用毫米数字再现179公里长城
2019-11-05 16:09:31 来源: 北京晚报
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技术人员对九眼楼进行“体检”

技术人员对九眼楼进行三维数字化测绘

  ??? ▲今年1月,在延庆长城花家窑段,无人机启动巡查“首航”

????????延庆、怀柔交界之地,局部塌陷残损的九眼楼,通过数字化360度虚拟复原,墙体、砖石、雕饰,都以“毫米级”的惊人精度呈现。这是正在进行的九眼楼数字化保护工作阶段性成果。本月起,延庆将首次启动长城数字化保护,通过三维激光扫描、无人机巡查等方式,为区域内所有179.2公里的长城建立数字档案,不仅为进一步研究保护提供重要科学依据,而且穿越时间的壁垒,让举世瞩目的长城历史得以数字化再现,丰富厚重的长城文化得以信息化传承。明年,长城数字档案建设就将全部完成。

????????现状 千年古长城已经千疮百孔

????????治理 大数据为长城科保立依据

????????在京北延庆的南部、东部和东北部山区,万里长城如巨龙飞腾,或穿行起舞于崇山峻岭之间,或横亘雄踞于关城要塞之上,建筑雄伟、气势磅礴,堪称北京乃至全国长城的经典之作,世界各地游人争相来此探寻古老文明,感受长城魅力。

????????然而,滚滚向前的时光车轮在这些璀璨的文化遗产上留下深刻印记。徜徉其中,有些长城本体破损严重、有些墙体缺损剥落、有的雕刻纹饰模糊难辨,还有很多土长城自然风化、面临倒塌危险。不仅长城本体,其沿线大量的城堡、烽火台、采石场、砖窑等相关珍贵历史遗存,也存在不同程度的残损。

????????今年,延庆区文物管理部门就对长城重点点段九眼楼进行了“体检”, 体检报告显示:九眼楼病害类型多样,不仅长城本体面层砖普遍存在酥碱、片状剥落,并进一步内凹残缺,而且存在裂缝、墙面歪闪等病害。

????????“这些病害不仅存在于九眼楼,在其他长城也有很多。建立数字化档案就是为了保护长城这个终极目的。”延庆区文物管理所副所长于海宽说。实际上,我国历来注重长城等文物的保护研究,北京更是对长城保护投入大量人力与物力,进行了大规模原状性修缮保护,且成效显著。现代测绘技术的应用,可以保证本体长城保护建设的基本信息、专题要素等数据科学、准确、可靠,为延庆区长城科学保护的顺利开展提供可靠技术保障。

????????通过建立大数据,能够摸清长城底数、掌握长城保存现状、评估长城病害,并进一步分区需抢险保护、实施病害监测、进行整体监测,为未来实施保护工程、保持部分遗址区域的原貌,保持长城的真实性、完整性建立坚实基础。

????????现状 长城第一楼墙体仅存一层

????????治理 数字化修复三维虚拟复原

????????眼下,延庆区文物管理部门就正在以九眼楼、85至87号长城敌楼为试点,进行三维数字化测绘和虚拟复原。

????????九眼楼地处怀柔与延庆交界处,根据考证,历史上是一座至少为双层的正方建筑,因每边有九个券窗而得名,距今已有近500年历史。九眼楼不仅是万里长城之上规模最大、券窗最多的敌楼,而且在军事防御上具有十分重要的战略意义,享有“万里长城第一楼”的美誉。然而,历经战争、地震及几百年的自然风化剥蚀,九眼楼长城本体破损严重,现存只有一层,且不少墙体缺损剥落。

????????今年8月,记者曾随专业技术人员来到九眼楼进行数据采集,携带各种精密仪器,沿着茂密丛林里的一条小道,爬上蜿蜒高峻、狭窄陡峭的石垒台阶,才能抵达海拔1140多米的九眼楼。

????????九眼楼整体三维数字化测绘包括长城本体、周边环境、纹理数据、地质勘查及墙体检测等360度全方位的数据采集,要用上无人机、三维激光扫描仪、关节臂测量机、探地雷达等各种精密仪器,每一步都是挑战,比如对于三维激光扫描仪这样的精密作业设备来说,只要存在毫米级的晃动,都很有可能影响数据质量。因此,在实际测绘中,技术人员要通过多次尝试,找到最合理的设站位置,全神贯注作业,才能保证良好的扫描质量。

