Προς ένα αρχαιολογικό μοντέλο πρόβλεψης στην περιοχή Bosutswe της Μποτσουάνα...

Από RemoteSensing Wiki

Προς ένα αρχαιολογικό μοντέλο πρόβλεψης στην περιοχή Bosutswe της Μποτσουάνα: Αξιοποιώντας πολυφασματικές δορυφορικές εικόνες για την απεικόνιση αρχαίων τόπων

Πρωτότυπος τίτλος: Toward archaeological predictive modeling in the Bosutswe region of Botswana: Utilizing multispectral satellite imagery to conceptualize ancient landscapes

Συγγραφείς: Carla Klehm, Adam Barnes, Forrest Follett, Katie Simon, Christopher Kiahtipes, Sarah Mothulatshipi

Δημοσιεύθηκε: Journal of Anthropological Archaeology

Σύνδεσμος πρωτότυπου κειμένου: [1]

Λέξεις-Κλειδιά: ΓΣΠ, Τηλεπισκόπηση, μοντέλα πρόβλεψης, δορυφορικές εικόνες, Lαρχαιολογία τοπίου, οικιστικά μοτίβα, ανθρωπολογική αρχαιολογία, Αφρική, Νότια Αφρική, Εποχή του Σιδήρου

Εικόνα1: Χάρτης της Bosutswe όπως επίσης και των υπολοίπων μειζόνων νοτιοαφρικανικών πολιτειών της εποχής του Σιδήρου, οι οποίες αναφέρονται στο κείμενο. Η καφέ γραμμή ορίζει το φυσικό όριο μεταξύ του σκληρού εδάφους στα ανατολικά και του αμμώδους της ερήμου Καλαχάρι στα δυτικά. Ο λόφος Mmadipudi, επίσης αναφερόμενος στο κείμενο, δεν φαίνεται σε αυτήν την ευκρίνεια, δεδομένης της εγγύτητάς του προς την Bosutswe (Ο λόφος του Mmadipudi τοποθετείται κατά προσέγγιση σε απόσταση 3 χιλιομέτρων στα δυτικά). Αναδημοσίευση από Klehm (2017):609

Εικόνα2: Cenchrus ciliarus ή το γρασίδι του βουβαλιού, κυριαρχεί στη βλάστηση του υψώματος του λόφου του Mmadipudi στην περιοχή της Bosutswe. Αυτού του είδους η βλάστηση αξιοποιείται ως ζωοτροφή στις τοπικές μονάδες (που ονομάζονται κατσίκες). Παρά ταύτα, τα διακριτικά των κορμών, όπως αυτά στο πρώτο πλάνο, ξεχωρίζουν εύκολα από τη χλόη στους αγρούς. Η εικόνα λήφθηκε από την κορυφή της ανυψωμένης στάνης, η οποία μπορεί να ειδωθεί στην κυκλική ανακούφιση καθώς η στάνη σβήνει στο έδαφος. Δικαιώματα φωτογραφίας: Carla Klehm

Εικόνα3: Ο λόφος του Mmadipudi, μία άλλη κορυφή εντός της περιοχής της Bosutswe, έχει ορίσει τις στάνες και τις κύριες ενδιάμεσες περιοχές στο κέντρο της κορυφής του λόφου. Αυτά τα στοιχεία χαρακτηρίζονται από την έντονη κυριαρχία του Cenchrus ciliarus (γρασίδι του βουβαλιού), όπως φαίνεται στην εικόνα, όπου η κυκλική στάνη εμφανίζεται αστραφτερή λευκή (μαζί με δύο μικρότερες στάνες), καθώς και δύο κύριες ενδιάμεσες περιοχές στο νότιο τμήμα της ως φωτεινότερες από τις υπόλοιπες περιοχές στην κορυφή του λόφου. Στην εικόνα ISO, η στάνη και οι ενδιάμεσες περιοχές εμφανίζονται σχετιζόμενες με το ISO 60, με τιμές ISO 58 kai 59. Δικαιώματα εικόνας: Adam Barnes και Forrest Follett. Η δορυφορική εικόνα με την ευγενική χορηγία του ιδρύματος DigitalGlobe.

