Προσδιορισμός των ορίων της ιστορικής τοποθεσίας της Περσέπολης χρησιμοποιώντας μεθόδους ψηφιακής τηλεπισκόπησης

Από RemoteSensing Wiki

Αναθεώρηση της 15:37, 11 Φεβρουαρίου 2011

Προσδιορισμός των ορίων της ιστορικής τοποθεσίας της Περσέπολης χρησιμοποιώντας μεθόδους ψηφιακής τηλεπισκόπησης
Πρωτότυπος τίτλος : AIdentifying the boundaries of the historical site of Persepolis using remote sensing

Πηγή : Behnaz Aminzadeh, Firuzeh Samani, Remote Sensing of Environment 102 (2006) 52–62 [8]

Περίληψη

Η Περσέπολη που βρίσκεται 70 χιλιόμετρα βορειοανατολικά της σύγχρονης πόλης Σιράζ στο Ιράν, είναι μια από τις γνωστές αρχιαολογικές περιοχές παγκόσμιων κληρονομιών που χρονολογούνται από την αχαιμενική περίοδο (560-330 Π.Χ.). Ο χαρακτηρισμός της περιοχής και η σημασία της ως διεθνής παγκόσμια κληρονομιά διακρίθηκε από την UNESCO ως πρώτη μεταξύ των πέντε επιλεγμένων ιστορικών περιοχών στο Ιράν και καταχωρήθηκε το 1979. H περιοχή είναι ελκυστική για τους εθνικούς και διεθνείς τουρίστες καθώς επίσης και τους αρχαιολόγους και τους ιστορικούς από τον κόσμο. Παρότι θεωρείται από τις σημαντικότερες ιστορικές και αρχαιολογικές περιοχές, καμία έρευνα μέχρι τώρα δεν έχει εστιάσει στην ακριβή οριοθέτηση αυτής της περιοχής ενώ ταυτόχρονα βρίσκεται υπό αμφισβήτηση η ύπαρξη ενός τοίχους και πύργων για την προστασία αυτού του σημαντικού κέντρου. Προκειμένου να εξεταστεί το πρόβλημα αυτό, χρησιμοποιείται μια ανάλυση στοιχείων τηλεπισκόπησης, μια φωτογεωλογία, και μια μελέτη πεδίου. Για το χαρακτηρισμό του αρχαιολογικού τοπίου και των θέσεων της καταρρέουσας δομής οι αεροφωτογραφίες και οι δορυφορικές εικόνες έχουν αποδειχθεί ιδιαίτερα πολύτιμο εργαλείο. Η κατασκευή της Περσέπολης άρχισε από το Δαρείο, συνεχίστηκε από το γιο του Ξέρξη και τον εγγονό του Αρταξέρξη και καταστράφηκε από το Μέγα Αλέξανδρο. Αποτελούσε έναν εθνικό ιερό τόπο και είχε ως πρωτεύουσα πόλη την Parse. Το γενικό πλάνο των παλατιών και ο περιβάλλων χώρος παρουσιάζονται στην Εικόνα 1.

Εικόνα 1 : Περσέπολις.Γενικό πλάνο των παλατιών, [1]πηγή

Είναι τοποθετημένη σε μία φυσικά προστατευμένη περιοχή, καθώς περιβάλλεται από τη λίμνη Tashk από τα ανατολικά και από κορυφογραμμές από τα βόρεια. Βάσει των δεδομένων τηλεπισκόπισης και της φωτογεωλογίας, η περιοχή αυτή διαθέτει ειδική γεωμορφολογία με μεγάλες καλλιεργήσιμες εκτάσεις και διασκορπισμένα χωριά που περιβάλλονται ανατολικά από το όρος Rahmat, δυτικά από τον ποταμό Kor, βόρεια από το όρος Hossein και νότια από την οροσειρά Zarghan (βλ. εικόνα 2).

