本研究利用1989年—2019年间的多时相遥感数据对盐城滨海湿地进行分类，分析湿地系统的格局变化及丹顶鹤生境连接度的动态变化。研究结果表明，过去30年盐城滨海湿地中自然湿地呈现快速退化，其面积减少49.46%；而人工湿地面积增长69.24%，其面积增加主要通过占用自然湿地和围垦填海的方式来实现，围垦重心具有自北向南和从陆到海方向迁移的趋势。其中，作为丹顶鹤适宜生境的碱蓬盐沼和盐碱地的面积减少了489.10 km²，适宜生境面积占比从1989年19.88%降至2019年4.36%。结构连接度计算结果显示，适宜生境斑块的连接度指数从1.83下降至1.30，斑块间距离增大，破碎化加剧；而功能连接度的计算结果显示，2019年整体连接度指数和概率连接度指数均小于0.01，连接网络总体破碎，适宜生境连接网络存在于小区域范围，区域连接网络主要集中在中介度指数高的遗产地核心区和条子泥湿地，它们是丹顶鹤适宜生境的关键节点。遗产地核心区自2014年实行退耕还湿、退渔还湿等措施以来，丹顶鹤适宜生境有了很大改善。建议除了加强对现有丹顶鹤适宜生境区域的科学保护外，应加大对关键节点自然湿地的恢复力度，提高丹顶鹤适宜生境斑块间的连接度。关键词：遥感应用;滨海湿地;丹顶鹤生境;世界自然遗产地;多时相遥感;景观连接度- 702
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发布时间：2022-01-11
遥感应用
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