借无人机摸清建筑遗产家底

无人机在勘测清东陵中的惠陵

　　即将消失的古村落、古建筑如何以数字化形式保存？能否让传统村落保护工作搭上科技快车？2016年12月由文化部批准成立的建筑文化遗产传承信息技术文化部重点实验室正在探索答案。他们利用最新测绘技术，特别是将新兴的无人机等航拍设备运用到建筑遗产测量工作中，为我国文保工作带来诸多启示。

　　专注长城防御体系研究

　　国家测绘局2009年发布的信息显示，中华民族最具代表性的金色名片——明长城全长6259.6千米，其人工墙体中，只有8.2%保存状况尚好，74.1%保存较差或仅余基底部分;保存较好的遗址部分亦存在坍塌、倾覆之虞，成为保护问题最为突出而紧迫的世界文化遗产。

　　2006年，国家文物局启动了“长城保护工程”。实验室主任、时任天津大学建筑学院教授的张玉坤也参与了为长城“摸清家底”的工作。在他的带领下，科研人员在国内率先开展明长城和海防体系的整体性研究。除了采用传统考古学的调查方法外，他们还充分利用现代测绘技术，如GPS定位系统、红外测距仪等技术手段，同时采用了数码照相、摄像、计算机软件存储等方式获取并存储信息，为相关建筑文化遗产的原真性、整体性保护提供了理论依据和经验借鉴。

　　地形地势是每个长城关隘选址、规划和建设的最主要依据。“长城是很大尺度的线路遗产，谷歌地球等卫星高程数据虽然也能分析战略地形、军事态势、选址特点，但是具体到几十公里范围，比如重要关隘的测绘，卫星等空间分析已经不准确了，需要用无人机获取精度更高的地形和长城位置、走向、重要设施的航测数据，才能准确反映长城在军事防御上的作用。”张玉坤告诉记者，以往对长城的研究和保护重点在其雄伟高大的墙体和重要关隘，实际上，长城是具有高度整体性、系统性及层次性的严密军事防御体系，这种系统防御功能及与周边环境的相互作用，也是长城研究的重点。

　　张玉坤告诉记者，通过多年的研究，已经基本理清了长城的军事防御布局，并将其绘制成图。他和实验室成员们自主研发的长城和建筑文化遗产低空信息技术获得了6项国家专利。

　　争做第一个吃螃蟹的人

　　在天津大学建筑学院一间不大的实验室中，文化部重点实验室副主任李哲指着桌上不起眼的小型无人机说：“人工测绘需要耗费大量时间、人力和物力成本，小型无人机不仅能大大节约成本，还具有小巧轻便、耗资少且贴近建筑拍摄等特性，是用于航拍的大型飞机所不能比拟的。”

　　在运用小型无人机进行遗产测绘方面，李哲等人无疑是“第一个吃螃蟹的人”。早在2003年，李哲等研究人员到陕北对明代边陲军事城堡调研时发现，这些遗址不仅面积大，而且盘踞在山地中，给测绘调研工作带来极大困难，于是他便萌生了进行航拍的想法。在导师张玉坤的支持下，他们开始了探索新领域的征程。

　　随着无人机在明代军事城堡等遗址中的摸索应用，他们发现，无人机的开发和实际应用既要考虑建筑特色对航拍的需求，更涉及到航空动力学、飞行器设计原理、发动机技术、无线电技术、机械加工技术、气象学、摄影美学、测量学等多学科知识。“这也促使我们总结经验，形成了一套跨行业研发的技术路线。”李哲告诉记者。

　　为此，建筑文化遗产传承信息技术文化部重点实验室集合天津大学建筑学院、软件学院、计算机学院等在建筑文化遗产和信息技术方面的学科和技术优势，建立了一个多部门、多学科、多层次的协同体，组建高水平技术队伍，联合培养复合型人才。同时，实验室还拥有国内甚至世界范围内建筑科研单位中最全的无人机成套软、硬件设备，其中涡轮轴无人直升机为自主研发，拥有自主知识产权。

　　通过实地测绘工作，该团队支持了广西左江岩画等多项世界文化遗产的申报工作。今年年初还参与了法属波利尼西亚群岛中的莫瑞亚岛的生态科考与建筑遗产调查项目，揭开了热带雨林中的波利尼西亚悬棺、崖葬遗迹的真容，这也是我国无人机建筑信息采集技术首次走出国门。

　　建立“空地协同”平台

　　今年1月，中共中央办公厅、国务院办公厅印发的《关于实施中华优秀传统文化传承发展工程的意见》，提出加强历史文化名城名镇名村、历史文化街区、名人故居保护和城市特色风貌管理，实施中国传统村落保护工程，做好传统民居、历史建筑、革命文化纪念地、农业遗产、工业遗产保护工作。面对我国传统村落面积大、数量多，测绘费时费力，通常存在植被、违建等地物的遮挡、覆盖等问题，建筑文化遗产传承信息技术文化部重点实验室团队参与其中，借助无人机等科技手段，保障了低空信息采集工作的顺利、高质量实施。

　　“无人机可以获取村落的形状特征，总结我国传统村落的空间形态全貌。另外，通过在数据库中进行对比，为日后的古村落等级定性和价值评估提供了数据支撑。”实验室成员、天津大学建筑学院建筑系副教授李严告诉记者。

　　近年来，结合建筑文化遗产保护重大任务，实验室与遗产地管理部门、国家政策制定部门等相关机构建立密切联系，打造基于信息化采集和数字化测绘等技术的信息管理平台和数据库，完成了“样式雷图文数据库”“颐和园德和园信息管理平台”“明长城整体防御体系GIS数据库”“清东陵全景漫游系统”等多项课题，推动了产学研合作和科技成果转化。