张祖勋院士：聊聊“重建”悬空寺的故事 | 高端访谈

泰伯网 宋潇旸 | 撰文

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

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。

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。

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。

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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