数字技术与长城保护免费word版.docx

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作者

数字技术与长城保护

一、引言

长城是中国也是世界上修建时间最长、工程量最大的一项古代防御工程。

自公元前7-8世纪开始，延续不断修筑了2000多年，被称之为“上下两千多年，纵横十万余里”，被列为中古世界七大奇迹之一。

长城修筑的历史长城修筑的历史可上溯到公元前9世纪的西周时期，为了与后来秦始皇所修万里长城区别，史家称之为“先秦长城”。

秦始皇为了巩固统一帝国的安全和生产的安定，防御北方强大匈奴游牧民族奴隶主的侵扰，便大修长城。

“西起临洮，东止辽东，蜿蜒一万余里”，从此便有了万里长城的称号。

由于年代久远，早期各个朝代的长城大多数都残缺不全，保存得比较完整的是明代修建的长城，所以人们一般谈的长城指的是明长城，所称长城的长度，也就的是明长城的长度，明长城西起嘉峪关，东至鸭绿江畔。

历经2000多年岁月的洗礼之后，长城目前的现状不容乐观。

用夯土和青石垒砌的世界建筑奇观，历经岁月风霜依旧巍然屹立的文化遗产，正面临荒漠化的威胁和人为破坏。

目前沿线许多地方文保人员、经费短缺，普遍没有专门的保护队伍，保护宣传工作没人做。

保护长城这一不可再生的文化遗产绝不能只寄希望于人们的自觉。

据了解，在专家和全社会多年关注下，继北京市制定长城沿线第一部地方性保护法规后，一部全国性的长城保护专门法律目前也在论证之中。

二、长城保护六大诉求

在此现状之下，长城保护会列出了现今长城保护工作的六大诉求：

1、建立全国性、统一的长城管理体系；

2、建立和明确长城研究和修复的学术体系：

建立从文物保护到文化遗产保护的观念；

3、适时修改完善《长城保护条例》；

4、当前中国需要弘扬以长城为代表的中国优秀传统文化，民族需要长城精神；

　　5、充分发挥全社会、国内外的力量，建立长城保护基金会；

6、用现代科学技术，结合传统方法开展长城的监督、保护和合理维护利用工作

在此诉求的基础上，我们发现，现代数字技术对于长城保护具有着重要的意义。

三、数字技术与长城保护

遥感技术、倾斜摄影技术、街景技术、激光雷达扫描技术等如若正式加入长城保护的工作，将能够切实开展长城的资源、损毁情况普查、数字化虚拟网上长城博物馆建设。

接下来，我将对以上四种技术逐一进行简单介绍，并在此基础上浅谈一下其对于长城保护工作的重要意义。

（一）遥感技术

首先是遥感技术。

1、遥感技术简介

遥感是指非接触的，远距离的探测技术。

一般指运用传感器/遥感器对物体的电磁波的辐射、反射特性的探测，并根据其特性对物体的性质、特征和状态进行分析的理论、方法和应用的科学技术。

2、遥感技术系统构成

遥感技术系统是个完整的统一体。

它是建筑在空间技术、电子技术、计算机技术以及生物学、地学等现代科学技术的基础上的，是完成遥感过程的有力技术保证。

遥感是一门对地观测综合性技术，它的实现既需要一整套的技术装备，又需要多种学科的参与和配合，因此实施遥感是一项复杂的系统工程。

根据遥感的定义，遥感系统主要由以下四大部分组成：

①信息源信息源是遥感需要对其进行探测的目标物。

任何目标物都具有反射、吸收、透射及辐射电磁波的特性，当目标物与电磁波发生相互作用时会形成目标物的电磁波特性，这就为遥感探测提供了获取信息的依据。

②信息获取信息获取是指运用遥感技术装备接受、记录目标物电磁波特性的探测过程。

信息获取所采用的遥感技术装备主要包括遥感平台和传感器。

其中遥感平台是用来搭载传感器的运载工具，常用的有气球、飞机和人造卫星等;传感器是用来探测目标物电磁波特性的仪器设备，常用的有照相机、扫描仪和成像雷达等。

③信息处理信息处理是指运用光学仪器和计算机设备对所获取的遥感信息进行校正、分析和解译处理的技术过程。

信息处理的作用是通过对遥感信息的校正、分析和解译处理，掌握或清除遥感原始信息的误差，梳理、归纳出被探测目标物的影像特征，然后依据特征从遥感信息中识别并提取所需的有用信息。

④信息应用信息应用是指专业人员按不同的目的将遥感信息应用于各业务领域的使用过程。

信息应用的基本方法是将遥感信息作为地理信息系统的数据源，供人们对其进行查询、统计和分析利用。

遥感的应用领域十分广泛，最主要的应用有:

