4年多時間，研究人員跨越10個(ge) 省區，對明長城全線進行無盲區數字化測繪，采集到200多萬(wan) 張實景圖片，並建立了長城全線實景三維數據庫，目前已覆蓋90%的人工牆體(ti) 段，並已擴展到漢、北朝、唐、宋、清等多朝代遺存。

　　在兩(liang) 千多年的時光衝(chong) 刷下，長城早已從(cong) 農(nong) 牧經濟藩籬，演化為(wei) 承載曆史的文化血脈。

　　人跡罕至處，曆經歲月侵蝕和自然風化，這道曆史奇跡漸漸沾染上歲月的痕跡，藏在其中的秘密也在漸漸隱去。

　　科研團隊利用最新科技對長城進行測繪，以期獲得精準數據，用數字手段複原長城。虛實之間，發現長城。

　　“我們(men) 駕‘飛機’乘‘坦克’，循著古代典籍的線索，去探索長城的奧秘。”不久前，在天津博物館舉(ju) 辦的天津大學長城研究和數字成果展上，天津大學建築學院研究員李哲感慨道。

　　李哲身後，幾千年的曆史和現代科技在這一刻交匯。

　　從(cong) 2003年開始，李哲所在的天津大學建築學院教授張玉坤團隊就與(yu) 長城結緣，2018年底啟動了“長城全線實景三維圖像”采集工程。

　　4年多時間，該團隊跨越10個(ge) 省區，對明長城全線進行無盲區數字化測繪，采集到200多萬(wan) 張實景圖片，並建立了長城全線實景三維數據庫，目前已覆蓋90%的人工牆體(ti) 段，並已擴展到漢、北朝、唐、宋、清等多朝代遺存。

　　無人機測繪輕鬆采集長城海量實景圖

　　“你看到長城上這個(ge) 不起眼的洞了嗎？用肉眼看，可能覺得這就是一個(ge) 破損，容易忽略。”李哲指著照片對科技日報記者說，“基於(yu) 長城全線實景三維數據庫，在AI技術輔助下發現這些疑點圖像並再次實地踏勘，我們(men) 就能甄別出這是長城的暗門。”

　　多數新發現都是基於(yu) 對長城全線三維圖像的掌控，而海量實景圖片的拍攝則是基礎中的基礎。

　　之前國家文物局曾聯合國家測繪局等單位進行長城資源調查，已經把長城的長度、坐標、年代、保存基本狀況等信息都搜集得很完備，但有關(guan) 長城的細節、設施調查比較缺乏，比如長城病害的全線分布位置在哪，長城的細節構造、設施和裝飾等。長城全線實景三維圖像的采集工程正是要補上這缺少的一環。

　　李哲認為(wei) ，這項工作不能盲人摸象，隻看局部，全麵了解也不能是粗線條勾勒，而是要做細賬。

　　“做細賬要求數據的顆粒度要細，即采集到的照片分辨率要精細到能看到每一塊磚縫，同時還得是多角度連續性的。”李哲說，之前的資源調查工作平均每公裏隻獲得8張代表性照片，而此項工程每公裏需要采集距離均勻、多角度照片約300張。

　　長城蜿蜒數千公裏，大多地處偏遠，多盤踞在險峻陡峭之地，使用衛星、載人飛機等高空遙感測繪手段，很難拍攝到長城的各個(ge) 麵。且由於(yu) 城牆在三維空間上扭曲分布，若觀測者身處其中則無法判斷整體(ti) 布局。

　　“高空拍不全，站在地麵拍攝，有時連落腳的地方都沒有。”李哲介紹，團隊從(cong) 2004年起就開始將無人機低空信息采集技術應用其中，無人機測繪的精細跟隨式、掃描式的作業(ye) 以及多功能化可完成多種數據采集的能力，使其成為(wei) 此次工程最為(wei) 高效的數據采集手段。

　　無人機能沿著蜿蜒的牆體(ti) ，對長城的側(ce) 麵、頂麵，甚至是敵樓室內(nei) 進行詳細的探查。作為(wei) 載體(ti) ，無人機還能攜帶不同的傳(chuan) 感器變身不同功能的測繪設備。“無人機+普通相機”，可以進行拍攝、航測；“無人機+紅外相機”，可以對長城進行熱輻射量成像，從(cong) 而探查長城的一些內(nei) 部構造或者隱藏設施；“無人機+激光雷達”，可以用激光從(cong) 空中掃描樹下遺跡，再通過技術手段把樹的數據“剝離”出去，就可以清晰地看到隱藏在樹下的長城圖像。

