科技日报记者 金凤
一条近乎平直的河道从老城北面穿过，星罗棋布的房屋在大地上蔓延开来、愈发密集的街道在田野间阡陌纵横……5月16日，在南京大学“数智赋能中华文明研究”成果展示会上，当南京大学地理与海洋学院副教授陈刚轻触鼠标，投影屏幕上同时出现的1969年10月2日和2022年8月10日的4幅遥感影像图，将陕西省富平县古城半个多世纪的古今变迁呈现于众人眼前。
2024年8月，南京大学中华文明数智创新实验室启动“中华古城数字图谱集成工程”。南京大学党委副书记、社会学院教授、该工程首席专家陈云松领衔南京大学建筑、历史地理、文化遗产、数字人文、信息工程、计算机视觉等专业的多学科团队，系统采集中华古城历史遥感影像资料，编绘以县级行政区划为制图单位的古城历史卫星影像地图，搭建古城历史地理信息数字化平台，展示古城古今的变化细节。
截至今年3月，南京大学约40名师生，收集处理分析陕西、河南、江苏三省全域的历史遥感影像，并查阅历史文献、实地测绘，进行实景三维重构、AI工具辅助生成，编绘了约330个县（市、区）的老城历史影像地图，完成历史影像地图1300多幅。
“古城是文明信息的空间载体，随着经济发展和大规模的城市建设，不少古城的原真风貌被破坏。在县域层面，特别是中西部地区的古城，开发的程度虽然不高，但古城保护的人财物资源不足，也更需要专业指导。”南京大学建筑与城市规划学院副院长鲁安东坦言，团队希望用数字技术保存、还原古城的历史风貌，并将在数字化平台中融入古城的建筑、方志、绘画、声音等信息，让大家感受古城的文化魅力。
遥感影像+古旧地图+地方志，共同识别老城“轮廓”
想了解一座古城的历史风貌，首先要确定老城的“轮廓”，遥感影像可以提供一个直观视角。美国的CORONA卫星于20世纪六七十年代拍摄的遥感影像数据，进入团队视线。
“下载的遥感影像边缘存在畸变，我们要剪裁、分割、拼接影像照片，再结合古旧地图、地方志等文献资料的记载，将当地标志性建筑、道路等有地理特征的信息控制点作为坐标，对照片进行配准、校正。经过一系列流程，遥感影像的精度可以达到米级以下。”陈刚解读历史遥感影像制图的主要技术。
历经岁月变迁，古城的风物也时移事异。为当代古城留影，也是保留古城历史信息的重要命题。登录建设中的中华古城数字图谱集成工程信息展示平台（以下简称“古城数字平台”），记者看到，老城现状影像图中，主要的街道、建筑信息被标注其中。
“我们以多颗卫星拍摄的遥感影像数据为依据，并与现今的卫星图像进行对比分析，提取古城墙、古街巷、古河道等地理要素，并关注土地变化、历史风貌区变化等信息，再利用ESRI ArcGIS制图平台制成老城现状影像图。”陈刚介绍，在团队编绘的300多个县城的历史卫星影像地图中，每个县城都有4幅图，分别是全域影像图、老城影像图、现状影像图和老城范围矢量复原图，它们直观展现了县级城市的历史城区（老城）及历史建筑风貌区的范围，这将为未来开展古城空间变化监测与定量分析奠立基础。
陈刚团队绘制历史影像地图的同时，南京大学艺术学院副教授陈静则带领学生翻阅地方志、古诗文，搜寻老照片，寻访古迹，做口述史，这既为地图影像制作提供历史线索、形成交叉印证，也为后期丰富古城数字平台的文化信息奠定基础。
中华古城数字图谱集成工程信息展示平台富平县老城考察范围示意图。南京大学“中华古城数字图谱集成工程”团队供图
无人机+三维激光+AI，对古城数智化重现
钩沉古城的历史影像可以鉴古知今，而用数字化手段复现古城的建筑风貌，可以让当代人足不出户即可遍览古城魅力。实景三维重构便是古城链接古今中外的“信使”。
从2024年开始，鲁安东带领师生们对陕西富平县、河南原阳县进行实景三维重构。“我们利用无人机倾斜摄影和三维激光点云扫描技术，并借助南大教授曹汛研发的高真实感三维场景重建技术，构建了富平古城的3D数字资产库。”鲁安东介绍，目前团队已经用无人机拍摄了3599张富平古城照片，用三维激光扫描富平古城的重点建筑片区共25466立方米，扫描重点街巷1314米，经过解算合成后，拍摄精度可达3厘米。
但团队面临的一个难题是，今天的很多老建筑都已改建。如何还原建筑的原貌，使其符合所在地区的建筑特色？人工智能成为破解这一难题的帮手。安东说，团队用无人机和三维激光扫描得到古建筑的样貌后，将其与历史遥感影像做对比，如果发现某座建筑整体差异较大，会利用AI工具辅助还原老建筑的原貌。
