北出長城古塞邊，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)沙中越過千年，歷經(jīng)日月星辰，與當(dāng)代人同此涼熱。

一代代后來人，守衛(wèi)著莫高窟，保護著莫高窟。2006年開始，浙江大學(xué)計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院人工智能研究所副所長董亞波副教授，也加入到他們的隊伍，為莫高窟裝上環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，一件件藝術(shù)品的“冷暖體征”得以記錄，文物保護專家得以更好“對癥下藥”。

一呼一吸牽動著莫高窟的美

走進一個個洞窟，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。這種風(fēng)險來自觀眾呼吸出來的水汽和高濕天氣時因為游客參觀而從窟外交換進來的濕空氣，當(dāng)空氣濕度超過62%時，壁畫深處的地仗層就會析出鹽分，進而在壁畫表面結(jié)晶，引起壁畫酥堿和破裂。

日益增多的游客進入洞窟對壁畫的保護構(gòu)成了威脅。敦煌研究院的一項研究發(fā)現(xiàn)，每40個游客參觀半小時，洞內(nèi)的二氧化碳值就會升高7.5倍，空氣相對濕度上升10%，溫度升高4℃。觀眾參觀所帶來的一連串連鎖效應(yīng)，會使許多壁畫出現(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”，保護石窟已經(jīng)刻不容緩。

此前，溫度、濕度、二氧化碳的監(jiān)測，只能隔段時間手動提取一次?！斑@種監(jiān)測方式時效性很差，如果真的需要保護，搶救都來不及?！睌[在董亞波面前的，就是研制安裝一套實時反饋的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。

2006年，董亞波第一次走進莫高窟，頓時被眼前的場景所震驚。

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)測工作很難開展。而等待著他的是滿格的手機信號走進石窟頓時全無——洞窟的特殊形制使得無線信號完全被遮擋，而由于文物保護的需要，窟內(nèi)沒有電源，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)時剛剛興起的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，依托無線傳感網(wǎng)絡(luò)，傳遞信號。雖然在工業(yè)界無線傳感技術(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領(lǐng)域，談何容易。一切都要從頭開始，摸著石頭過河。

讓數(shù)據(jù)成為文物保護“看門狗”

從文物保護角度講，傳感器的安放，既不能破壞壁畫，又不能影響觀眾參觀。董亞波團隊通過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。這是一個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。沒有電源，董亞波的這款監(jiān)測器只需要2節(jié)五號電池，就能工作整整一年時間。

怎么降低電能消耗呢？團隊盡可能讓傳感器在不工作的時候處于休眠，壓縮工作時間。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、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)答等等動作。

在硬件層面，董亞波帶領(lǐng)團隊自己設(shè)計研制傳感器，盡可能降低傳感器能耗，把傳感器做小，以避免對洞窟景觀的影響。在軟件層面，他們寫了幾十萬條代碼，確保整個傳感器的高效運行。

隨著一個個傳感器的安裝，數(shù)據(jù)源源不斷地輸出。最開始的幾年，它們卻異?！罢{(diào)皮”。可能今天調(diào)試完成，性能良好，等到了第二天就沒有數(shù)據(jù)了?！碍h(huán)境太復(fù)雜，信號非常不穩(wěn)定，不知道什么時候它就突然不工作了。”董亞波說，“那時候非常沮喪，甚至?xí)械奖罎?。?/p>

而解決問題的鑰匙，也只掌握在他們的手里。在最開始的幾年里，暑假一到團隊就飛到敦煌一呆就是一個月，“這時候沒有課，我們就整天泡在莫高窟，有問題隨時可以趕過去。”而到了夜晚他們最大的休息，就是跑到沙地上，仰望銀河，數(shù)星星，看流星。

“看到那么美的景致，保護那么美的壁畫，好像一切都是理所當(dāng)然?！倍瓉啿ㄕf，天一亮，他們就忙碌于查找問題和技術(shù)迭代，讓物聯(lián)技術(shù)更加穩(wěn)定。一方面經(jīng)過精心細致的技術(shù)研發(fā)和測試，攻克低功耗多跳自組網(wǎng)技術(shù)中的各個技術(shù)難點，并通過十多個軟件版本的代碼升級，逐步提高傳感器的穩(wěn)定性；另一方面根據(jù)每一個洞窟的特性，設(shè)計不同的信號中繼位置，保證在不同洞窟里都可以有安全穩(wěn)定的信號傳輸通道。最終在100多個洞窟內(nèi)安裝的500多個傳感器都可以穩(wěn)定運行，每個洞窟內(nèi)的環(huán)境數(shù)據(jù)都可以在監(jiān)測系統(tǒng)上實時呈現(xiàn)出來。