军事、地质矿产勘探、自然资源调查、地图测绘、环境监测以及城市建设和管理等。

3、遥感技术优点

遥感技术有着传统技术所无法比拟的四大优点：

①可获取大范围数据资料。

遥感用航摄飞机飞行高度为10km左右，陆地卫星的卫星轨道高度达910km左右，从而，可及时获取大范围的信息。

例如，一张陆地卫星图像，其覆盖面积可达3万多km2。

这种展示宏观景象的图像，对地球资源和环境分析极为重要。

②获取信息的速度快，周期短。

由于卫星围绕地球运转，从而能及时获取所经地区的各种自然现象的最新资料，以便更新原有资料，或根据新旧资料变化进行动态监测，这是人工实地测量和航空摄影测量无法比拟的。

例如，陆地卫星4、5，每16天可覆盖地球一遍，NOAA气象卫星每天能收到两次图像。

Meteosat每30分钟获得同一地区的图像。

③获取信息受条件限制少。

在地球上有很多地方，自然条件极为恶劣，人类难以到达，如沙漠、沼泽、高山峻岭等。

采用不受地面条件限制的遥感技术，特别是航天遥感可方便及时地获取各种宝贵资料。

④获取信息的手段多，信息量大。

根据不同的任务，遥感技术可选用不同波段和遥感仪器来获取信息。

例如可采用可见光探测物体，也可采用紫外线，红外线和微波探测物体。

利用不同波段对物体不同的穿透性，还可获取地物内部信息。

例如，地面深层、水的下层，冰层下的水体，沙漠下面的地物特性等，微波波段还可以全天候的工作。

4、遥感技术原理及应用

遥感技术所获取信息量极大，其处理手段是人力难以胜任的。

例如Landsat卫星的TM图像，一幅覆盖185km×185km地面面积，象元空间分辨率为30m，象元光谱分辨率为28位的图，其数据量约为6000×6000=36Mb。

若将6个波段全部送入计算机，其数据量为：

36Mb×6=216Mb

为了提高对这样庞大数据的处理速度，遥感数字图像技术随之得以迅速发展。

到21世纪初，遥感技术已广泛应用于农业、林业、地质、海洋、气象、水文、军事、环保等领域。

在未来的十年中，预计遥感技术将步入一个能快速，及时提供多种对地观测数据的新阶段。

遥感图像的空间分辨率，光谱分辨率和时间分辨率都会有极大的提高。

其应用领域随着空间技术发展，尤其是地理信息系统和全球定位系统技术的发展及相互渗透，将会越来越广泛。

遥感（RemoteSensing），从广义上说是泛指从远处探测、感知物体或事物的技术。

即不直接接触物体本身，从远处通过仪器（传感器）探测和接收来自目标物体的信息（如电场、磁场、电磁波、地震波等信息），经过信息的传输及其处理分析，识别物体的属性及其分布等特征的技术。

通常遥感是指空对地的遥感，即从远离地面的不同工作平台上（如高塔、气球、飞机、火箭、人造地球卫星、宇宙飞船、航天飞机等）通过传感器，对地球表面的电磁波（辐射）信息进行探测，并经信息的传输、处理和判读分析，对地球的资源与环境进行探测和监测的综合性技术。

当前遥感形成了一个从地面到空中，乃至空间，从信息数据收集、处理到判读分析和应用，对全球进行探测和监测的多层次、多视角、多领域的观测体系，成为获取地球资源与环境信息的重要手段。

遥感在地理学中的应用，进一步推动和促进了地理学的研究和发展，使地理学进入到一个新的发展阶段。

遥感信息应用是遥感的最终目的。

遥感应用则应根据专业目标的需要，选择适宜的遥感信息及其工作方法进行，以取得较好的社会效益和经济效益。

5、遥感信息技术与长城保护

随着空间技术发展，尤其是地理信息系统和全球定位系统技术的发展及相互渗透，使遥感技术在地理学中的应用获得了飞快发展，进一步推动和促进了地理学的研究和发展。

而长城这一历史建筑历经2000年岁月的洗礼，更加需要加以更为先进更为现代化的保护。

由于长城所在区域十分广袤，通过传统的监测技术无法完全覆盖，而遥感技术正可以通过气大范围监测的特点弥补传统监测技术所无法企及的覆盖面。

遥感应用可以根据长城保护的需要，选择适宜的遥感信息及其工作方法进行，提高长城的社会效益和经济效益。

主要的相关遥感信息有如下三点。

①全面普查。

明长城有较好墙体的部分已不到20%，有明显可见遗址的部分已不到30%，墙体和遗址总长不超过2500公里。

在一些人迹罕至、自然条件恶劣的地方，长城实际上已经消失殆尽了。

通过遥感技术全面普查长城保护情况已经刻不容缓。

②环境遥感。

通过环境遥感监控长城所在区域范围内的环境情况，旨在探测和研究区域内环境污染的空间分布、时间尺度、性质、发展动态、对长城的影响和危害程度，以便采取环境保护措施或制订生态环境规划。

③大气遥感。

通过大气遥感监控长城所在区域范围内的大气情况，旨在应用吸收光谱定量分析理论和实验技术，在地面观测透过大气层的太阳紫外和近红外光谱的辐射信号，推算出大气层内臭氧和水汽的总含量。

