Η Τηλεπισκόπιση στην αρχαιολογία :H σημασία του GPR ( Ραντάρ Διασκόπησης Υπεδάφους )

Από RemoteSensing Wiki

Η Τηλεπισκόπιση στην αρχαιολογία :H σημασία του GPR ( Ραντάρ Διασκόπησης Υπεδάφους )

Remote Sensing in Archaeology: An emphasis on Ground – Penetrating Radar (GPR).

Συγγραφείς:Yi-Hwa Wu

Πηγή: Remotely Sensed Data Literature Review, 2005

Η ιστορίας της τηλεπισκόπησης για την αρχαιολογία μπορεί να ανιχνευθεί πίσω στο Β’ Παγκόσμιο Πόλεμο. Αρχαιολόγοι που υπηρετούσαν σαν πιλότοι παρατήρησαν από τον αέρα, κυκλικά ή τετράγωνα σχέδια που δεν ήταν ορατά στο έδαφος και δεν αποτελούσαν μέρος των χαρακωμάτων ή του τοπίου.

Μετά το πόλεμο επέστρεψαν σ’ αυτές τις τοποθεσίες, για να διαπιστώσουν ότι ήταν αρχαιολογικοί χώροι, αρχαίοι δρόμοι ή υπήρχαν χαρακτηριστικά αρχαίων κτισμάτων. Έκτοτε, η πρακτική αυτή έγινε γνωστή ως εναέρια αναγνώριση και αεροφωτογράφιση (Μadry, S., 2000: 4).

Οι σκιές, οι διαφορές στο χρώμα του εδάφους και οι διαφορές ύψους και χρώματος των σπαρτών στις πρώτες αεροφωτογραφίσεις, έδωσαν τη δυνατότητα στους αρχαιολόγους να εντοπίσουν αρχαιολογικούς χώρους. Επίσης, με αυτά τα καθοριστικά χαρακτηριστικά κατάφεραν να διακρίνουν τη χρήση των κτισμάτων (οικισμοί, νεκροταφεία, οχυρά) καθώς αυτό ήταν αντιληπτό μόνο αν κάποιος το έβλεπε από ψηλά (Doneus, M.,1996: 2).

Η εξέλιξη της τηλεπισκόπισης οδήγησε στη χρήση αερομεταφερόμενων σαρωτών, δορυφορικών εικόνων, θερμικών εικόνων ή εικόνων από αερομεταφερόμενα ραντάρ (airborne radar) στην αρχαιολογία (Doneus, M., 1996: 2), ειδικά τη τελευταία δεκαετία, με την ένταξη των τεχνολογιών GIS και GPS (Αldenderfer, M. 2002:1). Mερικά αξιοσημείωτα παθητικά και ενεργητικά συστήματα τηλεπισκόπηση που χρησιμοποιούνται στην αρχαιολογία είναι ο σαρωτής ARIES, Landsat MSS, o γαλλικός SPOT, o Kαναδικός Radarsat (Madry, S., 2000: 5), SAR και TIMS (Sever, T., 1998: 1).

Tα συστήματα αυτά έχουν γίνει ιδιαίτερα χρήσιμα στην αρχαιολογία με τη χρήση θερμικών δεδομένων και τη καταγραφή της ενέργειας που αντανακλάται από τα ραδιοκύματα που κτυπούν στο έδαφος. Η μέτρηση των θερμικών διαφορών στο έδαφος μπορεί να είναι μια ένδειξη επικαλυμμένων/θαμένων πέτρινων κτισμάτων, καθώς αυτά μπορούν να αντιδράσουν σαν παθητικοί ηλιακοί συλλέκτες κατά τη διάρκεια της ημέρας, απορροφώντας τη θερμότητα, και απελευθερώνοντας την μετά το απόγευμα ή το βράδυ (Madry, S.,2000:5). Τα αντανακλώμενα ραδιοκύματα ή ραντάρ είναι ευαίσθητα σε γραμμικά ή γεωμετρικά χαρακτηριστικά του εδάφους, ιδίως όταν εμπλέκονται διαφορετικά μήκη ραδιοκυμάτων και διαφορετικοί συνδυασμοί των οριζόντιων και κάθετων δεδομένων. Τα διαφορετικά μήκη κυμάτων είναι ευαίσθητα στη βλάστηση ή στα φαινόμενα της επιφάνειας του εδάφους. Σε ξηρά, πορώδη εδάφη, τα ραντάρ μπορούν να διαπεράσουν την επιφάνεια (Sever,T., 1998: 1).