????????而纹理数据采集也是一大难题,为了采集到最精准的数据,技术人员每一个立面拍摄角度都要与本体保持正视,而且必须拍摄全面、不能漏拍。而对于墙体外侧、高处等不能正视拍摄的地方,则需要利用探杆架设仪器,伸到外侧或高处进行采集,而且采集过程必须四平八稳,不能晃动、更不能倾斜。

????????通过这样的专业化、精准化操作,在8月至9月一个多月时间里,九眼楼三维数据全部采集完成,并正在尝试进行虚拟复原。打开电脑,一个青色砖砌、壮美完整的九眼楼映入眼帘,转动光标,可360度欣赏楼体,通过局部放大,墙体纹饰、刻字均清晰可见,甚至可放大到毫米级,裂隙都清晰真切。

????????“通过数据采集和虚拟复原,打破了时间与空间的界限,让人们看到历史遗迹的本来样貌,让曾经遥远的历史文化变得更平易近人。”于海宽说,更重要的是,为后期九眼楼三维空间信息精准数据库建设、常态化巡查工作、九眼楼长城遗产保护应用研究奠定基础。

????????无人机巡航监测精确到厘米

????????2022年重点段抢险率达100%

????????不光数字化采集,延庆还通过建立数字化保护系统,进一步完善长城防御体系。今年1月,在延庆长城花家窑段,两架无人机腾空而起,开启了无人机长城巡查“首航”。

????????无人机巡查有明确分工,多旋翼无人机负责重要点段的长期监测,可精确到厘米级,观察并形成长城本体细微变化的大数据,为后续的保护工作提供科学依据。固定翼无人机进行长距离、大范围的长城巡查,进行长城沿线建设情况的严密监控,使违法建设无处遁形。

????????无人机上岗以来,每个月都会对长城进行巡查,以险情重的精华点段为主,以普通点段为辅,克服山高路险带来的障碍,弥补人力不足的缺陷,真正实现延庆长城保护巡查全覆盖。

????????高空中,有无人机无死角监测,地面上,还有长城保护员机动巡查。今年4月28日,延庆百余位长城保护员上岗,在179.2公里长城沿线,百余位长城保护员重点点段全天巡查、一般点段定期巡查、出险点段快速处置、长城野游科学管控。

????????此前,延庆长城巡查工作一直完全依靠人力。如今,利用无人机便捷性进行精细化三维建模,结合长城保护员实地巡查、实时回传,实现“天眼”“人眼”和大数据管理平台的无缝对接,这正是曾经单纯依赖人力无法精准完成的。

????????利用无人机智能巡查,为长城保护架设“天眼”,长城保护员采取“现场巡查+信息回传”方式,提升“人眼”巡查的科技化水平,再由文物部门整合“双眼”信息,应用大数据的优势,实现立体化的长城监控体系。最终,经过数字化“电眼”的精确比对,随时发现长城本体及周边的微小变化,建立人防、技防、物防三重长城保护体系,“三只眼睛”共同织就一张全覆盖、无盲区的长城保护网络。

????????如今,延庆区长城保护工作还逐步利用无人机倾斜摄影、卫星遥感、激光点云等最新技术,获取长城基础地理空间信息,进行数据采集和三维建模,形成最精准、最系统、最前沿的长城大数据,为虚拟修缮和将来的长城保护提供最科学的数据支撑和“专家”意见。

????????通过建立数字档案、数字化保护系统,延庆区长城保护进一步深入。今年10月,延庆区发布《延庆区长城保护三年行动计划》,未来三年,延庆区将实现人防与技防相结合的长城保护体系全覆盖,实现长城本体和长城周边文化文物资源保护利用全覆盖,实现长城、红色、地质、生态、农耕等多元文化交融共享全覆盖。到2022年,重点长城点段紧急抢险率将达到100%。(记者 李瑶)

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【纠错】 责任编辑: 刘品彤
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