Методы воздушной археологии

Методы воздушной археологии включают аэрофотосъёмку, дистанционное зондирование и другие техники для выявления, регистрации и интерпретации археологических объектов и мест. Аэроархеология использовалась для обнаружения и картографирования широкого спектра археологических объектов, от доисторических поселений и древних дорог до средневековых замков и полей сражений Второй мировой войны.

Воздушная археология включает в себя интерпретацию и анализ фото- и других видов изображений в ходе полевых исследований для понимания археологических особенностей, объектов и ландшафтов. Она позволяет исследовать и изучать контекст и большие участки земли в масштабах, не сравнимых с другими археологическими методами. Воздушная археологическая исследовательская группа (AARG) заявила, что «во всём мире с помощью аэрофотосъёмки было обнаружено больше археологических объектов, чем с помощью любого другого способа исследования».

Аэрофотосъёмка

Фотография — наиболее распространённый метод воздушной археологии. Археологи используют специализированные камеры и объективы для получения изображений высокого разрешения с самолётов или беспилотников.

Наклонная и вертикальная съёмка

Воздушные фотографии могут быть сделаны под разными углами, каждый из которых имеет свои преимущества для археологических исследований:

• Съёмка под углом. Снятые под углом фотографии дают более привычную перспективу, похожую на ту, которую видит человеческий глаз. Это позволяет легче распознавать объекты и создаёт ощущение глубины и контекста. Косые снимки особенно полезны для визуализации взаимосвязи между археологическими объектами и окружающим ландшафтом.
• Вертикальная съёмка. Вертикальные фотографии, сделанные непосредственно сверху, дают планиметрический вид, минимизируя искажения и позволяя проводить точные измерения и составление карт. Такие снимки идеально подходят для создания точных планов местности, документирования масштабов археологических объектов и мониторинга изменений с течением времени.

Диаграмма, показывающая тени и блики от солнца, падающего на пологий и крутой берег, как это было бы видно сверху

Выбор между наклонной и вертикальной съёмкой зависит от конкретных задач исследования и характеристик изучаемого объекта. Часто археологи используют комбинацию обеих техник, чтобы получить полное представление об археологических находках.

Идентификация археологических объектов на воздушных снимках

Некоторые археологические объекты в силу своей природы лучше видны с воздуха, чем на земле. Ключевая концепция дешифрирования в воздушной археологии заключается в том, что процессы формирования по-разному влияют на особенности участка после его разрушения. Для того чтобы объект был обнаружен методом дистанционного зондирования, следует ожидать изменений в почве или подпочве, например, канав, ям, берегов, курганов, стен и т. д., которые часто видны в рельефе.

Влияние особенностей подпочвы на рост сельскохозяйственных культур. Это позволяет выявить особенности грунта путём визуального осмотра посевов с помощью воздушных снимков.

Крошечные различия в состоянии почвы, вызванные заглублёнными элементами, могут быть подчёркнуты рядом факторов и рассмотрены с воздуха:

• Теневые следы: небольшие различия в уровне грунта отбрасывают тени, когда солнце находится низко, и лучше всего видны сверху.
• Следы от посевов: зарытые канавы будут удерживать больше воды, а зарытые стены — меньше, чем нетронутая земля, что приводит к росту или уменьшению высоты посевов, и, следовательно, определяет зарытые особенности, например, как тональные или цветовые различия.
• Особенности почвы: небольшие различия в цвете почвы между природными и археологическими отложениями также часто проявляются на вспаханных полях.
• Следы инея: иней может появляться зимой на вспаханных полях, где вода естественным образом скапливается вдоль линий погребённых объектов.
• Скопление воды: разница в уровнях и наличие погребённых объектов также влияет на поведение поверхностных вод на участке, создавая разительные эффекты после сильного дождя.

Для получения трёхмерного эффекта можно стереоскопически рассмотреть пару вертикальных фотографий, сделанных со слегка смещённых позиций.

Дистанционное зондирование

Помимо традиционной аэросъёмки, археологи используют различные методы дистанционного зондирования для изучения мест без физических раскопок. Эти методы предполагают сбор данных на расстоянии с помощью специализированных датчиков, которые обнаруживают и регистрируют различные формы электромагнитного излучения. Эта информация позволяет обнаружить подповерхностные особенности, изменения в растительности и другие археологические улики, скрытые от невооружённого глаза. Цифровые данные, например, ALS, могут эффективно использоваться в «сильно автоматизированных рабочих процессах» (процесс, использующий логику, основанную на правилах, для запуска задач, которые выполняются без вмешательства человека), например, шестилетний проект с использованием контролируемой автоматизированной классификации для обследования 35 000 км² территории Баден-Вюртемберга в Германии выявил до 600 000 возможных мест.

Спутниковые наблюдения НАСА проекта LANDSAT часто используются в воздушной археологии. Ренфру и Бан описывают используемые методы как сканеры, которые «регистрируют интенсивность отражённого света и инфракрасного излучения от земной поверхности и преобразуют их в фотографические изображения». Изображения LANDSAT помогли выявить крупномасштабные объекты, такие как древнее русло реки, протекающей из пустыни Саудовской Аравии в Кувейт.

