Η ΧΡΗΣΗ ΤΗΣ ΤΗΛΕΠΙΣΚΟΠΗΣΗΣ ΓΙΑ ΤΟΝ ΕΝΤΟΠΙΣΜΟ ΑΝΩΜΑΛΙΩΝ ΣΤΗΝ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑ ΤΗΣ ΓΗΣ, ΜΕ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΣΤΗΝ ΑΡΧΑΙΟΛΟΓΙΑ

Από RemoteSensing Wiki

ΣΥΝΔΥΑΣΜΟΣ ΔΟΡΥΦΟΡΙΚΗΣ ΤΗΛΕΠΙΣΚΟΠΗΣΗΣ (GeoEye -1), ΑΕΡΟΦΩΤΟΓΡΑΦΙΩΝ UAV ΚΑΙ ΓΕΩΦΥΣΙΚΩΝ ΕΡΕΥΝΩΝ ΓΙΑ ΤΟΝ ΕΝΤΟΠΙΣΜΟ ΑΝΩΜΑΛΙΩΝ ΣΤΗΝ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑ ΤΗΣ ΓΗΣ, ΜΕ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΣΤΗΝ ΑΡΧΑΙΟΛΟΓΙΑ

ΕΙΣΑΓΩΓΗ

Οι αεροφωτογραφίες αποτελούν ένα από τα πιο βασικά εργαλεία στην αρχαιολογική έρευνα. Με την κατάλληλη χρήση αυτών παρατηρούνται τα διάφορα εδαφικά χαρακτηριστικά και αποτελούν ένα χρήσιμο εργαλείο για την καλύτερη κατανόηση του χωρικού τους πλαισίου. Χαρακτηριστικά του υπεδάφους μπορούν να δημιουργήσουν μικρές αλλαγές στις συνθήκες της επιφάνειας του εδάφους όπως είναι για παράδειγμα η πυκνότητα του εδάφους και η κατακράτηση του νερού. Τα χαρακτηριστικά αυτά με τη σειρά τους οδηγούν σε συγκεκριμένους τύπους βλάστησης και στη δημιουργία μεγάλης ποικιλίας στις χρωματικές αποχρώσεις αλλά και στις σκιές του εδάφους που γίνονται εύκολα ορατά από ψηλά.

Στη συνέχεια, η εισαγωγή της τηλεπισκόπησης στην αρχαιολογία έχει συμβάλλει σημαντικά στην εξέλιξη της επιστήμης. Η ικανότητα ανίχνευσης των διάφορων χαρακτηριστικών στην γήινη επιφάνεια από το διάστημα εξαρτάται από τον λόγο του μεγέθους του χαρακτηριστικού και της ανάλυσης των δεδομένων. Ο δορυφόρος GeoEye – 1 στάλθηκε στο διάστημα τον Σεπτέμβρη του 2008, με σκοπό την παραγωγή εικόνων με την καλύτερη ανάλυση παγκοσμίως. Ο δορυφόρος αυτός καθώς παράγει 41 cm πανχρωματικά και 1.65 m πολυφασματικά δεδομένα δίνει μεγαλύτερο εύρος στις προοπτικές των αρχαιολογικών ερευνών ώστε να μπορούν να εντάσσουν στα δεδομένα της έρευνάς τους και τις δορυφορικές εικόνες. Τέλος, στη συγκεκριμένη εργασία έχουν χρησιμοποιηθεί και γεωφυσικές μέθοδοι όπως είναι η μαγνητική, η ηλεκτρομαγνητική και η GPR αναζήτηση, όπου η κάθε μία εξειδικεύεται σ ‘ ένα διαφορετικό τομέα αλλά όλες χρησιμοποιήθηκαν για την ανίχνευση και χαρτογράφηση των χαρακτηριστικών του υπεδάφους, δεδομένα τα οποία μπορούν να υποδείξουν αρχαιολογικά χαρακτηριστικά ή αντικείμενα.

ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΟ ΚΑΙ ΣΤΟΧΟΣ ΤΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ

Στην συγκεκριμένη εργασία χρησιμοποιήθηκε μία πολυεπίπεδη μεθοδολογία στην αρχαιολογική έρευνα τριών σημείων στη Βόρεια Μογγολία, τα οποία είναι: 1) ανάχωμα για το οποίο υπήρχε η υποψία ότι χρονολογείται από την εποχή του χαλκού, 2) ένας τάφος τουρκικής προέλευσης και 3) μία οχυρωμένη πόλη άγνωστης προέλευσης. Τα στοιχεία τα οποία συλλέχτηκαν ήταν δορυφορικές εικόνες υψηλής ανάλυσης, αεροφωτογραφίες UAV και τα στοιχεία τα οποία προέκυψαν από γεωφυσικές μετρήσεις κάτω από την επιφάνεια της γης. Στη συνέχεια τα δορυφορικά και γεωφυσικά δεδομένα σε συνδυασμό με τα δεδομένα των αεροφωτογραφιών επικαλύφθηκαν με στόχο την παραγωγή ολοκληρωμένης πληροφορίας για τα χαρακτηριστικά και τις ανωμαλίες που παρατηρήθηκαν και στα τρία επίπεδα της υπό μελέτη περιοχής. Τα αποτελέσματα της εργασίας επιβεβαιώνουν την αποτελεσματικότητα και την ευρωστία της συγκεκριμένης μεθόδου στην αρχαιολογική έρευνα σε μεγάλες και απομακρυσμένες περιοχές, γεγονός που αποτελούσε εξ’αρχής και τον στόχο της εν λόγω εργασίας.

ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ

Σε γενικές γραμμές, η υπό μελέτη περιοχή ήταν 3.000 τετραγωνικά χιλιόμετρα, ελάχιστα κατοικημένη και αρκετά τραχεία, αφού αρκετά σημεία ήταν προσβάσιμα μόνο με τα πόδια ή με άλογο. Η έρευνα πραγματοποιήθηκε σε τρία στάδια: Αρχικά, χρησιμοποιήθηκαν δορυφορικές εικόνες οι οποίες σε συνδυασμό με την τοπική γνώση, χρησίμευσαν για την αναγνώριση και τοποθέτηση των σημείων ενδιαφέροντος. Στη συνέχεια, χρησιμοποιήθηκαν δύο ειδικά προσαρμοσμένες για την συγκεκριμένη έρευνα χαμηλού κόστους UAV πλατφόρμες απεικόνισης, με στόχο την συλλογή γεωαναφερμένων εικόνων οι οποίες χρησιμεύουν στην αναγνώριση λεπτών γεωλογικών χαρακτηριστικών, τα οποία τις περισσότερες φορές δεν μπορούν να αναγνωριστούν από το έδαφος. Τελικά, μαγνητικές, ηλεκτρομαγνητικές και GPR έρευνες πραγματοποιήθηκαν με στόχο την απόκτηση μετρήσεων του υπεδάφους.

1. ΔΟΡΥΦΟΡΙΚΕΣ ΕΙΚΟΝΕΣ

Για την διεξαγωγή της έρευνας συλλέχθησαν δορυφορικές εικόνες από τον δορυφόρο GeoEye-1 κατά την διάρκεια του καλοκαιριού και χρησιμοποιήθηκαν για να ερευνήσουν μία περιοχή 300 τετραγωνικών χιλιομέτρων στην βόρεια Μογγολία. Η έκταση αυτή είχε χαρακτηριστικά στέπας επικαλυπτόμενη από γρασίδι και την παρουσία ελάχιστων δέντρων. Ο δορυφόρος GeoEye-1 παράγει 50 cm πανχρωματικές και 1.65 m πολυφασματικές εικόνες. Με την χρήση κατάλληλου αλγορίθμου, η δομική πληροφορία των πανχρωματικών δεδομένων συνδυάστηκε με το κόκκινο, πράσινο και μπλε κανάλι των πολυφασματικών δεδομένων με αποτέλεσμα την δημιουργία 50 cm pan-sharpened color imagery. Χρησιμοποιήθηκε, επίσης, ένα εργαλείο γνωστό και ως HIPerSpace Wall στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια το οποίο επέτρεψε στους ερευνητές να ασχοληθούν με τις εικόνες στην προτότυπη μορφή ανάλυσης. Η ανάλυση των δορυφορικών εικόνων οδήγησε στην δημιουργία ενός πρωταρχικού χάρτη ο οποίος περιλαμβάνει τα πιθανά αρχαιολογικά σημεία για τα οποία θα πρέπει να υπάρξει περαιτέρω έρευνα μέσω των αεροφωτογραφιών και των γεωφυσικών ερευνών.

2. ΑΕΡΟΦΩΤΟΓΡΑΦΙΕΣ

Για την συλλογή αεροφωταγραφιών χρησιμοποιήθηκαν δύο UAV τεχνολογίες στην υπό μελέτη περιοχή: α) RP FlightSystems’ “Spectra”, το σύστημα αυτό είναι ιπτάμενο και μη επανδρωμένο και β) Mikrokopter’s “Oktokopter”, ελικόπτερο με οχτώ λεπίδες στροφών. Οι εικόνες τραβήχτηκαν με ψηφιακές κάμερες Panasonic Lumix LX3, με ικανότητα ανάλυσης των δεδομένων της τάξης 10.1 Megapixels. Και οι δύο πλατφόρμες καθοδηγούνταν μέσω GPS με στόχο την απόκτηση γεωαναφερμένων εικόνων. Τέλος, πολλές εικόνες ενώθηκαν για να διαμορφώσουν μία τελική εικόνα, την ολοκληρωμένη εικόνα της υπό μελέτη περιοχής.

3.ΓΕΩΦΥΣΙΚΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ

Για την γεωφυσική έρευνα χρησιμοποιήθηκαν: GEM Systems GSM 19 Overhauser gradiometer, GeonicsLimited EM38 electromagnetometer και IDS Detector Duo ground penetrating radar, όπως φαίνεται και στην παρακάτω εικόνα.

ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΚΑΙ ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ

Η εικόνα 4 απεικονίζει τα αποτελέσματα της έρευνας ενός ορθογώνιου ταφικού συμπλέγματος το οποίο πιστεύεται ότι βρίσκει τις ρίζες του στην Εποχή του Χαλκού, σύμφωνα με συγκρίσεις που έχουν γίνει σε άλλες παρόμοιες περιοχές αρχαιολογικού ενδιαφέροντος στη Μογγολία. Η εικόνα 4 (α) παρουσιάζει την εικόνα του GeoEye-1 με την συγκεκριμένη εδαφική ανωμαλία, η εικόνα 4 (b) απεικονίζει την περιοχή μελέτης, η εικόνα 4 (c) απεικονίζει διάφορες ταφικές δομές 25 μέτρα ανατολικά και 15 μέτρα δυτικά από το κεντρικό χαρακτηριστικό, το οποίο δεν ήταν ορατό από τις δορυφορικές εικόνες. Εάν πάνω στην σύνθετη αεροφωτογραφία τοποθετήσουμε έναν ημιδιάφανο χάρτη με τα αποτελέσματα της γεωφυσικής έρευνας τότε συσχετίζονται οι ανωμαλίες κάτω από την επιφάνεις του εδάφους με τα εδαφικά χαρακτηριστικά (εικόνα 4 (d) ).

Η εικόνα 5 απεικονίζει τα αποτελέσματα της έρευνας της δεύτερης υπό μελέτη περιοχής, η οποία θεωρείται ότι είναι τάφος τούρκικης προέλευσης σε σχέση με άλλες περιοχές παρόμοιου αρχαιολογικού ενδιαφέροντος στην Μογγολία. Όπως φαίνεται και στις εικόνες, υπάρχει μία μικρή συστάδα από πέτρες. Η αεροφωτογραφία προέρχεται από το Oktokopter όπου και παρατηρούμε ότι μία μικρή ποικιλία όσον αφορά στη βλάστηση της επιφάνειας δημιουργεί ένα δαχτυλίδι γύρω από την συστάδα με τις πέτρες. Μέρος στη διαδικασία της έρευνας ήταν και ο υπολογισμός του δείκτη NDVI, αλλά λόγω κάποιων τεχνικών προβλημάτων δεν ήταν δυνατό να συλλεχθούν οι κατάλληλες πληροφορίες για τον υπολογισμό του. Τέλος, η περιοχή είναι ορατή μέσω μαγνητικού σκαναρίσματος όπου σε συνδυασμό με την αεροφωτογραφία βγαίνει το αποτέλεσμα που απεικονίζει η εικόνα 5 (c). Επίσης, ανιχνεύτηκαν άλλα δύο χαρακτηριστικά στοιχεία με τετράγωνη μορφή μέσω του μαγνητικού σκαναρίσματος ( τα λευκά βέλη στην εικόνα δείχνουν την ανατολική γωνία των τετράγωνων στοιχείων).

Στην εικόνα 6 απεικονίζεται η τρίτη υπό μελέτη περιοχή η οποία αφορά στην οχυρωμένη πόλη αγνώστου προέλευσης. Η εικόνα 6(a) πρόκειται για την δορυφορική εικόνα της περιοχής από τον δορυφόρο GeoEye-1 (στα αριστερά) με μία πιο κοντινή εξέταση της περιοχής εστιάζοντας στο ορθογώνιο ανάχωμα το οποίο είναι τοποθετημένο σχεδόν στο κέντρο της υπό μελέτη περιοχής (στα δεξιά). Στην εικόνα 6 (b) έχει τοποθετηθεί ημιδιάφανη μαγνητική τομογραφία πάνω στην δορυφορική εικόνα ( στα αριστερά). Στη συνέχεια, έχει τοποθετηθεί χάρτης αγωγιμότητας της ηλεκτρομαγνητικής έρευνας στο ορθογώνιο ανάχωμα. Τα συγκεκριμένα στοιχεία γίνονται περισσότερο κατανοητά από το παρακάτω σχήμα.

ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ

Στη συγκεκριμένη εργασία παρουσιάστηκε μία πολυεπίπεδη μεθοδολογία τριών σταδίων, η οποία εφαρμόστηκε σε τρία διαφορετικά σημεία αρχαιολογικού ενδιαφέροντος της βόρειας Μογγολίας, συνδυάζοντας γεωφυσικές μεθόδους, αεροφωτογραφίες και δορυφορικές εικόνες. Τελικά, τα αποτελέσματα από την έρευνα υποδεικνύουν την αποτελεσματικότητα του συνδυασμού διαφόρων δεδομένων από διαφορετικά πεδία έρευνας με σκοπό την ταυτοποίηση χαρακτηριστικών και ανωμαλιών στην γήινη επιφάνεια, ιδιαίτερα στον τομέα της αρχαιολογικής έρευνας.

ΠΗΓΗ:Lin, A.Y.; Novo, A.; Shay Har-Noy; Ricklin, N.D.; Stamatiou, K.; California Inst. for Telecommun. & Inf. Technol., Univ. of California at San Diego, La Jolla, CA, USA

http://ieeexplore.ieee.org/Xplore/guesthome.jsp