Μνημεία Πολιτιστικής Κληρονομιάς σε Κίνδυνο – Αυτόματη ανίχνευση ζημιών από το διάστημα.
Από RemoteSensing Wiki
Μνημεία Πολιτιστικής Κληρονομιάς σε Κίνδυνο – Αυτόματη ανίχνευση ζημιών από το διάστημα.
Πρωτότυπος τίτλος: Cultural Heritage Sites in Danger—Towards Automatic Damage Detection from Space
Συγγραφείς:Daniele Cerra, Simon Plank, Vasiliki Lysandrou and Jiaojiao Tian
Σύνδεσμος πρωτότυπου κειμένου: [1]
ΠΕΡΙΛΗΨΗ
Η σκόπιμη καταστροφή μνημείων πολιτιστικής κληρονομιάς που συνέβη το 2015 από το Ισλαμικό Κράτος έχει λάβει σημαντικές διαστάσεις από τα μέσα μαζικής ενημέρωσης παγκοσμίως. Τα δεδομένα παρατήρησης της γης παρέχουν σημαντικές πληροφορίες για την εκτίμηση του μεγέθους της ζημιάς σε περιοχές που είναι αδύνατο να προσεγγιστούν ενώ οι αυτοματοποιημένες τεχνικές επεξεργασίας εικόνας κρίνονται αναγκαίες ώστε να επιταχυνθεί η ανάλυση. Αυτή η έρευνα παρουσιάζει τα πρώτα αποτελέσματα της εφαρμογής γρήγορων και ισχυρών τεχνικών ανίχνευσης αλλαγών σε ευαίσθητες περιοχές και βασίζεται στην εξαγωγή των πληροφοριών υφής και τις έντονες διαφορές της φωτεινότητας πριν και μετά την καταστροφή μέσα από δορυφορικές εικόνες. Ενθαρρυντικά αποτελέσματα έχουν αποκτηθεί από αρχαιολογικούς χώρους σε Συρία και Ιράκ.
ΕΙΣΑΓΩΓΗ
Η σημασία της τηλεπισκόπησης στην "εξερεύνηση, ταυτοποίηση και τεκμηρίωση και στην παρακολούθηση της αρχαιολογικής κληρονομιάς στο ζωντανό τοπίο" επισημάνθηκε έντονα κατά τη διάρκεια του 11ου συνεδρίου Europae Archaeologiae Consilium Heritage Management που έλαβε χώρα το 2010. Οι εφαρμογές τηλεπισκόπησης έχουν διπλή χρησιμότητα διότι αφενός αποτελούν μακρινές μη καταστρεπτικές τεχνικές και, αφετέρου, καλύπτουν άμεσα ευρείες περιοχές εμπλουτίζοντας τις πληροφορίες σχετικά με τις τοποθεσίες πολιτιστικής κληρονομιάς. Αν και η μέθοδος που συνηθίζεται να ακολουθείται για την ανίχνευση κατεστραμμένων αρχαιολογικών μνημείων είναι η οπτική ανάλυση, στο παράδειγμα των καταστροφών σε Συρία και Ιράκ, η ανίχνευση τους μέσω οπτικής ανάλυσης θα ήταν δύσκολη και χρονοβόρα, ενώ η γνώση που θα παρεχόταν θα ήταν μη ολοκληρωμένη. Εδώ θα πρέπει να τονιστεί ότι η αυτοματοποιημένη ανάλυση των δεδομένων που αποκτώνται μέσω γαιοσκόπησης έχει χρησιμοποιηθεί επιτυχώς για πολλές αρχαιολογικές εφαρμογές και ιδιαίτερα για την ανίχνευση κατεστραμμένων αρχαιολογικών μνημείων. Σε αυτήν την έρευνα, προτείνεται η εφαρμογή ενός αλγόριθμου ανίχνευσης αλλαγής, παράγοντας χάρτες όπου υπογραμμίζονται οι περιοχές για τις οποίες υπάρχει υποψία ζημίας. Τα αποτελέσματα που εξάγονται, βασίζονται στις διαφορές των χαρακτηριστικών υφής και των τιμών φωτεινότητας. Ο χάρτης περιέχει ένα πιθανό σύνολο ευαίσθητων περιοχών οι οποίες θα πρέπει να ελεγχθούν λεπτομερώς από εμπειρογνώμονες. Δύο διαφορετικοί αρχαιολογικοί χώροι λαμβάνονται υπόψη: η Παλμύρα στη Συρία και το Nimrud στο Ιράκ και παρουσιάζονται οι εικόνες που αποτυπώνουν την εξέλιξη των ανιχνευόμενων ζημιών.
ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΑΝΙΧΝΕΥΣΗΣ
Χαρακτηριστικά τεχνικής Gabor: Χρησιμοποιείται για ανίχνευση ακμών και για τον χαρακτηρισμό ακμών με στόχο την αναγνώριση σημείων σε μια ψηφιακή εικόνα στην οποία η φωτεινότητα της εικόνας αλλάζει απότομα ή έχει ασυνέχειες. Μπορεί να καταγράψει τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ γειτονικών pixel σε μία εικόνα, ποσοτικοποιώντας την ταχύτητα ή την ομαλότητα σε ένα συγκεκριμένο σημείο, μαζί με την κλίμακα και τον προσανατολισμό της. Μία τράπεζα φίλτρων Gabor αποτελείται συνήθως από ένα σύνολο σύνθετων γραμμικών φίλτρων που περιλαμβάνουν τα χαρακτηριστικά που ξεχωρίζουν για το ανθρώπινο μάτι και συμφωνούν με την δισδιάστατη δεκτικότητα του ανθρώπινου οπτικού συστήματος.
Τεχνική ισχυρών διαφορών: Η τεχνική ισχυρών διαφορών βασίζεται στην υπόθεση ότι τα αντίστοιχα pixels δύο εικόνων εμφανίζουν την ελάχιστη διαφορά τιμής έντασης σε μια μικρή περιοχή, ειδικά όταν οι εικόνες καταγράφηκαν από τον ίδιο αισθητήρα. Αυτή η διαφορά τιμής μπορεί να δείξει τις μεταβολές που έχουν υποστεί αρχαιολογικοί χώροι και μνημεία.
ΠΕΙΡΑΜΑΤΑ
Το παρόν έγγραφο αναλύει τους αρχαιολογικούς χώρους της Παλμύρας και του Νιμρούτ, που βρίσκονται αντίστοιχα στη Συρία και το Ιράκ, οι οποίοι υπέστησαν ζημιές από τρομοκρατικές δραστηριότητες, το 2015. Όσον αφορά την πόλη της Παλμύρα, μία από τις πρώτες ανασκαφές επικεντρώθηκε στο Ιερό του Βελ που βρίσκεται στο νοτιοανατολικό τμήμα της περιφραγμένης πόλης, ενώ έξω από τα τείχη της πόλης βρίσκεται η αρχαία νεκρόπολη της. Η δυτική, γνωστή ως Κοιλάδα των Τάφων περιέχει κατασκευές που ανήκουν στον αρχιτεκτονικό τύπο πύργων και ανεγέρθηκαν κατά τον 1ο και 2ο αιώνα μ.Χ.. Αυτά τα δύο μνημεία αποτελούν αντικείμενο μελέτης για την συγκεκριμένη έρευνα.
Στις εικόνες 2 και 3 παρουσιάζονται δύο φωτογραφίες σε δύο διαφορετικές χρονικές στιγμές την t1 και την t2, στις 27 Αυγούστου και στις 2 Σεπτεμβρίου 2015 αντίστοιχα. Tην ημέρα t1, το Ισλαμικό Κράτος είχε ήδη καταστρέψει αρκετές αρχαιολογικές τοποθεσίες στην περιοχή. Μεταξύ t1 και t2, άλλοι τάφοι του πύργου και ο ναός του Bel είχαν υποστεί βλάβη. Στα σχήματα, ο ναός του Bel βρίσκεται στα νοτιοανατολικά, ενώ οι τάφοι του πύργου είναι διάσπαρτοι στο βορειοδυτικό τμήμα της εικόνας.
Μετά την εφαρμογή της τεχνικής Gabor και της τεχνικής διαφορών οι ερευνητές λαμβάνουν τα αποτελέσματα που παρουσιάζονται στην Εικόνα 4. Οι κόκκινες φασματικές ζώνες περιγράφουν τα σημεία που υπέστησαν την μεγαλύτερη ζημιά στους αρχαιολογικούς χώρους. Οι κύριες ζημιές εντοπίζονται σωστά, αν και υπάρχουν κάποια περιορισμένα λάθη που οδηγούν σε εσφαλμένα συμπεράσματα. Η τεχνική ισχυρών διαφορών που παρουσιάζεται στην εικόνα 5 φαίνεται πιο σταθερή καθώς δίνει πιο ισχυρά αποτελέσματα. Για να δημιουργηθεί ένας συνολικός χάρτης αλλαγών, οι τιμές στους δύο προκαταρκτικούς χάρτες μετατρέπονται στο ίδιο εύρος τιμών και κατόπιν αθροίζονται. Τα αποτελέσματα αναφέρονται στην εικόνα 6 και θα μπορούσαν να αντιπροσωπεύσουν χρήσιμα δεδομένα για περαιτέρω έρευνες για έναν ειδικό.
Οι ερευνητές προχωρούν στην ίδια διαδικασία και για την χρονική στιγμή t2 όπου μέσα από χρήση δορυφορικών φωτογραφιών μέσω του Google Earth βλέπουν τις δραματικές καταστροφές που έχουν υποστεί τα μνημεία. Το ιερό του Bel καθώς και ένα τεράστιο τμήμα των ταφών έχουν καταστραφεί. Σύμφωνα με την έρευνα, όλες αυτές οι καταστροφές που έχουν συμβεί έχουν εντοπιστεί σωστά με τη χρήση της τεχνικής Gabor και δεν υφίσταται καμία διαφορά σε σχέση με τις φωτογραφίες των καταστροφών μέσω του εργαλείου Google Earth.
