北出長(zhǎng)城古塞邊，荒松落日少人煙。歷經(jīng)千年，敦煌莫高窟煢煢矗立在河西走廊西端。
在這座文明匯聚的藝術(shù)寶庫(kù)中，洞窟建筑、彩塑、繪畫融于一體，富麗多彩，精妙絕倫。然而，不像博物館中的藏品被悉心呵護(hù)在在恒溫恒濕的系統(tǒng)中，這些石窟里的壁畫在歲月的風(fēng)沙中越過(guò)千年，歷經(jīng)日月星辰，與當(dāng)代人同此涼熱。
一代代后來(lái)人，守衛(wèi)著莫高窟，保護(hù)著莫高窟。2006年開(kāi)始，浙江大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院人工智能研究所副所長(zhǎng)董亞波副教授，也加入到他們的隊(duì)伍，為莫高窟裝上環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，一件件藝術(shù)品的“冷暖體征”得以記錄，文物保護(hù)專家得以更好“對(duì)癥下藥”。
一呼一吸牽動(dòng)著莫高窟的美
走進(jìn)一個(gè)個(gè)洞窟，豪放自如、粗獷有力的敦煌壁畫，大多直面觀眾。游客們得以近距離洞察古人智慧，感嘆一眼千年的神奇。但這也讓壁畫面臨巨大的風(fēng)險(xiǎn)。這種風(fēng)險(xiǎn)來(lái)自觀眾呼吸出來(lái)的水汽和高濕天氣時(shí)因?yàn)橛慰蛥⒂^而從窟外交換進(jìn)來(lái)的濕空氣，當(dāng)空氣濕度超過(guò)62%時(shí)，壁畫深處的地仗層就會(huì)析出鹽分，進(jìn)而在壁畫表面結(jié)晶，引起壁畫酥堿和破裂。
日益增多的游客進(jìn)入洞窟對(duì)壁畫的保護(hù)構(gòu)成了威脅。敦煌研究院的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，每40個(gè)游客參觀半小時(shí)，洞內(nèi)的二氧化碳值就會(huì)升高7.5倍，空氣相對(duì)濕度上升10%，溫度升高4℃。觀眾參觀所帶來(lái)的一連串連鎖效應(yīng)，會(huì)使許多壁畫出現(xiàn)變色剝落現(xiàn)象。人為的不經(jīng)意的損壞加速了經(jīng)年累月的侵蝕，再加上風(fēng)沙等自然界的影響，壁畫文物正在一天天地“衰老”，保護(hù)石窟已經(jīng)刻不容緩。
此前，溫度、濕度、二氧化碳的監(jiān)測(cè)，只能隔段時(shí)間手動(dòng)提取一次?！斑@種監(jiān)測(cè)方式時(shí)效性很差，如果真的需要保護(hù)，搶救都來(lái)不及?！睌[在董亞波面前的，就是研制安裝一套實(shí)時(shí)反饋的環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
2006年，董亞波第一次走進(jìn)莫高窟，頓時(shí)被眼前的場(chǎng)景所震驚。
如此恢弘壯麗的畫面，凝聚著古人的精湛技藝。但洞窟里如此狹小的作業(yè)空間，監(jiān)測(cè)工作很難開(kāi)展。而等待著他的是滿格的手機(jī)信號(hào)走進(jìn)石窟頓時(shí)全無(wú)——洞窟的特殊形制使得無(wú)線信號(hào)完全被遮擋，而由于文物保護(hù)的需要，窟內(nèi)沒(méi)有電源，不能搭設(shè)網(wǎng)線。
一切都困難重重。
怎么辦？董亞波想到了當(dāng)時(shí)剛剛興起的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，依托無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)，傳遞信號(hào)。雖然在工業(yè)界無(wú)線傳感技術(shù)已經(jīng)起步，但體積龐大使用不便，需要應(yīng)用在文物上，對(duì)洞窟的環(huán)境和壁畫文物都有不良影響。因此將現(xiàn)成技術(shù)直接移植到文物保護(hù)領(lǐng)域，談何容易。一切都要從頭開(kāi)始，摸著石頭過(guò)河。
讓數(shù)據(jù)成為文物保護(hù)“看門狗”
