Η συνεισφορά του Airborne Lidar στην αρχαιολογία: από ταυτοποίηση τοποθεσίας σε έρευνα τοπίου
Από RemoteSensing Wiki
On the Airborne Lidar Contribution in Archaeology: from Site Identification toLandscape Investigation
Συγγραφείς: Nicola Masini1, Rosa Coluzzi2 and Rosa Lasaponara2
1CNR-IBAM (Institute for Archaeological and Architectural Heritage)
2CNR-IMAA (Institute of Methodologies for Environmental Analysis),Italy
Πηγή: http://www.intechopen.com/source/pdfs/15810/InTech-On_the_airborne_lidar_contribution_in_archaeology_from_site_identification_to_landscape_investigation.pdf
1) Αντικείμενο Εφαρμογής
Αντικείμενο της παρούσας μελέτης είναι η συμβολή της τηλεπισκόπισης στην αρχαιολογία. Ιστορικά, η αεροφωτογραφία υπήρξε η πρώτη τεχνολογία τηλεπισκόπησης που χρησιμοποιήθηκε εκτεταμένα για την τοπογραφική μελέτη των επιφανειακών αρχαιολογικών ευρημάτων, όπως και για την ανίχνευση υπόγειων αρχαιολογικών οικοδομημάτων μέσω της κατανόησης των ονομαζόμενων «σημαδιών εδάφους» και «"crop marks"» (Crawford, 1929). Τα σημάδια εδάφους είναι αλλαγές σε χρώμα ή υφή λόγω της ύπαρξης επιφανειακών και σε μικρό βάθος ευρημάτων. Τα «"crop marks"» παρουσιάζονται συχνά ως διαφορές σε ύψος ή χρώμα στις καλλιέργειες, οι οποίες είναι υπό πίεση λόγω της έλλειψης νερού ή άλλων θρεπτικών στοιχείων, που οφείλονται στην ύπαρξη πέτρινων οικοδομημάτων στο υπέδαφος. Τα «"crop marks"» μπορούν να σχηματιστούν και πάνω από υγρό και θρεπτικό έδαφος θαμμένων τάφρων και χαντακιών. Τέτοια σημάδια είναι ορατά στις από αέρος φωτογραφίες, ειδικά κατά την περίοδο της άνοιξης.
2) Σκοπός της Εφαρμογής
Σκοπός της εφαρμογής είναι να αναδειχθεί η χρησιμότητα της διαθέσιμης τεχνολογίας (σαρωτής λέιζερ) στην αρχαιολογία. Για την ακρίβεια η μελέτη επικεντρώνεται στο γεγονός ότι, η διαθεσιμότητα δεδομένων Lidar που συλλέχτηκαν για διαφορετικούς σκοπούς σε διάφορες χώρες σε διαφορετικές χρονικές στιγμές ενθάρρυνε την έρευνα στον τομέα της αρχαιολογίας. Συγκεκριμένα παρουσιάζονται οι μεθοδολογίες και τα αποτελέσματα της έρευνας σε δύο διαφορετικές τοποθεσίες.
