基金项目：湖北省教育厅哲学社会科学研究重点项目（编号：19D030）
摘要：针对目前国家大遗址保护理论、技术策略、保护方法新颖性所面临的缺陷与挑战，以国家大遗址与周边环境为主要着力对象，开展面向保护区地下遗址的技术性保护策略与前沿方法及规范化研究具有重要的理论意义与应用价值。
关键词：智慧感知；大数据；国家遗址；保护策略
中图分类号：X43 文献标识码：A
1引言
国家大遗址荆州片区是楚文化的重要发祥地与中心区域，是“十二五”期间全国大遗址保护六大片区之一；该遗址对于研究春秋战国时期的国家统一与发展意义重大，其历史地位与科学价值在我国南方所有大遗址中首屈一指。该片区的特点是范围大、古墓数量多、等级高、分布密集、地形复杂、人烟稀少。近些年来盗墓分子猖狂的破坏行为对陵区内地下文物的安全构成了极大威胁。省、市各级政府先后采取多种防范措施但收效甚微。主要是由于当前针对大遗址的安全防范缺乏完备的保护与管理技术的理论体系、制度尤其是规范化的技术保护策略、并且技防制度建设严重滞后，与此同时安保环境愈发险恶、面临的安保形势十分严峻，保护难度极大。
针对地下遗址与文物保护方面的问题，国内外相关学者在监测技术与保护策略、大数据运用方面做了大量研究，如下所述：
2010年埃及的Usama MASSOUDA，M.ABBAS等学者通过瞬变电磁与多频电磁方法监测地下水位及其对Hawara遗址的影响；2011年M.S.Ab-Rahman通过大量的实践测试提出并验证了一种改进OFDR与频分复用相结合的方法来实现微弱地面波束信号的远距离组网监测；2013年Gayan C.Kahandawa等人运用冲击脉冲雷达和线性调频雷达技术研究了遗址周边灌木根系的空间分布特征以及根系发展对地下遗址所造成的机械损害机理与影响；2016年Kenneth TV Gratten等学者深入研究了基于干涉型分布式智能光纤振动感知网络技术，并提出了多点振动同时监测的定位算法以及应用小波去噪等技术提高系统定位精度等多种数据处理方法。
与此同时在大数据领域特别是面向视觉大数据领域的研究如下：
知名学者Andrew Ng率先提出了一种基于深度学习的视频数据中非法行为查询与特征提取的分析方法；YoshuaBengio提出了结合RBM和自编码算法的无监督学习方法，促进了海量视频数据中针对非法入侵行为的分辨与识别；Karpathy等人利用慢融合模型对视频中不同的图像帧进行融合，构建基于图像序列的卷积神经网络模型，通过这样的融合方式可以有效的将视频的时序性信息加入到网络中，用于提高行为特征的表达能力；而Simonyan等人则分别对单帧图像和多帧运动信息分别构建了2个卷积神经网络，然后在分数层上对这2种网络的输出作融合，进而提升特征的表达能力；Wang等人结合时空轨迹和卷积神经网络，提出了利用卷积神经网络对轨迹进行特征表达的方法，更进一步提升了特征的表达能力；Orbeus与AMD公司联手推出了基于深度学习的复杂场景下行为识别视频分析软件以及对应的移动端程序，该系统能够识别大于2000多种的复杂场景下的违规行为并能够很好的应用于实际环境中。
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因此，上述技术保护策略与手段往往只能作为人工巡检方式的一种辅助，还难以充分、透彻地感知整个区域内非法入侵事件的状况而完全取代人工。因此研究基于智慧感知与大数据相融合的全方位、一体化技术保护策略与规范化方法对于荆州大遗址的安全保护具有重要意义。
2系统理论与架构设计
深入研究以智慧感知、视觉大数据分析和分布式振动传感网络技术相融合的方式，实现面向大遗址保护区内地下文物的安全技术防范策略与规范的建立；主要实现针对正常行为与盗掘行为所产生振动信号的特征提取、甄别、检测与定位；并研究更为密集、精确、高效、可靠的新型分布式感知网络并对保护区域实施多方位、立体化、全覆盖的保护；同时依托大数据技术对监控范围内人与物的行为进行统计分析并为主管部门的决策提供技术支撑。以期达到地下遗产保护策略创新与填补高科技防范手段的空白；通过对该体系中关键策略与方法的深入研究以实现面向不同规模的地下文物保护区与古墓群的有效技术防范。
通过信号发生器FPGA产生固定周期的脉冲信号，激光器发出的连续光经过SOA后被调制成脉冲光。光脉冲经过EDFA放大后从3dB的环形器1端口进入，随后进入与2端口串联的光纤光栅阵列；阵列中所有的光纤光栅反射光在不同时间反射回环形器3端口。由于只有光程相等的两束光在相遇之后才会发生干涉，所以为了使相邻两个光纤光栅的反射光能够发生干涉，系统在环形器3端口处增加了一个迈克尔逊干涉仪，两臂的长度差与相邻光纤光栅之间的间距相等来弥补相邻两光纤光栅之间的光程差。相邻两个光纤光栅反射的光信号进入迈克尔逊干涉仪的两臂后被反射成四束光信号，四束光信号中有两束的光程相等，这两束光信号会在耦合器处产生干涉效应；干涉信号经过光电探测器后变为电压信号。信号发生器产生另一个脉冲信号用来触发数据采集卡采集光电探测器探测到的电压信号，系统中迈克尔逊干涉仪的两臂末端为法拉弟旋转器，其目的是削减由于偏振所引起的信号衰落。
通过在传感光纤线路中融合光纤光栅阵列，将反射率相对较大的弱光纤光栅反射信号替代系统中的瑞利散射信号，利用相邻弱光纤光栅反射信号之间的干涉信号强度变化来判断光纤线路上的振动、通过时分复用技术判断外界振动点的位、以波分复用来传感待测信号。正是因为光纤光栅反射信号的强度较瑞利散射的光强要大的多，因此所设计的网络较常规网络拥有相对较高的数字化程度与信噪比，在信号检测与解调方面也更为智能、设计可行性高、运行成本低，更加适合作为古墓周界防入侵系统的网络构建规划方案。
3结论
通过引入视觉大数据技术并结合诸多先进防护方法的深入研究，将理论研究与实践相结合，大大提升了针对特定区域内的地下文物与古墓群更为有效的技术防范层次，能够促进面向保护区地下遗产的安全保护制度建设的完善；对大遗址乃至整个文化遗产研究具有方法论意义，同时也为城市化进程中大遗址保护与城市协调发展共进谋求适宜的方式。
参考文献
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[3]郭斌，翟书颖，於志文.群智大数据:感知、优选与理解[J].大数据.2017:189-191.
作者简介：张健（1981-），男，博士，副教授；主要从事信息工程与文化遗产保护研究。
论文作者:张健
论文发表刊物:《知识-力量》2019年10月38期
论文发表时间:2019/8/23
标签：遗址论文; 信号论文; 光栅论文; 光纤论文; 数据论文; 技术论文; 策略论文; 《知识-力量》2019年10月38期论文;