Τα συστήματα τηλεπισκόπισης παρέχουν σημαντική βοήθεια στον εντοπισμό αρχαιολογικών χώρων σε αχανείς εκτάσεις καθώς, σε μια αρχαιολογική τοποθεσία, ένας αρχαιολόγος έχει περιορισμένη δυνατότητα να προσδιορίσει σε τι βάθος βρίσκονται τα αρχαιολογικά ευρήματα και σε πιο σημείο πρέπει να ξεκινήσει η ανασκαφή . Οι αρχαιολόγοι συχνά επαφίενται στην τυχαία “φτυαριά” σε μια τοποθεσία όπου θα ξεκινήσουν τη κύρια ανασκαφή για τα ευρήματα. Αυτό τους οδηγεί στη μεταβολή ή ακόμα και τη καταστροφή ενός αρχαιολογικού τόπου, περισσότερο από ότι είναι αναγκαίο για τη ακριβή ανάλυση της αρχαίας ανθρώπινης συμπεριφοράς.

Σ’ αυτό το προβληματικό θέμα έρχεται να συνδράμει η τηλεπισκόπιση. Κοντά στην επιφάνεια η ανίχνευση αναφέρεται σε γεωφυσικές τεχνικές ανίχνευσης, συμπεριλαμβανομένων των ραντάρ διασκόπησης υπεδάφους, της γεωλεκτρικής μεθόδου, της μαγνητομετρίας πρωτονίων και των μαγνητομέτρων. Αυτές οι τεχνολογίες χρησιμοποιούνται για να σχηματισθεί μια εικόνα, στο τι βρίσκεται κάτω από το έδαφος, πριν ξεκινήσει η ανασκαφή. Είναι ένα είδος τηλεπισκόπισης ενός συγκεκριμένου χώρου που αναφέρεται στο πως είναι διανεμημένα τα ευρήματα (Aldenderfer, M., 2002:1).

Ιδιαίτερου ενδιαφέροντος είναι η μέθοδος του GPR (υπεδάφιο ραντάρ) ή SIR (EMI) (GSSI, Inc. 2005: www.geophysical.com). Oι άλλες γεωφυσικές τεχνικές μπορούν να χαρτογραφήσουν τα υπό του εδάφους ευρήματα αλλά μόνο το GPR έχει τρισδιάστατη και υψηλή ανάλυση (Conyers, L.B., Ernenwein, E.G., & Bedal, L. 2002:1).

Το GPR χρησιμοποιείται για την αξιολόγηση της θέσης και του βάθους των θαμμένων κτισμάτων ή αντικειμένων και στη διερεύνηση της παρουσίας και της συνοχής των υπογείων φυσικών χαρακτηριστικών και των γνωρισμάτων τους . Λειτουργεί με τη μετάδοση των παλμών ραδιοκυμάτων, εξαιρετικά υψηλής συχνότητας κάτω από το έδαφος μέσω μιας κεραίας. Έπειτα η κεραία λαμβάνει τα σήματα και τα αποθηκεύει .

Ο παλμός (το σήμα) διαδίδεται και διαχέεται στα υλικά των θαμμένων αντικειμένων και η πορεία του εξαρτάται από τις φυσικές και χημικές τους ιδιότητες, και της περιεκτικότητας τους σε νερό (Conyers and Goodman, 1997: 23). Όσο μεγαλύτερη είναι η διαφορά σύστασης μεταξύ δυο υλικών, σε ένα περιβάλλον κάτω από την επιφάνεια , τόσο ισχυρότερο είναι το αντανακλώμενο σήμα και το συνεπαγόμενο εύρος του αντανακλώμενου κύματος (Conyers, L.B., Ernenwein, E.G., Bedal, L. 22002:6).

Όταν καταγράφεται ο χρόνος διαδρομής του ηλεκτρομαγνητικού κύματος και η ταχύτητα διάδοσής του, τότε μπορεί να υπολογισθεί με ακρίβεια, η απόσταση του αντικειμένου από την επιφάνεια ή το βάθος που βρίσκεται και να απεικονισθεί τρισδιάστατα ένα σύνολο στοιχείων (Conyers and Lucius 1996).

