為長城數字“診脈”

北京建筑大學城市大數據應用研究中心內，幾臺電腦正實時顯示著居庸關、黃花城等8個長城點位的氣象和振動數據。屏幕上的曲線不斷波動，猶如一條條生命的脈搏，記錄著長城的“健康”狀況。大數據中心的研究員們正通過這些數據，悄然守護著長城的穩定與安全。

作為中華民族的文化瑰寶和歷史的見證，長城保護工作一直備受關注。在長城保護工作中，墻體的形變、殘損監測、病害發展預判等內容的研究，對預防性保護具有重要支撐作用，有待加強探索和發展。通過實時監測長城的形變和殘損情況，有利于及時發現長城本體潛在的安全隱患，為制定針對性保護措施提供科學依據。

近年來，北京建筑大學走在國內前列，率先開展了基于北斗衛星、氣象數據等多模態融合的長城形變監測技術研究，開啟了長城預防性保護的新篇章。

2022年，讀研三的我開始跟著學院的劉飛教授做《懷柔區長城環境振動災害監測項目》。初期，我主要對采集的北斗衛星數據作一點分析。在數據分析過程中，我發現了兩個有趣的現象：第一個是靠近道路監測站的監測北斗和加速度計時間序列比遠離道路的監測站數據振動幅度大，白天的數據也明顯比夜晚的數據振動幅度大，這驗證了前期項目設計的猜想，說明地面交通振動的確會影響長城的穩定性；第二個是有一次特大雷暴天氣中，數據出現了大幅跳動，直覺告訴我，這不僅僅是數據異常，更可能是長城健康狀況的警報。

劉教授建議我深入研究這些異常與氣象環境之間的聯系。于是，我和團隊開始了長達數月的深入分析。我們監測了大風、微震、雨雪、四季溫度等多種自然因素對長城的影響。數據逐漸呈現出一個令人不安的趨勢：長城的某些部分正受到自然災害和人類活動的雙重威脅，情況比人們預想的更加嚴峻。這些發現讓我意識到，長城保護工作刻不容緩。我開始思考，如何利用技術手段，更加精確地監測和保護這座古老的建筑。

在博士階段，我參與了多模態融合的長城形變監測技術研究。我們團隊基于北斗衛星定位、加速度計振動監測以及氣象監測等多種技術手段，構建了多模態耦合的形變監測技術體系。利用北斗衛星的高精度定位能力和加速度計對微小形變的敏感性，我們實現了對長城重要監測點位的位移和頻率的形變監測。

我們在懷柔和昌平構建了4個基準點和8個監測點，其中昌平地區的監測點集成了北斗、加速度、小型氣象站、5G通信和視頻監測系統，實現了多模態的融合監測。通過獲取的數據深入分析了車輛、降雨、風、溫度和雷電等自然氣象條件對長城形變的影響。

通過對監測數據的關聯性分析，我們揭示了這些影響因子對長城形變的影響規律。這一研究成果為制定針對性的保護措施提供了科學依據，有助于減少自然氣象條件對長城的損害。

團隊又聯合北京市文物局利用無人機傾斜攝影測量系統，獲取了北京市優于0.05米分辨率350余公里的明長城高分辨影像，制作了長城的正射影像和實景三維模型，初步構建了北京長城數字孿生底座。這不僅為長城的保護展示提供了直觀、立體的數字展示模型，更為長城墻體殘損的識別、分類提供了數據支持。通過后續多頻次的數字信息獲取，我們逐步實現長城墻體殘損變化的自動比對識別，為長城遺產病害的快速研判提供數據支持。

為了更好地識別和分類長城的殘損情況，團隊探索了基于人工智能技術的長城坍塌、缺失等殘損智能化識別與分類技術。我們基于無人機數據，初步構建了近100公里的明長城坍塌、缺失等殘損庫，為智能化算法模型的訓練和研究提供了豐富的數據支持。利用深度學習算法，我們建立了殘損智能化監測模型，能夠自主識別長城的殘損情況。經過測試，模型的識別正確率優于80%。隨著數據的不斷豐富和技術的不斷優化，這一指標有望進一步提升。

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

責任編輯：刁雅琴