Wie groß ist die „Dark Door Family“ der Chinesischen Mauer? Das Team zeichnete eine Karte

Im Laufe der letzten zweitausend Jahre hat sich die Große Mauer von einer landwirtschaftlichen und pastoralen Wirtschaftsbarriere zu einer kulturellen Lebensader entwickelt, die Geschichte weiterträgt.

Dieses historische Wunder liegt an einem Ort, den nur wenige Menschen aufsuchen. Nach Jahren der Erosion und natürlichen Verwitterung sind die Spuren der Zeit an diesem Ort zu erkennen und die darin verborgenen Geheimnisse verschwinden allmählich.

(Urheberrechtlich geschütztes Bild aus der Galerie, keine Erlaubnis zum Nachdruck)

Das wissenschaftliche Forschungsteam nutzte die neueste Technologie zur Vermessung und Kartierung der Großen Mauer, um genaue Daten zu erhalten und die Große Mauer mit digitalen Mitteln wiederherzustellen. Entdecken Sie die Große Mauer zwischen Realität und Illusion.

„Wir fliegen ‚Flugzeuge‘ und fahren ‚Panzer‘ und folgen Hinweisen aus alten Büchern, um die Geheimnisse der Großen Mauer zu erkunden.“ Vor nicht allzu langer Zeit sagte Li Zhe, ein Forscher an der Fakultät für Architektur der Universität Tianjin, auf der Ausstellung „Große Mauer-Forschung und digitale Errungenschaften“ der Universität Tianjin im Tianjin Museum gerührt:

Hinter Li Zhe vereinen sich in diesem Moment Tausende von Jahren Geschichte und moderne Technologie.

Seit 2003 ist das Team von Li Zhe unter der Leitung von Professor Zhang Yukun von der Fakultät für Architektur der Universität Tianjin mit der Großen Mauer verbunden. Im Jahr 2010 startete das Team das Projekt zum Aufbau der „Spatiotemporal Database“ für das Verteidigungssystem der Chinesischen Mauer von Ming. Ende 2018 startete das Team das Projekt „Realistische 3D-Bildsammlung der gesamten Großen Mauer“.

In den vergangenen vier Jahren hat das Team eine digitale Kartierung der gesamten Chinesischen Mauer aus der Ming-Zeit in zehn Provinzen und Regionen durchgeführt, mehr als zwei Millionen reale Fotos gesammelt und eine „3D-Realdatenbank der gesamten Chinesischen Mauer“ erstellt, die derzeit 90 % der künstlichen Mauerabschnitte abdeckt und auf Relikte aus mehreren Dynastien erweitert wurde, darunter der Han-Dynastie, der Nördlichen Dynastien, der Tang-Dynastie, der Song-Dynastie und der Qing-Dynastie.

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Drohnenkartierung erfasst mühelos umfangreiche reale Bilder der Chinesischen Mauer

„Sehen Sie dieses unscheinbare Loch in der Großen Mauer? Mit bloßem Auge mag es wie ein Schaden erscheinen, den man leicht übersehen kann.“ Li Zhe zeigte auf das Foto und sagte dem Reporter von Science and Technology Daily: „Basierend auf der realen 3D-Datenbank der gesamten Großen Mauer haben wir mithilfe von KI-Technologie diese verdächtigen Bilder entdeckt und den Standort erneut untersucht. So konnten wir feststellen, dass es sich um eine Geheimtür in der Großen Mauer handelt.“

Die meisten neuen Entdeckungen basieren auf der Beherrschung dreidimensionaler Bilder der gesamten Großen Mauer, und die Aufnahme riesiger realer Fotos bildet die Grundlage dieser Grundlage.