3) Η διαθέσιμη τεχνολογία και η χρήση της
Στις μέρες μας δύο νέες τεχνολογίες έχουν βελτιώσει κατά πολύ την απόδοση της τηλεπισκόπησης στην αρχαιολογία: (1) η Πολύ Υψηλής Διακριτικής Ικανότητας (VHR) εικόνες δορυφόρου και (2) η από αέρος σάρωση με λέιζερ. Η εκτόξευση του IKONOS το 1999, του πρώτου δορυφορικού αισθητήρα που αποδίδει εικόνες VHR, άνοιξε νέους δρόμους στον τομέα της αιρχαιο-γεωφυσικής. Από το 1999 ως σήμερα, η χωρική διακριτική ικανότητα των δορυφορικών δεδομένων έχει αυξηθεί πολύ, παρέχοντας έτσι επίσης πολύτιμη στήριξη στην ανακάλυψη τοποθεσιών μέσω της ανίχνευσης σημαδιών εδάφους/ «καλλιεργειών». Τα πολυφασματικά κανάλια, που είναι διαθέσιμα σε μια διακριτική ικανότητα 4 φορές χαμηλότερη από εκείνη του παγχρωματικού καναλιού, θα μπορούσαν να οξυνθούν (pan-sharpened) χρησιμοποιώντας αλγόριθμους fusion που είναι διαθέσιμοι σε αρκετές ρουτίνες προγραμμάτων επεξεργασίας εικόνας, επιτρέποντάς μας έτσι να δώσουμε έμφαση σε αλλαγές σε υγρασία και βλάστηση, οι οποίες συνδέονται με την παρουσία θαμμένων αρχαιολογικών αποθεμάτων (Lasaponara & Masini,2007). Η χρήση των αλγόριθμων για την επεξεργασία δεδομένων, από μεθόδους ταξινόμησης σε γεω-στατιστική, από Principal Compoment Analysis (Κύρια Ανάλυση Συνιστωσών) σε convolution filtering, μας διευκολύνει 1) στην εξαγωγή μοτίβων γης χρήσιμων για τις παλαιο-γεωγραφικές και παλαιο-περιβαλλοντικές έρευνες (Masini & Lasaponara, 2006) και (2) στην διάκριση επιφανειακών αρχαιολογικών ευρημάτων από το περιβάλλον τους (DeLaet κ.ά.,2007). Τα κύρια πλεονεκτήματα των δορυφορικών εικόνων VHR σε σύγκριση με τις αεροφωτογραφίες, είναι η συνοπτική θέα, οι πολυφασματικές ιδιότητες των στοιχείων και η πιθανότητα να εξάγουμε γεω- αναφερμένες πληροφορίες. Το μεγάλο βήμα της δορυφορικής τεχνολογίας για να φτάσει τη διακριτική ικανότητα των αεροφωτογραφιών φαίνεται να γίνεται στο τέλος με το GeoEye1 (που εκτοξεύτηκε το Σεπτέμβριο του 2008), το οποίο παρέχει εικόνες 41 cm παγχρωματικές και 1,65m πολυφασματικές. Ωστόσο, για τις αρχαιολογικές εφαρμογές, ο δορυφόρος VHR όπως και οι αεροφωτογραφίες (συμπεριλαμβανομένων των υπερφασματικών δεδομένων ) είναι ακόμα περιοριστικά εργαλεία για την ανίχνευση όλων των πιθανών χαρακτηριστικών πολιτισμικού ενδιαφέροντος. Αυτό συμβαίνει γιατί υπάρχουν περιοριστικοί παράγοντες, αφού αναφερόμαστε σε αρχαιολογικά ευρήματα που είναι α) καλυμμένα από πυκνή βλάστηση (δάσος, δασύλλιο κλπ.) και β) σε πολλές περιπτώσεις σε microrelief, σε τοποθεσίες απογυμνωμένου εδάφους (bare-ground) που συνδέονται με την παρουσία ανθρωπογενών εργασιών (earthworks) και ευρημάτων σε μικρό βάθος. Στην πρώτη περίπτωση, οι δορυφορικές εικόνες μπορούν μόνο να ανιχνεύσουν μεγάλα οικοδομήματα καλυμμένα από δάσος. Από αυτή την άποψη, αναφέρουμε την ταυτοποίηση μιας αποικίας των Μάγιας στην ζούγκλα τη Βορειοανατολικής Γουατεμάλα (Garrison κ.ά., 2008). Όσον αφορά στο δεύτερο περιορισμό, η ορατότητα της micro-relief (μικρο-ανάγλυφο) εξαρτάται από πολλούς παράγοντες, όπως οι οπτική off-nadir viewing των συλλεγόμενων εικόνων, ο χρόνος λήψης της εικόνας, η γεωμετρία όψης, η γωνία του ήλιου (οι μικροτοπογραφικές διακυμάνσεις του αναγλύφου είναι πιο ευδιάκριτες νωρίς το πρωί ή αργά το απόγευμα) και τα χαρακτηριστικά επιφανείας (η παρουσία χαοτικού οικοδομικού υλικού θα μπορούσε να καταστήσει την ανίχνευση του γεωμετρικού μοτίβου microrelief πολύ δύσκολη, ( Lasaponara & Masini, 2005). Οι προαναφερθέντες περιοριστικοί παράγοντες των οπτικών εικόνων θα μπορούσαν να ξεπεραστούν μέσω του εναέριου σαρωτή λέιζερ (ALS), ο οποίος αναφέρεται και ως Light Detection