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张祖勋院士:聊聊“重建”悬空寺的故事

宋潇旸 泰伯网2019-11-19 11:19:13

摘要: “我虽然是江苏人,但也是半个山东人。”

  尽管已经年逾八旬,但中国工程院院士、国际欧亚科学院院士,著名摄影测量与遥感学家张祖勋从未停止对科技难题的钻研,不仅亲自参与科研项目,也坚持为学生授课。今年年初张祖勋院士提出的贴近摄影测量震动业界,被称为区别于竖直航空摄影测量、倾斜摄影测量的第三种摄影测量方式。

张祖勋院士:聊聊“重建”悬空寺的故事

  张祖勋院士

  近日张祖勋院士接受了泰伯网专访,谈起工作和生活中的趣事,张院士风趣幽默,而对于产业发展及科研落地,他则持相当严谨的态度。

  01“济南女婿”回家

  “我虽然是江苏人,但也是半个山东人。我们家的另外一位张老师,她是1955年从济南到了同济(大学),我是从苏州到了同济(大学),就这样,我拥有了一份济南情怀。”张祖勋院士家的“另一位张老师”,指的是他的妻子,武汉大学遥感信息工程学院张世兴教授。

  “第一次到济南是1963年,给我留下了深刻的印象:风景秀丽、人杰地灵,可惜当时条件有限,没有留下很好的照片。2016年的春节我是在济南过的,在五龙潭后铜元局后街附近,有位男士在小河里洗衣服,刚好被我记录了下来。这个场景还是我小时候在苏州河边住的时候经常看到的。第一个感想是,以前听到传言说北方男人有些大男子主义,但我看到的济南男士竟如此勤劳;第二个感想是,现在大城市里面,还能有如此清澈的水,应该是并不多见的;第三个感想是,云计算、大数据、智能化时代,有了人工智能,机器智能了,人变傻了就麻烦了,人还是要做很多小事,对我们的健康会更有利。”

  11月9日,张祖勋院士工作站在济南正式揭牌,这也是山东省航测遥感领域的首家院士工作站。揭牌仪式上,自称为“半个山东人”的他谈起这份对济南的独特情感。张院士曾多次到山东就地理信息进行交流,而本次建立的工作站将致力于地理信息产业技术创新、成果转化,为山东省国土空间规划、智慧城市建设、工业互联网等提供基础数据支撑和高精度位置服务。

  在现场,张祖勋院士介绍了“云控与贴近摄影测量”的相关情况。

  贴近摄影测量被称为区别于竖直航空摄影测量、倾斜摄影测量的第三种摄影测量方式,它利用旋翼无人机贴近物体表面摄影,获取(亚厘米级)高清影像,并进行摄影测量处理,从而恢复被摄对象的精确坐标和精细形状结构。

  张祖勋院士最初提出“贴近摄影测量”这一概念,是因为看到地质调查人员在悬崖峭壁上像“蜘蛛人”一样作业的危险场景。他发现,尽管应用领域不断拓展,但在地质灾害监测预警领域,无论是单相机的竖直摄影还是五相机的倾斜摄影测量,在“岩崩、滑坡”等地质治理工作中都只能作为一种辅助手段,还是不得不靠人工冒着生命危险去采集数据。

张祖勋院士:聊聊“重建”悬空寺的故事

  地调人员在峭壁作业

  “现在常用的五相机倾斜摄影,(在上面的场景中)多余的照片远远超过有用的照片,效率实在太低了,提供的结果基本不能用”。张祖勋院士意识到,必须要找到一种能高度还原地物地貌本身精细结构,快速获取高精度影像并进行处理的摄影测量方式。

  “贴近摄影测量”应运而生。

  这一名词参考了直升机的“贴地飞行”,由已有的对“地”观测演变为对“面”观测,是一种更为精细的观测方式。自年初提出起,张院士团队利用该技术进行了包括古建筑精细化重建、地质灾害调查精细化摄影测量等应用实验,获取了多方面宝贵的案例经验。

  以巫山箭穿洞为例,张院士团队利用贴近摄影测量获取数据,生成了剖面正交影像图。由于箭穿洞危岩接近垂直,传统正射影像上压缩很大,难以辨识,对于地质调查几乎没有价值,而在正交影像图上则可清晰识别岩体及裂缝,高精度重塑地质地貌。

  据张祖勋院士介绍,“贴近”并不意味着在运用这项技术时,所有情况下都要与物体表面贴得很“近”。一般来说,无人机“贴近”的距离在5-50米左右,但在调查范围较大,比如对整个三峡库区做整体的滑坡调查时,影像必然是大尺度的,飞行距离可能达到150-200米。

  张院士也强调,贴近摄影测量这一概念诞生还不足一年,对于新技术应该持谨慎态度,现阶段仍需各方合作,多加验证。

  02“重建”悬空寺背后的故事

  上半年,张院士团队因“重建”悬空寺而屡屡刷屏,这也是贴近摄影测量的典型案例之一。

张祖勋院士:聊聊“重建”悬空寺的故事

  悬空寺

  悬空寺,建成于公元491年,位于山西省大同市浑源县恒山金龙峡西侧翠屏峰峭壁间,整座寺院就像悬挂在悬崖上,是佛、道、儒三教合一的独特寺庙。网络中对悬空寺的描述为“半插飞梁为基,巧借岩石暗托,梁柱上下一体,建筑极具特色”,但也正因如此,悬空寺的数据获取及文物保护工作有相当高的难度,2010年,悬空寺入选《时代周刊》世界岌岌可危十大建筑。