Zuvor hatte die Staatliche Verwaltung für Kulturerbe gemeinsam mit der Nationalen Verwaltung für Vermessung und Kartierung und anderen Einheiten eine Untersuchung der Ressourcen der Großen Mauer durchgeführt. Sie haben umfassende Informationen zu Länge, Koordinaten, Alter und grundsätzlichem Erhaltungszustand der Großen Mauer gesammelt. Es mangelt jedoch an detaillierten Informationen über die Große Mauer und ihre Anlagen, wie etwa über die Verbreitung der an der Großen Mauer auftretenden Krankheiten entlang der gesamten Linie, die genaue Struktur, die Anlagen und die Dekoration der Großen Mauer usw. Das Projekt zur Erfassung realitätsnaher dreidimensionaler Bilder der gesamten Großen Mauer zielt darauf ab, diese Lücke zu schließen.

Li Zhe ist davon überzeugt, dass diese Arbeit nicht blind erledigt werden kann, indem man sich nur die Details ansieht, und dass ein umfassendes Verständnis nicht durch grobe Skizzen erreicht werden kann, sondern einer detaillierten Abrechnung bedarf.

„Eine detaillierte Abrechnung erfordert eine feine Datengranularität, das heißt, die Auflösung der gesammelten Fotos muss fein genug sein, um jede Ziegelfuge zu erkennen, und gleichzeitig müssen sie aus mehreren Blickwinkeln durchgängig sein.“ Li Zhe sagte, dass bei früheren Ressourcenuntersuchungen durchschnittlich nur 8 repräsentative Fotos pro Kilometer erzielt wurden, während bei diesem Projekt etwa 300 Fotos pro Kilometer aus gleichmäßigen Abständen und aus mehreren Winkeln gesammelt werden müssen.

Die Große Mauer erstreckt sich über Tausende von Kilometern und verläuft größtenteils in abgelegenen Gebieten und in steilem und gefährlichem Gelände. Es ist schwierig, jede Seite der Großen Mauer mit Methoden der Fernerkundung und Kartierung in großer Höhe, wie Satelliten und bemannten Flugzeugen, zu fotografieren. Und weil die Stadtmauern im dreidimensionalen Raum verzerrt sind, könnte ein Beobachter, der in ihrer Mitte steht, den Gesamtverlauf nicht erkennen.

„Aus großer Höhe ist es unmöglich, vollständige Fotos aufzunehmen, und manchmal gibt es beim Fotografieren vom Boden aus keine Möglichkeit, hinzutreten.“ Li Zhe erklärte, dass das Team bereits 2004 mit der Anwendung von Drohnentechnologie zur Informationserfassung aus geringer Flughöhe begonnen habe. Die präzisen Verfolgungs- und Scanvorgänge der Drohne zur Vermessung und Kartierung sowie ihre multifunktionale Fähigkeit, eine Vielzahl von Daten zu erfassen, machten sie zur effizientesten Methode zur Datenerfassung für dieses Projekt.

**Die Drohne kann eine detaillierte Erkundung der Seiten, der Spitze und sogar des Inneren des feindlichen Turms entlang der gewundenen Wände durchführen. **Als Träger können Drohnen auch verschiedene Sensoren tragen und sich in Vermessungs- und Kartierungsgeräte mit unterschiedlichen Funktionen verwandeln. „Drohne + gewöhnliche Kamera“ kann für Fotografie und Luftvermessung verwendet werden; „Drohne + Infrarotkamera“ kann verwendet werden, um die Wärmestrahlung der Großen Mauer abzubilden und so einige ihrer inneren Strukturen oder versteckten Einrichtungen zu erkunden; „Drohne + Lidar“ kann die Ruinen unter dem Baum mit einem Laser aus der Luft scannen und dann mit technischen Mitteln die Baumdaten „ablösen“, sodass das Bild der unter dem Baum verborgenen Großen Mauer deutlich zu erkennen ist.

Mithilfe der Drohnenkartierung konnte die Datenerfassung erheblich verbessert werden und Teammitglied Li Yan verfügt über umfassende Kenntnisse hierzu.