and Ranging (LiDAR). Παρέχει άμεσες μετρήσεις κλίμακας που χαρτογραφούνται σε 3D point clouds ανάμεσα σε ένα σαρωτή λέιζερ και την τοπογραφία τη γης. Οι αισθητήρες ALS μπορούν να διαπεράσουν «τις στέγες» βλάστησης επιτρέποντας την ακριβή μοντελοποίηση της υποκείμενης ανύψωσης εδάφους. Για το λόγο αυτό, είναι ένα πανίσχυρο όπλο για την αναγνώριση και έρευνα της αρχαιολογικής κληρονομιάς στις δασωμένες περιοχές, οι οποίες είναι συνήθως καλά διατηρημένες λόγω της κάλυψης από βλάστηση η οποία προστατεύει τι περιοχές αυτές από τη διάβρωση και από πιθανή ζημιά από μηχανικό όργωμα του εδάφους. Αυτήν τη στιγμή, μια τοπογραφική έρευνα LiDAR θα μπορούσε να διεξαχθεί με δύο διαφορετικούς τύπους συστημάτων αισθητήρων ALS (Σχήμα 1) : 1) «παραδοσιακούς» σαρωτές ή σαρωτές discrete echo και 2) σαρωτές full-waveform (FW). Ο πρώτος, γενικά, μεταφέρει μόνο την πρώτη και τελευταία ηχώ, χάνοντας έτσι πολλές άλλες αντανακλάσεις. Ο δεύτερος μπορεί να ανιχνεύσει ολόκληρο το echo waveform για κάθε εκπεμπόμενη ακτίνα λέιζερ, προσφέροντας έτσι βελτιωμένες ικανότητες ειδικά σε περιοχές με πολύπλοκη μορφολογία και/ή πυκνή κάλυψη από βλάστηση. Σήμερα η πλειοψηφία των εκδιδομένων μελετών βασίζεται σε δεδομένα που συλλέχθηκαν από «παραδοσιακό» ALS, για τη διαχείριση των αρχαιολογικών μνημείων (Barnes, 2003), μελέτες τοπίου (Shell & Roughley, 2004, Challis, 2006) και αρχαιολογικών ερευνών για να απεικονίσουν μικροτοπογραφικές earthworks σε τοποθεσίες bare ground (Corns & Shaw, 2008) και σε δασικές περιοχές (Sittler, 2004, Devereux κ.ά., 2005, Crutchley, 2008, Gallagher& Josephs, 2008). Η πιθανή χρήση του FW LiDAR για αρχαιολογική χρήση έχει μελετηθεί σε αρκετές μελέτες, μεταξύ των οποίων για χάρη συντομίας, αναφέρουμε τη μελέτη ενός οχυρού στην Εποχή του Μετάλλου που καλύπτεται από πυκνή βλάστηση (Doneus κ.ά., 2008) και τι έρευνες που διεξήχθησαν σε δύο μεσαιωνικές αποικίες, που βρίσκονται σε λοφώδεις περιοχές bare ground (Lasaponara & Masini, 2009, Lasaponara κ.ά., 2010).
4) Παρουσίαση του παραδοσιακού σαρωτή και του Full-waveform ALS
To ALS είναι μια ενεργή τεχνική τηλεπισκόπησης που παρέχει άμεσες μετρήσεις της τοπογραφίας της γης, χαρτογραφημένη σε 3D point clouds. Ο σαρωτής λέιζερ που έχει τοποθετηθεί πάνω σε ένα αεροπλάνο ή ένα ελικόπτερο εκπέμπει παλμούς σχεδόν υπέρυθρους, σε μια συχνότητα από 30.000 ως 100.000 παλμούς το δευτερόλεπτο, σε διαφορετικές κατευθύνσεις κατά την πορεία της πτήσης προς την επιφάνεια του εδάφους. Κάθε παλμός θα μπορούσε να ανακλάται μία ή περισσότερες φορές από αντικείμενα (την επιφάνεια του εδάφους, τη βλάστηση, τα κτήρια κλπ) των οποίων η θέση ορίζεται υπολογίζοντας την καθυστέρηση χρόνου ανάμεσα στην εκπομπή και κάθε ληφθείσα ηχώ, την γωνία τη εκπεμπόμενης ακτίνας λέιζερ και τη θέση του σαρωτή (που αποφασίζεται χρησιμοποιώντας ένα σύστημα διαφοροποίησης παγκόσμιας θέσης και μια εσωτερική μονάδα μέτρησης). Υπάρχουν δύο διαφορετικοί τύποι ASL (σχ.1): i) οι παραδοσιακοί σαρωτές που βασίζονται σε μια διακριτική ηχώ και ii) οι σαρωτές FW. Ο πρώτος ανιχνεύει ένα αντιπροσωπευτικό trigger σήμα για κάθε ακτίνα λέιζερ. (βλ. σχ. 1). Ο δεύτερος ψηφιοποιεί ολόκληρο το κύμα κάθε backscattered παλμού, επιτρέποντας έτσι σε μας να βελτιώσουμε την ταξινόμηση εδαφικών ή μή-εδαφικών αντικειμένων, όπως η χαμηλή βλάστηση, τα κτήρια και άλλες ανθρώπινες κατασκευές που κείτονται στην επιφάνεια του εδάφους (Doneus κ.ά., 2008). Aυτό μας επιτρέπει να ανακτήσουμε DTMs με ακρίβεια μικρότερη του 0,1 μ και έτσι να ανιχνεύσουμε αρχαιολογικά οικοδομήματα και επιχωματώσεις ακόμη και κάτω από πυκνή κάλυψη βλάστησης.