　　有了無人機測繪助力，數據采集如虎添翼，團隊成員李嚴(yan) 深有感觸。

　　“先有城後有牆，鎮城、路城、衛城、所城、堡城也是長城防禦係統重要組成部分。”負責城這一部分測量的李嚴(yan) 告訴記者，最初測量周長都是靠人工步行、皮尺丈量，速度慢不說，如遇到兩(liang) 個(ge) 山包間修建在山坡上的牆體(ti) ，皮尺就無能為(wei) 力了。應用傳(chuan) 統測繪手段，一天最多測量兩(liang) 個(ge) 城，而無人機測繪，飛上一圈隻需10分鍾，就能把整個(ge) 城的數據完整地采集到。

　　不過使用新型的測量方法也往往會(hui) 帶來很多問題，在這個(ge) 過程中最需要關(guan) 注的就是不同的環境問題。大到環境溫度、濕度，小到所配備的電池等，都會(hui) 對作業(ye) 安全有影響，是測量中需要考慮到的因素。

　　“其實不僅(jin) 是三維數據采集，測量一開始就要探求在極端不理想的條件下（比如各種遮擋），如何優(you) 化無人機測量的航線。”李哲說。

　　因此，在每一次測量前，團隊都會(hui) 詳細商討地形之中是否存在幹擾性的障礙物、拍攝過程中遇到幹擾的安全處理措施、拍攝過程中的最佳航線等。正是這一次又一次的精益求精，換來如今覆蓋範圍廣而又連續、詳細的三維數據。

　　三維建模技術把長城“搬進”博物館

　　該團隊用了4年多時間，完成了大約5500公裏的長城攝影測量用圖像采集，建立了200多萬(wan) 張長城實景照片構成的連續圖像庫。其中以明長城為(wei) 主幹並占絕大部分，也發散到清代較為(wei) 分散的燧體(ti) 遺存，以及唐、北魏、東(dong) 魏和漢代等曆朝曆代所修建的長城部分，整體(ti) 範圍覆蓋了從(cong) 沈陽以西到庫爾勒以東(dong) 。

　　“每一張照片的坐標都呈現在一個(ge) WebGIS（網絡地理信息係統）環境下的庫裏麵，實現了長城瀏覽自由。”李哲指著屏幕說，這是金山嶺長城，可以放大到厘米級清晰度，每一個(ge) 灰縫都能看清楚，世界上沒有任何一個(ge) 國家有這種連續的長城的圖像庫。

　　用好這些珍貴而海量的實景照片數據，是一個(ge) 不斷發掘價(jia) 值的過程。

　　李哲坦言，在長城測繪的起步階段，自己是有些懵懂的，最初僅(jin) 僅(jin) 是想要拍攝能夠全麵覆蓋長城的多角度的照片，擁有大量詳實的長城圖像資源。

　　“為(wei) 長城全線進行數字化存檔是至關(guan) 重要的，但隨著研究的深入，我意識到，長城是中國人乃至全人類的寶貴文化遺產(chan) 。”李哲說，“我們(men) 要用自己的專(zhuan) 業(ye) 知識，為(wei) 長城補充建築學的解釋，同時要與(yu) 考古學的成果相結合，才能更加全麵地認識長城。”

　　基於(yu) 建築學專(zhuan) 業(ye) 的建築構造知識，編輯處理、量化分析無人機低空攝影測量獲得的實景三維模型，就可以將其應用於(yu) 病害分析、場景複原等工作。

　　“實景三維模型本身就非常有價(jia) 值，長城牆體(ti) 坡度、尺寸測量、病害情況等全線統計都依賴於(yu) 三維模型，因此用途非常廣泛。”李哲舉(ju) 例說，比如把已知的近幾年來長城塌損事件發生的位置統計出來，再結合三維模型就能發現塌損規律：都是在山體(ti) 陡峭段到平緩段的轉折點出現的塌損，這樣就可以從(cong) 現象規律揭示病害成因。

　　此外，還可以在實景三維模型的基礎上，人工搭建出已經缺失的結構。很多木構空心敵樓都隻剩下四麵外牆，用人工建模就可以補齊內(nei) 部的木梁柱結構，由內(nei) 到外地還原出空心敵樓的全貌。人工建模的過程通過渲染，生成視頻或者動畫，讓已經被歲月侵蝕的長城再次生機勃勃地“活”過來。

　　這些三維立體(ti) 模型還可以通過3D打印技術製作出模型，把長城實景惟妙惟肖地“搬到”博物館中。此次展覽就展出了大量長城3D模型，配合講解讓觀看者一目了然。

　　李嚴(yan) 指著唐代戍堡3D打印模型上的一個(ge) 小孔對記者說：“這就是當年燒火做飯的煙道，博物館中的實體(ti) 模型完美複刻了文物保存現狀。”

　　AI輔助梳理長城隱秘而偉(wei) 大的“家族圖譜”

　　長城的“秘密通道”從(cong) 史書(shu) 走入現實。

　　曆時4年多時間，跨越10省區，研究團隊對明長城全線超九成的人工牆體(ti) ，進行分辨率接近厘米級的連續拍攝，甄別出130多處暗門實物遺存並首次構建其“家族圖譜”。