„Bevor es eine Mauer gab, gab es eine Stadt. Auch Ortskerne, Straßenstädte, Zitadellen, Festungen und Festungen sind wichtige Bestandteile des Verteidigungssystems der Großen Mauer.“ Li Yan, der für die Vermessung dieses Teils der Stadt verantwortlich war, erklärte Reportern, dass der Umfang zunächst durch manuelles Abgehen und Messen mit einem Maßband ermittelt worden sei. Nicht nur war die Geschwindigkeit langsam, auch war das Maßband hilflos, als es auf eine Mauer traf, die am Hang zwischen zwei Hügeln errichtet worden war. Mit herkömmlichen Vermessungs- und Kartierungsmethoden können an einem Tag maximal zwei Städte vermessen werden. Mit einer Drohnenvermessung dauert es jedoch nur 10 Minuten, um einen Kreis zu fliegen und vollständige Daten für die gesamte Stadt zu erfassen.

Allerdings bringt der Einsatz neuer Messmethoden oft viele Probleme mit sich. Das Wichtigste, worauf in diesem Prozess geachtet werden muss, sind die verschiedenen Umweltaspekte. Von der Umgebungstemperatur und Luftfeuchtigkeit bis hin zu den verwendeten Batterien – alle Faktoren haben Einfluss auf die Betriebssicherheit und müssen bei der Messung berücksichtigt werden.

„Tatsächlich geht es nicht nur darum, dreidimensionale Daten zu sammeln. Wir müssen schon zu Beginn der Messung untersuchen, wie wir die Drohnenmessroute unter äußerst ungünstigen Bedingungen (wie etwa verschiedenen Hindernissen) optimieren können“, sagte Li Zhe.

Daher bespricht das Team vor jeder Messung im Detail, ob es störende Hindernisse im Gelände gibt, welche Sicherheitsmaßnahmen zum Umgang mit Störungen während des Aufnahmevorgangs getroffen werden, welche Route während des Aufnahmevorgangs am besten geeignet ist usw. Dieses ständige Streben nach Exzellenz hat zu den heutigen umfassenden, kontinuierlichen und detaillierten dreidimensionalen Daten geführt.

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3D-Modellierungstechnologie bringt die Große Mauer ins Museum

Das Team verbrachte mehr als vier Jahre damit, die Bildersammlung für die Photogrammetrie von etwa 5.500 Kilometern der Großen Mauer fertigzustellen und erstellte eine fortlaufende Bildbibliothek mit mehr als 2 Millionen realen Fotos der Großen Mauer. Die Große Mauer der Ming-Dynastie ist der Hauptteil und nimmt den größten Teil davon ein. Sie erstreckt sich auch bis zu den verstreuteren Überresten der Qing-Dynastie sowie zu den Teilen der Großen Mauer, die von aufeinanderfolgenden Dynastien wie der Tang-, der Nördlichen Wei-, der Östlichen Wei- und der Han-Dynastie erbaut wurden. Das Gesamtgebiet erstreckt sich von westlich von Shenyang bis östlich von Korla.

(Fotoquelle: Offizielles Weibo des Tianjin Museums)

„Die Koordinaten jedes Fotos werden in einer Bibliothek in einer WebGIS-Umgebung (Web Geographic Information System) präsentiert, sodass ein freies Durchsuchen der Chinesischen Mauer möglich ist.“ Li Zhe zeigte auf den Bildschirm und sagte: „Dies ist die Große Mauer von Jinshanling, die auf Zentimeterebene vergrößert werden kann und auf der jede graue Naht deutlich zu erkennen ist.“ Kein Land der Welt verfügt über eine derart umfassende Bildbibliothek der Chinesischen Mauer.

Die sinnvolle Nutzung dieser wertvollen und umfangreichen Daten aus realen Fotos ist ein Prozess, bei dem ständig neue Werte entdeckt werden.