Εικόνα4: Φασματικό προφίλ του ISO 60. Πιθανότατα , η τάξη ISO παριστά ένα μίγμα του γρασιδιού Cenchrus ciliarus και του γυμνού εδάφους μεταξύ των περιοχών γρασιδιού. Όπως παρατηρούμε, η ISO 60, όπως η ISO 59, έχει την τάση να ομαδοποιείται στο κέντρο των οικισμών της εποχής του σιδήρου, πιθανότατα παριστώντας το Cenchrus ciliarus που απαντάται στο στοιχείο της στάνης. Δικαιώματα εικόνας: Adam Barnes

Εισαγωγή

Οι γεωχωρικές τεχνολογίες, όπως τα ΓΣΠ και η τηλεπισκόπηση προσφέρουν μεγάλες δυνατότητες στην αρχαιολογική έρευνα, ιδίως στις περιοχές που η έρευνα πεδίου είναι δυσχερής (ένεκα της πολιτικής αστάθειας που επικρατεί στις περιοχές αυτές, της πυκνής βλάστησης, των δηλητηριωδών εντόμων, των επικίνδυνων ζώων, κ.ο.κ.). Στην παρούσα μελέτη γίνεται αξιοποίηση των δυνατοτήτων των υψηλής ανάλυσης πολυφασματικών δορυφορικών εικόνων για τη δημιουργία μοντέλου για τα πρότυπα των οικισμών της εποχής του σιδήρου στην πολιτεία της Bosutswe της Μποτσουάνα. H συγκεκριμένη μελέτη επικεντρώνεται στα χαρακτηριστικά της άναρχης δόμησης στην πόλη της Tswane στη Νότιο Αφρική (CoT) κατά την περίοδο 1984-2015, χρησιμοποιώντας εικόνες Landsat. Ο συγγραφέας χαρτογράφησε την κάλυψη γης στην ως άνω πόλη με την επιβλεπόμενη μέθοδο ταξινόμησης, η οποία συνοδεύτηκε με τεχνικές μεταταξινόμησης για τον προσδιορισμό τον μεταβολών. Έτσι προέκυψε ότι μεταξύ του ανωτέρω χρονικού διαστήματος υπήρχε μία αύξηση 109% στις δομημένες περιοχές, αποτέλεσμα που επιβεβαιώθηκε επίσης και από τις μετρικές τοπίου.

H πολιτεία της Bosutswe τοποθετείται στο ανατολικότερο άκρο της ερήμου Καλαχάρι στην Μποτσουάνα, στα 750km από τον Ινδικό Ωκεανό. Η εντατικοποίηση του δικτύου εμπορικών συναλλαγών μετέτρεψε την περιοχή από ένα κτηνοτροφικό χωριό σε μία μεγάλη πολιτεία. Η κομβική τοποθεσία στα άκρα της ερήμου της επέτρεψε να ελέγχει το εμπόριο διαφόρων ειδών που διακινούνταν από απομακρυσμένες περιοχές της Αφρικανικής Ηπείρου.

H πρώτη ευρείας κλίμακας μελέτη για τα πρότυπα των οικισμών στη Μποτσουάνα πραγματοποιήθηκε από τον James Denbow στα 1970-1980. Με τη βοήθεια ασπρόμαυρων αεροφωτογραφιών ο ως άνω ερευνητής επισήμανε τη σχέση μεταξύ των οικισμών της εποχής του σιδήρου, και ενός μοναδικού είδους φυτού, του Cenchrus Ciliarus ή “γρασίδι βουβαλιού”. Το τελευταίο φυτικό είδος εμφανιζόταν στις αεροφωτογραφίες με έντονο λευκό χρώμα, σε οξεία αντίθεση με τις περιοχές στους λόφους, παρατήρηση που οδήγησε στην ανακάλυψη πληθώρας αρχαιολογικών χώρων της πρώιμης και της μέσης εποχής του σιδήρου.

Τα τελευταία χρόνια γίνεται συχνά λόγος για την αξιοποίηση των δορυφορικών εικόνων στην επιστήμη της αρχαιολογίας. Για παράδειγμα, στη Νότιο Αφρική η χρήση των εικόνων αυτών έχει οδηγήσει στην ψηφιοποίηση διαφόρων χαρακτηριστικών, όπως αρχαιολογικών χώρων και ανθρώπινων κατασκευών. Όσον αφορά το αρχαιολογικό μοντέλο πρόβλεψης, αυτό είναι ιδιαίτερα χρήσιμο στη διαχείριση των πολιτιστικών πόρων, όπου παίρνονται κρίσιμες αποφάσεις για την εξερεύνηση αρχαιολογικών περιοχών (βάσει του ενδεχόμενου αποκάλυψης των).

Μεθοδολογία

Ο συγγραφέας εφαρμόζει τη μη επιβλεπόμενη μέθοδο ταξινόμησης της επαναληπτικής αυτό - οργανωτικής τεχνικής ανάλυσης δεδομένων (ISODATA). Χρησιμοποιήθηκαν τα προγράμματα ArcGIS 10.6 και ENVI 5.4 για να προσδιοριστούν τα μοναδικά φασματικά χαρακτηριστικά των επιφανειών.

