揭秘長城“暗門家族”

在長城眾多“家族圖譜”中，暗門是存在于長城中的一套“隱秘而偉大”的系統(tǒng)。它是一種矮小門洞，會根據(jù)地勢、軍事等需求開設(shè)在長城隱蔽段落，是朝向關(guān)外的秘密出入口。目前，已確認暗門不少于220處。

從2003年開始，李哲所在的天津大學(xué)建筑學(xué)院張玉坤教授團隊就與長城結(jié)緣。

4年多時間，團隊跨越10個省區(qū)，對明長城全線進行無盲區(qū)數(shù)字化測繪，采集到200多萬張實景圖片，并建立“長城全線實景三維數(shù)據(jù)庫”，目前已覆蓋90%的人工墻體段，并已擴展到漢、北朝、唐、宋、清等多朝代遺存。

無人機測繪輕松采集長城海量實景圖

此前，有關(guān)長城的細節(jié)、設(shè)施調(diào)查比較缺乏。比如，長城病害的全線分布位置在哪兒，長城的細節(jié)構(gòu)造、設(shè)施和裝飾等。長城全線實景三維圖像的采集工程正是要補上這缺少的一環(huán)。

天津大學(xué)建筑學(xué)院研究員李哲表示，之前的資源調(diào)查工作平均每公里只獲得8張代表性照片，而此項工程每公里需要采集300張距離均勻且多角度的照片。

長城蜿蜒數(shù)千公里，大多地處偏遠，多盤踞在險峻陡峭之地，使用衛(wèi)星、載人飛機等高空遙感測繪手段，很難拍攝到長城的各個面。且由于城墻在三維空間上扭曲分布，觀測者身處其中無法判斷整體布局。因此，張玉坤團隊將無人機低空信息采集技術(shù)應(yīng)用其中。

據(jù)李哲介紹，無人機能沿著蜿蜒的墻體，對長城的側(cè)面、頂面甚至是敵樓室內(nèi)進行詳細的探察。作為載體，無人機還能攜帶不同的傳感器變身不同功能的測繪設(shè)備。

“無人機+普通相機”可以進行拍攝、航測；“無人機+紅外相機”可以對長城進行熱輻射量成像，從而探察長城的一些內(nèi)部構(gòu)造或者隱藏設(shè)施；“無人機+激光雷達”可以用激光從空中掃描樹下遺跡，再通過技術(shù)手段把樹的數(shù)據(jù)“剝離”出去，就可以清晰地看到隱藏在樹下的長城圖像。

相比傳統(tǒng)測繪手段，用無人機測繪飛上一圈只需要10分鐘，就能把數(shù)據(jù)完整地采集到。

“長城全線實景三維數(shù)據(jù)庫”

據(jù)介紹，在“長城全線實景三維數(shù)據(jù)庫”中，可以將長城放大到厘米級清晰度，每一條磚縫都能看清楚，世界上沒有任何一個國家有這種連續(xù)的長城數(shù)據(jù)庫。

與此同時，基于建筑學(xué)專業(yè)的建筑構(gòu)造知識，編輯處理、量化分析無人機低空攝影測量獲得的實景三維模型，就可以將其應(yīng)用于病害分析、場景復(fù)原等工作。

“實景三維模型本身就非常有價值，長城墻體坡度、尺寸測量、病害情況等全線統(tǒng)計都依賴于三維模型，因此用途非常廣泛。”李哲說，“比如把已知的近年來長城塌損事件發(fā)生的位置統(tǒng)計出來，再結(jié)合三維模型就能發(fā)現(xiàn)塌損規(guī)律：都是在山體陡峭段到平緩段的轉(zhuǎn)折點出現(xiàn)的塌損，這樣就可以揭示病害成因。”

此外，還可以在實景三維模型的基礎(chǔ)上，人工搭建出已經(jīng)缺失的結(jié)構(gòu)。目前，長城上很多木構(gòu)空心敵樓都只剩下四面外墻，用人工建模可以補齊內(nèi)部的木梁柱結(jié)構(gòu)，由內(nèi)到外地還原出空心敵樓的全貌。人工建模的過程通過渲染生成視頻或者動畫，讓已經(jīng)被歲月侵蝕的長城再次生機勃勃地“活”過來。

這些三維立體模型還可以通過3D打印技術(shù)制作出實體模型，把長城實景惟妙惟肖地“搬到”博物館中，配合講解讓觀看者一目了然。

長城隱秘而偉大的“家族圖譜”

張玉坤介紹，長城不僅僅是“一道墻”，長城防御系統(tǒng)包括鎮(zhèn)城、路城、衛(wèi)城、所城、堡城、驛傳系統(tǒng)、烽燧、屯田系統(tǒng)、關(guān)隘關(guān)口、敵臺、墻體等多個子系統(tǒng)。之前受限于技術(shù)，長城龐大的“家族”一直未被進行過系統(tǒng)性梳理。而長城全線實景三維數(shù)據(jù)庫的建立以及人工智能（AI）的輔助應(yīng)用，為這項龐大的、系統(tǒng)性梳理工作提供了可能。

在長城眾多“家族圖譜”中，暗門是存在于長城中的一套“隱秘而偉大”的系統(tǒng)。它是一種矮小門洞，會根據(jù)地勢、軍事等需求開設(shè)在長城隱蔽段落，是朝向關(guān)外的秘密出入口。

李哲介紹，暗門藏著長城的秘密，更蘊含著古人的智慧。通過人工篩查結(jié)合AI搜索，研究人員發(fā)現(xiàn)了130多處暗門實物遺存。他們不僅對圖片進行了分析，還進行了實地考察，發(fā)現(xiàn)每一處暗門都與當(dāng)?shù)氐匦胃叨绕鹾希移錁?gòu)造根據(jù)需求各不相同。比如轉(zhuǎn)折型暗門，可以阻擋馬匹，保護另一側(cè)的人員不會受到馬匹的沖擊。

在發(fā)現(xiàn)的暗門中，最有價值的是突門。“突門是用來實施突襲戰(zhàn)術(shù)而設(shè)置的。清晚期著名學(xué)者魏源曾用‘藏于九地之下為暗，動于九天之上為突來描寫突門。”張玉坤解釋，突門就是在暗道外面砌上一皮磚，以起到偽裝作用。突襲時，士兵擊碎這層薄磚墻就可破墻而出，打敵軍一個措手不及。

通過照片，團隊成員在一處城墻上發(fā)現(xiàn)有擊破后的破洞狀遺存，破洞呈參差不齊的狀態(tài)。團隊成員采集了洞口內(nèi)外側(cè)的實景照片，并進行三維立體建模，把內(nèi)外側(cè)統(tǒng)一到一個模型中，最終確定這就是突門。

截至目前，團隊結(jié)合古代輿圖已確認共計不少于220處暗門，證明了明代官方史料中“夫祖制，邊墻下多留暗門”的真實性。目前，團隊正在對長城防御體系的堡寨城池、烽傳線路、驛傳線路、貿(mào)易設(shè)施、邊緣墻體等各子系統(tǒng)進行全面梳理。

（《科技日報》）