Li Zhe gab zu, dass er in der Anfangsphase der Vermessung und Kartierung der Großen Mauer etwas verwirrt war. Ursprünglich wollte er lediglich Fotos aus mehreren Winkeln aufnehmen, die die Große Mauer vollständig abdecken und über eine große Menge detaillierter Bildressourcen der Großen Mauer verfügen.

„Es ist von entscheidender Bedeutung, die gesamte Große Mauer zu digitalisieren und zu archivieren, aber je tiefer ich in die Forschung eintauche, desto mehr wird mir klar, dass die Große Mauer ein wertvolles kulturelles Erbe des chinesischen Volkes und sogar der gesamten Menschheit ist“, sagte Li Zhe. „Wir müssen unser Fachwissen nutzen, um die architektonische Interpretation der Großen Mauer zu ergänzen und sie mit den Ergebnissen der Archäologie zu kombinieren, um ein umfassenderes Verständnis der Großen Mauer zu erlangen.“

Basierend auf dem Wissen über architektonische Strukturen des Architekturstudenten kann das durch die Photogrammetrie von Drohnen aus geringer Höhe gewonnene dreidimensionale Modell einer realen Szene bearbeitet, verarbeitet und quantitativ analysiert und dann zur Krankheitsanalyse, Szenenrestaurierung und anderen Aufgaben eingesetzt werden.

„Das reale 3D-Modell selbst ist sehr wertvoll. Statistiken zur Neigung, Größenmessung und zum Krankheitsverlauf der Großen Mauer basieren alle auf dem 3D-Modell, sodass es vielseitig einsetzbar ist.“ Li Zhe nannte ein Beispiel, bei dem er die Stellen bekannter Einsturzereignisse der Großen Mauer in den letzten Jahren zählte und diese dann mit dem 3D-Modell kombinierte, um das Einsturzmuster zu ermitteln: Alle Einstürze ereigneten sich am Wendepunkt vom steilen zum flachen Abschnitt des Berges. Auf diese Weise kann aus der Gesetzmäßigkeit des Phänomens die Ursache der Krankheit erschlossen werden.

Darüber hinaus können fehlende Strukturen auf Basis des realen 3D-Modells künstlich konstruiert werden. Von vielen feindlichen Türmen aus hohlem Holz sind nur noch vier Außenmauern übrig. Durch künstliche Modellierung kann die innere Holzbalken- und Säulenstruktur vervollständigt und das gesamte Erscheinungsbild des hohlen Feindturms von innen heraus wiederhergestellt werden. Durch den Prozess der künstlichen Modellierung werden durch Rendering Videos oder Animationen generiert, die die im Lauf der Zeit erodierte Große Mauer wieder zum Leben erwecken.

(Fotoquelle: Offizielles Weibo des Tianjin Museums)

**Diese dreidimensionalen Modelle können auch mithilfe der 3D-Drucktechnologie hergestellt werden, wodurch die reale Szene der Großen Mauer lebensecht ins Museum gebracht wird. **Diese Ausstellung zeigt eine große Anzahl 3D-Modelle der Großen Mauer und mit Hilfe von Erklärungen können die Zuschauer sie auf einen Blick deutlich erkennen.

Li Yan zeigte auf ein kleines Loch im 3D-gedruckten Modell der Garnison aus der Tang-Dynastie und sagte zum Reporter: „Das ist der Rauchabzug zum Kochen in der Vergangenheit. Das physische Modell im Museum reproduziert perfekt den aktuellen Erhaltungszustand der Kulturdenkmäler.“

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KI hilft, den geheimen und großen „Stammbaum“ der Großen Mauer zu entschlüsseln

Der „geheime Durchgang“ der Großen Mauer ist aus den Geschichtsbüchern in die Realität umgesetzt worden.

Über einen Zeitraum von mehr als vier Jahren und in zehn Provinzen und Regionen machte das Forschungsteam kontinuierlich Fotos von mehr als 90 % der künstlichen Mauern entlang der gesamten Ming-Mauer mit einer Auflösung von nahezu Zentimetern. Sie identifizierten mehr als 130 Geheimtüren und erstellten zum ersten Mal ihren „Stammbaum“.

