Πολυφασματικά και πολυκαναλικά τηλεπισκοπικά δεδομένα για αρχαιολογική έρευνα σε μία Αλπική αλλουβιανή πεδιάδα

Από RemoteSensing Wiki

Παρούσα αναθεώρηση της 19:03, 14 Ιανουαρίου 2011

Πολυφασματικά και πολυκαναλικά τηλεπισκοπικά δεδομένα για αρχαιολογική έρευνα σε μία Αλπική αλλουβιανή πεδιάδα

Multispectral and multiscale remote sensing data for archaeological prospecting in an alpine alluvial plain

Pietro Alessandro Brivio, Monica Pepe, Roberto Tomasoni

Remote Sensing Department, IRRS-CNR, Via Bassini 15, 20133 Milan, Italy

Πηγή: Science Direct

1. Στόχοι της έρευνας

Η έρευνα αυτή είναι μέρος ενός πολυεπιστημονικού προγράμματος με συνεργασία αρχαιολόγων και γεωφυσικών επιστημόνων που στοχεύει στη σκιαγράφηση τον χωροχρονικών σχέσεων μεταξύ περιβαλλοντικών συνθηκών και προιστορικών ανθρώπινων καταυλισμών σε μία αλλουβιανή πεδιάδα των Αλπεων. Τηλεπισκοπικές δορυφορικές εικόνες σε διάφορα μήκη κύματος του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος χρησιμοποιήθηκαν για καταγραφή στοιχείων δύσκολα εντοπίσιμων από το έδαφος. Η ολοκληρωμένη ανάλυση των τηλεπισκοπικών πληροφοριών, των χαρτογραφικών, των τοπογραφικών και των αρχαιολογικών στοιχείων αποδεικνύεται χρήσιμη για την αρχαιολογία. Για τον συνδυασμό αυτών των διαφορετικών δεδομένων χρησιμοποιήθηκαν γεωγραφικά συστήματα πληροφοριών.

2. Περιοχή μελέτης

Eικόνα 1: Γεωλογικός χάρτης της περιοχής μελέτης, που περιλαμβάνει τις τεταρτογενείς αποθέσεις της περιοχής μεταξύ της ανω λίμνης Como και της λίμνη Mezzola. 1) Αλλουβιακοί κώνους, 2) οι αποθέσεις Moraine και τα συντρίμμια, 3) Κυρίως Αλλουβιακές χαλικώδεις και αμμώδεις αποθέσεις, 4) Κυρίως αμμώδεις προσχώσεις, 5) Κυρίως αμμώδεις και αργιλώδεις προσχώσεις και λιμναίες αποθέσεις.

Η υπό μελέτη περιοχή βρίσκεται στη συμβολή των πεδιάδων των ποταμών Valtellina και Val Chiavenna ( εικόνα 1 ). Η περιοχή επιλέχθηκε λόγω των ιστορικών, αρχαιολογικών και γεωμορφολογικών χαρακτηριστικών της.

3. Δεδομένα

Στην πολυεπίπεδη αυτή έρευνα χρησιμοποιήθηκαν διαφορετικά δεδομένα όπως χαρτογραφικά, χάρτες χρήσεων γης, ιστορικά στοιχεία, τηλεπισκοπικά δεδομένα του Landsat 5 TM, ασπρόμαυρες αεροφωτογραφίες και άμεσες τοπικές μετρήσεις.

4. Ανάλυση των τηλεπισκοπικών δεδομένων

Σε πρώτο στάδιο δημιουργήθηκαν γραμμές περιγράμματος από τους τοπογραφικούς χάρτες, κλίμακας 1:10000 και ψηφιοποιήθηκαν σε διαστήματα 10 μέτρων ή 50 μέτρων, για περιοχές με υψόμετρο μεγαλύτερο των 250 μέτρων. Από αυτή τη διαδικασία δημιουργήθηκε το ψηφιακό μοντέλο ανόρθωσης ( DEM ). Επίσης ψηφιοποιήθηκαν το υδρογραφικό δίκτυο και οι βασικοί δρόμοι. Με αυτά το τοπογραφικά δεδομένα διορθώθηκαν τα δεδομένα της τηλεπισκόπησης και η γεωαναφορά τους σε UTM προβολή. Τέλος οι περιοχές προιστορικής ανθρώπινης δραστηριότητας εισήχθησαν σε ένα σύστημα GIS.