Εικόνα 2 : Δορυφορική εικόνα της οροσειράς Zagros, [2]πηγή

Μεθοδολογία

Προκειμένου να επιτευχθεί ο στόχος αυτός, χρησιμοποιήθηκαν διάφορα ενσωματωμένα θεματικά σύνολα. Η πλειοψηφία αυτών ήταν μη διαθέσιμα από τις παραδοσιακές πηγές. Αυτή η έρευνα επιτυγχάνει μια επεξεργασία συνδιασμού των ETM+ δεδομένων ψηφιακής τηλεπισκόπησης παράγοντας θεματικές εικόνες, ενισχύει σημαντικά την κατανόηση των αρχαιολογικών πόρων, των τοποθεσιών και των ιστορικών εξελίξεων από τις περιβαλλοντικές αλλαγές. Για την έρευν χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα ΕΤΜ+, ασπρόμαυρες αεροφωτογραφίες και τοπογραφικοί χάρτες κλίμακας 1:50000 και 1:25000. H Διεθνής Εγκάρσια Μερκατορική Προβολή UTM [9] οι προβολές, και το στοιχείο WGS84 έχουν χρησιμοποιηθεί για την προβολή, τη διόρθωση, και τις διαδικασίες συλλογής δεδομένων. Η διόρθωση έχει γίνει με τη χρησιμοποίηση της γεωδιαμόρφωσης. Το GPS έχει καθοριστεί από GPS χειρός που μεταλλάσσει τους τοπογραφικούς χάρτες των 1:50000 και 1:25000 που διορθώνονται από το λάθος μέσης τετραγωνικής τιμής (RMSE) 4 έως 10 μέτρων. Έχει επίσης καθοριστεί ένας συνδυασμός γεωλογίας τηλεπισκόπησης, φωτογεωλογίας, και η αξιολόγηση πληροφοριών έχουν γίνει για τον καθορισμό των αρχαιολογικών χαρακτηριστικών γνωρισμάτων και τα υπόλοιπα της πιθανής ύπαρξης του τοίχου και των παρατηρητηρίων φρουράς. Η επεξεργασία εικόνας περιλαμβάνει τους διάφορους ραδιομετρικούς αλγορίθμους διορθώσεων και αφαίρεσης θορύβου. Περιλαμβάνει επίσης την εγγραφή της εικόνας, ή τη βαθμολόγηση γεω-κωδικοποίησης και στοιχείων καλιμπρρίσματος. Συνήθως, η ζώνη του αριθμητή επιλέγεται βάσει ποιό υλικό είναι ιδιαίτερα αντανακλαστικό και επιλέγεται ως παρονομαστής ένα κανάλι που καλύπτει ένα χαρακτηριστικό γνώρισμα απορρόφησης για εκείνο το υλικό . Το TM 5/7 που κάνει διακρίσεις στα υλικά που περιέχουν τα υδροξύλια μεταλλεύματα (argillic υλικά) και το ανθρακικό άλας με την απορρόφηση χαρακτηρίζεται στην περιοχή 2.2 έως 2.3 μm. Η αναλογία του TM 5/4 χρησιμοποιήθηκε για να διακρίνει τους βράχους και τα χώματα για να ενισχύσει το αρχαιολογικό υπόλειμμα στις καλλιεργημένες ζώνες. Αυτή η αναλογία έχει χρησιμοποιηθεί για να δώσει έμφαση στο αρχαιολογικό υπόλειμμα μέσα στις καλλιεργημένες περιοχές, όπου εμφανίστηκαν ως ελαφριά σημεία στο γκρίζο υπόβαθρο. Αυτά τα χαρακτηριστικά γνωρίσματα έχουν ενισχυθεί επίσης στις RGB (b5/b7, b5/b4, b3/b2) συνθετικές εικόνες. Η μετατροπή IHS χρησιμοποιείται επίσης για τη RGB σύνθετη εικόνα (b5/b7, b3/b2, b5), η οποία αντικαθιστώντας το b5 αναγκάζει την ένταση να κάνει διακρίσεις στους δείκτες βλάστησης. Αυτή η λειτουργία έχει χεησιμοποιηθεί για να μειώσει την εδαφική φωτεινότητα και τις ατμοσφαιρικές παραλλαγές. Η συνέλιξη ενός υψιπερτού φίλτρου (3x3 πίνακα) έχει εφαρμοστεί στα κανάλια TM b5, b4, b7, και προστέθηκν στην αρχική εικόνα ώστε να παραχθεί η ενίσχυση των ακμών. Έχουν εφαρμοστεί επίσης κατευθυντικά φίλτρα σε διαφορετικές κατευθύνσεις για την ενίσχυση των χωρικών