揭秘穿越长城(穿越到《长城》的小说)

【申通工作室出品】

本报记者陈曦报道采写

策划：赵英树、滕继璞、林丽君

4年多时间里，研究人员跨越10个省份和地区，对整个明长城进行无盲点数字测绘，采集了超过200万张实景图片，建立了三维实景图。整个长城的生命数据库，目前覆盖了90%的人工城墙。节，并一直延续到汉、北朝、唐、宋、清等朝代。

两千多年来，长城从农牧业经济屏障，演变为承载历史的文化血脉。

这是一个人迹罕至的地方。经过岁月的侵蚀和自然风化，这一历史奇迹逐渐沾染上了时间的痕迹，而其中隐藏的秘密也在逐渐消失。

科考团队利用最新技术对长城进行测绘，获取准确数据，用数字化手段还原长城。在虚拟与现实之间，探索长城。

“我们乘坐飞机、坦克，沿着古书的线索，探索长城的奥秘。”不久前，在天津博物馆举办的天津大学长城研究与数字化成果展上，天津大学建筑学院研究员李哲感叹道。

李哲的背后，数千年的历史与现代科技在这一刻交汇。

从2003年开始，李哲所在的天津大学建筑学院张玉坤教授团队就与长城结下了不解之缘。2018年底，启动“长城全线实景3D影像采集项目”。

4年多来，团队跨越10个省份和地区，对整个明长城进行了无盲点数字测绘，采集了超过200万张实景图片，建立了实景3D整个长城的数据库，目前覆盖了90%的人工城墙。节，并一直延续到汉、北朝、唐、宋、清等朝代。

无人机测绘轻松采集海量长城实景图像

“你见过长城上这个不起眼的洞吗？用肉眼，你可能会认为这是一个损伤，很容易被忽视。”李哲指着照片告诉科技日报记者，“基于长城全线实景3D数据库，在AI技术的帮助下，我们可以发现这些可疑图像，并进行……再实地考察一下，就能确定这是长城的暗门。”

大多数新发现都是基于对整个长城的三维图像的控制，而海量实景图片的拍摄是基础中的基础。

此前，国家文物局曾联合国家测绘局等单位对长城资源进行普查。长城的长度、坐标、年代、基本保存状况等信息已全部收集完毕。但长城的细节和设施都比较缺乏。例如，长城全线发病的位置，长城的详细结构、设施和装饰等。整个长城的真实三维图像采集项目就是为了弥补这个缺失的环节。

李哲认为，这项工作不能盲目开展，只看局部。全面的认识不能是笼统的概括，而必须是细致的。

“做明细账，要求数据的粒度一定要细，就是采集照片的分辨率要细到每一个砖缝都能看得见，而且从多个角度看也是连续的。”李哲表示，此前的资源普查工作平均每公里只能获取8张代表性照片，而本次项目每公里需要采集300张左右均匀间隔、多角度的照片。

长城蜿蜒数千公里，大多位于偏僻险峻的地方。利用卫星、载人飞机等高空遥感测图手段很难拍摄到长城的方方面面。而且由于城墙在三维空间中是扭曲的，观察者如果身处其中，无法判断整体布局。

“高空拍摄不够，地面拍摄有时没地方落脚。”李哲表示，该团队从2004年开始应用无人机低空信息采集技术，无人机测绘的精准跟随式、扫描式作业以及完成多种数据采集的多功能能力使其成为目前最先进的无人机低空信息采集技术。该项目的有效数据收集方法。

无人机可以沿着蜿蜒的城墙，甚至敌楼内部，对长城的侧面和顶部进行详细检查。无人机作为载体，还可以搭载不同的传感器，变身为不同功能的测绘设备。“无人机普通相机”可用于摄影、航测；“无人机红外相机”可以对长城的热辐射进行成像，探索长城的一些内部结构或隐藏设施；“无人机激光雷达”可以利用激光从空中扫描树下的废墟，然后通过技术手段将树木的数据“剥离”出来，这样就可以看到隐藏在树下的长城的图像。被清楚地看到。

