Συγκεκριμένα φασματικά κανάλια για διαφορετικούς τύπους κάλυψης γης ...
Από RemoteSensing Wiki
Συγκεκριμένα φασματικά κανάλια για διαφορετικούς τύπους κάλυψης γης για βελτίωση της αποτελεσματικότητας στην αναζήτηση αρχαιολογικών χώρων μέσω τηλεπισκόπισης: Η μελέτη περίπτωσης του Άρπη
Αντικείμενο Εφαρμογής: Αναζήτηση αρχαιολογικών χώρων
Δημοσιεύτηκε: Journal of Cultural Heritage 10S (2009) e41–e48
Συγγραφείς:
Cristiana Bassani, Rosa Maria Cavalli: CNR, Istituto Inquinamento Atmosferico Sez LARA, 100, via del Fosso del Cavaliere, 00133, Rome, Italy. Roberto Goffredo: Laboratorio di Archeologia dei Paesaggi e dell’Ambiente, Universitΰ di Foggia, Largo Civitella no. 1, 71100 Foggia, Italy. Angelo Palombo,Simone Pascucci, Stefano Pignatti: CNR Istituto Metodologie Analisi Ambientali, Potenza C. da S. Loja, Zona Industriale, 85050 Tito Scalo (PZ), Italy.
Σκοπός
Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι η επικύρωση της μεθόδου υπερφασματικής τηλεπισκόπισης για την ανίχνευση περιοχών αρχαιολογικού ενδιαφέροντος.
Περιοχή μελέτης
Η μελέτη επικεντρώνεται στη περιοχή του Άρπι που βρίσκεται 8 χιλιόμετρα βορειοανατολικά της Φογγίας στο βορειότερο τμήμα της Απουλίας στην Ιταλία. Η περιοχή στην αρχαιότητα ήταν γνωστή με το όνομα Δαυνία. Ήταν μια περιοχή με ισχυρή επιρροή και μια από τις ισχυρότερες περιοχές στην προ-Ρωμαϊκή εποχή μεταξύ του έβδομου και του τρίτου αιώνα π.Χ., δηλαδή από την ύστερη εποχή του σιδήρου έως τη Ρωμαϊκή κατάκτηση. (Εικόνα 1: α) Περιοχή μελέτης, β) απεικόνιση MIVIS για τον αρχαιολογικό χώρο του Άρπι. Στο λευκό κουτί βρίσκεται η περιοχή μελέτης).
Μεθοδολογία
Η διαδικασία προσδιορισμού των σχετικών αρχαιολογικών σημάτων (δηλαδή, των τονικών ανωμαλιών των εικόνων) είναι κυρίως αποτέλεσμα της εμπειρία του ατόμου που θα πραγματοποίηση την φωτοερμηνεία καθώς και της γνώση του ατόμου αυτού στο περιεχόμενο των εικόνων. Για το λόγο αυτό, η χρήση της Τηλεπισκόπισης στην αρχαιολογία εξακολουθεί να θεωρείται απλά ένα περιγραφικό εργαλείο που δεν υποστηρίζεται από την ανάλυση των στατιστικών μεταβλητών ή ποσοτικών δεικτών. Στο πλαίσιο αυτό, η ικανότητα συγκεκριμένων φασματικών ζωνών στην ανίχνευση φασματικών ανωμαλιών που σχετίζονται με θαμμένα ερείπια αξιολογείται στους επιλεγμένους χώρους δοκιμών της περιοχής Άρπη που ερευνήθηκαν από το τον αισθητήρα MIVIS. Για το σκοπό αυτό, υιοθετήθηκε η ακόλουθη μεθοδολογία:
- εφαρμογή της διαδικασίας LSU (Linear Spectral Unmixing) στα υπερφασματικά δεδομένα για την εξαγωγή των κυριότερων κατηγοριών κάλυψης γης πάνω από την περιοχή μελέτης,
- ανίχνευση των περιοχών της έρευνας, η οποία χαρακτηρίζεται από την ομοιογένεια στη κάλυψη γης (κάλυψη γης μεγαλύτερη του 75%) και από στατιστικά σημαντικό αριθμό των pixel που σχετίζονται με θαμμένες κατασκευές για κάθε κάλυψη γης,
- ταυτοποίηση των περιορισμένων και συγκεκριμένων ζωνών MIVIS αποδεικνύοντας την υψηλότερη πιθανότητα για τον εντοπισμό φωτογραμμώσεων ως λειτουργία των επιφανειών κάλυψης γης,
- αρχαιολογική φωτοερμηνεία των επιλεγμένων εικόνων (MIVIS ζωνών) για να ανακτηθούν οι φασματικές ανωμαλίες που σχετίζονται με το αρχαιολογικά στοιχεία του υπεδάφους
- αρχαιολογική ερμηνεία των αποτελεσμάτων με την χρήση προηγούμενων ερμηνευμένων MIVIS εικόνων.