“特定气候带的建筑，有着相似的建筑规则和形态基因，院落和单体房屋的结构关系是相对固定的。在历史卫星影像地图上确定建筑屋顶的基本样貌后，就可以用AI工具辅助生成古建筑群的整体形态，”鲁安东说，目前，团队正在将几十年来积累的建筑形态数据投喂给AI工具，不断提高AI生成内容的质量，20世纪五六十年代的古城风貌渐渐清晰起来。
数智技术携手文献信息，再现古城文明踪迹
如果说追寻古城的历史风貌只是激活古城生命的前奏，发掘古城的人文价值、文化基因，是让古城焕新的“灵魂”。
在鲁安东的电脑里，富平古城外的东南方向，依据1928年的历史照片复原的“文星台”三维模型已经被建构。
“文星台在富平古城的外围，但我发现古城中有很多与科举相关的建筑，例如文庙、书院、考院、文昌宫、文昌阁等。同时，地方志中也曾记载学子会去文星台，所以文星台是古城的‘儒家景观’的一部分。而在古代，从城郊文星台回望古城全景应该是富平最动人的画面之一。”鲁安东认为，古城的文化景观，同样构成了古城的文化基因，用数字化手段复现这些景观，将有利于延续古城的文脉。
富平地域辽阔，富饶膏腴，风景优美，清朝富平知县乔履信所纂《富平县志》将富平史话浓缩为八景，名扬渭北。其中的南湖烟雨更有一番江南风光，如果适逢雨天，登上望湖楼，则可看到“杜鹃声里雨如烟”的奇妙景象。
“中国古代的许多景观其实是有声有画面的，我们正在联合声音艺术家开展声音考古和声景设计，根据文献信息，用声音来复现富平八景的意境。”鲁安东认为，“目前大量的文旅数字化项目，是对场景与环境的可视化，但还不是文明的可视化。团队希望通过多学科的参与，以文明为中心对古城的数智形态进行共创和重建。”
鼙鼓声声、日迈月征。未来，团队将如何用数智技术守护中华优秀传统文化基因？“我们将充分发挥南京大学的学科交叉和新文科发展优势，全力探索数智赋能文化遗产保护的当代实践路径，为中国乃至全球古城保护打造数据基座、提炼工作标准、提供解决方案。”陈云松说。
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科技日报记者 金凤一条近乎平直的河道从老城北面穿过，星罗棋布的房屋在大地上蔓延开来、愈发密集的街道在田野间阡陌纵横……5月16日，在南京大学“数智赋能中华文明研究”成果展示会上，当南京大学地理与海洋学院副教授陈刚轻触鼠标，投影屏幕上同时出现的1969年10月2日和2022年8月10日的4幅遥感影像图，将陕西省富平县古城半个多世纪的古今变迁呈现于众人眼前。2024年8月，南京大学中华文明数智创新实验室启动“中华古城数字图谱集成工程”。南京大学党委副书记、社会学院教授、该工程首席专家陈云松领衔南京大学建筑、历史地理、文化遗产、数字人文、信息工程、计算机视觉等专业的多学科团队，系统采集中华古城历史遥感影像资料，编绘以县级行政区划为制图单位的古城历史卫星影像地图，搭建古城历史地理信息数字化平台，展示古城古今的变化细节。截至今年3月，南京大学约40名师生，收集处理分析陕西、河南、江苏三省全域的历史遥感影像，并查阅历史文献、实地测绘，进行实景三维重构、AI工具辅助生成，编绘了约330个县（市、区）的老城历史影像地图，完成历史影像地图1300多幅。“古城是文明信息的空间载体，随着经济发展和大规模的城市建设，不少古城的原真风貌被破坏。在县域层面，特别是中西部地区的古城，开发的程度虽然不高，但古城保护的人财物资源不足，也更需要专业指导。”南京大学建筑与城市规划学院副院长鲁安东坦言，团队希望用数字技术保存、还原古城的历史风貌，并将在数字化平台中融入古城的建筑、方志、绘画、声音等信息，让大家感受古城的文化魅力。遥感影像+古旧地图+地方志，共同识别老城“轮廓”想了解一座古城的历史风貌，首先要确定老城的“轮廓”，遥感影像可以提供一个直观视角。美国的CORONA卫星于20世纪六七十年代拍摄的遥感影像数据，进入团队视线。“下载的遥感影像边缘存在畸变，我们要剪裁、分割、拼接影像照片，再结合古旧地图、地方志等文献资料的记载，将当地标志性建筑、道路等有地理特征的信息控制点作为坐标，对照片进行配准、校正。经过一系列流程，遥感影像的精度可以达到米级以下。”陈刚解读历史遥感影像制图的主要技术。