SLAR (sideways looking airborne radar/боковой обзорный авиационный радар) — это метод дистанционного зондирования, который регистрирует импульсы электромагнитного излучения с самолёта. Ричард Адамс использовал SLAR для определения матрицы возможных систем орошения майя под густым тропическим лесом с самолёта НАСА.

SAR/РСА (synthetic aperture radar/радиолокационное синтезирование апертуры) — это радарные изображения, которые обрабатываются для получения данных высокого разрешения. Эта техника выделяется тем, что погодные условия и ночь не влияют на её результаты. Ренфру и Бан описывают её как «быструю недеструктивную альтернативу наземной съёмке, которая не предполагает сбора артефактов». Она может быть более быстрой и менее трудоёмкой, чем наземная съёмка.

Лидар

Система Линчет возле Бишопстоуна в Уилтшире. Технология Лидар используется для составления топографических карт.

Лидар/LiDAR (light detection and ranging/обнаружение и определение дальности с помощью света), он же ALS (airborne laser scanning/воздушное лазерное сканирование), использует импульсы лазерного сканера для измерения расстояния до земли и других объектов. Излучая тысячи импульсов в секунду и регистрируя время их возвращения на датчик, лидар создаёт высокоточные 3D-модели земной поверхности. В археологии лидар имеет неоценимое значение в следующих случаях:

• Картографирование местности. Лидар может проникать сквозь густую растительность, выявляя тонкие изменения в топографии, которые могут указывать на наличие погребённых объектов, таких как стены, рвы или курганы.
• Создание цифровых моделей рельефа (ЦМР). Эти модели дают детальное представление о поверхности земли, позволяя археологам выявлять археологические объекты, которые не всегда видны на местности.
• Визуализация ландшафтов. Данные Лидар могут быть использованы для создания потрясающих визуализаций археологических ландшафтов, помогая интерпретировать расположение объектов и схемы землепользования.

Спутниковые снимки

В местах, которые ещё не задокументированы (или где карты считаются конфиденциальными), спутниковые снимки играют важную роль в создании базовых карт для раскопок. Спутниковые снимки обеспечивают широкий обзор, охватывая огромные территории и предоставляя данные для региональных исследований и ландшафтной археологии. Различные типы спутников улавливают различные длины волн света и обеспечивают получение информации о:

• характере растительности;
  • Анализ изменений в состоянии и плотности растительности может выявить следы древних сооружений или практики землепользования.
• составе почвы;
  • Спутниковые снимки помогают определить различные типы почв, которые могут быть связаны с прошлой деятельностью человека.
• изменении в землепользовании.
  • Мониторинг изменений в землепользовании с течением времени может дать представление о структуре расселения и воздействии на окружающую среду.

Одним из полезных ресурсов для получения доступа к спутниковым снимкам является Google Earth. Эта платформа включает в себя целый ряд различных спутниковых и воздушных снимков, таких как серия NASA LANDSAT, Ikonos, QuickBird, GeoEye и другие.

Спутниковые фотографии Corona времён холодной войны широко использовались для создания базовых карт и предварительной интерпретации. В отличие от других снимков, Corona использует два изображения одного и того же объекта для создания стереоскопического вида, что позволяет проводить более точное изучение и интерпретацию в 3D.

Тепловидение

Воздушная термограмма с воздушного змея, выявляющая особенности на/под травяным покрытием игрового поля. Задействованы тепловая инерция и дифференциальная транспирация/испарение

Тепловидение фиксирует инфракрасное излучение, испускаемое объектами, и выявляет разницу в температуре. В археологии это может быть использовано для:

• обнаружения погребённых структур;
  • Стены, фундаменты и другие подземные объекты могут сохранять тепло иначе, чем окружающая почва, создавая тепловые аномалии, видимые на тепловых изображениях.
• выявления закономерностей влажности;
  • Колебания влажности почвы могут влиять на температуру, выявляя потенциальные археологические объекты.
• мониторинга состояния участка.
  • Тепловидение может помочь оценить состояние археологических объектов и выявить участки, подверженные риску повреждения.

ASTER (усовершенствованный космический радиометр теплового излучения и отражения) используется для создания карт «температуры, отражательной способности и высоты поверхности земли». Он прикрепляется к спутнику Terra и может быть использован для создания цифровых моделей рельефа.

Мультиспектральная и гиперспектральная съёмка

Эти передовые методы получения изображений позволяют получать данные в широком диапазоне электромагнитного спектра, выходя за рамки видимого света, фиксируемого традиционными камерами.

• Мультиспектральная съёмка

Записывает данные в нескольких более широких диапазонах длин волн, часто включая инфракрасный и ультрафиолетовый свет. Это может помочь различить тонкие изменения в растительности, почве и строительных материалах, что способствует идентификации археологических объектов.

• Гиперспектральная съёмка

Получение данных в сотнях очень узких, смежных спектральных полос, что позволяет составить подробную спектральную подпись для каждого пикселя на изображении. Это обеспечивает точную идентификацию материалов на основе их уникальных спектральных свойств, что может быть использовано для картирования различных типов растительности, идентификации погребённых объектов и даже анализа состава археологических материалов.