借助无人机测绘，数据采集如虎添翼，让队员李艳印象深刻。

“先有城，后有城墙。镇城、路城、卫城、锁城、堡城也是长城防御体系的重要组成部分。”负责该城区测量的李岩告诉记者，最初的周长测量是人工完成的。不仅走路用卷尺测量速度慢，而且如果遇到两座山间平房之间的山坡上建有围墙，卷尺就没用了。使用传统测绘方法，一天最多可以测绘两个城市，但采用无人机测绘，只需要飞行10分钟，就能完整收集整个城市的数据。

然而，新的测量方法的使用往往会带来许多问题。在这个过程中最需要关注的就是不同的环境问题。从环境温度、湿度到所配备的电池，都会对工作安全产生影响，都是测量时需要考虑的因素。

“其实不仅仅是三维数据的采集，从测量开始，我们就要探索在极其不理想的条件下（比如各种遮挡），如何优化无人机测量的路线。”李哲说道。

因此，每次测量前，团队都会详细讨论地形是否有干扰障碍物、拍摄时应对干扰的安全措施、拍摄时的最佳路线等，正是这种不断追求卓越的成果在当今范围广泛、连续且详细的三维数据中。

三维建模技术将长城“搬”进博物馆

该团队历时四年多，完成了长城约5500公里的摄影测量影像采集，并建立了由超过200万张长城实景照片组成的连续影像库。其中，明长城是主干，占绝大多数。还波及到较为分散的清代燧石遗迹，以及唐、北魏、东魏、汉代所修长城的部分地区。总体范围为沉阳以西至库尔勒以东。

“每张照片的坐标都呈现在WebGIS（网络地理信息系统）环境的数据库中，从而可以自由浏览长城。”李哲指着屏幕说，这是金山岭长城，可以放大到厘米级清晰度。每一条灰色接缝都清晰可见。世界上没有哪个国家拥有如此连续的长城影像库。

利用好这些珍贵的、海量的现实生活照片数据，是一个不断发现价值的过程。

李哲坦言，在长城测绘的初期，自己有些无知。起初，他只是想从多个角度拍摄能够完整覆盖长城的照片，而他拥有大量详细的长城图片资源。

“对整个长城进行数字化存档至关重要，但随着研究的深入，我意识到长城是中国乃至全人类的宝贵文化遗产。”李哲说，“我们必须用我们的专业知识来补充长城的建筑解释，并与考古结果相结合，才能更全面地了解长城。”

基于建筑专业的建筑施工知识，对无人机低空摄影测量获得的真实三维模型进行编辑、处理和定量分析，可应用于病害分析、场景复原等工作。

“现实生活中的三维模型本身就非常有价值，所有的统计数据如长城城墙的坡度、尺寸测量、疾病状况等都依赖于三维模型，因此它有着广泛的用途。”李哲举了一个例子，比如近年来众所周知的长城倒塌事件。通过统计破坏事件的位置，然后将其与三维模型结合，我们可以找到崩塌破坏模式：崩塌破坏发生在山体从陡峭部分到平缓部分的转折点。这样就可以从现象中揭示出疾病的原因。

此外，还可以根据真实的三维模型人工构建缺失的结构。许多木制空心碉楼只剩下四堵外墙。可采用人工造型完成内部木梁柱结构，从内到外还原空心碉楼的全貌。手工建模过程使用渲染生成视频或动画，让被时间侵蚀的长城重新焕发活力。

这些三维模型还可以通过3D打印技术制作出来，把长城的真实场景生动地“搬”到博物馆里。本次展览展示了大量的长城3D模型，讲解让观众一目了然。

李艳指着3D打印的唐代炮台模型上的一个小洞告诉记者：“这是做饭用的烟道，博物馆里的实体模型完美地复制了文物保存的现状。”

AI协助梳理长城秘密伟大“家谱”

