圖為利用數字技術展示大庄科長城不同保護方式的示意圖。北京未名文博文化科技有限公司供圖

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　　長城是中華民族的代表性符號和中華文明的重要象征，必須保護好、傳承好這一歷史文化遺產。實時遠程監控、高精度三維模型、深度學習算法……北京先后開展120余項長城保護工程，越來越多數字技術被應用到長城保護和研究中，使其在新時代煥發新活力、綻放新光彩。

　　雄偉壯麗的八達嶺長城、險峻雄奇的箭扣長城、構造精巧的司馬台長城……北京境內的長城蜿蜒起伏，建造堅固，是萬裡長城的重要組成部分。

　　自2000年以來，北京先后開展120余項長城保護工程，成立全國首個長城保護修復實踐基地，啟動長城研究性修繕項目、長城形變與殘損監測項目等，越來越多數字技術被應用到長城保護和研究中，讓古老的文化遺產綻放時代光彩。

　　數字化記錄

　　為長城建立全周期數字檔案

　　北京延慶區，大庄科長城內外綠意盎然、生機勃勃。“看，這是雲攝像頭，那是雨量、風力、溫濕度傳感器。”循著北京未名文博文化科技有限公司研究中心主任劉保山手指的方向，可見城牆兩側安裝著4組設備，“這樣就可以實時遠程監控。”

　　50多公裡之外，在北京未名文博文化科技有限公司“文物數字化檔案與健康管理”平台上，點擊進入“大庄科段長城研究性修繕項目”，電子屏最上側顯示項目涉及的文物數量、全景數據、項目進度、巡檢記錄，左下角是安裝在項目現場的攝像頭拍攝的實時畫面。

　　2022年，延慶區啟動大庄科段長城研究性修繕項目。“項目採取考古、研究、結構、材料、植物、勘察、設計、施工等多專業全過程協同、科學實驗全過程跟進、數字化全過程跟蹤記錄及動態檔案管理的模式。”北京長城文化研究院常務副院長湯羽揚介紹。

　　這一項目與傳統的工程檔案不同，以工程前期考古工作為例，研究人員選取考古發掘前、場地清理后、考古進行中、考古結束后4個時間點，對大庄科長城本體及周邊環境進行數字信息採集。在三維數字模型中，大到牆體周邊的地貌、植被，小到敵台文字磚上的銘文，都被詳細記錄。“通過數字化採集、全過程記錄，可以對比長城在考古過程中發生的變化，讓不可逆的考古過程在數字世界裡可逆，同時為后期的修繕設計、相關研究提供資料。”劉保山介紹。

　　除了長城本體的三維空間數據，研究人員還在大庄科長城上布設智能物聯網設備，以人工智能打卡和慢直播定幀的方式保存了修繕項目的實施過程和周邊植被的生長情況，為研究工程實施及周邊生態環境對長城的影響提供了數據支撐。

　　在此基礎上，研究團隊推出大庄科長城雲展覽，讓觀眾仿佛置身現場，感受明長城曾經的雄偉與壯觀，欣賞長城的四季美景，觀摩修繕工程的全過程。

　　延慶區還利用無人機傾斜攝影和紅外線高空測繪對長城進行建模，完成全區所有磚石長城2厘米精度的三維模型。“高精度三維模型的建立，實現了長城數字化管理。”延慶區博物館（文物管理所）副館長於海寬介紹，“我們將依托現有成果，利用虛擬現實、增強現實、數字全息技術、沉浸體驗等，開發適合多人群的長城數字應用場景。”

