“天津大學(xué)”微信公眾號2月17日發(fā)文：在線上會議的屏幕上，崇山峻嶺，漫漫荒漠，俯瞰之下，長城蜿蜒起伏，連綿不斷，沿線的敵樓、敵臺，關(guān)隘的內(nèi)城、外城、甕城，皆歷歷在目。趨近細(xì)看，城墻上的堞垛、吐水，乃至每塊磚的細(xì)節(jié)也一清二楚。

這是2020年10月5日，英國哈德良長城和中國萬里長城“雙墻對話”學(xué)術(shù)會議上，天津大學(xué)建筑學(xué)院教授張玉坤展示的，其團隊為嘉峪關(guān)、八達(dá)嶺等地制作的數(shù)字視頻片段，也是他們“明長城全線圖像與三維數(shù)據(jù)庫”建設(shè)的部分成果。

運用自主研發(fā)的無人機低空信息采集技術(shù)，張玉坤帶領(lǐng)團隊首次對明長城全線無盲區(qū)記錄和展示工作已經(jīng)進(jìn)行了三年，完成了4000多公里長城圖像與三維數(shù)據(jù)的覆蓋。

張玉坤說，按計劃，全線需要拍攝近200萬張分辨率接近厘米級的高清圖片，總飛行里程多達(dá)兩萬千米，預(yù)計再有一年多時間，將完成明長城全線所有數(shù)據(jù)的采集和分析。這些數(shù)據(jù)的獲取，將為長城全線的“數(shù)字再現(xiàn)”和監(jiān)測預(yù)警提供有力的技術(shù)支撐。

然而，張玉坤團隊的工作并非僅此而已，他們對長城的認(rèn)識亦非僅此而已。

野外工作照 張玉坤老師

巨系統(tǒng)，秩序帶

從低處仰望長城，一道道城墻沿著山巒起伏綿延不絕，雄偉、巍峨，令人心生敬仰之情。它是一道隔絕長城內(nèi)外、抵御外部侵?jǐn)_的“墻”，這是很多人對長城的第一印象。

“長城不止是一道墻或一條線，它是個龐大、復(fù)雜的巨系統(tǒng)，是一條集軍事防御和民族交融于一體的秩序帶。”在接受《中國科學(xué)報》采訪時，張玉坤發(fā)出這樣的感慨。

2003年初，張玉坤的團隊啟動了國家自然科學(xué)基金項目，開始對中國北方堡寨聚落進(jìn)行調(diào)查研究。在一次田野調(diào)查時，他們意外地發(fā)現(xiàn)了一些荒廢的古村古堡竟然是明長城的防御單位之一?！昂苌贂腥藢㈤L城地帶散落的村落、堡寨與長城聯(lián)系在一起，但事實上，它們的存在與長城密不可分?！睆堄窭せ貞浧鹜乱廊患硬灰?。

接下來的調(diào)研過程中，張玉坤十分留意各個堡寨、村落、軍屯等與長城的關(guān)系，竟然發(fā)現(xiàn)在長城沿線都有這樣的遺存。這引起了他濃厚的興趣，甚至直接打報告申請將研究工作重心從北方堡寨聚落轉(zhuǎn)移到長城地帶相關(guān)軍事聚落的研究。2006年，他又申請到國家自然科學(xué)基金，正式開始明長城軍事聚落與防御體系的基礎(chǔ)性研究。

通過多年探索，張玉坤團隊基本摸清了明長城從遼東到甘肅分布的九個軍鎮(zhèn)——“九邊重鎮(zhèn)”防御體系。每個軍鎮(zhèn)都自成一體，涵蓋鎮(zhèn)、路、衛(wèi)、所、堡等諸多層次體系，在長城地帶形成幅員遼闊、縱橫如織的恢弘巨制?！拔覀儚拈L城沿線的軍事聚落入手，讓研究生將明長城九邊重鎮(zhèn)逐個徹底搞清楚。其中，明代都司衛(wèi)所或總兵鎮(zhèn)守制度下的防御體系是個總綱，與軍事聚落層次體系和分布格局密切相關(guān)。抓住這個總綱，可以將九邊重鎮(zhèn)一一破解?！睆堄窭ふf。

“九邊重鎮(zhèn)”防御體系

之所以說長城是個復(fù)雜巨系統(tǒng)，張玉坤補充道：“除了軍事聚落的屯兵系統(tǒng)，還有烽傳信息系統(tǒng)、驛傳交通系統(tǒng)、軍需屯田系統(tǒng)、互市貿(mào)易系統(tǒng)等諸多子系統(tǒng)，它們共同構(gòu)成了一個巨系統(tǒng)和秩序帶?！?

