Εντοπισμός εκτεθιμένων και υποεπιφανειακών αρχαιολογικών υπολειμμάτων χρησιμοποιώντας Τηλεπισκόπηση με πολλούς αισθητήρες
Από RemoteSensing Wiki
Εντοπισμός εκτεθιμένων και υποεπιφανειακών αρχαιολογικών υπολειμμάτων χρησιμοποιώντας Τηλεπισκόπηση με πολλούς αισθητήρες
Πρωτότυπος τίτλος: Detection of exposed and subsurface archaeological remains using multi-sensor remote sensing
Συγγραφείς: A. Rowlands, A. Sarris
Πηγή: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0305440306001701?via%3Dihub
Σκοπός
Η μελέτη αποσκοπεί στον εντοπισμό αρχαιολογικών υπολειμμάτων μέσω τεχνικών Τηλεπισκόπησης με τη χρήση πολλών αισθητήρων, ιδίως για τη μελέτη υποεπιφανειακών υπολειμμάτων.
Εισαγωγή
Η Τηλεπισκόπηση στη μορφή της αεροφωτογραφίας, καθώς και οι τεχνικές εδάφους, είναι ευρέως χρησιμοποιούμενες στην αρχαιολογική έρευνα. Η τεχνική lidar (Light Detection and Ranging) και η πολυ- και υπερφασματική Τηλεπισκόπηση είναι επιπρόσθετα γεω-αρχαιολογικά εργαλεία. Συνήθως εφαρμόζονται τεχνικές ενός αισθητήρα, ωστόσο στην αρχαιολογική έρευνα φαίνεται περισσότερο χρήσιμη η εφαρμογή πολλών αισθητήρων, αξιοποιώντας τις διαφορετικές ικανότητες του κάθε αισθητήρα.
Τηλεπισκόπηση στην αρχαιολογία
Ανάλογα με τη διαμόρφωσή τους τα πολυ- και υπερφασματικά δεδομένα μπορούν να εντοπίσουν στο ορατό και πίσω στο υπεριώδες και θερμικό φάσμα. Οι πολυ-φασματικοί αισθητήρες (π.χ. Landsat, SPOT) παρέχουν δεδομένα σε σχετικά ακανόνιστα διαχωριζόμενες φασματικές δεσμίδες. Οι υπερ-φασματικοί αισθητήρες έχουν την ικανότητα να ανακτούν σχεδόν εργαστηριακής ποιότητας φάσματα. Η παρούσα εργασία τονίζει την ανάγκη χρήσης εικόνων υψηλής φασματικής και χωρικής διακριτότητας για αρχαιολογικές εφαρμογές. Πρόσφατα χρησιμοποιήθηκαν δορυφορικές εικόνες υψηλής χωρικής διακριτότητας των αισθητήρων Ikonos και Quickbird για την αναγνώριση οικισμών και ρηχών σε βάθος μνημείων. Η Τηλεπισκόπηση χρονοσειρών χρησιμοποιείται όλο και περισσότερο για τη διαχείριση αρχαιολογικών πηγών. Χρησιμοποιούνται, επίσης, (α) δεδομένα πολλαπλής πόλωσης του ραντάρ Shuttle Imaging (SIR-A, SIR-C) που παρέχουν στοιχεία σε άνυδρα περιβάλλοντα για τοποθέτηση περιοχών που θα μπορούσαν να αποτελούν οικισμούς και (β) εικόνες SAR (Radarsat Synthetic Aperture Radar) για μελέτη λόφων και καναλιών. Ένας άλλος τρόπος είναι ο εντοπισμός των εδαφικών ανωμαλιών, που προκαλούνται από τα θαμμένα αρχαιολογικά υπολείμματα, μέσω Τηλεπισκόπησης. Έχει παρουσιαστεί ότι υπερφασματική Τηλεπισκόπηση μπορεί να ανακτά πληροφορίες όπως υγρασία εδάφους, θερμοκρασία και υφή, τραχύτητα επιφάνειας. Ακόμα, τα σχετικά ρηχά θαμμένα υπολείμματα είναι ίσως ιδανικοί στόχοι για θερμικούς αισθητήρες.