敦煌莫高窟南區(qū)有492個洞窟，董亞波從最初的完全陌生，到漸漸熟悉，尤其是對其中幾十個重點石窟如數(shù)家珍。2011年系統(tǒng)逐漸穩(wěn)定后，已經(jīng)有100多個洞窟安裝著他們研制的第二代環(huán)境監(jiān)測傳感器，在莫高窟窟區(qū)內(nèi)也設(shè)置了氣象站和空氣污染監(jiān)測站，這些傳感器發(fā)揮著文物保護“看門狗”的作用。

走進敦煌研究院監(jiān)測中心，一塊碩大的電子屏吸引人的眼球。一個個小綠點代表著溫濕度、二氧化碳濃度正常，而一旦達到警戒值“爆紅”，一連串的游客調(diào)度系統(tǒng)就將開啟。如果是因為游客多，窟內(nèi)溫濕度大于室外，莫高窟就會啟動限流和通風(fēng)措施，展示關(guān)閉參觀；如果是因為大氣濕度過高，會影響窟內(nèi)濕度，則會關(guān)閉洞窟門，穩(wěn)定窟內(nèi)環(huán)境。

敦煌研究院前院長樊錦詩曾點贊團隊：“做了一件對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)測文物數(shù)據(jù)。這一堅持下來，便是十四年。

如今隨著研究的深入，董亞波團隊不僅開展窟內(nèi)環(huán)境監(jiān)測，還通過傳感器，對文物本體開展傾斜、開裂等因素的監(jiān)測。而董亞波也在敦煌“種下”了一支本土團隊，敦煌研究院成立了全國文物界較早的專業(yè)化的文物保護監(jiān)測中心。

當(dāng)回想起2006年初到敦煌時的情景，他覺得有種初生牛犢不怕虎的闖勁。憑借一臺電腦作為服務(wù)器，用無線網(wǎng)絡(luò)貫穿起十幾個洞窟。而隨著數(shù)據(jù)量的越來越大，服務(wù)器的容量也不斷擴增。

相較于一般工業(yè)或者民用領(lǐng)域上采集的實時數(shù)據(jù)，可以定期清除或者壓縮，而對于文物，這些歷史數(shù)據(jù)卻大有用武之地?！霸谖奈锉Ｗo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，為未來的文物風(fēng)險預(yù)警提供重要的依據(jù)，因此這些數(shù)據(jù)價值巨大，可刪不得?！?/p>

幾十億上百億條數(shù)據(jù)堆起來，量越來越大，問題也就出來了?？臻g存儲越來越越大，與此同時數(shù)據(jù)查詢也變得異常緩慢。“不敢輕易訪問前一年的數(shù)據(jù)，怕服務(wù)器跑不動會崩潰?！?/p>

還有一個情況也讓董亞波犯愁。有時候莫高窟會停電，使得傳輸網(wǎng)絡(luò)中斷。這時傳感器會自動儲存數(shù)據(jù)，恢復(fù)供電后，這些暫時保存在傳感器上的數(shù)據(jù)就會像洪水一般涌向服務(wù)器。這讓董亞波每天對數(shù)據(jù)的安全提心吊膽，就好像是守著一個幾近臨街的水庫，擔(dān)心大壩潰壩，數(shù)據(jù)丟失。

此時，云技術(shù)日新月異，數(shù)據(jù)寫入與訪問性能得到極大的改善。通過浙江大學(xué)與阿里巴巴合作設(shè)立的智云實驗室，董亞波團隊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)存儲管理的技術(shù)難題，也將智云實驗室的浙大云平臺應(yīng)用在了更多的文物保護項目中。

現(xiàn)如今，董亞波團隊正在不斷擴大他們的研究領(lǐng)域和應(yīng)用對象，希望為其他的文博機構(gòu)培養(yǎng)更多更聰明的電子“看門狗?！倍瓉啿ㄕf，文物本體的預(yù)防性保護很難，但他想通過技術(shù)讓更多的文物再“活”一千年。

（柯溢能 吳雅蘭）