5) Το ALS στην αρχαιολογία: αναθεώρηση των εφαρμογών
Στο κομμάτι αυτό παρουσιάζεται μια σύντομη αναθεώρηση της εφαρμογής του εναέριου LiDAR στην αρχαιολογία σε διαφορετικές χώρες. Την τελευταία δεκαετία, διάφορες εθνικές οργανώσεις έλαβαν στοιχεία LiDAR για διαφορετικούς σκοπούς ελέγχου, κυρίως σε σχέση με περιβαλλοντικά ζητήματα. Η διαθεσιμότητα αυτών των δεδομένων έχει ενθαρρύνει πολύ την έρευνα στον τομέα της αρχαιολογίας. Για τους λόγους αυτούς, η πλειοψηφία των μελετών επικεντρώνεται κυρίως στην αξιολόγηση της ικανότητας χρήσης του LiDAR στην Αρχαιολογία και γενικά εκμεταλλεύεται την επεξεργασία δεδομένων που έχει ήδη γίνει για άλλους σκοπούς. Έτσι, αυτή η αναθεώρηση δεν αναφέρεται στην επεξεργασία δεδομένων ή τις μεθοδολογικές προσεγγίσεις καθώς συνήθως αποφεύγονται στη διαθέσιμη βιβλιογραφία, αλλά κάνει μια περίληψη των σημαντικών εμπειριών και αποτελεσμάτων που έχουν καταφέρει αρχαιολόγοι σε διαφορετικά περιβάλλοντα. Στη συνέχεια αναφέρονται ενδεικτικά κάποιες από αυτές τις χώρες.
5.1) Γερμανία
Μία από τις πρώτες μελέτες για τη χρήση του ASL στην Αρχαιολογία εκδόθηκε από τον Sittler (2004). Οι συγγραφείς εκμεταλλεύτηκαν τα δεδομένα που αποκτήθηκαν (2000-2004) για να ληφθεί ένα σωστό DEM για ολόκληρη τη Γερμανία, στο πλαίσιο του προγράμματος «Land and Survey bureau for the Baden-Wurttenberg State». Το πρόγραμμα αυτό είχε σα σκοπό να παράσχει ένα κατανοητό σετ δεδομένων altimetry με μια διακριτική ικανότητα σχεδόν 1 μέτρο και ακρίβεια σχεδόν 50 εκ. σε ύψος. Ο Sittler (2004) χρησιμοποίησε μέρος αυτών των δεδομένων για να αναλύσει δασική περιοχή κοντά στο Rastatt (30χλμ νότια του Karlsruhe, στη Νοτιο-δυτική Γερμανία, συμπεριλαμβανομένης και μιας αμμώδους και ξηρής επίπεδης επιφάνειας κοντά στον ποταμό Ρήνο. Οι οπτικές αναλύσεις επέτρεψαν την ανίχνευση μοτίβων των πρώιμων μεσαιωνικών τοπίων, μεταξύ άλλων και χωμάτινων υψωμάτων και κατασκευών με αυλακώσεις και κορυφώσεις. Επιπλέον, χρησιμοποιώντας την 3D ανάλυση επέκτασης του ArcView 3.2, διεξήχθησαν ποσοτικές αναλύσεις για την εξαγωγή των μεγεθών των ανιχνευόμενων κατασκευών, όπως περιοχή επιφανείας, όγκος, μήκος και πλάτος των κορυφώσεων και αυλακώσεων καθώς και η σκληρότητα επιφανείας και η διακύμανση. Βάσει αυτών των επιτυχημένων ερευνών, σαν αποτέλεσμα (Μάιος 2009) το Κρατικό Γραφείο για τη Διαχείριση της Πολιτισμικής Κληρονομιάς του Baden-Wurttemberg, ξεκίνησε ένα τριετές καινούριο πρόγραμμα με σκοπό την απόκτηση ενός αρχαιολογικού χάρτη του Baden-Wurttemberg χρησιμοποιώντας δεδομένα ASL