Υπό μελέτη περιοχή, δεδομένα και μέθοδοι επεξεργασίας
Η περιοχή Ίτανος (Ερημούπολη) βρίσκεται 10 χμλ βόρεια του Παλαιόκαστρου στο Λασίθι Κρήτης, κοντά στο φοινικόδασος Βάι. Το αρχαιολογικό σημείο καλύπτει περίπου 16,000 μ2 και μόνο στο 1% έχει γίνει ανασκαφή. Αρχαιολογικά ευρήματα της περιοχής αποτελούν δύο Βυζαντινές βασιλικές, ένα μεγάλο Ελληνιστικό κοιμητήριο, ένας πύργος παρατήρησης, απομονωμένοι τάφοι και άλλα. Το σημείο επιλέχθηκε για την παρούσα μελέτη διότι περιέχει εκτεθειμένα αρχαιολογικά υπολείμματα, λεπτομερή γεωφυσικά δεδομένα που δείχνουν θαμμένα αρχαιολογικά χαρακτηριστικά σε 1-3μ. από την επιφάνεια, καθώς και χαμηλή βλάστηση με περιοχές ακάλυπτες από χώμα. Τα αρχαιολογικά υπολείμματα είναι καλώς συντηρημένα και κατασκευασμένα από τοπική πέτρα. Τα δεδομένα που χρησιμοποιήθηκαν είναι εναέρια απεικόνιση διήμερης περιόδου τον Απρίλιο του 2004, δεδομένα από δύο αρχικούς αισθητήρες (Airborne Thematic Mapper/ATM και Compact Airborn Spectrographic Imager/CASI) μαζί με δεδομένα lidar και αεροφωτογραφίες. Οι εικόνες CASI επεξεργάστηκαν με φασματόμετρο GER1500, ενώ στα ATM δεδομένα έγινε ατμοσφαιρική διόρθωση μέσω λογισμικού ENVI. Και τα δύο είδη δεδομένων διορθώθηκαν με το πρόγραμμα Azimouth Systems AZGCORR. Τα δεδομένα lidar αποκτήθηκαν μέσω ενός σαρωτή laser Optech ALTM 3033 υψηλής διακριτότητας και επεξεργάστηκαν στο Landscape Modelling Unit του Πανεπιστημίου του Cambridge. Χρησιμοποιήθηκαν, επίσης, Skye Instrument αισθητήρες (βαθμονόμηση και ερμηνεία θερμικών δεδομένων), λογισμικό eCognition (ενσωμάτωση, τμήση, κατηγοριοποίηση εικόνων) και αλγόριθμος Reed-Xiaoli (RXD) (εξαγωγή άγνωστους στόχους που διαφέρουν φασματικά από το φόντο της εικόνας).
Αποτελέσματα
Διακριτές διαφορές παρατηρήθηκαν στα μοτίβα ανακλαστικότητας των ψαμμόλιθων και των γκρι πλακών που συνθέτουν τα υπολείμματα της βασιλικής, το οποίο έρχεται σε αντίθεση με το έδαφος και τη βλάστηση τριγύρω, γεγονός που αποδείχθηκε περαιτέρω μέσω των δεδομένων CASI και ATM. Τα ορατά/NIR δεδομένα από τους αισθητήρες CASI και ATM χαρτογράφησαν επιτυχώς τα επιφανειακά υπολείμματα στον Ίτανο, ενώ σημειώθηκε ότι τα δεδομένα CASI έχουν καλύτερη χωρική διακριτότητα για χαρτογράφηση υπολειμμάτων όπως η βασιλική. Ωστόσο, αυτή η ικανότητα των CASI γενικά, με βάση την κατηγοριοποίηση, δεν ξεπερνά τα ATM σε αυτή την περίπτωση. Όσον αφορά την πιθανή εσωτερική επέκταση του λιμανιού, τα δεδομένα lidar υποδεικνύουν ότι η περιοχή δεν έχει προσδιορίσιμη τοπογραφική διακύμανση και η κατηγοριοποίηση των ορατών καναλιών των αισθητήρων CASI και ATM δεν αποκαλύπτουν διακριτά γραμμικά χαρακτηριστικά ή ανωμαλίες πέρα από παραλλαγές στην επιφανειακή βλάστηση. Σχετικά με το αρχαίο φρούριο της περιοχής, τα δεδομένα που χρησιμοποιήθηκαν επιβεβαίωσαν την ύπαρξή του και το ότι δεν είναι συνεχές, ενώ το τμήμα του που δε φαίνεται είναι πιθανώς καλυμμένο από βλάστηση ή βρίσκεται κάτω από την επιφάνεια. Το θερμικό μοτίβο δείχνει τη χρησιμότητα τέτοιων δεδομένων για τον εντοπισμό ρηχά θαμμένων χαρακτηριστικών, ειδικά σε περιοχές όπου οι διαστάσεις των υπολειμμάτων είναι αρκετά μεγάλες για να δημιουργήσουν ένα καλά διακριτό αντίθετο σήμα ως προς το τριγύρω υλικό. Τέλος, στην ευρύτερη περιοχή του Ίτανου τα lidar δεδομένα αποκάλυψαν κι άλλα ευρήματα αρχαιολογικού ενδιαφέροντος, όπως εγκαταλελειμμένες αυλές. Ο συνδυασμός πολυ- ή υπερφασματικών δεδομένων με ένα ψηφιακό υψομετρικό μοντέλο, μπορεί να πραγματοποιήσει περαιτέρω εκτίμηση και ερμηνεία του τοπίου.
Συμπεράσματα
Η έρευνα απέδειξε ότι οι πολυ- και υπερφασματικές εικόνες είναι καλύτερα εφαρμόσιμες σε μια πολυκλαδική προσέγγιση ενσωματώνοντας άλλα εργαλεία Τηλεπισκόπησης. Για τη μελέτη επιφανειακών και υποεπιφανειακών υπολειμμάτων η Τηλεπισκόπηση λαμβάνει χώρα σε μια κλίμακα κατάλληλη στη χωρική διακριτότητα των αντικειμένων. Η επιλογή της υψηλής χωρικής διακριτότητας έχει ως πλεονέκτημα ότι τα δεδομένα λαμβάνονται κάθετα στο φασματικό εύρος σε μια διακριτότητα κοντά στα πραγματικά χωρικά μοτίβα των υπολειμμάτων.