长城的“密道”已从历史书本走进了现实。

研究团队历时4年多时间，跨越10个省份和地区，以接近厘米级的分辨率连续拍摄了明长城沿线90%以上的人工城墙照片，识别出130多个秘密门的物理遗迹并首次构建了他们的“家庭”。地图”。

“长城不仅仅是一堵墙。”研究团队带头人、长城防御体系专家、天津大学建筑学院教授张玉坤表示，长城防御体系包括城镇、路城、卫城、所城、炮台、驿站。有通信系统、信标系统、野战系统、关卡、敌塔、城墙等多个子系统。

李哲认为，长城测绘的一个核心意义就是向公众指出，长城是一个系统，整体呈放射状分布。古人形容它为“龙飞凤飞”。

此前受技术限制，长城庞大的“家族”从未被系统梳理过。

全长城实景三维数据库的建立以及人工智能的辅助应用，使得这项庞大而系统的整理工作成为可能。

“超过200万张照片，人们一张一张地看显然是不现实的，这时候人工智能就可以帮助筛选。”团队中负责数据库编程和人工智能图像筛选的博士生张梦迪举了一个例子，比如团队想要整理空心的瞭望塔，所以他们用照片来训练计算机来理解空心瞭望塔的各种特征。空心的了望塔。在获得成熟的模型算法后，机器可以快速识别海量照片中的所有空心瞭望塔。对于空心敌塔，目前AI识别准确率已经达到90%。

在长城众多的“家谱”中，暗门是长城中存在的一个“秘密而伟大”的制度。

李哲指着墙上一张清代乾隆年间绘制的地图复制品告诉科技日报记者，这张地图是李岩在国外留学时发现的。上面的长城清晰可见，还标有暗门等军事设施。暗门是根据地形、军事等需要，在长城隐蔽地段开设的小门洞，通向关外的秘密入口。

“暗门里隐藏着长城的秘密，更隐藏着古人的智慧。”李哲表示，这样的研究过去很少见。

通过人工筛选结合人工智能搜索，研究人员发现了130多处暗门实物遗骸。他们不仅对图片进行了分析，还实地考察了其中的一些，发现每一个暗门都与当地的地形高度吻合，其结构也根据需要而变化。“不得不佩服古人的设计。暗门的设置非常灵活，比如旋转暗门。这样可以保证在马市这样的场景中，暗门可以挡住马匹，保护另一边的人不被马匹撞击。”李哲说道。

在所有发现的暗门中，最令团队兴奋的发现是突出的门。

“并且，在方便士兵出入的地方，挖一个入城门，并在城外留出数尺，以备出兵攻敌。”早在春秋战国时期，第《墨子·备突》章就有对图们的专门描述。唐、宋、明、清各代学者都曾著述过图们，但此前并未发现相应的实物证据。

“设置土门是为了实施奇袭战术。清末著名学者魏源曾形容土门为‘藏于九地之下为暗，移于九天之上为突然袭击。’”宇坤解释说，这是在暗路外面铺设了一批砖头，用于伪装。奇袭时，士兵可以冲破薄薄的砖墙，给敌人一个措手不及。

通过照片，队员们发现了城墙被攻破后留下的洞痕。这些洞口呈锯齿状，而不是普通暗门预先设计建造的规则结构。“我们不确定是门突出还是损坏，经过现场勘察，我们收集了洞口内外的实景照片，经过三维建模，将里面和外面统一成一个模型，最终确定这是一扇凸门。”李哲感慨地说，图门的发现和隐门家族的梳理，都离不开“全尺寸实景三维数据库”。长城。”

到目前为止，团队已根据古代地图确认了总计不少于220个暗门，并发现了130多处实物遗骸。在明代官方史料中已发现“伏祖制，侧墙下留有许多暗门”的明确记载，从而无论实物还是文献证据都证实了第三级暗门的存在。海关清关设施，位于大门和入口下方。

目前，该团队正在对长城防御系统的各个子系统进行全面审查，例如堡垒、烽火台、哨所、贸易设施和边墙等。