吴哥城市化及其对其周边世界文化遗产保护的影响研究 - 图文 

Urbanization and Land Use 城镇化与集约用地, 2020, 8(2), 70-84

Published Online June 2020 in Hans. http://www.hanspub.org/journal/ulu https://doi.org/10.12677/ulu.2020.82008

Impact of Urbanization in Angkor on the Preservation of the World Cultural Heritage

Bin Quan1,2*, Xiangxiang Fu1, Jie Chen1, Wei He1, Yuanhong Zeng1, Ying Li1, Zhi Huang1, Songxiu Zhou1

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College of City and Tourism, Hengyang Normal University, Hengyang Hunan HIST Hengyang Base of UNESCO, Hengyang Normal University, Hengyang Hunan

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Received: Apr. 21, 2020; accepted: May 13, 2020; published: May 20, 2020

Abstract

With the accelerating process of urbanization, rapid urban expansion and irrational development activities seriously threaten the conservation and development of World Heritage properties near cities. Against this background, this paper uses Sentinel-2A satellite remote sensing images as the data source and GIS methods to extract the land use change information of the World Heritage Angkor Heritage Site from December 31, 2015 and December 20, 2017, and analyzes the impact of various land transfer changes and urban scale expansion on the conservation of the site based on transfer matrix method and land use change mapping. The results show that the area of water, cultivated land and construction land in the study area has increased; the area of forested land has decreased and the decrease is mainly concentrated in the vicinity of settlements and monuments; the construction land around the heritage site is mainly converted from cultivated land and some of it has already posed a threat to the ecological environment around the heritage site. In 2017, the intrusion rate of construction land in the 1 km buffer zone of the heritage site has reached 10.7%, which is mainly affected by the expansion of construction land in the north-south direc-tion; the average annual rate of construction land intrusion is 2.3 km2/year; at this rate, the herit-age site will be completely destroyed within 40 years. Therefore, Angkor needs to be planned and protected in a timely manner.

Keywords

Urbanization, Cultural Heritage, Sentinel-2A, Angkor

吴哥城市化及其对其周边世界文化遗产保护的影响研究

全 斌1,2*，付翔翔1，陈 洁1，贺 伟1，曾远红1，李 颖1，黄 芝1，周松秀1

*通讯作者。

文章引用: 全斌, 付翔翔, 陈洁, 贺伟, 曾远红, 李颖, 黄芝, 周松秀. 吴哥城市化及其对其周边世界文化遗产保护的影响研究[J]. 城镇化与集约用地, 2020, 8(2): 70-84. DOI: 10.12677/ulu.2020.82008

全斌 等

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衡阳师范学院，城市与旅游学院，湖南 衡阳 衡阳师范学院，HIST衡阳分中心，湖南 衡阳

收稿日期：2020年4月21日；录用日期：2020年5月13日；发布日期：2020年5月20日

摘 要

随着城市化的进程不断加快，城市的快速扩张和不合理开发等活动严重威胁到了城市附近世界遗产的保护与发展。在此背景下，本文以Sentinel-2A卫星遥感影像为数据基础，采用GIS方法，提取世界遗产吴哥遗迹群2015年12月31日和2017年12月20日两期土地利用变化信息，并基于转移矩阵方法和土地利用变化图谱分析各类土地转移变化和城市规模扩张对遗迹保护的影响。结果表明：研究区内水域、耕地和建设用地面积增多；林地面积减少，减少的面积主要集中于居民点和遗迹附近；遗产地周边的建设用地主要由耕地转化而来，部分已经对遗产地周边生态环境构成威胁。2017年遗迹群1 km缓冲区内建设面积侵入率已经达到10.7%，主要受到了南北方向建设用地扩张影响，年均建设用地侵入速率为2.3平方千米/年，按照这样的速度，遗迹群将于40年内被全部侵占损毁。因此，需要及时对吴哥遗迹进行规划保护。

关键词

城市化，文化遗产，Sentinel-2A，吴哥

Copyright ? 2020 by author(s) and Hans Publishers Inc.

