作为古丝绸之路的重要枢纽，吐鲁番拥有极为丰富的文物资源，而其中最为特殊的，无疑是坎儿井。坎儿井是古代劳动人民根据当地干旱少雨的气候特点和地理条件，创造的一种独特的地下水利工程。通过巧妙地利用地形坡度，它将地下潜流引出地面，用于农业灌溉和居民生活用水，被誉为“地下万里长城”。2006年，坎儿井被公布为全国重点文物保护单位；2024年，成功入选世界灌溉工程遗产名录。吐鲁番的坎儿井数量占全国的71.95%，承载着重要的科技、历史与文化价值。

然而，受全球气候变暖、地下水位持续下降及人为活动等多重因素影响，大量坎儿井面临干涸、坍塌甚至消失的风险。与此同时，传统普查方法在坎儿井调查中的局限性日益凸显：竖井数量庞大，单个坎儿井可达数十至数百个竖井，人工识别效率极低；盆地地形复杂、分布范围极广，偏远区域难以全面覆盖；普查制图依赖AutoCAD等专业软件，操作门槛高、格式不统一，严重影响数据汇交效率。如何运用新技术手段高效、精准地完成坎儿井普查，成为第四次全国文物普查吐鲁番专项调查必须破解的关键命题。

技术路径创新：

深度学习与遥感影像的融合应用

针对传统人工踏查效率低、精度差的痛点，研究团队选取0.5米空间分辨率的卫星遥感影像覆盖整个吐鲁番盆地，构建了一套基于卷积神经网络的坎儿井竖井自动识别技术体系。影像处理主要包括预处理、样本标注与数据增强三个步骤：首先进行投影、重采样和区域裁剪，随后对竖井目标进行人工标注，最后通过图像切片与数据增强技术构建适用于深度学习模型的训练数据集。数据增强手段包括改变亮度与对比度、图像缩放、随机拼接等，以提升模型的泛化能力。

在模型构建环节，团队分别采用SSD、Faster R-CNN、YOLO及MMDetection等多种目标检测框架进行训练与比较。结果表明，以ResNet50为骨干网络的MMDetection模型表现最优，在测试数据上达到0.833的平均精度（mAP50-95）。该模型能够自动提取遥感影像中竖井的视觉特征——环形暗色斑块（形如甜甜圈）、内部均一纹理及其与戈壁背景的灰度反差，从而对新影像中的竖井目标实现智能判别。与传统人工目视解译相比，该方法大幅提升了竖井识别的效率与精度，能够捕捉人眼难以察觉的细微特征。

工作流程创新：

基于空间拓扑约束的误检筛选机制

深度学习模型在高效识别的同时，也面临误检的问题——圆形蓄水池、取土坑等容易被误判为竖井。针对这一难题，研究团队创新性地设计了基于空间邻域拓扑的误检剔除策略——“定向扇形缓冲区”筛选方法。该方法的原理基于坎儿井竖井的核心空间分布规律：同一坎儿井的竖井沿暗渠走向呈线性排列，且相邻竖井在坡向方向上存在一定的连续性。

具体操作上，首先基于数字高程模型计算每个候选竖井所在位置的地形坡向角度，以此为基准方向为每个点生成一定角度范围的扇形缓冲区。真实竖井的扇形缓冲区会与其相邻竖井的缓冲区在坡向方向产生交叠，而孤立存在的误检点（如圆形蓄水池、取土坑等）则不具备这一特征。通过判断缓冲区之间的相交关系，即可有效区分真实竖井与误检目标。在此基础上，结合层次聚类分析与人工复核，团队成功消除了90.20%的误检目标，最终识别出88288个坎儿井竖井，生成2527公里坎儿井线段。经2024年10月底至2025年4月初的野外实地验证，识别准确率达99%以上。这一创新方法将坎儿井竖井的空间分布规律转化为可计算的地理空间规则，实现了领域知识与人工智能技术的深度融合，为同类线性文化遗产的辅助判读提供了可借鉴的方法论。

工具开发创新：

自主制图小程序赋能标准化汇交

普查工作的最终环节是将调查成果转化为符合规范的标准图件并汇交至“四普”系统。传统方法依赖AutoCAD等专业制图软件，操作周期长、对使用人员技能要求高，且不同普查人员的制图习惯差异导致格式不统一、要素不全，需反复修改才能满足汇交要求。

针对这一瓶颈，研究团队自主开发了面向第四次全国文物普查系统的位置图与平面图生成小程序。该工具的操作流程简洁高效：普查人员基于野外调查结果，使用奥维互动地图软件按统一规范绘制每条坎儿井的各个组成部分（暗渠、出水口、明渠、涝坝等）并导出为Shapefile格式文件，随后将文件导入小程序，系统自动识别图像内容并添加所有必要的标准化地图要素——图例、标题、指北针、图框、比例尺等——快速生成符合“四普”系统导入规范的平面图。该小程序的推广应用显著简化了制图流程，大幅降低了制图时间，从源头保障了数据的规范性与一致性，有效解决了格式不统一这一长期困扰普查工作的难题。目前，已累计形成2000余张标准化普查地图，为普查数据与“四普”系统的顺畅对接提供了坚实的技术保障。

实践成效：

从普查效率提升到数据资产构建

本技术体系在吐鲁番坎儿井专项普查中取得了显著的实践成效。

在普查效率与精度层面，深度学习模型可在数日内完成对全吐鲁番盆地遥感影像的自动识别，而传统方法完成同样工作量需要数月时间，竖井识别效率提升数十倍。在精度方面，实地验证准确率远高于传统目视解译，定位精度达亚米级，满足技术要求。

在数据资产构建层面，本研究首次建立了吐鲁番坎儿井高精度空间数据库。这是目前吐鲁番盆地最为完整的坎儿井空间数据集。该数据库不仅直接服务于第四次全国文物普查的数据汇交，更为坎儿井保护规划、病害监测、学术研究以及文旅开发提供了科学、可量化的数据底座。

未来前景：

从普查到监测与活化利用的全链条延伸

基于积累的丰富数据与技术经验，研究团队将持续推进三项重点工作。一是技术推广与应用拓展。本案例所形成的“遥感+深度学习+GIS”技术框架具有高度的可迁移性。该技术框架同样可迁移至古墓葬、烽燧等其他类型文化遗产的识别与普查。二是坎儿井动态监测与预警系统建设。结合多时相遥感影像与实地传感器数据，实现对坎儿井保存状况的持续跟踪、变化检测与风险预警，推动坎儿井保护从“抢救性保护”向“预防性保护”转变。三是文化遗产活化利用。依托普查成果，开发坎儿井数字展示平台、虚拟导览系统等数字化产品，推动坎儿井文化价值的公众传播与活态传承。

从戈壁滩上的实地踏查，到数字空间中的智能识别，本案例构建的“智能识别—实地验证—系统汇交”全链条普查模式，有效解决了坎儿井普查中“找不到、测不准、汇不齐”的实际困难。这不仅是一次技术手段的升级，更是一场文化遗产普查范式的深刻变革——让古老的水利工程在数字时代获得“新生”，为“AI+文化遗产普查”提供了可复制、可推广的方案。

（作者单位：吐鲁番市文博院）