北京建筑大學(xué)城市大數(shù)據(jù)應(yīng)用研究中心內(nèi)，幾臺(tái)電腦正實(shí)時(shí)顯示著居庸關(guān)、黃花城等8個(gè)長(zhǎng)城點(diǎn)位的氣象和振動(dòng)數(shù)據(jù)。屏幕上的曲線不斷波動(dòng)，猶如一條條生命的脈搏，記錄著長(zhǎng)城的“健康”狀況。大數(shù)據(jù)中心的研究員們正通過這些數(shù)據(jù)，悄然守護(hù)著長(zhǎng)城的穩(wěn)定與安全。

作為中華民族的文化瑰寶和歷史的見證，長(zhǎng)城保護(hù)工作一直備受關(guān)注。在長(zhǎng)城保護(hù)工作中，墻體的形變、殘損監(jiān)測(cè)、病害發(fā)展預(yù)判等內(nèi)容的研究，對(duì)預(yù)防性保護(hù)具有重要支撐作用，有待加強(qiáng)探索和發(fā)展。通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)長(zhǎng)城的形變和殘損情況，有利于及時(shí)發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)城本體潛在的安全隱患，為制定針對(duì)性保護(hù)措施提供科學(xué)依據(jù)。

近年來，北京建筑大學(xué)走在國內(nèi)前列，率先開展了基于北斗衛(wèi)星、氣象數(shù)據(jù)等多模態(tài)融合的長(zhǎng)城形變監(jiān)測(cè)技術(shù)研究，開啟了長(zhǎng)城預(yù)防性保護(hù)的新篇章。

2022年，讀研三的我開始跟著學(xué)院的劉飛教授做《懷柔區(qū)長(zhǎng)城環(huán)境振動(dòng)災(zāi)害監(jiān)測(cè)項(xiàng)目》。初期，我主要對(duì)采集的北斗衛(wèi)星數(shù)據(jù)作一點(diǎn)分析。在數(shù)據(jù)分析過程中，我發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)有趣的現(xiàn)象：第一個(gè)是靠近道路監(jiān)測(cè)站的監(jiān)測(cè)北斗和加速度計(jì)時(shí)間序列比遠(yuǎn)離道路的監(jiān)測(cè)站數(shù)據(jù)振動(dòng)幅度大，白天的數(shù)據(jù)也明顯比夜晚的數(shù)據(jù)振動(dòng)幅度大，這驗(yàn)證了前期項(xiàng)目設(shè)計(jì)的猜想，說明地面交通振動(dòng)的確會(huì)影響長(zhǎng)城的穩(wěn)定性；第二個(gè)是有一次特大雷暴天氣中，數(shù)據(jù)出現(xiàn)了大幅跳動(dòng)，直覺告訴我，這不僅僅是數(shù)據(jù)異常，更可能是長(zhǎng)城健康狀況的警報(bào)。

劉教授建議我深入研究這些異常與氣象環(huán)境之間的聯(lián)系。于是，我和團(tuán)隊(duì)開始了長(zhǎng)達(dá)數(shù)月的深入分析。我們監(jiān)測(cè)了大風(fēng)、微震、雨雪、四季溫度等多種自然因素對(duì)長(zhǎng)城的影響。數(shù)據(jù)逐漸呈現(xiàn)出一個(gè)令人不安的趨勢(shì)：長(zhǎng)城的某些部分正受到自然災(zāi)害和人類活動(dòng)的雙重威脅，情況比人們預(yù)想的更加嚴(yán)峻。這些發(fā)現(xiàn)讓我意識(shí)到，長(zhǎng)城保護(hù)工作刻不容緩。我開始思考，如何利用技術(shù)手段，更加精確地監(jiān)測(cè)和保護(hù)這座古老的建筑。

在博士階段，我參與了多模態(tài)融合的長(zhǎng)城形變監(jiān)測(cè)技術(shù)研究。我們團(tuán)隊(duì)基于北斗衛(wèi)星定位、加速度計(jì)振動(dòng)監(jiān)測(cè)以及氣象監(jiān)測(cè)等多種技術(shù)手段，構(gòu)建了多模態(tài)耦合的形變監(jiān)測(cè)技術(shù)體系。利用北斗衛(wèi)星的高精度定位能力和加速度計(jì)對(duì)微小形變的敏感性，我們實(shí)現(xiàn)了對(duì)長(zhǎng)城重要監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的位移和頻率的形變監(jiān)測(cè)。

我們?cè)趹讶岷筒綐?gòu)建了4個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)和8個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，其中昌平地區(qū)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)集成了北斗、加速度、小型氣象站、5G通信和視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了多模態(tài)的融合監(jiān)測(cè)。通過獲取的數(shù)據(jù)深入分析了車輛、降雨、風(fēng)、溫度和雷電等自然氣象條件對(duì)長(zhǎng)城形變的影響。

通過對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)性分析，我們揭示了這些影響因子對(duì)長(zhǎng)城形變的影響規(guī)律。這一研究成果為制定針對(duì)性的保護(hù)措施提供了科學(xué)依據(jù)，有助于減少自然氣象條件對(duì)長(zhǎng)城的損害。

團(tuán)隊(duì)又聯(lián)合北京市文物局利用無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量系統(tǒng)，獲取了北京市優(yōu)于0.05米分辨率350余公里的明長(zhǎng)城高分辨影像，制作了長(zhǎng)城的正射影像和實(shí)景三維模型，初步構(gòu)建了北京長(zhǎng)城數(shù)字孿生底座。這不僅為長(zhǎng)城的保護(hù)展示提供了直觀、立體的數(shù)字展示模型，更為長(zhǎng)城墻體殘損的識(shí)別、分類提供了數(shù)據(jù)支持。通過后續(xù)多頻次的數(shù)字信息獲取，我們逐步實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)城墻體殘損變化的自動(dòng)比對(duì)識(shí)別，為長(zhǎng)城遺產(chǎn)病害的快速研判提供數(shù)據(jù)支持。

為了更好地識(shí)別和分類長(zhǎng)城的殘損情況，團(tuán)隊(duì)探索了基于人工智能技術(shù)的長(zhǎng)城坍塌、缺失等殘損智能化識(shí)別與分類技術(shù)。我們基于無人機(jī)數(shù)據(jù)，初步構(gòu)建了近100公里的明長(zhǎng)城坍塌、缺失等殘損庫，為智能化算法模型的訓(xùn)練和研究提供了豐富的數(shù)據(jù)支持。利用深度學(xué)習(xí)算法，我們建立了殘損智能化監(jiān)測(cè)模型，能夠自主識(shí)別長(zhǎng)城的殘損情況。經(jīng)過測(cè)試，模型的識(shí)別正確率優(yōu)于80%。隨著數(shù)據(jù)的不斷豐富和技術(shù)的不斷優(yōu)化，這一指標(biāo)有望進(jìn)一步提升。

長(zhǎng)城不僅僅是一座古老建筑，更是中華民族的精神象征。保護(hù)長(zhǎng)城就如同守護(hù)我們的家園，它需要科研工作者們付出耐心和智慧。我堅(jiān)信，在科學(xué)技術(shù)的支持下，我們必定能守護(hù)好這座古老的文化瑰寶。

責(zé)任編輯：刁雅琴