從文物保護(hù)角度講，傳感器的安放，既不能破壞壁畫，又不能影響觀眾參觀。董亞波團(tuán)隊(duì)通過(guò)低功耗的多跳自組織結(jié)構(gòu)，讓數(shù)據(jù)在接力中傳遞出來(lái)。這是一個(gè)比固體膠略胖一些的傳感器，用于感知和采集空氣中的濕度、溫度、二氧化碳。沒(méi)有電源，董亞波的這款監(jiān)測(cè)器只需要2節(jié)五號(hào)電池，就能工作整整一年時(shí)間。
怎么降低電能消耗呢？團(tuán)隊(duì)盡可能讓傳感器在不工作的時(shí)候處于休眠，壓縮工作時(shí)間。因此，每一分鐘的數(shù)據(jù)傳輸，傳感器在工作的短短幾十毫秒中，要完成尋找信號(hào)、接收上游傳感器數(shù)據(jù)、尋找下游傳感器、發(fā)送數(shù)據(jù)以及接收應(yīng)答等等動(dòng)作。
在硬件層面，董亞波帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)自己設(shè)計(jì)研制傳感器，盡可能降低傳感器能耗，把傳感器做小，以避免對(duì)洞窟景觀的影響。在軟件層面，他們寫了幾十萬(wàn)條代碼，確保整個(gè)傳感器的高效運(yùn)行。
隨著一個(gè)個(gè)傳感器的安裝，數(shù)據(jù)源源不斷地輸出。最開(kāi)始的幾年，它們卻異?！罢{(diào)皮”?？赡芙裉煺{(diào)試完成，性能良好，等到了第二天就沒(méi)有數(shù)據(jù)了?！碍h(huán)境太復(fù)雜，信號(hào)非常不穩(wěn)定，不知道什么時(shí)候它就突然不工作了?！倍瓉啿ㄕf(shuō)，“那時(shí)候非常沮喪，甚至?xí)械奖罎??！?/p>
而解決問(wèn)題的鑰匙，也只掌握在他們的手里。在最開(kāi)始的幾年里，暑假一到團(tuán)隊(duì)就飛到敦煌一呆就是一個(gè)月，“這時(shí)候沒(méi)有課，我們就整天泡在莫高窟，有問(wèn)題隨時(shí)可以趕過(guò)去?！倍搅艘雇硭麄冏畲蟮男菹ⅲ褪桥艿缴车厣?，仰望銀河，數(shù)星星，看流星。
“看到那么美的景致，保護(hù)那么美的壁畫，好像一切都是理所當(dāng)然?！倍瓉啿ㄕf(shuō)，天一亮，他們就忙碌于查找問(wèn)題和技術(shù)迭代，讓物聯(lián)技術(shù)更加穩(wěn)定。一方面經(jīng)過(guò)精心細(xì)致的技術(shù)研發(fā)和測(cè)試，攻克低功耗多跳自組網(wǎng)技術(shù)中的各個(gè)技術(shù)難點(diǎn)，并通過(guò)十多個(gè)軟件版本的代碼升級(jí)，逐步提高傳感器的穩(wěn)定性；另一方面根據(jù)每一個(gè)洞窟的特性，設(shè)計(jì)不同的信號(hào)中繼位置，保證在不同洞窟里都可以有安全穩(wěn)定的信號(hào)傳輸通道。最終在100多個(gè)洞窟內(nèi)安裝的500多個(gè)傳感器都可以穩(wěn)定運(yùn)行，每個(gè)洞窟內(nèi)的環(huán)境數(shù)據(jù)都可以在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)上實(shí)時(shí)呈現(xiàn)出來(lái)。
敦煌莫高窟南區(qū)有492個(gè)洞窟，董亞波從最初的完全陌生，到漸漸熟悉，尤其是對(duì)其中幾十個(gè)重點(diǎn)石窟如數(shù)家珍。2011年系統(tǒng)逐漸穩(wěn)定后，已經(jīng)有100多個(gè)洞窟安裝著他們研制的第二代環(huán)境監(jiān)測(cè)傳感器，在莫高窟窟區(qū)內(nèi)也設(shè)置了氣象站和空氣污染監(jiān)測(cè)站，這些傳感器發(fā)揮著文物保護(hù)“看門狗”的作用。
走進(jìn)敦煌研究院監(jiān)測(cè)中心，一塊碩大的電子屏吸引人的眼球。一個(gè)個(gè)小綠點(diǎn)代表著溫濕度、二氧化碳濃度正常，而一旦達(dá)到警戒值“爆紅”，一連串的游客調(diào)度系統(tǒng)就將開(kāi)啟。如果是因?yàn)橛慰投啵邇?nèi)溫濕度大于室外，莫高窟就會(huì)啟動(dòng)限流和通風(fēng)措施，展示關(guān)閉參觀；如果是因?yàn)榇髿鉂穸冗^(guò)高，會(huì)影響窟內(nèi)濕度，則會(huì)關(guān)閉洞窟門，穩(wěn)定窟內(nèi)環(huán)境。