4.1 Δορυφορικές εικόνες

Πίνακας 1: Χωρικά και φασματικά χαρακτηριστικά του Landsat-5 TM

Χρησιμοποιήθηκε μία εικόνα του Landsat 5 TM ( τα τεχνικά χαρακτηριστικά της οποίας φαίνονται στον πίνακα 1 ), της 12 Σεπτεμβρίου 1990, για μία έκταση 3.030 τ.χλμ.

Eικόνα 2: Έγχρωμο σύνθετο RGB: TM-4, TM-5, TM-3 του Landsat-5 Thematic Mapper (Σεπτεμβρίος 1990), που παρουσιάζει την αλλουβιανή πεδιάδα μεταξύ των λιμνών Como και Mezzola, στη συμβολή Valtellina (ποταμός Adda) και Val Chiavenna (ποταμός Mera).

Η πολυφασματική ανάλυση της εικόνας επέτρεψε τον εντοπισμό της υπό μελέτη περιοχής. Εφαρμογή γραμμικής διάτασης και όξυνσης των γωνιών, στα υπέρυθρα κανάλια 4, 5 και 7, ανέδειξε τους μικρής κλίμακας γεωσχηματισμούς ( πχ πλαγιές βουνών, αλλουβιακά ρυπίδια κλπ ). Επίσης δημιουργήθηκαν ψευδοχρωματικές συνθέσεις ( 4,3,2 και 4,5,3 ) για την μελέτη των χρήσεων – καλύψεων γης ( εικόνα 2 ), ενώ με χρήση του δείκτη βλάστησης NDVI προσδιορίστηκε η κατανομή και η ένταση της βλάστησης. Η επεξεργασία των οπτικών καναλιών 1, 2 και 3 των οποίων το μήκος κύματος διαπερνά σε κάποιο βαθμό τις υδάτινες επιφάνειες, ανέδειξε την έκταση της βυθισμένης βλάστησης, στο νότιο τμήμα της λίμνης Mezzola. Στην εικόνα της υπό εξέταση περιοχής εφαρμόστηκαν μέθοδοι επεξεργασίας που στόχευαν στην ενίσχυση του διαφορετικού μεγέθους σιταριού και της περιεκτικότητάς του σε υγρασία. Από την σύγκριση της επεξεργασμένης εικόνας και ενός τοπογραφικού χάρτη του 1974, δημιουργήθηκε ένας γεωμορφολογικός χάρτης.

4.2 Αεροφωτογραφίες

Η γεωμορφολογική μελέτη της περιοχής βελτιώθηκε με την ανάλυση στερεοσκοπικών ασπρόμαυρων φωτογραφιών, που τραβήχτηκαν το 1936 από την πολεμική αεροπορία. Στις εικόνες τα ποτάμια παρουσιάζονται σε ανοιχτούς γκρι τόνους, λόγω των πολλών ιζημάτων και μέρος των αλλουβιανών ριπιδίων είναι πλημμυρισμένα. Οι φωτογραφίες αυτές αρχικά ψηφιοποιήθηκαν με χωρική εδαφική ανάλυση 2,2 Χ 2,2 μέτρα. Στη συνέχεια γεωαναφέρθηκαν με χρήση εδαφικών σημείων ελέγχου. Δημιουργήθηκε έτσι μία μωσαική μορφή των φωτογραφιών στην οποία προστέθηκε ψηφιακή τοπογραφία σε διανισματική μορφή, ώστε να είναι δυνατή η σύγκριση με την παρούσα μορφολογία της περιοχής. Ακολούθησε μία γεωμετρική ομοεγγραφή εικόνα προς εικόνα, μεταξύ των πολυφασματικών εικόνων του Landsat και του ψηφιακού μωσαικού του αεροφωτογραφιών. Τέλος δημιουργήθηκε μία ψευδοχρωματική σύνθεση που συνδύαζε όλα τα κανάλια του Landsat και το μωσαικό και έτσι παρήχθη ο τελικός γεωμορφολογικός χάρτης.

4.3 Αποτελέσματα της τηλεπισκοπικής ανάλυσης

Eικόνα 3: Γεωμορφικός χάρτης της κοιλάδας της περιοχής μελέτης που προέρχεται από δορυφόρικών και εναέριων εικόνων. Η καταλληλότητα της περιοχής ιεραρχείται κατά σειρά από χαμηλής (Α) σε υψηλής σκοπιμότητας (D). 1) Εγκαταλελειμμένη κοίτη του ποταμού, 2) Νησιά της Μάγχης, 3) Βυθισμένο κομμάτι άμμου, 4) Καναλικές αποθέσεις, 5) Λοφίο ιζημάτων 6) βυθισμένη περιοχή βλάστησης 7) Αλλουβιακοί κώνοι.