This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY 4.0). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

Open Access 1. 引言

随着社会经济发展，城市用地扩张日益加快，由城市化导致的土地利用变化过程和驱动力因子成为国际上研究的热点之一[1] [2] [3]。国外关于土地利用方面的研究起步较早，空间尺度基本为全球或是全国，并且研究的内容更多地集中在对土地利用结构动态变化的监测、分析和模拟上[4] [5] [6]。20世纪初期，国内开始关于土地利用的研究。20世纪中期以土地利用的调查研究为主，但是20世纪后期开始运用新的技术与方法，土地利用研究进入了新的阶段，对国内各个地区的土地利用变化案例进行研究，分析土地利用/土地覆被变化的结构、速率、自然和人为因素[7] [8] [9] [10]。

柬埔寨吴哥遗迹群，是柬埔寨吴哥王朝的都城遗址，是世界文化遗产之一[11]。自1993年以来，已有20多个国家加入了柬埔寨政府和UNESCO发起的国际计划，对吴哥遗址进行修复和保护，现已取得较好成效。但由于吴哥遗址知名度提高，旅游业快速发展，住房和道路等建设用地激增，各种资源快速消耗，林地减少，生态环境受到破坏，从而进一步影响到遗址周边环境[12] [13]。

当前国际上多以历史进程和艺术价值的角度去讨论吴哥遗址现状和保护的必要性，以遥感技术为支撑对吴哥城市生态环境状况、文化遗产保护等方面的深入研究尚不多见[14]。孙克勤对柬埔寨吴哥遗产地存在的问题和保护对策进行了探讨，其中包括吴哥世界遗产地的保护历史和现状问题，并以此提出新的保护措施[15]。廖凯涛等基于转移矩阵对近30年的遥感影像对吴哥遗产地土地利用/土地覆盖变化进行了

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分析[16]。陈富龙使用雷达干涉模型对吴哥遗址进行研究，发现地下水位的季节性变化和石料的热力学因素可能会引发和/或加剧古迹的恶化[17]。洪天华等对吴哥世界文化遗产地周边环境进行了基于空间影像分类的土地利用变化分析，综合研究了吴哥遗产地及其周边地表形变与地下水位、地质结构等因素的关系[18]。

以往的研究大多以TM影像为主，高分辨率影像数据使用较少，这与遥感技术的发展与数据获取的难易有关。Sentinel-2A卫星数据空间分辨率为 10 m，一幅宽度为 290 km，重访周期为5天，具有高分辨率、大范围、高重访周期等优势。然而，以往在该研究区上使用哨兵2A (Sentinel-2A)影像数据结合地学信息图谱去对土地利用变化进行研究的案例目前还没有报道。因此，本文基于2015~2017年Sentinel-2A遥感影像数据，建立土地利用的数学模型，对吴哥土地利用变化情况进行分析。旨在对吴哥遗产地土地利用变化进行更直观和准确的刻画，并分析其对吴哥遗址的环境影响，给吴哥遗址的保护提供科学的参考和依据。

2. 研究区概况

吴哥遗迹群位于首都金边西北约310公里处，南距暹粒市6公里。研究区位于柬埔寨暹粒省吴哥遗迹群北部，地理范围为13?36'N~13?57'N、103?69'E~104?06'E，总面积902.1平方千米(如图1所示)。主要包括吴哥王城、圣剑寺、龙蟠水池以及皇家浴池等遗迹。

该区域位于低纬度地区，是典型的热带季风气候区，高温多雨，全年降雨量达1800 mm，月均气温30?C。11月至4月为冬季，凉爽干旱，受东北季风影响，平均气温为25?C~32?C；5月至10月为夏季，酷热潮湿，受到西南季风的影响，平均气温为33?C；其中12月是旱季，平均气温为20?C~31?C，多年月均降水总量为10 mm。研究区的土地利用类型主要包括森林、农田、建设用地和水域。

Figure 1. Map of the geographical location of the study area 图1. 研究区地理位置图

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3. 研究方法

3.1. 数据来源

本文采用Sentinel-2A的2015年12月31日和2017年12月20日的遥感影像，数据的空间分辨率为10 m，坐标系为WGS84。数据可从欧空局哨兵2卫星网站(https://scihub.copernicus.eu/dhus/#/home)注册免费获取。Sentinel-2卫星于2015年6月23日发射，是“全球环境与安全监测”计划的第二颗卫星。哨兵2A卫星携带一枚多光谱成像仪，可覆盖13个光谱波段。它可用于观测地球土地覆盖变化情况。

3.2. 技术路线

本文以遥感技术处理为主，如图2所示，使用ENVI遥感图像处理平台和ArcGIS地理信息系统平台，以2015年12月31日和2017年12月20日两期Sentinel-2A影像为基础数据源，柬埔寨吴哥遗迹群为研究区。在ENVI5.4.1软件的支持下，先对两期影像进行预处理，主要包括辐射定标、大气校正、图像裁剪和监督分类等步骤，对吴哥遥感影像进行解译和分类提取，得到2015年和2017年转移矩阵和土地利用变化图谱。利用缓冲区分析和重心转移分析，并结合相关资料对吴哥遗迹群土地利用变化情况和城市扩张对吴哥文化遗产的影响进行深入分析，最后提出吴哥文化遗产的保护建议。