巨系統(tǒng)和秩序帶

他們所建立的“明長城全域空間數(shù)據(jù)庫”和“明長城全線圖像與三維數(shù)據(jù)庫”則是巨系統(tǒng)和秩序帶的集中體現(xiàn)。

“秩序帶的概念涉及方方面面，軍事、政治、經(jīng)濟、貿(mào)易、民族和文化都包含在其中?！睆堄窭そ忉尩溃L城無疑具有重要的防御功能，但除了軍事、政治的因素，由于長城內(nèi)外農(nóng)、牧生業(yè)不同，生產(chǎn)生活所需各異，自古以來就在長城沿線開設(shè)大量的關(guān)隘、市口，以及輔助交通的“暗門”，通過朝貢、邊貿(mào)互通有無，各得其所。歷史上，漢唐之際，絲路商旅穿梭往來，明代以來，長城內(nèi)外互市貿(mào)易不絕，不同民族的文化交流也未因長城阻隔而中止。

為證實明蒙互市貿(mào)易的存在，張玉坤團隊對其做了專題研究。“長城內(nèi)外的互市貿(mào)易在文獻(xiàn)中多有記述，明永樂至萬歷年間，遼東鎮(zhèn)開設(shè)8處馬市和木市；隆慶和萬歷年間，宣大山西三鎮(zhèn)開設(shè)了12處馬市或市場。通過現(xiàn)場調(diào)研，我們還找到了一些市口的遺跡。這些市口定期開放，讓長城內(nèi)外民族互通有無。”張玉坤說。

明代馬市市場空間分布示意圖（范熙晅博士畢業(yè)論文《明長城軍事防御體系規(guī)劃布局機制研究》，張玉坤指導(dǎo)）

研究人員發(fā)現(xiàn)，至少從秦漢開始，在長城地帶耕戍結(jié)合的屯田實邊移民既已出現(xiàn)，一直延續(xù)到明清。朝廷征發(fā)戍卒、田卒至長城地帶屯耕，且耕且戍，以耕養(yǎng)戰(zhàn)。明代長城地帶從洪武初年開始在漠南屯田牧馬，隨后九邊各鎮(zhèn)相繼設(shè)置軍屯屯耕戍守，終明一代沿襲不斷。

從春秋戰(zhàn)國到明朝兩千余年，長城歷盡戰(zhàn)火，向往和平，像一部戰(zhàn)爭與和平、對抗與交融的史詩，傳誦著長城調(diào)控內(nèi)外紛爭、規(guī)范邊塞秩序、祈望民族和諧的豐功偉績。歷朝歷代，漢長城、金界壕、明長城，莫不如是。張玉坤將其歸納為“拒止沖突、互通有無、各得其所、綱維秩序”：一條集軍事防御和民族交融于一體的“秩序帶”；一個反映我國歷朝歷代政治、軍事、經(jīng)貿(mào)、民族、文化、環(huán)境的多層次、立體化、系統(tǒng)性的“巨系統(tǒng)”。

利其器，善其事

面對長城的恢弘巨制及其所處的極端復(fù)雜的環(huán)境條件，憑小團隊一己之力，常規(guī)的人工測繪技術(shù)手段很難奏效。

工欲善其事，必先利其器。同樣是在2003年，當(dāng)時就讀碩士的李哲，突發(fā)奇想，想使用無人機。但當(dāng)時尚無無人機生產(chǎn)廠商，于是他們開始摸索“無人機”的建造過程。

2009年，在學(xué)校的鼎力支持下，一架40公斤級的渦輪軸螺旋翼無人機在天津大學(xué)建筑學(xué)院誕生，機身長3米，翼展2.8米，經(jīng)學(xué)校內(nèi)燃機國家重點實驗室的振動測試，穩(wěn)定性超乎想象。有了這款神器，帶上三維激光掃描裝置，在崎嶇山路上腳踏單兵坦克，與輕便小巧的大疆無人機協(xié)同作戰(zhàn)，才有了一開始提到的三維數(shù)據(jù)視頻，才有了覆蓋4000千米的明長城全線圖像與三維數(shù)據(jù)庫。