To μέγιστο βάθος για το οποίο μπορεί να δώσει πληροφορίες το GPR εξαρτάται κυρίως από τη συχνότητα της ενέργειας που εκπέμπεται (Conyers and Goodman, 1997: 40). Η συχνότητα ελέγχει και το μήκος κύματος των παραγόμενων κυμάτων και την έκταση της εξάπλωσης του σήματος και της εξασθένησης στο έδαφος. Σε γενικές γραμμές όσο μεγαλύτερο είναι το βάθος της έρευνας τόσο χαμηλότερη πρέπει να είναι η συχνότητα της κεραίας. Αν και περισσότερο βάθος σημαίνει χαμηλότερη ανάλυση και αντίστροφα. Το βάθος διείσδυσης της χαμηλής συχνότητας κεραίας (10-120 ΜΗz) θα φτάσει σε βάθος 50 μέτρων αλλά μπορεί να αναλύσει μόνο μεγάλης επιφάνειας αντικείμενα, όπως τοίχους ή κολώνες. Σε αντίθεση , το βάθος διείσδυσης μιας κεραίας 900 ΜΗz είναι περίπου ένα μέτρο ή λιγότερο, αλλά οι αντανακλάσεις μπορούν να παράσχουν μία ανάλυση αντικειμένων ακόμα και ενός εκατοστού. Συνεπώς, ο αρχαιολόγος επιλέγεi τη κεραία που θα χρησιμοποιήσει ανάλογα με την έρευνα που θέλει να κάνει. Η απόφασή του στηρίζεται, σε προσεκτική αξιολόγηση κάθε προηγούμενου χαρακτηριστικού του εδάφους, καθώς και των υπαρχόντων χαρακτηριστικών του όπως η περιεκτικότητα του σε νερό και στο κατά πόσο πορώδες είναι το έδαφος. Οι πιο συχνές συχνότητες των GPR που χρησιμοποιούνται για αρχαιολογικούς σκοπούς είναι μεταξύ 200 και 900 ΜΗz (Conyers, L.B., Ernenwein, E.G., & Bedal, L. 2000: 3).

Oι εικόνες που δημιουργούνται από αντανάκλαση δεδομένων GPR είναι δισδιάστατες όπου το βάθος είναι η παράμετρος x και η απόσταση κατά μήκος της επιφανείας είναι η παράμετρος y.

Τα πολλαπλά 2-D προφίλ δημιουργούνται από το εύρος των αντανακλάσεων όπου οι κεραίες μετακινήθηκαν κατά μήκος μια διατομής και ενός μικρού διαστήματος πλέγματος. Αυτά τα δισδιάστατα προφίλ αντιπαραθέτονται μέσω ενός υπολογιστή σε μια διαδικασία χαρτογραφικής ανάλυσης (amplitude slice map) όπου εκεί μπορούν να συνδυασθούν και να δημιουργήσουν τρισδιάστατους χάρτες υψηλής ανάλυσης, του υπεδάφους (Conyers, L.B., Ernenwein, E.G., & Bedal, L. 2002: 3).

Αν αυτές οι αλλαγές του εύρους των κυμάτων μεταφρασθούν από τον χάρτη του υπεδάφους μπορούν με ακρίβεια να συσχετισθούν με τη παρουσία ή απουσία επικαλυμμένων κτισμάτων και με στρωματογραφική ανάλυση μπορεί πλέον να παραχθεί μια τρισδιάστατη ανακατασκευή του υπεδάφους, όπως φαίνεται στην Εικόνα 3 . Από αυτές τις στρωματογραφικές αναλύσεις επιπέδων μπορούν να προσδιορισθούν σε κάθετα προφίλ σαν ευδιάκριτες οριζόντιες αντανακλάσεις και να διαφοροποιηθούν από τα άλλα αντικείμενα ή κτίσματα όπως τοίχοι ή κενοί χώροι.

Καθώς, όλο και περισσότερο, οι αρχαιολόγοι χρησιμοποιούν γεωφυσικές μεθόδους όπως το GPR στις αρχαιολογικές μεθόδους το περιθώριο λάθους, για την ακριβή πρόβλεψη εν δυνάμει ανασκαφών, μικραίνει. Εξάλλου, η συνολική ανάγκη μιας ανασκαφής μειώνεται ,καθώς η προγνωστική μοντελοποίηση συνδράμει ιδιαίτερα σε αρχαιολογικές απαντήσεις με την ανάγκη ελάχιστης ανασκαφής. Επίσης, καθώς η τεχνολογία γίνεται όλο και πιο αποδοτική και οι γεωφυσικοί χάρτες περισσότερο αναλυτικοί, υψηλής ακρίβειας ερμηνείες με καλύτερης ποιότητας εικόνες, μπορούν να γίνουν σε πιο εξειδικευμένες περιοχές. Αρχαιολογικά ερωτήματα δε, μπορούν να απαντηθούν πιο αποφασιστικά αν τα προφίλ, οι παραγόμενες εικόνες και η προγνωστική μοντελοποίηση με γεωφυσικούς χάρτες, ελέγχονται και συσχετίζονται με τα δεδομένα των ανασκαφών.