Figure 2. Technical scheme 图2. 技术路线图

3.3. 数据处理

本文使用ENVI5.4.1对吴哥地区的数据进行预处理操作。由于哨兵2数据的特殊性，哨兵2A数据需

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要在SNAP中进行相应的操作，将其转为ENVI格式才能将数据加载进ENVI软件中进行相应的处理。ENVI5.3版本仅能打开2016年12月之前获取的数据。而ENVI5.4版本可以打开所有格式的哨兵2数据。ENVI5.4.1于2017年8月份正式发布，较于以往的旧版上新版增加了一些新功能。考虑到吴哥所处热带季风气候区，春夏季易发生洪水等自然灾害，不利于后期影像的监督分类和土地利用现状图的制作与分析，所以所采集的两期影像时间均为冬季的12月份。在进行监督分类时，为了提高每个像元对于各类别归属概率，提高分类精度，每一种地物的样本数不少于20个。 3.3.1. 辐射定标、大气校正

Sentinel-2 L1C是经过几何精校正的大气表观反射率产品。因为旧版本存在问题，用ENVI中的Radiometric Calibration工具进行辐射定标结果是不正确的。ENVI5.4版本新增Sentinel-2 L1C辐射率定标工具。在ToolBox中，启动/Extensions/Radiance Sentinel-2 L1C 工具，Input Sentinel-2 XML：加载影像解压后的.xml文件，在加载过程中会遇到文件所在的路径过长，将文件名重新命名后即可导入。勾选Output Four 10m Bands。Scale Factor是缩放系数，默认值0.1。Resample Method为重采样方法，默认为Bilinear。选择输出文件路径进行处理。

使用大气校正工具(FLAASH Atmospheric Correction)消除大气和光照等因素对地物反射的影响。启动FLAASH Atmospheric Correctio工具，选择辐射定标结果数据。设置Single scale factor为1。Sensor Type：选择UNKNOW-MSI。Sentinel-2数据不能进行水汽反演(Water Retrieval)，但是改变传感器可以强制进行水汽反演。Sensor Altitude是设置影像区域的平均地面高程。Water Retrieval默认为No。Aerosol Retrieval 则是根据海陆类型，选择相应气溶胶模型，本文选择的是2-Band (K-T)。然后进行多光谱(Multispectral Settings)设置。滤波函数文件需要手动选择光谱响应函数。K-T反演选择默认模式。若Aerosol Retrieval为None，则不需要设置参数。Filter Function File：若Water Retrieval面板未选择光谱响应函数，此处需手动选择，同Water Retrieval中Filter Function File一样的操作步骤，设置好参数后进行处理。 3.3.2. 图像裁剪

本文以在柬埔寨吴哥遗迹群划定的方形边界为研究区，需要以边界的shp文件对图像进行规则分幅裁剪。裁剪结果如图3所示。 3.3.3. 监督分类

在ENVI5.4.1中打开图像裁剪后得到的2015年和2017年的研究区图像，采用最大似然法进行监督分类的操作。通过波段之间的组合成标准假彩色影像，在此基础上去建立训练样本，通过目视不同地物之间的不同色调及其纹理特征建立解译标志，用最大似然法对影像进行监督分类。结合吴哥地区的实际研究区域土地利用状况，将土地利用类型分为4个一级地类。分别为水域、林地、耕地和建设用地。如表1所示。

3.4. 精度评价

分类结束后，以目视解译获得地表真实感兴趣区域来计算混淆矩阵，对分类结果的准确性进行评价。2015年分类结果的总体分类精度为Overall Accuracy = (9667/9952) 97.1363%。Kappa系数为0.9588。水域的漏分误差为2/2342 = 0.08%；林地为1/3298 = 0.03%；耕地为61/3548 = 1.72%；建设用地为221/674 = 32.79%；2015年建设用地漏分错分的概率较高，主要错分在耕地的土地类型中。2017年分类结果的总体分类精度为Overall Accuracy = (13105/13457) 97.3843%。Kappa系数为0.9624。水域的漏分误差为0/4927 = 0；林地为17/3474 = 0.49；耕地为134/4200 = 3.19%；建设用地为201/856 = 23.48%。

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