文/柳絮（北京建筑大学）
作为中华民族的文化瑰宝和历史的见证，长城保护工作一直备受关注。在长城保护工作中，墙体的形变、残损监测、病害发展预判等内容的研究，对预防性保护具有重要支撑作用，有待加强探索和发展。通过实时监测长城的形变和残损情况，有利于及时发现长城本体潜在的安全隐患，为制定针对性保护措施提供科学依据。
近年来，北京建筑大学走在国内前列，率先开展了基于北斗卫星、气象数据等多模态融合的长城形变监测技术研究，开启了长城预防性保护的新篇章。
2022年，读研三的我开始跟着学院的刘飞教授做《怀柔区长城环境振动灾害监测项目》。初期，我主要对采集的北斗卫星数据作一点分析。在数据分析过程中，我发现了两个有趣的现象：第一个是靠近道路监测站的监测北斗和加速度计时间序列比远离道路的监测站数据振动幅度大，白天的数据也明显比夜晚的数据振动幅度大，这验证了前期项目设计的猜想，说明地面交通振动的确会影响长城的稳定性；第二个是有一次特大雷暴天气中，数据出现了大幅跳动，直觉告诉我，这不仅仅是数据异常，更可能是长城健康状况的警报。
刘教授建议我深入研究这些异常与气象环境之间的联系。于是，我和团队开始了长达数月的深入分析。我们监测了大风、微震、雨雪、四季温度等多种自然因素对长城的影响。数据逐渐呈现出一个令人不安的趋势：长城的某些部分正受到自然灾害和人类活动的双重威胁，情况比人们预想的更加严峻。这些发现让我意识到，长城保护工作刻不容缓。我开始思考，如何利用技术手段，更加精确地监测和保护这座古老的建筑。
在博士阶段，我参与了多模态融合的长城形变监测技术研究。我们团队基于北斗卫星定位、加速度计振动监测以及气象监测等多种技术手段，构建了多模态耦合的形变监测技术体系。利用北斗卫星的高精度定位能力和加速度计对微小形变的敏感性，我们实现了对长城重要监测点位的位移和频率的形变监测。
我们在怀柔和昌平构建了4个基准点和8个监测点，其中昌平地区的监测点集成了北斗、加速度、小型气象站、5G通信和视频监测系统，实现了多模态的融合监测。通过获取的数据深入分析了车辆、降雨、风、温度和雷电等自然气象条件对长城形变的影响。
通过对监测数据的关联性分析，我们揭示了这些影响因子对长城形变的影响规律。这一研究成果为制定针对性的保护措施提供了科学依据，有助于减少自然气象条件对长城的损害。
团队又联合北京市文物局利用无人机倾斜摄影测量系统，获取了北京市优于0.05米分辨率350余公里的明长城高分辨影像，制作了长城的正射影像和实景三维模型，初步构建了北京长城数字孪生底座。这不仅为长城的保护展示提供了直观、立体的数字展示模型，更为长城墙体残损的识别、分类提供了数据支持。通过后续多频次的数字信息获取，我们逐步实现长城墙体残损变化的自动比对识别，为长城遗产病害的快速研判提供数据支持。
为了更好地识别和分类长城的残损情况，团队探索了基于人工智能技术的长城坍塌、缺失等残损智能化识别与分类技术。我们基于无人机数据，初步构建了近100公里的明长城坍塌、缺失等残损库，为智能化算法模型的训练和研究提供了丰富的数据支持。利用深度学习算法，我们建立了残损智能化监测模型，能够自主识别长城的残损情况。经过测试，模型的识别正确率优于80%。随着数据的不断丰富和技术的不断优化，这一指标有望进一步提升。
长城不仅仅是一座古老建筑，更是中华民族的精神象征。保护长城就如同守护我们的家园，它需要科研工作者们付出耐心和智慧。我坚信，在科学技术的支持下，我们必定能守护好这座古老的文化瑰宝。
责任编辑：刁雅琴
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