Όσον αφορά στους αρχαιολογικούς χώρους στο Νιμρούντ, οι ανασκαφές αποκάλυψαν την Ακρόπολη του αρχαίου πολιτισμού με τα τοιχώματά της, εκ των οποίων τα πιο αντιπροσωπευτικά κτίρια είναι το βορειοδυτικό παλάτι με το θρόνο του και το μνημειακό κτίριο της Ezida που περιλαμβάνει το ιερό του Ναβού, του θεού της επιστήμης και της μάθησης που βρίσκεται στο νοτιοανατολικό άκρο της ακρόπολης. Η μέθοδος ανίχνευσης αλλαγών βασιζόμενη στην τεχνική Gabor έχει εφαρμοστεί στις 11 Ιουλίου 2011 και ορίζεται ως t1 και στις 20 Απριλίου 2015 και ορίζεται ως t2. Λόγω του γεγονότος ότι οι εικόνες έχουν αποκτηθεί από διαφορετικούς αισθητήρες, τα χαρακτηριστικά RD δεν έχουν εξαχθεί από αυτά τα δεδομένα. Οι περισσότερες από τις βλάβες που εντοπίζονται συγκεντρώνονται στο βορειοδυτικό παλάτι, με μεγάλες διακριτές ζημιές που σχετίζονται με τους εσωτερικούς χώρους του κτιρίου. Ορισμένες ανιχνεύσιμες αλλαγές στην εικόνα είναι εμφανής, αλλά η γενική ποιότητα των αποτελεσμάτων είναι μειωμένη σε σύγκριση με αυτά που λαμβάνονται για την πόλη της Παλμύρας. Αρχικά, οι διαθέσιμες εικόνες έχουν αποκτηθεί από αισθητήρες με διαφορετική χωρική ανάλυση και χαρακτηρίζονται από διαφορετικές φασματικές αποκρίσεις. Επιπλέον, υπάρχει πυκνή βλάστηση αποκλείοντας κάθε είδους ανάλυση βασισμένη στη διαφορά φωτεινότητας. Κάποια εσφαλμένα συμπεράσματα υπάρχουν αλλά και ορισμένες ορατές διαφορές. Ως αποτέλεσμα της καταστροφής, οι λεπτές υφές αντικαθίστανται συχνά από σκληρές και ακατέργαστες επιφάνειες και αυτό διευκολύνει τη διαδικασία ανίχνευσης.
ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ
Η συγκεκριμένη έρευνα ανέλυσε δύο καινοτόμες τεχνικές ανίχνευσης των μεταβολών που υφίστανται αρχαιολογικοί χώροι λόγω της καταστροφής τους, σε περιοχές που βρίσκονται υπό κατοχή του Ισλαμικού Κράτους. Τέτοιες εφαρμογές ανίχνευσης αλλαγών πραγματοποιούνται συνήθως οπτικά, όμως αυτό το έγγραφο κάνει ένα βήμα προς την κατεύθυνση της μείωσης του βαθμού εποπτείας που απαιτείται για την παραγωγή τέτοιων χαρτών, σε δυνητικά κατεστραμμένες ευαίσθητες τοποθεσίες αρχαιολογικού ενδιαφέροντος. Οι δύο αυτές τεχνικές, τα χαρακτηριστικά υφής Gabor και η τεχνική ισχυρών διαφορών, μπορούν να δώσουν πειστικά αποτελέσματα που προκύπτουν από την ανάλυση των εικόνων πριν και μετά την καταστροφή περιοχών στη Συρία και στο Ιράκ, παρά τις δυσκολίες στην τελευταία περίπτωση λόγω των διαθέσιμων δεδομένων τα οποία είναι ετερογενή σε κάποιο βαθμό. Στη συνέχεια, η ενσωμάτωση με τις βοηθητικές εικόνες του Google Earth που αποκτήθηκαν σε διαφορετικές χρονικές στιγμές, επιτρέπει μια σύγκριση ώστε να γίνουν πιο πειστικά τα αποτελέσματα μέσα από τις δύο αναφερθείσες τεχνικές. Η μεθοδολογία που περιγράφεται στο άρθρο είναι μια προσέγγιση ανίχνευσης αλλαγών βασισμένη σε ένα προ-συμβάν και μία εικόνα μετά την εκδήλωση της ζημιάς. Τέλος, αυτό που θα πρέπει να τονιστεί είναι ότι αυτές οι δύο προτεινόμενες μεθοδολογίες θα μπορούσαν να εφαρμοστούν σε περιπτώσεις περιοχών που είναι δύσκολο έως αδύνατο να προσεγγιστούν λόγω πολέμου, ώστε να υπάρξει μια πρώτη εκτίμηση για το μέγεθος της ζημιάς μέχρι να γίνει η επιτόπια οπτική ανάλυση.
