文化和旅游部“建筑文化遗产传承信息技术”重点实验室2019年初开始自主实施“明长城全线图像与三维数据库”建设。
主要外业方法：人员携带微型无人机沿长城线逐段超低空慢速飞行，在20-50米相对高度从长城顶部、内侧、外侧三个方向拍摄（图1），获得同一航线内相邻图像重叠率不低于70%的三航线连续高清图像集（照片空间位置、密度如图2示意）。
主要内业方法：利用摄影测量手段，实现墙体本身与内、外侧微地形的三维测量；在此基础上，引入图像类机器学习技术实现对海量图像的半自动筛选、分类、检索，主要用于分析长城构造、开展病害监测等。
明长城之前尚未采集此种精细度的全线无盲区图像与三维数据，这一工作力求从遗产本体数字化采集与全线跨地域研究层面支撑长城国家文化公园建设。
图1：三航线长城拍摄示意图 图2：照片分布示意
图3 ：明长城（红色）及3000公里覆盖段（绿色）
原计划2020年底完成明长城墙体全部拍摄，但肆虐的疫情拖慢了外业进度。目前已完成墙体拍摄总长度已超过3000公里（图3），在“九边十一镇”各段现有遗存的全部墙体中，拍摄完成的相对比率分别为：
（上表不包括2019年之前重点实验室采集的局部区段图像）
按照上述比例，要拍摄完成5000公里以上人工墙体全部遗存，看来还是“任重而道远”的，不过已获得的60多万张照片已经包含明长城墙体保存状态最好、内容最丰富、“秘密”蕴含最为富集的区段，已经可以用来做相当多的全线遗产成果编辑、数据统计工作，例如可以用摄影测量软件将密集图片转化为三维数据（图4），可以用于在线游览，更可以测量遗产尺度，用于支撑长城本体研究。
图4 ：陕西明长城五里墩三维数据截屏视频
对于海量照片集，还应该建设图像网络浏览系统，以快速检索已有的60多万张照片。
重点实验室建设图像在线浏览系统的思路是（图5）：编写程序批量读取照片EXIF中的经纬度信息，基于webGIS的相关开源库把图像按照经纬度坐标的位置展示在编写好的前端页面中（图6），通过页面接收用户对坐标的选择操作，调用不同的webGIS服务，从数据库中读取图片，并把搜索结果通过页面反馈给用户，实现对于60多万张图片坐标的快速检索。
图5 ：基于OpenCV和WebGIS的长城图像空间数据管理平台流程图
图6：图像浏览系统早期版本截屏
不计三维模型，仅照片一项的存储容量目前就已超过6TB。假定一位长城爱好者使用5G高速网络，从照片文件读取、快速浏览完毕，到切换读取下一张照片共需要3秒钟，而一天可以坚持浏览6小时，那么“翻看”完图像库现有明长城照片需要长达3个月之久，据此推测今后一个人看完全部图像及三维数据，可能用时超过半年。
长城全线海量素材对长城管理单位、专业研究人员、监测技术团队、长城文化公园开发建设者、长城达人有价值，但不适合面对公众作为网络在线交流的最终成果，在高清图像与三维数据的基础上，重点实验室计划建设“建筑知识库”，以揭示如下长期存在的命题：
1. 明长城全线暗门数量分布、样式类别、构造特点、功能用途全面揭示；
2. 明长城全线最陡峭墙体比较及各陡峻墙段的遗产景观特征差异；
3. 明长城全线空心敌楼最富集区段量化统计、成因解析及其游赏视效模拟；
……
这些统计结论与分析几近完成，此外还有其他很多有趣的议题，比如“全线最高大的敌楼是哪一处”、“等级规制最高的铺房是怎样的”、“最特殊的登城道”、“保存最完整的战墙”、“最长的吐水（古代排水管）”、“敌楼箭窗的数量和样式有多少”、“五彩的长城材料”、“遗存中体现的建造智慧”，以及“长城上拍摄到的野生动物”、“墙体上的特定植物”等，甚至包括“长城设计建造难免之瑕及其成因、分布”等各种与长城设计、建造、使用、环境相关的题目，都值得在全线图像与三维数据库的基础上加以分析总结。数据库按照统一标准拍摄的图像和全线三维测量数据将成为重要的佐证材料。
这些各自独立的小题目不仅可以准确、直观回答公众感兴趣的长城建筑话题，汇总之后还可以为长城知识库的建筑类目添砖加瓦，我们对长城的认知，将从概貌了解深入详实，从区段个例扩展到全线视野，为已知的长城家底建立“家底明细账”。
文化和旅游部“建筑文化遗产传承信息技术”重点实验室也热切期望与长城及建筑文化遗产相关团队或学者建立长期的交流协作。
暗夜过去，晨光中，我们沿着长城继续前行（图7）。
图7：日出之前，摄氏零下20度，实验室同学已走在长城之上（2020.1.4河北涞源）
