11月,2020中國世界文化遺產年會在杭州召開,全世界的目光再一次聚焦到良渚古城遺址——世界文化遺產新成員的身上。
進入後申遺時代,良渚古城遺址的保護當然沒有停止,而監測,是遺產地科學保護遺產的有效手段之一,也是有效反映遺產地保護管理狀況的重要內容。這位良渚古城的私人醫生,就是杭州良渚古城遺址世界遺產監測管理中心。
作為世界文化遺產,遺產地需要定期向聯合國教科文組織提交遺產地保護狀況評估報告。這些評估報告的基礎,建立在科學的日常監測數據基礎之上。
而除了做好24小時在線的「好大夫」之外,監測中心還有一項重要任務,開展專項監測和監測數據的分析與評估,這也是一種研究性的監測。
為什麼呢?
我們知道,良渚古城遺址是土遺址,又生活在中國南方多雨潮濕環境,怕風怕雨,土體太乾燥,容易開裂和風化,太濕潤也不好,會長苔蘚等微生物病害問題,要把她照顧好,很不容易。而土遺址的保護管理也是一個國際難題。
目前,土遺址保護工作存在著許多問題。比如,由於環境因素和本體結構變形引發的破壞,這就屬於「慢性病」;要開展土遺址本體的變形破壞機理研究,現有監測內容還不完善,不能建立環境因素和病害發展的關聯,需要補充結構響應類要素監測等;對監測數據的專業分析挖掘不夠,需補充工程地質學科的專項研究……
監測中心一直在想各種辦法,通過開展長期的研究性監測,努力攻克這一難題。
去年開始,監測中心開啟了一個新課題的研究,通過持續的數據採集,以多學科、技術性跨界合作、校企聯合等多種形式,開展土遺址監測保護專項課題研究,為良渚遺址的土遺址保護以及土遺址展示,提供更為專業的數據支撐和決策依據, 找到影響土遺址「情緒變化」的因素,更有效地監測預警。
這個課題的目的,是為了長期保護良渚,儲備技術和數據,豐富良渚古城遺址保護監測體系,加強相關遺址響應效應監測數據的採集,揭示潮濕環境下良渚古城遺址賦存工程地質條件、環境因素與本體劣化之間的關係;提出專業的分析和預測方法,為良渚古城遺址的保護研究提供工程地質學方面的科學依據。
今年,這位醫生開出了第一份體檢報告,也是一份成績單。
課題的第一期,主要研究的是算法和技術。最重要的成果:運用無損監測技術,並找到了一種算法。
所謂算法,指的是一種監測技術和方法,又強調無損——不動遺址本體一分一毫,運用各種黑科技手段,比如高精度三維雷射掃描技術、圖像識別、遙感技術、多場耦合數值模擬(不同模塊之間的數據有調用關係)、人工智慧、深度學習等。
我們來看一位「病人」的案例。
老虎嶺水壩的剖面,位於老虎嶺水壩遺址中部,主要反映了壩體堆築的方法、結構及層次,草裹泥堆築的清晰剖面等內容,也是保護中的重點。
但是,這個剖面的「病」很複雜,比如局部失穩、滲水、沖溝、空洞、裂縫、掏蝕、局部坍塌、表麵粉化脫落、失色、生物病害、基岩風化等等。
於是乎,醫生為老虎嶺水壩的剖面搭了一個保護棚。但是,保護棚不是隨便做的,棚里的溫濕度怎麼樣,急需醫生提供數據做支持。通過數據比對,比如可以看出裂痕的趨勢,是正向的,還是反向的。
2019年
首先要做的,是收集數據。
數據收集是一個很複雜的過程,自然環境的溫度、濕度,棚里的溫度、濕度,日常的天氣情況等等大量的數據,需要日復一日,通過不同的技術手段來採集。
監測中心先制定了土遺址本體變形破壞機理研究所需要的詳細監測方案,結合近景攝影技術、高精度三維雷射掃描技術、遙感技術等非接觸式手段進行特徵識別,並開發相應的高精度特徵提取方法。
比如拍照,就需要拍上萬張有效照片,不是把攝像頭固定在那裡,間隔五分鐘、十分鐘拍一張,拍照的角度、精度都有嚴格的要求,拍到的照片越精確,針對性越強,得到的數據就越科學。
第二步,是基於深度學習算法的土遺址本體病害與環境因素的關聯性分析與預測模型構建。
簡單來說,數據有了,再通過大量的實驗,建立預警模型,及時預警。
比如,我們需要得出一個合適的乾濕值。什麼時候是乾的,什麼時候是濕的,這就是找到預警值,太乾了,會預警,太濕了,也會預警。如何維持老虎嶺的剖面健康,比如後續的自動噴洒,怎麼噴合適,都需要預警值。這也是監測中心後續努力的方向,找到數值,便可及時「報警」。
為什麼要預警呢?自然環境在不斷變化,對它的監測,也是動態的。比如浸潤線。
我們肉眼就能看到,老虎嶺水壩的剖面上,一塊干,一塊濕,但是干、濕兩個部分的分界線,肉眼看不到。這個分界線的邊緣,會隨著自然環境的變化而變化。
通過數據分析,我們就可以識別出這條線的邊緣在哪裡。究竟是濕度越大,線就越大,浸潤面就越大,還是相反呢?這些秘密必須通過長期的觀察和計算,精準識別,再用來分析和計算。
老虎嶺遺址典型病害
「土遺址的保護,是國際性難題,我們在持續不斷地攻堅,這也是我們做這件事的興奮點,有利於我們更好地保護良渚古城遺址。」監測中心的工作人員說。
無損監測技術的研究,便是基於如今得到的新「公式」進行的。接下來,監測中心將採集更全面的數據,運用算法進行計算,預計用一兩年時間,得出一個相對科學的數值。
即將開始的第二期課題研究,就會利用目前的算法,採集到更多的數據,通過建模和模擬,形成預警模型,通過大數據的深度計算,反覆模擬,最後得到預警值。
接下來,監測中心將繼續搜集已有勘探資料、文獻資料、基礎數據等數據,對場地進行調研,通過近景攝影、遙感數據獲取場地影像,對特徵識別方案進行比選,開展土體物理力學試驗,提出預測模型,得出數據分析報告,繼續土遺址本體的監測,對模型進行驗證並修正;整理長期監測數據,完善長期的監測手段。