Η διαδικασία φασματικής ανάλυσης με ανάμειξη, πραγματοποιήθηκε με τις τρείς περισσότερο απαντημένες καλύψεις γης στην περιοχή μελέτης (δηλαδή το γυμνό έδαφος, η πράσινη βλάστηση και τα ξερόχορτα) προκειμένου να εκτιμηθεί το κλάσμα που βρίσκεται στη μεγαλύτερη αφθονία στη περιοχή μελέτης. Η διαδικασία LSU χωρίς ανάμιξη θεωρεί ότι η ανάκλαση κάθε pixel είναι γραμμικός συνδυασμός των επιμέρους στοιχείων, που είναι η καθαρή ανάκλαση φάσματος για κάθε συνιστώσα, έτσι επιτρέπεται η αξιολόγηση της ποσοστιαίας εμφάνισης του κάθε στοιχείου στην περιοχή μελέτης. Η LSU αναλυτικά περιγράφεται:
r = MfN + ε
όπου r είναι το διάνυσμα στήλης της μετρούμενης ακτινοβολίας φάσματος με L φασματικές ζώνες, το M είναι το γινόμενο Ν × L στοιχείων του φάσματος της μήτρας (Ν είναι ο αριθμός των καθαρών στοιχείων), το f είναι το διάνυσμα συγκέντρωσης του οποίου τα στοιχεία αντιπροσωπεύουν μέρη του αντιπροσωπευτικού κλάσματος για κάθε στοιχείο, και ε είναι το υπολειπόμενο σφάλμα. Στο μοντέλο αυτό, το M είναι η γνωστή παράμετρος, ενώ η άγνωστη είναι η fN.
Τα αποτελέσματα χωρίς την ανάμειξη χρησιμοποιήθηκαν για να αναγνωριστεί η διανομή των τριών κυρίαρχων κλασμάτων κάλυψης γης στην περιοχή έρευνας (Εικόνα 2) Σύμφωνα με το χάρτη των κυρίαρχων κατηγοριών κάλυψης γης, η ερευνηθείσα περιοχή χαρακτηρίζεται από ομοιογένεια στην κάλυψη γης και ένας στατιστικά σημαντικός αριθμός pixels που σχετίζεται με θαμμένες κατασκευές έχει επιλεχθεί.
Για το λόγο αυτό, σύμφωνα με την κυρίαρχη κατηγορία κάλυψης γης, οι πιο αξιοσημείωτες φασματικές ζώνες, όσον αφορά τη μεγαλύτερη τονική αντίθεση μεταξύ των ανωμαλιών (σημάδια) και το σχετικό φόντο ποσοτικοποιείται από το SI (Separability Index), για την αρχαιολογική αναζήτηση που είχε επιλεγεί. Ο Πίνακας 1
Τυχόν ανωμαλίες από αυτές τις περιορισμένες και συγκεκριμένες ζώνες MIVIS, σε ολόκληρο τον αρχαιολογικό χώρο, εξάγονται και αξιολογούνται χρησιμοποιώντας την παραδοσιακή φωτοερμηνεία με έναν εμπειρογνώμονα για τον καθορισμό της αρχαιολογικής τους σημασίας. Επιπλέον, η εφαρμογή των συγκεκριμένων ζωνών MIVIS (δηλαδή, εικόνες σε κλίμακα του γκρι) για την ανάκτηση των φασματικών ανωμαλιών, μόνον οι συνήθεις ανωμαλίες μοτίβου εξετάστηκαν για την παρούσα μελέτη, όπως η παρουσίαση των γεωμετρικών χαρακτηριστικών, που είναι πολύ σπάνιες στη φύση, είναι γενικά σχετιζόμενες με τις αρχαίες ανθρώπινες δραστηριότητες (π.χ., οι αρχαίοι πέτρινοι τοίχοι και δρόμοι).
