基于机器学习的物质文化遗产时空演化格局及驱动机制研究

古道为何在今天仍然重要

在高速公路和高铁出现很久以前，中国的蜀道沿着陡峭的山脉开辟出一条危险通道，将内地与西南连接起来。沿路形成的城镇、寺庙、堡垒和桥梁至今仍散布在景观中。该研究用现代工具提出了一个看似简单的问题：这些地点为什么出现在那些位置？在两千多年里它们的格局如何变化？通过结合历史文献、古地图与机器学习，作者揭示了地形、水系、政治与人群如何共同塑造了这条文化走廊——以及这些认知如何有助于当前的保护工作。

一条记忆中的山路

蜀道并非单一通道，而是由七条主要路线组成，穿越今日陕西与四川之间崎岖的秦岭和大巴山脉。作者将这些道路沿线的物质遗存视为一种长期存在的档案：不仅包括道路构筑本身，还包括路边城镇、摩崖造像、城门、关隘和宗教建筑。他们把这些遗存分为五类——道路、配套构筑与纪念物、聚落、军事遗址和宗教遗迹——并追踪它们自帝国中国之前直到明清时期在主要历史阶段中的出现。由此，他们把分散的遗迹集合转化为一幅连贯图景，呈现出一条边疆走廊如何逐步成为文化腹地的过程。

遗产中心如何向南移动

通过将所有已知遗址映射入地理信息系统，并采用称为核密度估计的统计技术，研究团队追踪了各个时代遗产遗址最密集的聚集区。早期遗存集中在北部，靠近关中平原的旧政治中心，在四川只有少数前哨。随着时间推移，尤其在隋唐以后长江流域经济重要性上升，重心逐渐转移。到明清时期，四川的金牛、米仓和励志道等路线沿线呈现出密集的遗址带，而北段仅保留较稀疏的集群。不同类型的遗产各自走向不同：道路构筑在北部更常见，路边纪念物和寺庙在金牛道积聚，而宗教遗址则从少数摩崖造像演化为连接重要城市的庙宇与宫观网络。

解读古聚落的地景

为超越单纯描述，作者将视角聚焦于聚落遗产——曾为旅人、士兵和商贾服务的城镇与村落。这些地点最能体现人与地景的长期博弈。团队将研究区划分为网格，并在每个网格单元中记录是否存在明–清时期的聚落遗址。随后他们汇集了十个可能影响聚落形成的因素，范围涵盖海拔、坡度与河流邻近度，到距主干道的距离、交通枢纽的接近度、行政等级和估算的人口密度。基于这些输入，他们测试了若干现代机器学习方法，发现一种称为CatBoost的模型在预测聚落位置上表现最佳，同时能避免对已知数据的过拟合。

驱动城镇立足的因素

利用一种被称为SHAP的可解释性技术，研究者剖视所选模型，查看哪些因素最重要以及其影响如何随条件变化。人口密度成为最强的单一信号，但并非简单地“越多越好”：在低密度阶段，人口增长显著促进聚落形成，而超过某一临界点后作用趋于平缓。水与通达性排在其后。聚落更可能出现在河流附近、靠近蜀道主线与交通枢纽处，且影响力在数十公里之外迅速减弱。地形也有其门槛效应：缓坡或中等坡度与中等海拔支持高密度聚落，而极其崎岖或高海拔则倾向抑制聚落——但在关隘等军事或战略需要高于居住舒适性的地点，这一规律会被打破。

自然与社会如何交互作用

分析还表明，没有单一因素独自起作用。例如，坡度与地形类型的某些组合，在达到丘陵地带中等陡峭的“甜点”后，会从抑制转为有利聚落：在该条件下，防御和资源多样性超过了通达困难的负面影响。高级别行政中心放大了周边地区的吸引力，尤其是在合适海拔处；大河既可成为福祉亦可能构成威胁：中等规模水系滋养聚落，但极宽的河道可能带来洪涝风险，迫使人群退缩。诸此交互描绘出一个细腻的图景：社区在沿路选址和重建时在安全、通达、资源与权力之间权衡取舍。

这些发现当下为何重要

对非专业读者而言，研究的要点是蜀道沿线的文化遗存并非随意遗留；它们是土地、水系、贸易通道与人类决策长期博弈的可见痕迹。几个世纪以来，走廊沿线生活重心南移，不同类型的遗产——堡垒、庙宇、桥梁、村落——形成了各自的空间格局。通过运用现代机器学习解码这些格局，作者识别出哪些路段历史层叠最为密集，以及哪些环境与社会压力造就了这种密集。这些认知为当代规划者提供了实用指引：有助于将保护工作聚焦于最脆弱和最重要的区域，指导洪涝或侵蚀等灾害的风险管理，并为理解与保护世界其他线性遗产走廊提供范本。

引用: Zhang, H., Shu, B., Wei, Y. et al. Research on spatiotemporal evolution patterns and driving mechanisms of material cultural heritage based on machine learning. npj Herit. Sci. 14, 249 (2026). https://doi.org/10.1038/s40494-026-02505-8

关键词: 蜀道, 文化遗产, 空间格局, 机器学习, 中国史