不僅如此，研究人員運用數(shù)據(jù)庫的人工智能識別，在明長城墻上隱藏幾百年的120余道暗門被發(fā)現(xiàn)，無人機所經(jīng)之處的敵樓、敵臺，包括敵樓上的箭窗、吐水等構(gòu)造細(xì)節(jié)和尺寸，悉數(shù)盡收眼前。長城全線坡度70度的最陡峭的“倒掛長城”，最大的敵樓，最獨特的菱形敵樓，以及無人能及、無人能曉、毀壞最嚴(yán)重的墻體……也都顯露無遺。

“無人機只要繞著一段長城兩側(cè)和正上方飛三遍，就能拿到城墻的完整圖像，就能記錄這段城墻的三維數(shù)據(jù)，然后通過人工智能識別，我們就能發(fā)現(xiàn)其中的敵樓、敵臺、暗門所在?！睆堄窭ぷ院赖卣f。

有了先進(jìn)信息技術(shù)及其科研平臺的支撐，使長城巨系統(tǒng)的格局更加清晰地展現(xiàn)在眾人眼前，墻體、烽燧、敵樓、驛站、聚落……張玉坤一一將其勾勒清楚——“眾星拱衛(wèi)”的放射結(jié)構(gòu)，“橫向分段、縱向分層”的線性結(jié)構(gòu)，“秩序疊加”的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

充分了解，全面保護(hù)

隨著研究不斷深入，張玉坤也將目光從基礎(chǔ)研究拓展到保護(hù)傳承?！叭绻麑﹂L城的認(rèn)知不全面、不準(zhǔn)確，只將長城當(dāng)作一道墻，那么對長城的保護(hù)傳承工作也會有局限性和片面性，直接影響到長城價值及其文化影響力的發(fā)揮。”張玉坤說，“所以，我希望更多人意識到長城是個巨系統(tǒng)、秩序帶，并將其完整地數(shù)字化呈現(xiàn)，才能更好地保護(hù)它、傳承它，更好的服務(wù)于文化強國建設(shè)?！?

有關(guān)數(shù)據(jù)顯示，在明長城全長6259.6千米的人工墻體中，只有8.2%保存狀況尚好，74.1%保存較差或僅余基底部分，保存狀況令人堪憂。“沒有及時監(jiān)測手段，長城塌了、被毀壞了也無人知曉?！睆堄窭ふf。

而在已有的明長城全域空間數(shù)據(jù)庫和全線圖像三維數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)上，能夠定期進(jìn)行圖像比對，開展長城監(jiān)測預(yù)警工作。“每隔一段時間，我們會例行巡檢，如果有坍塌或裂口放大等情況發(fā)生，我們便能及時發(fā)現(xiàn)，如果有單位與我們合作，就可以準(zhǔn)確掌握其毀壞的位置，并及時進(jìn)行修繕保護(hù)。”張玉坤表示。

作為階段性成果，張玉坤主編出版了第一部大型史志體專著《中國長城志：邊鎮(zhèn)堡寨關(guān)隘》卷，全面介紹歷代長城軍事聚落；主編出版《六合文稿》長城聚落叢書13分冊，分朝代、分地區(qū)、分專題深入解析長城聚落體系。

2020年7月，張玉坤主持的“明長城整體性理論研究與信息技術(shù)應(yīng)用創(chuàng)新”項目鑒定，項目鑒定意見：項目填補了明長城整體性理論研究與信息技術(shù)應(yīng)用的空白，產(chǎn)生了重要學(xué)術(shù)影響，取得了明顯社會效益，并廣泛應(yīng)用于京津冀長城保護(hù)規(guī)劃、維修展示和長城國家文化公園建設(shè)，以及其他地區(qū)的文化遺產(chǎn)保護(hù)實踐。該項研究成果總體達(dá)到了國際領(lǐng)先水平。

現(xiàn)在，張玉坤的研究還在繼續(xù)，他的同事和學(xué)生將會繼續(xù)跟進(jìn)，他更希望可以將手頭關(guān)于長城的大數(shù)據(jù)與相關(guān)部門共享，“如果能夠?qū)⑦@些成果和數(shù)據(jù)付諸長城保護(hù)實踐，是我最希望看到的?！睆堄窭ふf。