历经岁月变迁，古城的风物也时移事异。为当代古城留影，也是保留古城历史信息的重要命题。登录建设中的中华古城数字图谱集成工程信息展示平台（以下简称“古城数字平台”），记者看到，老城现状影像图中，主要的街道、建筑信息被标注其中。“我们以多颗卫星拍摄的遥感影像数据为依据，并与现今的卫星图像进行对比分析，提取古城墙、古街巷、古河道等地理要素，并关注土地变化、历史风貌区变化等信息，再利用ESRI ArcGIS制图平台制成老城现状影像图。”陈刚介绍，在团队编绘的300多个县城的历史卫星影像地图中，每个县城都有4幅图，分别是全域影像图、老城影像图、现状影像图和老城范围矢量复原图，它们直观展现了县级城市的历史城区（老城）及历史建筑风貌区的范围，这将为未来开展古城空间变化监测与定量分析奠立基础。陈刚团队绘制历史影像地图的同时，南京大学艺术学院副教授陈静则带领学生翻阅地方志、古诗文，搜寻老照片，寻访古迹，做口述史，这既为地图影像制作提供历史线索、形成交叉印证，也为后期丰富古城数字平台的文化信息奠定基础。中华古城数字图谱集成工程信息展示平台富平县老城考察范围示意图。南京大学“中华古城数字图谱集成工程”团队供图无人机+三维激光+AI，对古城数智化重现钩沉古城的历史影像可以鉴古知今，而用数字化手段复现古城的建筑风貌，可以让当代人足不出户即可遍览古城魅力。实景三维重构便是古城链接古今中外的“信使”。从2024年开始，鲁安东带领师生们对陕西富平县、河南原阳县进行实景三维重构。“我们利用无人机倾斜摄影和三维激光点云扫描技术，并借助南大教授曹汛研发的高真实感三维场景重建技术，构建了富平古城的3D数字资产库。”鲁安东介绍，目前团队已经用无人机拍摄了3599张富平古城照片，用三维激光扫描富平古城的重点建筑片区共25466立方米，扫描重点街巷1314米，经过解算合成后，拍摄精度可达3厘米。但团队面临的一个难题是，今天的很多老建筑都已改建。如何还原建筑的原貌，使其符合所在地区的建筑特色？人工智能成为破解这一难题的帮手。安东说，团队用无人机和三维激光扫描得到古建筑的样貌后，将其与历史遥感影像做对比，如果发现某座建筑整体差异较大，会利用AI工具辅助还原老建筑的原貌。“特定气候带的建筑，有着相似的建筑规则和形态基因，院落和单体房屋的结构关系是相对固定的。在历史卫星影像地图上确定建筑屋顶的基本样貌后，就可以用AI工具辅助生成古建筑群的整体形态，”鲁安东说，目前，团队正在将几十年来积累的建筑形态数据投喂给AI工具，不断提高AI生成内容的质量，20世纪五六十年代的古城风貌渐渐清晰起来。数智技术携手文献信息，再现古城文明踪迹如果说追寻古城的历史风貌只是激活古城生命的前奏，发掘古城的人文价值、文化基因，是让古城焕新的“灵魂”。在鲁安东的电脑里，富平古城外的东南方向，依据1928年的历史照片复原的“文星台”三维模型已经被建构。“文星台在富平古城的外围，但我发现古城中有很多与科举相关的建筑，例如文庙、书院、考院、文昌宫、文昌阁等。同时，地方志中也曾记载学子会去文星台，所以文星台是古城的‘儒家景观’的一部分。而在古代，从城郊文星台回望古城全景应该是富平最动人的画面之一。”鲁安东认为，古城的文化景观，同样构成了古城的文化基因，用数字化手段复现这些景观，将有利于延续古城的文脉。富平地域辽阔，富饶膏腴，风景优美，清朝富平知县乔履信所纂《富平县志》将富平史话浓缩为八景，名扬渭北。其中的南湖烟雨更有一番江南风光，如果适逢雨天，登上望湖楼，则可看到“杜鹃声里雨如烟”的奇妙景象。“中国古代的许多景观其实是有声有画面的，我们正在联合声音艺术家开展声音考古和声景设计，根据文献信息，用声音来复现富平八景的意境。”鲁安东认为，“目前大量的文旅数字化项目，是对场景与环境的可视化，但还不是文明的可视化。团队希望通过多学科的参与，以文明为中心对古城的数智形态进行共创和重建。”鼙鼓声声、日迈月征。未来，团队将如何用数智技术守护中华优秀传统文化基因？“我们将充分发挥南京大学的学科交叉和新文科发展优势，全力探索数智赋能文化遗产保护的当代实践路径，为中国乃至全球古城保护打造数据基座、提炼工作标准、提供解决方案。”陈云松说。
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