Η δορυφορική εικόνα και οι αεροφωτογραφίες, αφού διατμήθηκαν κυματομετρικά συγκρίθηκαν με τους γεωλογικούς τομείς. Για τη σύγκριση αυτή επιλέχθηκε το εγγύς υπέρυθρο κανάλι 4. Στην εικόνα 3 παρουσιάζεται ο γεωμορφικός χάρτης της υπό εξέταση περιοχής που προέκυψε από την συνδιαστική ανάλυση των δεδομένων της τηλεπισκόπησης και των επιστημονικών συμπερασμάτων για την περιοχή, η οποία κατατάσσεται από χαμηλής δυνατότητας ανακάλυψης ανθρώπινων καταλυμάτων ( Α ), σε υψηλής δυνατότητας ( D ). Ετσι λοιπόν η ζώνη Α, χρησιμοποιείται στο παρόν για γεωργικούς λόγους και δεν προσφέρεται για τα ζητούμενα της μελέτης. Η ζώνη Β περιλαμβάνει έντονα μεταβαλλόμενο τοπίο και το γεγονός αυτό αποτελεί περιοριστικό παράγοντα. Αντιθέτως η ζώνη C, με τις οριακές αλλουβιανές κοίτες, που αναμειγνύονται με τις λημναίες αποθέσεις, είναι πιο ενδιαφέρουσα σχετικά με την ανακάλυψη προιστορικής ανθρώπινης παρουσίας. Τέλος η ζώνη D, που καταλαμβάνεται από επιφανειακές λημναίες αποθέσεις, παρουσιάζει ενδιαφέρουσες ιδιότητες και θα μπορούσε να συντηρεί τα υπολλείματα ανθρώπινης παρουσίας.

5. Ανάλυση των δεδομένων τοπικών μετρήσεων

Eικόνα 4: Θερμικός χάρτης της περιοχής δοκιμής κοντά στο Ponte del Passo, που προκύπτει από την ανάλυση των μετρήσεων εδάφους με χρήση θερμικού υπέρυθρου ραδιόμετρου. Α) Τοπογραφικός χάρτης της περιοχής δοκιμής, Β) Χάρτης αντίστασης, C) Θερμικός χάρτης.

Από τις αναλύσεις των τηλεπισκοπικών δεδομένων αλλά και τις ιστορικές αναλύσεις εντοπίστηκαν κάποιες περιοχές ( στη ζώνη C ) έκτασης 45.000 τ.μ. κοντά στο Ponte del Pusso ( εικόνα 1 ), στις οποίες διεξήχθησαν μεγάλης κλίμακας γεωφυσικές έρευνες. Επίσης διεξήχθη κυματομετρική έρευνα για τον καθορισμό της χωρικής επιφανειακής θερμοκρασίας σε μία περιοχή έκτασης 1.250 τ.μ. ( εικόνα 4 ). Οι μετρήσεις αυτές καθόρισαν τις επιφανειακές θερμοκρασίες με ακρίβεια 0,1 Κ. Ο εξοπλισμός που χρησιμοποιήθηκε ήταν ένα κυματόμετρο και ένα ηλιακό φωτόμετρο. Η χωρική κατανομή της επιφανειακής θερμοκρασίας που προέκυψε από παρεμβολή των κυματομετρικών μετρήσεων, φαίνεται στην εικόνα 4C. Η ίδια περιοχή αναλύθηκε από γεωφυσικούς επιστήμονες και ανακαλύφθηκε η ειδική αντίσταση που παρουσιάζει ( εικόνα 4B ). Στην έκταση αυτή, μετά από τη δοκιμαστική εκσκαφή μέσω μίας τάφρου ( εικόνα 4 Α ), ήρθε στην επιφάνεια ένα φράγμα άμμου, ποτάμιας προέλευσης, το οποίο διατρέχει πλευρικά την αμμώδη λάσπη και επικαλύπτει μία μονάδα αργίλου, που χαρακτηρίζεται από άφθονα γνωρίσματα ανθρώπινης ύπαρξης.

6. Συμπεράσματα

Η ολοκληρωμένη ανάλυση πολυεπίπεδων τηλεπισκοπικών δεδομένων, χαρτογραφικών και ιστορικών χαρτών και αρχαιολογικών δεδομένων, αποδείχθηκαν εξαιρετικά χρήσιμα για την αρχαιολογική έρευνα και παρέχουν πολλά επιστημονικά πεδία για μελλοντική εξερεύνηση και μελέτη.