　　數字化監測

　　自動判別長城形變情況

　　北京建筑大學城市大數據應用研究中心內，幾台電腦實時顯示著居庸關、黃花城等8個長城點位的氣象和振動等信息。

　　受自然侵蝕風化、人類生產生活和歷史環境變遷等多重因素影響，長城的許多點位已損毀，有的瀕臨垮塌，有的地面部分消失殆盡。

　　保護刻不容緩。近年來，北京長城文化研究院在國內率先開展了基於北斗、氣象等多模態融合的長城形變監測技術研究，在長城預防性保護方面進行探索。

　　“通過實時監測長城的形變情況，有利於及時發現長城本體潛在的安全隱患，為科學制訂預防性措施提供依據。”北京建筑大學城市大數據應用研究中心副教授劉飛介紹。

　　利用無人機傾斜攝影技術，研究人員獲取了352公裡北京長城的影像，制作了精細的正射影像和實景三維模型，構建了約100公裡長城現存形態數據庫。利用深度學習算法，開發了長城形態智能化識別模型，能夠自主識別長城形態特征，包括坍塌、缺失等不同類型的損傷。經過測試，模型的識別正確率高於80%。后期將通過年度數據智能化識別對比，快速了解長城形態變化，及時採取針對性措施。

　　團隊還深入分析了車輛、降雨、風、溫度、雷電等自然氣象條件對長城形變的影響，構建長城變形災害雲監測技術體系，實時感知長城振動和形變情況，進行風險預警。

　　利用“北斗+加速度計”振動監測技術，研究人員在北京懷柔區開展了為期兩年的“長城環境振動災害監測”研究，積累了大量長城牆體振動頻率、變形位移等數據信息。“一系列研究成果為制定針對性的長城保護措施提供了科學依據，有助於減少自然氣象條件對長城的損害。”劉飛表示。

　　預防性保護已經在更大范圍內啟動。2023年，北京市文物局聯合北京建筑大學，首次啟動全域長城航拍監測，已完成密雲區和延慶區長城資源的航拍和數據分析。預計今年年內，北京地區的磚石質長城將全部完成航拍監測和數字三維建模，未來有望用圖像識別、大數據分析實現形態變化智能化自動識別監測，根據長城形態變化，診斷“病情”的嚴重程度，有針對性地提出“治療”方案。

　　微痕提取

　　破解長城碑刻的密碼

　　北京延慶區四海鎮，山巒疊翠，九眼樓長城氣勢磅礡。拾級而上，隻見數塊殘損的石碑嵌於牆上，其中一塊石碑的表面幾乎沒有肉眼能夠辨識的文字。

　　“上下兩千年，縱橫數萬裡”，長城是我國現存體量最大、分布最廣的文化遺產，矗立在長城沿線的一塊塊石碑記錄著長城修筑、屯戍的歷史，以及沿線政治、軍事、經濟、文化和社會發展情況，是彌足珍貴的歷史資料。

　　然而，由於歲月滄桑、風雨侵蝕，許多長城碑刻字跡近乎湮沒。2022年，北京長城文化研究院、北京北建大建筑設計研究院與新維暢想數字科技（北京）有限公司組成課題組，對延慶區54塊長城碑刻進行了數字化採集，並對碑文進行微痕提取及分析研究。

　　北京北建大建筑設計研究院副總工程師倪越介紹，微痕提取是使用高精度三維激光掃描儀、高清相機等專業設備，通過無接觸、無損傷的方式對碑刻進行掃描、拍攝，再經過專業算法對採集的三維點雲和二維圖像數據進行處理，從而使那些人眼難以識別的模糊文字重新被“看見”。

　　相較以往採用實物拓片的方法來獲取碑文信息，微痕提取既可以無接觸採集信息，又做到了最大限度還原信息。

　　就這樣，九眼樓長城一塊石碑上記錄的歷史場景漸漸“清晰”起來：萬歷十八年（1590年）冬日，山西按察使孫化龍陪同宣府巡撫郭四維，沿小道登上火焰山九眼樓，眼望長城壯闊的冬日美景，詩興大發，慨然而作……

　　54塊長城石碑中，包括城工碑、閱視鼎建碑、詩碑、門額、廟碑等多個類型，碑上文字約1萬余個，超過1/4的文字需要進一步確認識別，最終經微痕提取技術直接識別1000余字。

　　“長城碑刻研究對於了解長城的修建歷程、營造規制、工程規模與投入、邊塞詩歌以及民俗文化都具有重要意義。”湯羽揚表示，未來，研究團隊將在長城持續開展更多更深入的研究探索和保護實踐，讓長城這一世界文化遺產的價值得到更為全面的解讀與闡釋。

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