χαρακτηριστικών γνωρισμάτων. Η ανάλυση κύριων τμημάτων έχει εφαρμοστεί για να καθορίσει την collapsed clayey matrix, allocthonous carbonate rock fragments, και τα χαρακτηριστικά των καλλιεργειών. Οι διαφορές στην εδαφολογική σύσταση αποκαλύπτονται από τις κλασματικές παραλλαγές της θερμοκρασίας. Κατά συνέπεια, είναι δυνατό να προσδιορίσει το χαλαρό χώμα που ήταν ενδεχομένως προϊστορικός γεωργικός τομέας ή που καλύπτει τώρα τις θαμμένες καταστροφές. Σε πολλές περιπτώσεις, οι θαμμένες δομές μπορούν να ανιχνευθούν στις υπέρυθρες φωτογραφίες και τις εικόνες που καθορίζουν καλύτερα τα σχέδια τοπίων και τη ζωτικότητα της βλάστησης. Οι πολυφασματικοί αισθητήρες μπορούν να ανιχνεύσουν τάφρους γεμάτους με τα ιζήματα, δεδομένου ότι τα ιζήματα στις τάφρους περιέχουν περισσότερη υγρασία και οι θερμοκρασίες τους είναι διαφορετικές στο γειτονικό χώμα. Το έδαφος επάνω από έναν θαμμένο πέτρινο τοίχο μπορεί για παράδειγμα να είναι ελαφρώς θερμότερη από την περιβάλλουσα έκταση επειδή η πέτρα απορροφά περισσότερη θερμότητα. Ο κρυμμένος ή καταρρεσμένος τοίχος μπορεί να έχει μια ζώνη μολυσμένου υλικού, όπως το κονίαμα, ο άργιλος, και τα τεμάχια βράχου ανθρακικού άλατος και τα τούβλα που έχουν τη διαφορετική ηλεκτρομαγνητική διασπορά αντανάκλασης, και οι ιδιότητες απορρόφησης που θα ανιχνευθούν από τα φάσματα που καταγράφονται στα δορυφορικά συστήματα. Στην περίπτωση των θαμμένων τοίχων, οι συμπαγείς πέτρες και το κονίαμα χαρακτηριστικά δεν αποθηκεύουν οποιοδήποτε νερό και το χώμα ξεραίνεται πολύ εύκολα. Αυτοί που περιτοιχίζουν τη διαμόρφωση των υλικών μπορούν να εκτεθούν με το όργωμα, οπότε σ'αυτή την περίπτωση απορροφούν και απεικονίζουν την ακτινοβολία από τον ήλιο, ο οποίος κάνει τους θαμμένους τοίχους να παρουσιάζονται φωτεινότεροι από τις περιβάλλουσες περιοχές μέσα από τις δορυφορικές εικόνες και τις αεροφωτογραφίες. Το ETM+ πανγχρωματικό κανάλι 8 (0.52-0.90 μm) από την υψηλή ανακλαστικότητα στην ορατή και υπέρυθρη φασματική περιοχή έχει υποβληθεί σε επεξεργασία για την αύξηση των υπολειμμάτων. Λόγω της πυκνής καλλιέργειας και της εκτενούς βλάστησης, δεν είναι δυνατό να ενισχυθούν οι αρχαιολογικές περιοχές με τη χρησιμοποίηση της κανονικής σύνθεσης RGB και της αναλογίες-καναλιών ψευδοχρωματικών εικόνων. Για να εξεταστεί αυτό το πρόβλημα, η ανάλυση κύριων τμημάτων (PCA), που ομαλοποιείται ο δείκτης βλάστησης διαφοράς (NDVI) και οι διαφορές μεταξύ PC2 και NDVI έχουν χρησιμοποιηθεί για να ενισχύσουν τις αρχαιολογικές περιοχές σε αυτήν την περιοχή. Λόγω του χαμηλού χωρικού ψηφίσματος ETM+ των στοιχείων για τη μεγάλης κλίμακας μελέτη και του απρόσιτου των υψηλότερων χωρικών στοιχείων ανάλυσης, έχουν χρησιμοποιηθεί σε αυτήν την μελέτη διαφορετικής ηλικίας αεροφωτογραφίες. Οι αεροφωτογρααφίες σκαναρίστηκαν σε μορφή jpg. Αυτά τα στοιχεία έχουν υποβληθεί σε επεξεργασία από τη χρησιμοποίηση υψιπερατού φίλτρου Laplacian , το τέντωμα ιστογράμμων, τα υπολείμματα χρώματος, και τα ημι-κρυμμένα χαρακτηριστικά γνωρίσματα.