υψηλής διακριτικής ικανότητας, καλύπτοντας μια περιοχή 35.751 χλμ2. Μέσα από αυτό το πρόγραμμα ο Hesse (2010) ανέπτυξε και εφάρμοσε ένα καινούριο εργαλείο για την αρχαιολογική έρευνα: το Μοντέλο Local Relief (LRM). Βασίζεται στην αφαίρεση μεγάλης κλίμακας μορφολογιών τοπίου από τα δεδομένα, επιτρέποντας έτσι να ανακτούμε τοπικές και μικρής κλίμακας διαφορές ανύψωσης. Συγκεκριμένα, το LMR μετρά σωστά και άμεσα ύψη και όγκους χαρακτηριστικών μικρής κλίμακας και εξάγει λεπτομέρειες τοπικής τοπογραφίας χωρίς τη χρήση πολλαπλών συνδυασμών illumination azimuth και ανύψωσης.
5.2) Ολανδία
Στις Κάτω Χώρες, το Ολλανδικό Υπουργείο Δημόσιων Έργων ξεκίνησε το στήσιμο του λεγόμενου Actueel Hoogtebestand Nederland (AHN), δηλαδή «Ενημερωμένη βάση δεδομένων ύψους των Κάτω Χωρών». Τα στοιχεία LiDAR συλλέχθηκαν από το 1996 ως το 2004. Η βάση δεδομένων αποτελείται από στοιχεία interpolated airborne laser altimetry που καλύπτουν ολόκληρη τη χώρα και περιέχει τουλάχιστον ένα σημείο ανά 4μ2 έξω από τα δάση και ένα σημείο ανά 16μ2 μέσα στα δάση. Οι Humme κ.ά., (2006) χρησιμοποίησαν ένα μέρος αυτής τη τράπεζας δεδομένων για να μελετήσουν ένα χωριό της Χάλκινης Περιόδου και ένα παλιό Κέλτικο σύστημα αγρών 2500 ετών κοντά στο Doorwerth (Ανατολικά της Ολλανδίας). Πρότειναν μια μέθοδο να φιλτράρουν τον παράγοντα τοπογραφίας μεγάλη κλίμακας χρησιμοποιώντας μια μέθοδο kriging interpolation. Χρησιμοποιώντας τη μέθοδο αυτή οι συγγραφείς μεγέθυναν βάσεις δρόμων, μονοπάτια και τα χωμάτινα τείχη που βρίσκονταν περιμετρικά του Κέλτικου συστήματος αγρών. Οι Van Zijverden και Laan (2003) χρησιμοποίησαν στοιχεία LiDAR για την προγνωστική μοντελοποίηση στα μέρη Holocene της Ολλανδίας (τοποθεσία Eigenblok, στο Δήμο Geldermalsen), επιπλέον της συνήθους πηγής δεδομένων όπως χάρτες εδάφους, γεωμορφολογικούς γεωλογικούς και παλαιογεωγραφικούς.
5.3) Ελλάδα
Στην Ελλάδα, οι Roland και Sarris (2007) χρησιμοποίησαν δεδομένα LiDAR σε συνδυασμό με δεδομένα τηλεπισκόπησης εναέριων πολλαπλών αισθητήρων από το CASI και τον Airborne Thematic Mapper ώστε να να ανιχνεύσουν τη θέση εκτεθειμένων και γνωστών θαμμένων αρχαιολογικών μνημείων στον Ίτανο (Ανατολική Κρήτη). Τα δεδομένα LiDAR αποκτήθηκαν χρησιμοποιώντας έναν εναέριο σαρωτή λέιζερ Optech ALTM 3033 υψηλής διακριτικής ικανότητας με μια πυκνότητα σημείου 1 ανά μ2. Στη μελέτη αυτή το DEM που προήρθε από το LiDAR χρησιμοποιήθηκε για να ταυτοποιήσει την παρουσία νέων αρχαιολογικών χαρακτηριστικών όπως εγκαταλελειμμένες αναβαθμίδες και μια κυκλική καθίζηση.