„Die Große Mauer ist nicht einfach nur ‚eine Mauer‘.“ Zhang Yukun, Leiter des Forschungsteams, Experte für das Verteidigungssystem der Großen Mauer und Professor an der Fakultät für Architektur der Universität Tianjin, erläuterte, dass das Verteidigungssystem der Großen Mauer aus mehreren Untersystemen besteht, wie etwa aus Städten, Straßenstädten, Zitadellen, Garnisonsstädten, Festungsstädten, Poststädten, Leuchttürmen, militärischen Landwirtschaftssystemen, Pässen, feindlichen Türmen und Mauern.

Li Zhe ist davon überzeugt, dass eine der zentralen Bedeutungen der Vermessung und Kartierung der Großen Mauer darin besteht, der Öffentlichkeit zu zeigen, dass die Große Mauer ein System ist und ihre Gesamtverteilung einer radialen Form ähnelt, die die Alten als „fliegende Drachen und aufsteigende Phönixe“ beschrieben.

Aufgrund technischer Einschränkungen wurde die riesige „Familie“ der Großen Mauer nie systematisch geordnet.

Die Einrichtung einer realitätsnahen dreidimensionalen Datenbank der gesamten Großen Mauer und die unterstützende Anwendung künstlicher Intelligenz haben diese massive und systematische Sortierarbeit ermöglicht.

„Es ist offensichtlich unrealistisch, dass Menschen mehr als zwei Millionen Fotos einzeln durchgehen und durchsuchen. Hier kann künstliche Intelligenz bei der Überprüfung helfen.“ Zhang Mengdi, ein Doktorand im Team, der für Datenbankprogrammierung und Bildscreening mit künstlicher Intelligenz verantwortlich ist, gab ein Beispiel. Wenn das Team beispielsweise hohle feindliche Türme aussortieren möchte, kann es Fotos finden, um den Computer zu trainieren, die verschiedenen Eigenschaften hohler feindlicher Türme zu verstehen. Nach Erhalt eines ausgereiften Modellalgorithmus kann die Maschine alle hohlen feindlichen Türme in Massenfotos schnell identifizieren. Bei hohlen feindlichen Gebäuden hat die KI-Erkennungsgenauigkeit derzeit 90 % erreicht.

Unter den vielen „Stammbäumen“ der Großen Mauer ist die Geheimtür ein „geheimes und großartiges“ System, das in der Großen Mauer existiert.

Li Zhe zeigte auf die Replik einer Karte an der Wand, die während der Qianlong-Periode der Qing-Dynastie gezeichnet worden war, und erzählte dem Reporter von Science and Technology Daily, dass Li Yan die Karte während seines Studiums im Ausland entdeckt habe. Die Große Mauer ist auf der Karte deutlich zu erkennen und auch militärische Einrichtungen wie Geheimtüren sind markiert. Eine Geheimtür ist ein kleiner Durchgang, der je nach Gelände, militärischen Erfordernissen und anderen Anforderungen in einem verborgenen Abschnitt der Großen Mauer geöffnet wird und als geheimer Eingang oder Ausgang nach außen dient.

„Die Geheimtüren verbergen die Geheimnisse der Großen Mauer und die Weisheit der Alten.“ Li Zhe sagte, dass derartige Forschungen in der Vergangenheit selten gewesen seien.

Durch die Kombination manueller Überprüfung mit KI-Suche entdeckten die Forscher mehr als 130 physische Überreste von Geheimtüren. Sie analysierten die Bilder nicht nur, sondern führten bei einigen auch Vor-Ort-Besichtigungen durch. Sie stellten fest, dass jede Geheimtür in hohem Maße mit dem örtlichen Gelände übereinstimmte und ihre Struktur je nach Bedarf variierte. „Ich muss das Design der Alten bewundern. Die Anordnung der Geheimtür ist sehr flexibel. Beispielsweise kann die drehbare Geheimtür sicherstellen, dass in Szenen wie dem Pferdemarkt die Geheimtür die Pferde blockieren und die Menschen auf der anderen Seite vor den Pferden schützen kann.“ sagte Li Zhe.