　　“長城不僅(jin) 僅(jin) 是‘一道牆’。”研究團隊負責人、長城防禦體(ti) 係研究專(zhuan) 家、天津大學建築學院教授張玉坤介紹，長城防禦係統包括鎮城、路城、衛城、所城、堡城、驛傳(chuan) 係統、烽燧、屯田係統、關(guan) 隘關(guan) 口、敵台、牆體(ti) 等多個(ge) 子係統。

　　李哲認為(wei) ，長城測繪的一大核心意義(yi) 就是向公眾(zhong) 點明長城是一個(ge) 體(ti) 係，整體(ti) 類似輻射狀分布，古人將其形容為(wei) “龍翔鳳翥”。

　　之前受限於(yu) 技術，長城龐大的“家族”一直未進行過係統性的梳理。

　　而長城全線實景三維數據庫的建立，以及人工智能的輔助應用，為(wei) 這項龐大的、係統性梳理工作提供了可能。

　　“200多萬(wan) 張照片，由人一張張去看、去找顯然不現實，這時候人工智能就可以幫忙進行篩選。”團隊中負責數據庫編程搭建和人工智能圖像篩選的博士生張夢迪舉(ju) 例，比如團隊想梳理空心敵樓，就找照片訓練計算機了解空心敵樓的各種特征，得到成熟的模型算法後，機器就能迅速在海量照片中識別所有的空心敵樓。對於(yu) 以空心敵樓，目前AI識別準確度已經達到90%。

　　在長城眾(zhong) 多“家族圖譜”中，暗門是存在於(yu) 長城中的一套“隱秘而偉(wei) 大”的係統。

　　李哲指著牆上一幅清朝乾隆年間繪製的地圖複製品對科技日報記者說，這幅地圖是李嚴(yan) 在國外訪學時發現的，上麵的長城清晰可見，而且還標有暗門等軍(jun) 事設施。暗門是一種矮小門洞，會(hui) 根據地勢、軍(jun) 事等需求開設在長城隱蔽段落，朝向關(guan) 外的秘密出入口。

　　“暗門藏著長城的秘密，更藏著古人的智慧。”李哲說，以往鮮見此類研究。

　　人工篩查結合AI搜索，研究人員發現了130多處暗門實物遺存，他們(men) 不僅(jin) 對圖片進行了分析，還實地考察了其中一部分，發現每一處暗門都與(yu) 當地地形高度契合，且其構造根據需求各不相同。“不得不佩服古人的設計，暗門的設置十分靈活，比如轉折型暗門，這樣可以保證在馬市這樣的場景中，以暗門阻擋馬匹，保護另一側(ce) 的人員不會(hui) 受到馬匹衝(chong) 擊。”李哲說。

　　在發現的所有暗門中，最讓團隊激動的發現是突門。

　　“更於(yu) 兵出入便處潛鑿城為(wei) 門，外存尺餘(yu) 勿透，以備出兵襲敵。”早在春秋戰國時期，《墨子·備突》篇中就對突門進行了專(zhuan) 門的著述。唐、宋、明、清學者均對突門有過記述，但此前一直未發現對應的實物證據。

　　“突門是用來實施突襲戰術而設置的，清晚期著名學者魏源曾用‘藏於(yu) 九地之下為(wei) 暗，動於(yu) 九天之上為(wei) 突’來描寫(xie) 突門。”張玉坤解釋，就是在暗道外麵砌上一批磚，以起到偽(wei) 裝作用，突襲時士兵擊碎這層薄磚牆就可破牆而出，打敵軍(jun) 一個(ge) 措手不及。

　　通過照片，團隊成員發現了在一處城牆上有擊破後的破洞狀遺存，破洞呈參差不齊的狀態，而不是普通暗門預先設計、建造好的規則構造。“我們(men) 當時也不確定這是突門還是破損，實地探查後，我們(men) 采集了洞口內(nei) 外側(ce) 的實景照片，三維立體(ti) 建模後，就把內(nei) 外側(ce) 統一到一個(ge) 模型中，最終確定這就是突門。”李哲感慨道，突門的發現以及暗門家族的梳理，離不開“長城全線實景三維數據庫”。

　　截至目前，團隊結合古代輿圖已確認共計不少於(yu) 220處暗門，並發現130多處實體(ti) 遺存，發現了明代官方史料中“夫祖製，邊牆下多留暗門”的明確記載，從(cong) 而以實物和文獻雙證據明確了關(guan) 、口之下存在暗門這第三層級通關(guan) 設施。

　　目前團隊正在對長城防禦體(ti) 係的堡寨城池、烽傳(chuan) 線路、驛傳(chuan) 線路、貿易設施、邊緣牆體(ti) 等各子係統進行全麵梳理。（本報記者 陳 曦 趙英淑 滕繼濮 林莉君）