6) Η τελευταία λέξη της τεχνολογίας ALS στην αρχαιολογία
Μια προσέγγιση LiDAR για αρχαιολογικό σκοπό Στο επόμενο τμήμα παρουσιάζεται μια μεθοδολογική προσέγγιση βασισμένη στη χρήση FW LiDAR για δύο μελέτες στην Νότια Ιταλία . Η μία είναι το Monte Serico μια τοποθεσία bare-ground που βρίσκεται στη Basilicata και που χρονολογείται από τη Μεσαιωνική Εποχή. Το DTM χρησιμοποιήθηκε για να ταυτοποιήσει την microrelief που σχετίζεται με την αστική υφή του μεσαιωνικού οικισμού. Η άλλη μελέτη είναι το Δάσος της Incoronata (στην Απούλια) η οποία καλύπτει ένα ενδιαφέρον παλαιο- υδρογραφικό μοτίβο.
1. Monte Serico
To Μόντε Serico είναι μια τοποθεσία που βρίσκεται σε ένα λόφο, σε υψόμετρο περίπου 590 μ. Η ευρύτερη περιοχή χαρακτηρίζεται από λόφους και πεδιάδα που διασχίζεται από τον ποταμό Basentello στη βορειοανατολική πλευρά της Περιφέρειας Basilicata της Νότια Ιταλίας. Από γεωλογική άποψη, η στρωματογραφική ακολουθία αποτελείται από άργιλο και άμμο. Σποραδικά ποώδη φυτά μεγαλώνουν πάνω από την περιοχή έρευνας. Ιστορικές πηγές αναφέρουν ότι γύρω στον 11ο αιώνα, ένα κάστρο χτίστηκε στο λόφο. Το χωριό μαρτυρείται από τον 13ο αιώνα και εγκαταλείφθηκε σταδιακά μεταξύ του τέλους του 14ου και το πρώτο μισό του 15ου αιώνα. Σήμερα τα μόνα κτίρια που διατηρούνται είναι το κάστρο και μια εκκλησία. Στη νότια πλευρά του λόφου, η παρουσία των θρυμματισμένων πήλινων, κεραμικών και οικοδομικών υλικών (όστρακα), υποδεικνύουν την ύπαρξη ενός θαμμένου οικισμού. Ο τελευταίος έχει ανακαλυφθεί το 1995, μέσω των αεροφωτογραφιών (Masini 1995). Η χρήση των QuickBird εικόνων επέτρεψε να βελτιωθεί η χωρική κατανομή και χαρακτηρισμός του αστικού σχήματος (Lasaponara Masini & 2005). Μια πιο λεπτομερής ανασυγκρότηση του αστικού ιστού έχει ληφθεί από έρευνα LiDAR μέσω GEOCART στις 20 Σεπτεμβρίου 2008 με τη χρήση πλήρους κυματομορφής σαρωτή, RIEGL LMS-Q560. Πραγματοποιήθηκε φιλτράρισμα των εικόνων και ταξινόμηση των στοιχείων του εδάφους. Ως αποτέλεσμα αυτού ήταν η απόκτηση ενός ψηφιακού μοντέλου εδάφους (βλέπε σχ.2). Η ταυτοποίηση των αρχαιολογικών χώρων έγινε συγκρίνοντας τις εικόνες DTMs. Αφού προηγουμένως το ίδιο το ψηφιακό μοντέλο εδάφους υπέστη περαιτέρω μετα-επεξεργασία χρησιμοποιώντας διαφορετικές σκιάσεις, χρησιμοποιώντας δηλαδή διαφορετικές γωνίες φωτισμού (βλέπε σχ.3). Αυτές οι σκιασμένες DTMs υποβλήθηκαν σε περαιτέρω επεξεργασία χρησιμοποιώντας Ανάλυση Κύριων Συνιστωσών, τονίζοντας με αυτό τον τρόπο τα αρχαιολογικά χαρακτηριστικά που είχαν γίνει ορατά στις σκιασμένες εικόνες, (βλέπε σχ.4).