Von allen entdeckten Geheimtüren war die plötzliche Tür für das Team die aufregendste Entdeckung.

„Graben Sie außerdem heimlich ein Tor in die Stadtmauer an einer Stelle, wo die Soldaten ein- und ausgehen können, und lassen Sie außen mehr als einen Fuß Platz, um darauf vorbereitet zu sein, Truppen zum Angriff auf den Feind auszusenden.“ Bereits in der Frühlings- und Herbstperiode und in der Zeit der Streitenden Reiche wurde das Tu-Tor im Kapitel „Mozi·Bei Tu“ speziell beschrieben. Gelehrte aus der Tang-, Song-, Ming- und Qing-Dynastie haben das Tumen-Tor alle dokumentiert, doch zuvor wurden keine entsprechenden physischen Beweise dafür gefunden.

**„Der Geheimgang ist für Überraschungsangriffe ausgelegt. **Wei Yuan, ein berühmter Gelehrter der späten Qing-Dynastie, verwendete zur Beschreibung des Geheimgangs einst die Redewendung: ‚Sich unter den neun Erden zu verstecken, nennt man verborgen, und sich über den neun Himmeln zu bewegen, nennt man Überraschung‘.“ Zhang Yukun erklärte, dass außerhalb des Geheimgangs eine Schicht Ziegelsteine ​​als Tarnung ausgelegt worden sei. Bei einem Überraschungsangriff konnten die Soldaten die dünne Ziegelmauer durchbrechen und den Feind so überrumpeln.

Anhand der Fotos stellten die Teammitglieder fest, dass sich nach einem Einbruch Löcher in der Wand befanden. Die Löcher waren ungleichmäßig und entsprachen nicht den regulären Strukturen, die wie gewöhnliche Geheimtüren im Voraus entworfen und gebaut wurden. Wir waren uns damals nicht sicher, ob es sich um eine hervorstehende oder eine beschädigte Tür handelte. Nach einer Untersuchung vor Ort sammelten wir reale Fotos von der Innen- und Außenseite des Höhleneingangs. Nach der dreidimensionalen Modellierung vereinten wir Innen- und Außenseite zu einem Modell und stellten schließlich fest, dass es sich um die hervorstehende Tür handelte. Li Zhe sagte bewegt, dass die Entdeckung der hervorstehenden Tür und die Aufklärung der Geheimtürfamilie untrennbar mit der „Großen Mauer – vollständige Real-3D-Datenbank“ verbunden seien.

Bisher hat das Team in Kombination mit alten Karten insgesamt nicht weniger als 220 Geheimtüren bestätigt und mehr als 130 physische Überreste entdeckt. Sie fanden außerdem einen klaren Hinweis in den offiziellen historischen Unterlagen der Ming-Dynastie, dass „nach dem System unserer Vorfahren noch viele Geheimtüren unter den Grenzmauern vorhanden waren“. Dadurch wurde die Existenz von Geheimtüren unter den Pässen und Eingängen, einer Zollabfertigungsanlage der dritten Ebene, sowohl durch physische als auch durch schriftliche Beweise bestätigt.

Derzeit führt das Team eine umfassende Überprüfung der Subsysteme des Verteidigungssystems der Großen Mauer durch, darunter Festungen, Städte, Leuchtfeuerlinien, Postlinien, Handelseinrichtungen und Randmauern.

Produziert von Science and Technology Daily und Deep Eye Studio

◎ Interview und Schreiben: Science and Technology Daily-Reporter Chen Xi

◎ Planung: Zhao Yingshu, Teng Jipu, Lin Lijun