敦煌研究院前院長(zhǎng)樊錦詩(shī)曾點(diǎn)贊團(tuán)隊(duì)：“做了一件對(duì)莫高窟非常有用的工作”。
云技術(shù)，讓壁畫再“活”一千年
從2006年第一次走進(jìn)莫高窟的殿堂之后，董亞波每年都要多次往返杭州敦煌監(jiān)測(cè)文物數(shù)據(jù)。這一堅(jiān)持下來(lái)，便是十四年。
如今隨著研究的深入，董亞波團(tuán)隊(duì)不僅開(kāi)展窟內(nèi)環(huán)境監(jiān)測(cè)，還通過(guò)傳感器，對(duì)文物本體開(kāi)展傾斜、開(kāi)裂等因素的監(jiān)測(cè)。而董亞波也在敦煌“種下”了一支本土團(tuán)隊(duì)，敦煌研究院成立了全國(guó)文物界較早的專業(yè)化的文物保護(hù)監(jiān)測(cè)中心。
當(dāng)回想起2006年初到敦煌時(shí)的情景，他覺(jué)得有種初生牛犢不怕虎的闖勁。憑借一臺(tái)電腦作為服務(wù)器，用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)貫穿起十幾個(gè)洞窟。而隨著數(shù)據(jù)量的越來(lái)越大，服務(wù)器的容量也不斷擴(kuò)增。
相較于一般工業(yè)或者民用領(lǐng)域上采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，可以定期清除或者壓縮，而對(duì)于文物，這些歷史數(shù)據(jù)卻大有用武之地。“在文物保護(hù)中，利用歷史數(shù)據(jù)可以建立文物保存環(huán)境和文物本體狀態(tài)的常態(tài)模型，為未來(lái)的文物風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警提供重要的依據(jù)，因此這些數(shù)據(jù)價(jià)值巨大，可刪不得?！?/p>
幾十億上百億條數(shù)據(jù)堆起來(lái)，量越來(lái)越大，問(wèn)題也就出來(lái)了?？臻g存儲(chǔ)越來(lái)越越大，與此同時(shí)數(shù)據(jù)查詢也變得異常緩慢。“不敢輕易訪問(wèn)前一年的數(shù)據(jù)，怕服務(wù)器跑不動(dòng)會(huì)崩潰?！?/p>
還有一個(gè)情況也讓董亞波犯愁。有時(shí)候莫高窟會(huì)停電，使得傳輸網(wǎng)絡(luò)中斷。這時(shí)傳感器會(huì)自動(dòng)儲(chǔ)存數(shù)據(jù)，恢復(fù)供電后，這些暫時(shí)保存在傳感器上的數(shù)據(jù)就會(huì)像洪水一般涌向服務(wù)器。這讓董亞波每天對(duì)數(shù)據(jù)的安全提心吊膽，就好像是守著一個(gè)幾近臨街的水庫(kù)，擔(dān)心大壩潰壩，數(shù)據(jù)丟失。
此時(shí)，云技術(shù)日新月異，數(shù)據(jù)寫入與訪問(wèn)性能得到極大的改善。通過(guò)浙江大學(xué)與阿里巴巴合作設(shè)立的智云實(shí)驗(yàn)室，董亞波團(tuán)隊(duì)在與阿里巴巴的云技術(shù)專家的合作中共同攻克了海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理的技術(shù)難題，也將智云實(shí)驗(yàn)室的浙大云平臺(tái)應(yīng)用在了更多的文物保護(hù)項(xiàng)目中。
現(xiàn)如今，董亞波團(tuán)隊(duì)正在不斷擴(kuò)大他們的研究領(lǐng)域和應(yīng)用對(duì)象，希望為其他的文博機(jī)構(gòu)培養(yǎng)更多更聰明的電子“看門狗。”董亞波說(shuō)，文物本體的預(yù)防性保護(hù)很難，但他想通過(guò)技術(shù)讓更多的文物再“活”一千年。
（柯溢能 吳雅蘭）