2. Πάρκο Incoronata
Η δεύτερη περιοχή μελέτης, είναι το φυσικό πάρκο του Bosco dell’ Incoronata που εκτείνεται σε μια έκταση περίπου 1060 εκτάρια, από τα οποία 162 εκτάρια είναι δασικές εκτάσεις (Quercus pubescens) και 115 εκτάρια λιβάδια. Η περιοχή μελέτης βρίσκεται 12 χλμ μακριά από τη Foggia στο Tavoliere delle στην Περιφέρεια Απουλίας της Νότιας Ιταλίας. Η περιοχή έρευνας είναι μια σημαντική περιοχή από φυσιολατρική, ιστορική και αρχαιολογική άποψη. Το Bosco dell'Incoronata είναι ένα αρχαίο δάσος που υπήρχε ακόμη και την μεσαιωνική εποχή, και έχει χαρακτηριστεί από μακρά και έντονη ανθρώπινη δραστηριότητα πιθανώς από την Νεολιθική εποχή ως το Μεσαίωνα (Mazzei, 2003) όπως προκύπτει από τα αρχαιολογικά κατάλοιπα και από την ιστορική τεκμηρίωση. Όσον αφορά στη μεσαιωνική εποχή, πιστοποιείται ότι Φρειδερίκος ο ΙΙ 'Hohenstaufen (26η Δεκεμβρίου του 1194 - 13 Δεκεμβρίου 1250) περνούσε μεγάλες περιόδους στη Foggia, η οποία ήταν μια στρατηγική θέση. Κατά τη διάρκεια της βασιλείας του δύο βασιλικές κατοικίες, το "Palacium Pantano" στο S. Lorenzo και το "Palacium dell'Incoronata" κατασκευάστηκαν . Και οι δύο βρίσκονταν πολύ κοντά στη Foggia. Κατά τη διάρκεια των χρόνων το "Palacium Pantano» έχει διερευνηθεί και εν μέρει αποκατασταθεί, ενώ η θέση του "Palacium dell'Incoronata" εξακολουθεί να είναι άγνωστη μέχρι σήμερα. Θεωρείται ότι η τοποθεσία είναι πολύ κοντά στο Bosco dell'Incoronata και πιθανότατα εντός της μεσαιωνικής δασικής έκτασης η οποία εξακολουθεί να υπάρχει σήμερα και είναι επίσης γνωστή ως δασική έκταση του Φρειδερίκου. Οι έρευνες κατά κύριο λόγο επικεντρώνονται στον εντοπισμό ιχνών του αρχαίου τοπίου και των παλαιο-περιβαλλοντικών χαρακτηριστικών. Οι γνώσεις σχετικά με το παλαιο-τοπίο το οποίο εξακολουθεί να διαθέτει απολιθώματα στα σύγχρονα τοπία είναι ένα κρίσιμο σημείο και μια πολύτιμη πηγή στοιχείων για την εκτέλεση λεπτομερών αρχαιολογικών ερευνών, για τον προσδιορισμό των περιβαλλοντικών αλλαγών και των σχετικών διαδικασιών. Δυστυχώς, σε αυτόν τον τομέα τα ίχνη του παρελθόντος καταστρέφονται από τις ανθρώπινες δραστηριότητες και ελάχιστα είναι ορατά από αεροφωτογραφίες και δορυφορικές εικόνες, λόγω της εντατικής γεωργικής δραστηριότητας σε ολόκληρη την περιοχή. Καλλιεργήσιμες εκτάσεις εμφανίζονται παντού στις εικόνες (βλέπε σχ.5). Στο σχήμα 5 φαίνονται τα αποτελέσματα των μεγάλων μεταπολεμικών αγροτικών μεταρρυθμίσεων. Αυτή η μακρά και έντονη γεωργική δραστηριότητα, σε συνδυασμό με τη χρήση των γεωργικών μηχανημάτων για την παραγωγή, έχει γενικά καταστρέψει τα ίχνη του παρελθόντος στην περιοχή. Παρ 'όλα αυτά, λεπτές τοπογραφικές γραμμές στο ανάγλυφο του εδάφους είναι ορατές σε ένα λεπτομερές ψηφιακό μοντέλο