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            用毫米數字再現179公里長城

            2019-11-06 23:20:00

            技術人員對九眼樓進行“體檢”

            技術人員對九眼樓進行三維數字化測繪

            ▲今年1月,在延慶長城花家窯段,無人機啟動巡查“首航”
             
                    延慶、懷柔交界之地,局部塌陷殘損的九眼樓,通過數字化360度虛擬復原,墻體、磚石、雕飾,都以“毫米級”的驚人精度呈現。這是正在進行的九眼樓數字化保護工作階段性成果。本月起,延慶將首次啟動長城數字化保護,通過三維激光掃描、無人機巡查等方式,為區域內所有179.2公里的長城建立數字檔案,不僅為進一步研究保護提供重要科學依據,而且穿越時間的壁壘,讓舉世矚目的長城歷史得以數字化再現,豐富厚重的長城文化得以信息化傳承。明年,長城數字檔案建設就將全部完成。

                    現狀 千年古長城已經千瘡百孔

                    治理 大數據為長城科保立依據

                    在京北延慶的南部、東部和東北部山區,萬里長城如巨龍飛騰,或穿行起舞于崇山峻嶺之間,或橫亙雄踞于關城要塞之上,建筑雄偉、氣勢磅礴,堪稱北京乃至全國長城的經典之作,世界各地游人爭相來此探尋古老文明,感受長城魅力。

                    然而,滾滾向前的時光車輪在這些璀璨的文化遺產上留下深刻印記。徜徉其中,有些長城本體破損嚴重、有些墻體缺損剝落、有的雕刻紋飾模糊難辨,還有很多土長城自然風化、面臨倒塌危險。不僅長城本體,其沿線大量的城堡、烽火臺、采石場、磚窯等相關珍貴歷史遺存,也存在不同程度的殘損。

                    今年,延慶區文物管理部門就對長城重點點段九眼樓進行了“體檢”, 體檢報告顯示:九眼樓病害類型多樣,不僅長城本體面層磚普遍存在酥堿、片狀剝落,并進一步內凹殘缺,而且存在裂縫、墻面歪閃等病害。

                    “這些病害不僅存在于九眼樓,在其他長城也有很多。建立數字化檔案就是為了保護長城這個終極目的。”延慶區文物管理所副所長于海寬說。實際上,我國歷來注重長城等文物的保護研究,北京更是對長城保護投入大量人力與物力,進行了大規模原狀性修繕保護,且成效顯著。現代測繪技術的應用,可以保證本體長城保護建設的基本信息、專題要素等數據科學、準確、可靠,為延慶區長城科學保護的順利開展提供可靠技術保障。

                    通過建立大數據,能夠摸清長城底數、掌握長城保存現狀、評估長城病害,并進一步分區需搶險保護、實施病害監測、進行整體監測,為未來實施保護工程、保持部分遺址區域的原貌,保持長城的真實性、完整性建立堅實基礎。

                    現狀 長城第一樓墻體僅存一層

                    治理 數字化修復三維虛擬復原

                    眼下,延慶區文物管理部門就正在以九眼樓、85至87號長城敵樓為試點,進行三維數字化測繪和虛擬復原。

                    九眼樓地處懷柔與延慶交界處,根據考證,歷史上是一座至少為雙層的正方建筑,因每邊有九個券窗而得名,距今已有近500年歷史。九眼樓不僅是萬里長城之上規模最大、券窗最多的敵樓,而且在軍事防御上具有十分重要的戰略意義,享有“萬里長城第一樓”的美譽。然而,歷經戰爭、地震及幾百年的自然風化剝蝕,九眼樓長城本體破損嚴重,現存只有一層,且不少墻體缺損剝落。

                    今年8月,記者曾隨專業技術人員來到九眼樓進行數據采集,攜帶各種精密儀器,沿著茂密叢林里的一條小道,爬上蜿蜒高峻、狹窄陡峭的石壘臺階,才能抵達海拔1140多米的九眼樓。