Обработка и интерпретация данных

Для анализа данных воздушные снимки должны быть проанализированы и интерпретированы с использованием специальных навыков. Это включает в себя понимание процессов формирования, а также современной истории и истории ландшафта. Часто воздушная археология проводится с использованием компьютерных программ (например, ГИС), помогающих в интерпретации. Необработанные данные, полученные с помощью аэрофотографии и дистанционного зондирования, требуют тщательной обработки и интерпретации для извлечения значимой археологической информации. К ним относятся:

• Геопривязка — выравнивание изображений с реальными координатами, обеспечивающее точную пространственную привязку.
• Орторектификация — коррекция геометрических искажений на воздушных снимках, создающая точное с точки зрения планиметрии изображение местности.
• Улучшение изображения — применение различных методов для повышения чёткости изображения, выделения тонких особенностей и удаления шумов.
• Выделение признаков — идентификация и выделение археологических объектов на снимках, часто с помощью визуальной интерпретации и программного обеспечения для анализа изображений.
• Пространственный анализ — использование программного обеспечения ГИС для анализа пространственных отношений между археологическими объектами и окружающим ландшафтом.

Фотограмметрия и 3D-моделирование

Фотограмметрия — это техника создания 3D-моделей из наложенных друг на друга фотографий. Анализируя различные ракурсы, запечатлённые на нескольких изображениях, специализированное программное обеспечение может восстановить геометрию сцены. В археологии фотограмметрия используется для:

• создания детальных 3D-моделей объектов и артефактов;
  • Эти модели могут использоваться для документации, анализа и виртуального исследования.
• генерации точные измерения и планы;
  • Точные размеры и пространственные отношения могут быть извлечены из 3D-моделей.
• отслеживания изменения на объекте.
  • Сравнение моделей, созданных в разное время, может выявить тонкие изменения в состоянии объекта, что поможет в работе по его сохранению.

Приложения ГИС

Цифровая модель рельефа, показывающая тонкости топографии

Географические информационные системы (ГИС) являются важнейшими инструментами в современной археологии, предоставляя мощную платформу для управления, анализа и визуализации пространственных данных. В воздушной археологии ГИС играют важнейшую роль в следующих областях:

• Интеграция данных

ГИС позволяет археологам объединять данные из различных источников, таких как воздушные фотографии, спутниковые снимки, Лидар и наземные съёмки, в единую базу данных с географической привязкой. Это позволяет получить целостное представление об объекте и окружающем его ландшафте.

• Пространственный анализ

ГИС позволяет проводить сложный пространственный анализ, позволяя археологам изучать закономерности и взаимосвязи в данных. Это включает в себя анализ распределения объектов, выявление кластеров объектов и моделирование взаимосвязи между объектами и факторами окружающей среды.

• Прогнозное моделирование

Анализируя известные места расположения объектов и переменные окружающей среды, ГИС можно использовать для прогнозирования вероятности обнаружения необнаруженных археологических объектов на определённой территории. Это помогает определить приоритеты исследований и повысить эффективность археологических изысканий.

• Визуализация и интерпретация

ГИС предоставляет инструменты для создания карт, 3D-визуализации и интерактивного отображения археологических данных. Это помогает интерпретировать пространственный контекст объектов, доносить результаты до заинтересованных сторон и привлекать общественность к археологическим исследованиям.

Методы улучшения и анализа изображений

Необработанные воздушные снимки часто нуждаются в улучшении чёткости и выделении археологических объектов. Для этого используются различные методы цифровой обработки изображений, в том числе:

• Контрастное растяжение: увеличивает разницу между светлыми и тёмными тонами изображения, делая более заметными мелкие особенности.
• Пространственная фильтрация: уменьшает шум и усиливает края, улучшая видимость линейных объектов, таких как стены или дороги.
• Соотношение полос: комбинирует данные из разных спектральных диапазонов для выделения определённых особенностей или материалов, например растительности или типов почвы.
• Анализ главных компонент: уменьшает избыточность данных и выделяет тонкие вариации на многоспектральных или гиперспектральных изображениях.
• Классификация: присваивает пикселям различные категории на основе их спектральных свойств, помогая идентифицировать и картировать различные типы почвенно-растительного покрова или археологических объектов.

Эти методы улучшения и анализа изображений имеют решающее значение для извлечения значимой информации из воздушных снимков, позволяя археологам выявлять тонкие археологические особенности и интерпретировать их значение в широком ландшафте.

Примечания

Одним из источников, использованных при создании данной статьи, является статья из википроекта «Рувики» («ruwiki.ru») под названием «Методы воздушной археологии», расположенная по адресу: — «https://ru.ruwiki.ru/wiki/Методы_воздушной_археологии» Материал указанной статьи полностью или частично использован в Циклопедии по лицензии CC-BY-SA 4.0 и более поздних версий. Всем участникам Рувики предлагается прочитать материал «Почему Циклопедия?».