Αποτελέσματα
Οι περιορισμένες και ειδικές ζώνες MIVIS για τις διάφορες εκτάσεις κάλυψης γης (Πίνακας 1) υπογραμμίζουν τη μεγάλη τονική αντίθεση μεταξύ των ανωμαλιών (σημάδια) και το σχετικό φόντο όταν η πράσινη βλάστηση των καλλιεργειών (SI <80% σε VIS και σε NIR σειρές) ή το γυμνό έδαφος (SI<75 σε VIS και SI<45% σε TIR σειρές) καλύπτουν τα θαμμένα ερείπια. Αντ’ αυτού, όταν τα ερείπια καλύπτονται από ξερόχορτα, τα σημεία γίνονται μερικώς διακριτά στις εικόνες MIVIS. Αυτή η μειωμένη ικανότητα ανίχνευσης (SI <45% σε VIS) μπορεί να σχετίζεται μόνο με τα χαρακτηριστικά και τις επιδόσεις του αισθητήρα MIVIS (δηλαδή, σε χωρική και φασματική ανάλυση, SNR, Noise Equivalent Ratio) ή με την περικοπή της ξερής βλάστησης επάνω στην επίγεια επιφάνεια και, κατά συνέπεια, δημιουργώντας επίπεδα εντελώς ανεξάρτητη από το έδαφος πάνω από τα ερείπια. Οι στενές ζώνες (χαμηλό FWHM) απεικονίζουν τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά του υπερφασματικού αισθητήρα. Σε αυτή τη μελέτη, τα υπερφασματικά αυτά στοιχεία είναι απαραίτητα για να επισημανθούν οι ανωμαλίες, ιδίως για τις εκτάσεις που καλύπτονται με πράσινη βλάστηση (μία ζώνη στο VIS και τρεις ζώνες για NIR) και με γυμνό έδαφος (δύο ζώνες στην TIR). Η ανίχνευση των ανωμαλιών σε περιορισμένες και συγκεκριμένες MIVIS ζώνες έχει επιτευχθεί με την ερμηνεία, όπως φαίνεται στο Εικόνα 2. Η ανάλυση των εξαχθέντων ανωμαλιών προσφέρει ενδιαφέρουσες παρατηρήσεις ακόμη και αν τα MIVIS δεδομένα συλλέχθηκαν στα τέλη Ιουνίου, η οποία δεν είναι είναι μια ευνοϊκή περίοδο για τον εντοπισμό αρχαιολογικών χαρακτηριστικά (π.χ., περίοδος ανομβρίας). Ως εκ τούτου, διαπιστώθηκε ότι, όταν οι γεωργικές εκτάσεις περιέχουν ξερόχορτα κάνουν δύσκολη τη φασματική διάκριση των ανωμαλιών σε σχέση με τα θαμμένα ερείπια. Αν και η διαδικασία ανάγνωσης εικόνας δεν έχει αποκαλύψει τα ίχνη (σημάδια) που μόλις εντοπίστηκαν σε σχέση με τις προηγούμενες μελέτες σχετικά με το Άρπη , από μεθοδολογική άποψη, η εμπειρία του Άρπη προσφέρει τη δυνατότητα επικύρωσης μιας μεθόδου με τον χαμηλότερο υπολογιστικό χρόνο και την δυνατότητα να δοκιμαστεί η εναέρια υπερφασματική τηλεπισκόπηση ως μια μη καταστρεπτική τεχνική σένα πλαίσιο όπου η αρχαιολογική και ιστορική διαφώτιση μπορεί να επιτευχθεί. Ειδικότερα, οι παρατηρηθείσες ανωμαλίες μπορούν να αναφέρονται σε δύο διαφορετικά «αρχαιολογικά αντικείμενα»: την αμυντική γραμμή, Agger,(Εικόνα 2 με κόκκινο χρώμα) και το εσωτερικό (Εικόνα 2 με κίτρινο χρώμα) και το εξωτερικό (Εικόνα 2 με μαύρο χρώμα) οδικό δίκτυο της αρχαίας πόλης.
Οι κατακόρυφες φωτογραφίες του χώρου που λήφθηκαν το 1944 μέχρι το 1945 (Εικόνα 3β)
Συμπεράσματα
Από μεθοδολογικής απόψεως, τα αποτελέσματα αυτής της εργασίας είναι ενθαρρυντικά, καθώς οι υπερφασματικές εικόνες για την περιοχή του Άρπη δείχνουν χαρακτηριστικά που είναι απόλυτα συμβατά με τις ανάγκες μιας ταχείας αρχαιολογικής έρευνα. Επιπλέον, αυτή η νέα τεχνολογία μπορεί να είναι χρήσιμη για στρατηγικές ανάπτυξης, διαχείρισης και συντήρησης. Στην πραγματικότητα, η τεχνολογία αυτή θα επιτρέψει την ανάπτυξη ενός γρήγορου και προσιτού εργαλείου για τους αρχαιολόγους να ξεκινούν την ανάλυσή τους σχετικά με εναέρια τηλεσκοπικά δεδομένα με περιορισμένες πληροφορίες. Από ιστορική και αρχαιολογική άποψη, ο συνδυασμός μεταξύ των παραδοσιακών εναέριων φωτογραφιών και των καινοτόμων εναέριων υπερφασματικών εικόνων μπορεί να ενισχύσει σημαντικά την κατανόησή μας για την οργάνωση του προ-Ρωμαϊκού και Ρωμαϊκού κέντρου.
Πίνακας Εικόνων
Εικόνα 1: α) Περιοχή μελέτης, β) απεικόνιση MIVIS για τον αρχαιολογικό χώρο του Άρπι. Στο λευκό κουτί βρίσκεται η περιοχή μελέτης Εικόνα 2: Τα αποτελέσματα χωρίς την ανάμειξη χρησιμοποιήθηκαν για να αναγνωριστεί η διανομή των τριών κυρίαρχων κλασμάτων κάλυψης γης στην περιοχή έρευνας Εικόνα 3: Οι κατακόρυφες φωτογραφίες του χώρου που λήφθηκαν το 1944 μέχρι το 1945 (Εικόνα 3β) και το IGM το 1954 (Εικόνα 3a)
Πίνακας Πινάκων
Πίνακας 1: Οι περιορισμένες και ειδικές ζώνες MIVIS για τις διάφορες εκτάσεις κάλυψης γης.