                    九眼樓整體三維數字化測繪包括長城本體、周邊環境、紋理數據、地質勘查及墻體檢測等360度全方位的數據采集,要用上無人機、三維激光掃描儀、關節臂測量機、探地雷達等各種精密儀器,每一步都是挑戰,比如對于三維激光掃描儀這樣的精密作業設備來說,只要存在毫米級的晃動,都很有可能影響數據質量。因此,在實際測繪中,技術人員要通過多次嘗試,找到最合理的設站位置,全神貫注作業,才能保證良好的掃描質量。

                    而紋理數據采集也是一大難題,為了采集到最精準的數據,技術人員每一個立面拍攝角度都要與本體保持正視,而且必須拍攝全面、不能漏拍。而對于墻體外側、高處等不能正視拍攝的地方,則需要利用探桿架設儀器,伸到外側或高處進行采集,而且采集過程必須四平八穩,不能晃動、更不能傾斜。

                    通過這樣的專業化、精準化操作,在8月至9月一個多月時間里,九眼樓三維數據全部采集完成,并正在嘗試進行虛擬復原。打開電腦,一個青色磚砌、壯美完整的九眼樓映入眼簾,轉動光標,可360度欣賞樓體,通過局部放大,墻體紋飾、刻字均清晰可見,甚至可放大到毫米級,裂隙都清晰真切。

                    “通過數據采集和虛擬復原,打破了時間與空間的界限,讓人們看到歷史遺跡的本來樣貌,讓曾經遙遠的歷史文化變得更平易近人。”于海寬說,更重要的是,為后期九眼樓三維空間信息精準數據庫建設、常態化巡查工作、九眼樓長城遺產保護應用研究奠定基礎。

                    無人機巡航監測精確到厘米

                    2022年重點段搶險率達100%

                    不光數字化采集,延慶還通過建立數字化保護系統,進一步完善長城防御體系。今年1月,在延慶長城花家窯段,兩架無人機騰空而起,開啟了無人機長城巡查“首航”。

                    無人機巡查有明確分工,多旋翼無人機負責重要點段的長期監測,可精確到厘米級,觀察并形成長城本體細微變化的大數據,為后續的保護工作提供科學依據。固定翼無人機進行長距離、大范圍的長城巡查,進行長城沿線建設情況的嚴密監控,使違法建設無處遁形。

                    無人機上崗以來,每個月都會對長城進行巡查,以險情重的精華點段為主,以普通點段為輔,克服山高路險帶來的障礙,彌補人力不足的缺陷,真正實現延慶長城保護巡查全覆蓋。

                    高空中,有無人機無死角監測,地面上,還有長城保護員機動巡查。今年4月28日,延慶百余位長城保護員上崗,在179.2公里長城沿線,百余位長城保護員重點點段全天巡查、一般點段定期巡查、出險點段快速處置、長城野游科學管控。

                    此前,延慶長城巡查工作一直完全依靠人力。如今,利用無人機便捷性進行精細化三維建模,結合長城保護員實地巡查、實時回傳,實現“天眼”“人眼”和大數據管理平臺的無縫對接,這正是曾經單純依賴人力無法精準完成的。

                    利用無人機智能巡查,為長城保護架設“天眼”,長城保護員采取“現場巡查+信息回傳”方式,提升“人眼”巡查的科技化水平,再由文物部門整合“雙眼”信息,應用大數據的優勢,實現立體化的長城監控體系。最終,經過數字化“電眼”的精確比對,隨時發現長城本體及周邊的微小變化,建立人防、技防、物防三重長城保護體系,“三只眼睛”共同織就一張全覆蓋、無盲區的長城保護網絡。

                    如今,延慶區長城保護工作還逐步利用無人機傾斜攝影、衛星遙感、激光點云等最新技術,獲取長城基礎地理空間信息,進行數據采集和三維建模,形成最精準、最系統、最前沿的長城大數據,為虛擬修繕和將來的長城保護提供最科學的數據支撐和“專家”意見。

                    通過建立數字檔案、數字化保護系統,延慶區長城保護進一步深入。今年10月,延慶區發布《延慶區長城保護三年行動計劃》,未來三年,延慶區將實現人防與技防相結合的長城保護體系全覆蓋,實現長城本體和長城周邊文化文物資源保護利用全覆蓋,實現長城、紅色、地質、生態、農耕等多元文化交融共享全覆蓋。到2022年,重點長城點段緊急搶險率將達到100%。






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