εδάφους, (βλέπε σχ.6). Για να ρίξει φως στο τοπίο, πραγματοποιήθηκε έρευνα που βασίζεται στη χρήση των LiDAR δεδομένων (Lasaponara et al. 2010). Η έρευνα διενεργήθηκε με τη χρήση ενός πλήρους waveform σαρωτή, RIEGL LMS-Q560. Το DTM που εξάγεται από τα δεδομένα LiDAR απεικονίζει τη γενική τοπογραφία της κοιλάδας και αποκαλύπτει εκτεταμένα γεωμορφολογικά στοιχεία του κάμπου, που δεν είναι ορατά από τον ορθοφωτοχάρτη. Όπως για παράδειγμα το ευρύ και περίπλοκο σύστημα αποχέτευσης που δείχνει ο κόκκινος κύκλος στο σχ. 6 που κρύβεται από το δάσος. Άλλα στοιχεία όπως παλαιο-κοίτες ποταμών κατά μήκος των σύγχρονων ποταμών και καναλιών, γεωργικές εκτάσεις, είναι επίσης, περισσότερο εμφανή στο DTM σε σχέση με τον ορθοφωτοχάρτη. Για να προσδιοριστεί καλύτερα το παλαιο-υδρογραφικό μοτίβο, χρησιμοποιήθηκαν σκιάσεις υπό διαφορετικές γωνίες και προέκυψαν νέα DTMs.
7) Συμπεράσματα
Στο παρόν άρθρο έγινε μια παρουσίαση της χρήσης του Εναέριου Σαρωτή Λέιζερ για αρχαιολογικούς σκοπούς. Συγκεκριμένα, στην αρχή περιγράφηκαν οι δυνατότητες και οι αδυναμίες της διαθέσιμης τεχνολογίας σαρωτή λέιζερ, τη λογική βάση της επεξεργασίας των στοιχείων LiDAR (από το φιλτράρισμα δεδομένων ως την ταξινόμηση) και την υψηλή τεχνολογία του ALS στην Αρχαιολογία. Στη συνέχεια αναλύθηκε η δυνατότητα που παρέχει η χρήση και η επεξεργασία των point clouds που χαρτογραφούνται από έναν εναέριο πλήρους κύματος σαρωτή λέιζερ σε δύο τοποθεσίες αρχαιολογικού και φυσικού ενδιαφέροντος. Τα χαρακτηριστικά τους δεν επέτρεπαν την έρευνα των δύο τοποθεσιών με την ίδια αποδοτικότητα μέσω των τηλεσκοπικών οπτικών δεδομένων. Το πρώτο είναι ένα άνευ βλάστησης υψίπεδο πάνω σε ένα λόφο, με αρκετές αποδείξεις του μικρο-αναγλύφου που συνδέονται με την ύπαρξη ενός θαμμένου οικισμού που χρονολογείται από το Μεσαίωνα. Η δεύτερη είναι ένα δάσος το οποίο καλύπτει μια παλαιοαπαστραγγιτική λεκάνη, της οποίας η μελέτη είναι σημαντική για την ανακατασκευή του παλαιοπεριβαλλοντικού σκηνικού. Η χρησιμοποιούμενη μεθοδολογία έχει βασιστεί σε δύο βασικά βήματα: 1) την ταξινόμηση των επιφανειακών και μη-επιφανειακών αντικειμένων που πραγματοποιείται χρησιμοποιώντας μια στρατηγική που βασίζεται σε ένα σετ «filtrations of the filtrate». 2) τη μετα-επεξεργασία που βασίζεται στην σύγκριση των εικόνων DTM που σκιάζονται χρησιμοποιώντας διαφορετικές γωνίες φωτισμού και ακολουθώντας επεξεργασία από PCA (Ανάλυση Κυρίων Συνιστωσών). Μια τέτοια προσέγγιση μας επέτρεψε να βελτιώσουμε, σεβόμενοι τα διαθέσιμα οπτικά δεδομένα, την ταυτοποίηση και ερμηνεία του : i) μικρο-αναγλύφου για την επαναοικοδόμηση του αστικού σχήματος της μεσαιωνικής τοποθεσίας και ii) τα παλαιοπεριβαλλοντικά χαρακτηριστικά της δασωμένης τοποθεσίας.