Σε πρώτο στάδιο έπρεπε να επιλεχθεί ένα κατάλληλο υποσύνολο των εικόνων ως περιοχή εκπαίδευσης για το μοντέλο πρόβλεψης, καθώς και να καθοριστούν τα πολυφασματικά δεδομένα τα οποία παρείχαν τη βέλτιστη ευκρίνεια των αρχαιολογικών τοποθεσιών. Απαραίτητες για το σκοπό αυτό ήταν η βαθμονόμηση των δεδομένων (καλιμπράρισμα) καθώς και οι ατμοσφαιρικές διορθώσεις των εικόνων, οι οποίες έγιναν με τη χρήση του FLAASH στο ENVI v5.4.

Η περιοχή ενδιαφέροντος ορίστηκε σε ακτίνα 5km γύρω από τη Bosutswe, καθώς η εμβέλεια αυτή είχε μελετηθεί περισσότερο (από άλλους ερευνητές) και περιείχε το μεγαλύτερο αριθμό γνωστών περιοχών. Για την περιοχή ενδιαφέροντος αποκτήθηκε τριπλή κάλυψη από το ίδρυμα DigitalGlobe, ένα σετ από εικόνες WorldView 2 και 3 (για χειμώνα και καλοκαίρι) και μία εικόνα GeoEye. Η τριπλή κάλυψη των εικόνων ήταν σημαντική, καθώς επέτρεψε την επισκόπηση της εικόνας κάτω από διαφορετικό καθεστώς (εποχιακής) βλάστησης, αλλά και μέσα από διαφορετικούς δορυφόρους.

Εν συνεχεία, τόσο οι ήδη γνωστές όσο και οι υποψήφιες/πιθανές αρχαιολογικές ζώνες ψηφιοποιήθηκαν από τον ερευνητή μέσω του ArcMap 10.6, ψηφιοποίηση η οποία βασίστηκε σε προηγούμενη έρευνα πεδίου έτερου ερευνητή, συνεπικουρούμενη από αναφορές στα αρχεία του εθνικού Μουσείου Μνημείων της Μποτσουάνα.

Για όσες περιοχές η υπάρχουσα πληροφορία ήταν ασαφής, για να προσπεράσει το πρόβλημα ο συγγραφέας κατέφυγε στη χρήση του εργαλείου ISODATA μη επιβλεπόμενου αλγορίθμου στο πρόγραμμα ENVI, του οποίου τη δομή αναλύει στο paper του.

Αποτελέσματα

Μέσω αυτού του αλγορίθμου, μετά από αρκετές δοκιμές, δημιουργήθηκαν 70 τάξεις στις πολυφασματικές εικόνες της καλοκαιρινής περιόδου για τις εικόνες των δορυφόρων WorldView 1 και 2. Από τις 70 αυτές τάξεις επιλέχτηκαν οι 16 για τις περιοχές της εποχής του σιδήρου, διαχωρισμός ο οποίος βασίστηκε στις αλληλοεπικαλύψεις μεταξύ των πολυγώνων για τις γνωστές και τις και τις υποτιθέμενες τοποθεσίες (αρχαιολογικού ενδιαφέροντος). Επισημαίνεται δε ότι από αυτές τις 16 κλάσεις, ορισμένες επικαλύπτονται, πράγμα που υποδηλώνει ότι σε ανάλογες μελέτες καλό θα ήταν οι επιμέρους να συγχωνευτούν σε μία. Στη συνέχεια ο συγγραφέας παρουσιάζει τα αποτελέσματα που εξήχθησαν μέσω της μετρικής τοπίου, τα οποία παρουσιάζουν, όπως επισημαίνει, δύο τάσεις: μία θετική (κατά πλειονότητα) και μία αρνητική. Για παράδειγμα, ο αριθμός των γεωτεμαχίων (NUMP) παρουσιάζει μείωση, πράγμα που εξηγείται εύκολα καθώς πολλά από τα γεωτεμάχια συγχωνεύτηκαν σε μεγαλύτερα. Τα αποτελέσματα αυτά τα συσχετίζει με ανάλογα αποτελέσματα ερευνητών σε άλλες μεγάλες πόλεις (π.χ. Αθήνα, Κωνσταντινούπολη).

Σημειωτέον ότι περίπου οι μισές από τις υποτιθέμενες αρχαιολογικές ζώνες γειτνιάζουν με δύο παράλληλα υδάτινα κανάλια στο βορειοανατολικό τμήμα της Bosutswe, μία περιοχή που μέχρι πρότινος καμία αρχαιολογική ζώνη δεν έχει προσδιοριστεί. Το συγκεκριμένο τεταρτημόριο του χώρου έχει όλες τις προϋποθέσεις για την επέκταση της αρχαιολογικής γνώσης για την κατανομή της περιοχής. Οι ισχυρισμοί αυτοί μάλιστα υποβλήθηκαν σε έλεγχο δια έρευνας πεδίου, κι έτσι προσδιορίστηκαν – πράγματι - ορισμένες περιοχές αρχαιολογικού ενδιαφέροντος ή, τουλάχιστον, έντονης ανθρώπινης δραστηριότητας κατά την προϊστορική εποχή.