  张祖勋院士向泰伯网谈起“重建”悬空寺背后的故事。

  张祖勋院士表示,悬空寺“重建”之所以引发媒体争相报道,原因有二,一是借助无人机利用贴近摄影测量技术拍摄悬空寺,对其建成高精度实景三维模型具有典型意义,二是巴黎圣母院失火引发了舆论对文物保护话题的关注。

  但其实要用无人机为悬空寺进行“重建”,前期还需要大量的联系和沟通工作。张院士团队开具介绍信,辗转联系到各级相关部门(包括当地的自然资源部门、文物保护单位、景区管理单位等),才获准对悬空寺进行拍摄。悬空寺身处山谷中间,山谷间吹来的“穿堂风”达到六级,谷底GPS信号也不太好。从早上9点进入景区开始准备数据采集工作,直至下午五六点钟才飞完,最终成功“重建”数字悬空寺。

  鲜为人知的是,当时张院士团队还对山西省另一重点保护文物应县木塔(又名“释迦塔”)进行了数据采集和高精度实景三维建模,而这背后还有一段小插曲。

  位于山西应县城内的应县木塔是目前世界上现存最高、最古老的纯木结构建筑。这座木塔建于九百多年前的辽代,通体没用一颗铁钉,全部架构均由卯榫咬合而成,千年承重数千吨而不下沉,被称为建筑界的奇迹。正因如此,应县木塔与埃菲尔铁塔、意大利比萨斜塔和埃及金字塔齐名,每年希望对应县木塔进行学术研究的团队非常多。

  在确定应县木塔管理责任时,张院士团队就颇费了一番工夫:从自然资源部门问到文物保护部门,最终才找到山西省应县木塔文物管理所。在团队到达时,主管部门却并未第一时间同意对该塔进行数据采集的申请。对方查看了介绍信,又反复确认了张祖勋院士拍摄应县木塔的方式、目的和团队并补签协议后,才同意进行数据采集。

  虽然过程很曲折,但好在当天天气条件比较好,最终,团队于当日三点多完成了对应县木塔的数据采集,为其建立了高精度实景三维模型。

张祖勋院士:聊聊“重建”悬空寺的故事

  应县木塔高精度实景三维模型

  张院士感叹,“做事情其实不是那么容易”,真正将摄影测量和三维建模技术运用到文物保护当中,还需要技术团队和文物主管部门多方交流与磨合,大范围推广还需要比较长的时间。

  03得数据者得天下

  张祖勋院士强调,摄影测量必须要有“云控”。事实上,“云控”与“贴近”是两个概念,前者是有关摄影测量的控制,后者是有关摄影测量的数据获取。

  “无控”一直是摄影测量追求的目标,而在大数据与智能化的今天,云控制开拓了“无控”的新思路。之前外业要测点,内业要转点,工作流程非常复杂。通过云控制,摄影测量可以简化以往复杂的工作流程,提高工作效率。特别是“LiDAR点云”可以作为摄影测量的“控制”,有可能成为“城市的控制框架”。

  张院士介绍,“控制场”其实是一个新的概念,但其实在智慧城市建设过程中,大家多多少少都用到了,只是有些人是主动用,有些人是被动用。传统的CORS站网需要一级一级的控制,但点云本身已经提供了一套具有一定精度的平面和高程控制,控制场只需要通过点云控制即可。之前用点云做三维重建,现在要用点云做控制网。无论是先飞的还是后飞的,无论是谁飞的,只要把点云数据拿过来就可以做成果,而且不需进行大量的控制工作。

  在大数据时代,“云控”的前景可能更为广阔。张院士表示,必须转变传统观念,要看到随着时代发展,云控制、集群控制的重要作用,在新一代信息技术的基础上转变传统测绘地理信息获取的工作模式。

张祖勋院士:聊聊“重建”悬空寺的故事

  张祖勋院士摄影作品

  地理信息产业正在转向高质量发展阶段,在张祖勋院士看来,高质量发展必须要重视科技的前沿发展。2000年之后,尤其是最近几年,地信产业发展非常迅速,天空地一体化的发展速度是之前难以想象的。最最重要的一点是,老百姓能够看得见地理信息的应用方向,这其实不是地信产业自身发展的结果,而是地理信息与其他科技相结合的产物。比如,现在大家都会用手机GPS定位,用手机地图导航,大家都意识到了空间信息的作用,这也是社会需求发展的产物。

  与此同时,地信企业也受到来自新一代信息技术的冲击。不过张祖勋院士认为,有竞争其实是好事,竞争能够促进发展,激发创造力。

  张院士表示,现在科技前沿技术发展的确很快,但地信企业在面对挑战时,也要对自己有信心,积极迎接挑战,无需盲目悲观。测绘地信不光是现有能看到的技术,根据需求还产生了很多新的发展方向。高质量发展必须要依靠技术优势,需要不断提高科技含量,如果只依靠低价比拼,地信产业无法形成良性竞争态势。

  张祖勋院士引用中国工程院院士陈鲸的表述:“大数据面临的挑战复杂艰巨,未来信息世界是'三分技术、七分数据',得数据者得天下。”

  科技发展到了今天,数据本身就是资源,一般来说地信产业数据生产出来都是给别人用的,但业内人士此前往往没想到数据可以自己利用,网络上的数据有很多都没有利用起来。数据本身就是生产力,这一点必须要重视。

  有句话叫“隔行如隔山”,如何打破地信企业与其他企业之间的壁垒是个关键问题。张祖勋院士认为,技术交流是个很好的形式,借助交流会等平台,促进企业之间的互动,有助于解决这一问题。此外也要注意宣传普及,尤其是对数据应用拓展、一体化平台服务等方面,信息时代要借助网络力量进行宣传拓展,利用现代手段将不同行业间的距离缩短。

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[责任编辑:张强]
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