用毫米数字再现179公里长城

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%。