探测降水、监测台风和风暴等灾害性天气，提前做好预防措施。

④地质遥感。

通过地质遥感监控长城所在区域范围内的地质情况，旨在以各种地质体对电磁辐射的反应作为基本依据，结合其他各种地质资料及遥感资料的综合应用，从而分析、判断一定地区内的地质构造情况。

监测预防可能发生的地震、泥石流等地质灾害对长城的影响。

（二）倾斜摄影技术

然后是倾斜摄影技术

1、倾斜摄影技术简介

倾斜摄影技术是国际测绘领域近些年发展起来的一项高新技术，它颠覆了以往正射影像只能从垂直角度拍摄的局限，通过在同一飞行平台上搭载多台传感器，同时从一个垂直、四个倾斜等五个不同的角度采集影像，将用户引入了符合人眼视觉的真实直观世界。

2、倾斜摄影技术优点

①反映地物周边真实情况

相对于正射影像，倾斜影像能让用户从多个角度观察地物，更加真实的反映地物的实际情况，极大的弥补了基于正射影像应用的不足。

②倾斜影像可实现单张影像量测

通过配套软件的应用，可直接基于成果影像进行包括高度、长度、面积、角度、坡度等的量测，扩展了倾斜摄影技术在行业中的应用。

③建筑物侧面纹理可采集

针对各种三维数字城市应用，利用航空摄影大规模成图的特点，加上从倾斜影像批量提取及贴纹理的方式，能够有效的降低城市三维建模成本。

④数据量小易于网络发布

相较于三维GIS技术应用庞大的三维数据，应用倾斜摄影技术获取的影像的数据量要小得多，其影像的数据格式可采用成熟的技术快速进行网络发布，实现共享应用。

3、倾斜摄影技术与长城保护

航空摄影测量的出现极大地提高了获取长城数据的效率，倾斜摄影测量通过在同一飞行平台搭载多台传感器，从不同的角度采集影像，打破了传统正摄影像只能从一个垂直角度获取影像的局限性，是测量长城的革命性突破，也为快速构建虚拟长城提供了具体的三维数据。

（三）街景技术

1、街景技术简介

用街景技术，用户可通过360度全景查看街道景观，虚拟化地探索城市的各个层面。

这些街景全部是实际拍摄的图片，而不是预先渲染的画面。

街景图片是由一批在车顶安装多镜头摄像机的车辆拍摄而成的，图片质量总体来说还不错，但在某些角度部分图片有些模糊或是曝光不足/过度曝光。

2、街景技术与长城保护

街景技术与倾斜摄影技术，对构建虚拟长城有着非常好的互补作用。

航空摄影测量以及GPS定位车辆摄影测量，打破了传统正摄影像只能从一个垂直角度获取影像的局限性。

（四）激光雷达扫描技术

1、激光雷达扫描技术简介

激光雷达是工作在红外和可见光波段的，以激光为工作光束的雷达称为激光雷达。

它由激光发射机、光学接收机、转台和信息处理系统等组成，激光器将电脉冲变成光脉冲发射出去，光接收机再把从目标反射回来的光脉冲还原成电脉冲，送到显示器。

2、激光雷达扫描技术优点

激光雷达是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统。

从工作原理上讲，与微波雷达没有根本的区别：

向目标发射探测信号（激光束）,然后将接收到的从目标反射回来的信号（目标回波）与发射信号进行比较,作适当处理后,就可获得目标的有关信息,如目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数,从而对飞机、导弹等目标进行探测、跟踪和识别。

3、激光雷达扫描技术与长城保护

激光雷达是一种工作在从红外到紫外光谱段的雷达系统，其原理和构造与激光测距仪极为相似。

激光雷达的作用是能精确测量长城位置（距离和角度）和形状，探测、识别、分辨和跟踪长城各项3D数据。

四、数字技术与长城保护工作的美好未来

保护长城的工作已然刻不容缓。

2014年9月，首届“数字技术与长城保护国际论坛”圆满落幕。

此次论坛是一次大型的、国际性长城保护论坛。

首次把数字遥感等技术、激光雷达扫描技术等最新的科研成果引入到长城的保护工作。

为今后长城保护提供了一个全新的概念。

此次论坛也正式举行数字长城保护工程启动仪式，遥感技术、倾斜摄影技术、街景技术、激光雷达扫描技术等正式加入长城保护的工作来，将开展长城的资源、损毁情况普查，启动数字化虚拟的网上长城博物馆建设。

与此同时，在会议中宣布了成立长城保护公益基金。

长城保护公益基金是由腾讯公益基金会与中国长城学会共同发起创立，旨在为长城保护、交流与文化传播提供有力的财力的支撑。

这也是发挥全社会的力量加入到长城的保护和长城文化事业中来的一个典范。

作为数字长城保护工程中的技术装备：

直升机、动力三角翼、无人机倾斜摄影系统，街景采集车、激光雷达扫描装备等也将陆续投入使用中。

用于采集长城三维影像、街景影像、激光雷达数据等。

至此，长城的保护和调查迈进了一个更高的台阶。

保护长城的工作前景十分美好。

参考资料：

中国长城网（

中国网新闻中心（

中国知网（

XX文库（）

XX文学（

XX百科（