Αποτελέσματα

Υπάρχει ένα κατάλοιπο που σχηματίζει καμπυλωτή γραμμή στην πλαγιά του όρους Rahmat (εικ.3), που μπορεί να αναπαριστά ένα τοίχος που κάποτε περιέβαλλε είτε την πόλη Parse ή το σύμπλεγμα της Περσέπολης. Αυτά τα κατάλοιπα αποτελούνται από τους λίθους, το κονίαμα, το αμμοχάλικο, και τον άργιλο βράχου. Η θέση των αρχαίων καταστροφών έχει ανιχνευθεί βασισμένη στη νέα περιβαλλοντική αποκατάσταση. Για την ανίχνευση αυτού του τοίχους αναλύθηκαν οι αεροφωτογραφίες και τα τηλεσκοπικά δεδομένα.

Εικόνα 3 : Εικόνα Landsat ETM+, κανάλι 8. Τα χρώματα μωβ-πράσινο-κίτρινο αποδίδονται στα αρχαιολογικά κατάλοιπα κατασκευών που έχουν καταρρεύσει., [3]πηγή

Εφαρμόσθηκε ανεπίβλεπτη ταξινόμηση και χρησιμοποιήθηκε το λογισμικό ENVI [10] για την ανάλυση εικόνας. Οι αεροφωτογραφίες και οι επεξεργασμένες εικόνες ΕΤΜ υποδεικνύουν ότι υπάρχει αλλαγή στον τόνο του χώματος που σχετίζεται με ελάχιστη τοπογραφική άνοδο και υλικά κατασκευών που έχουν καταρρεύσει πάνω σε θαμμένες δομές. Αυτή η διαφορά παράγει μερικά αδύνατα γραμμικά σχέδια με μικρά σημεία της χαοτικής σύστασης. Αυτά τα σημεία θα μπορούσαν να αφορούν κατάλοιπα των πύργων φρούρησης κατά μήκος του τοίχου του παλατιού, όπου ένα τμήμα από αυτά είναι ορατό στη βουνοπλαγιά, στο βόρειο τμήμα της περιοχής. Η κοιλάδα Farvardin στην οποία βρίσκονται η πόλη Parse και η Περσέπολις αποτελεί εντατική ζώνη καλλιέργειας, που ελέγχεται από την εύφορη εδαφολογική κάλυψη και το σύστημα άρδευσης, με αποτέλεσμα να κρύβονται τα ιστορικά κατάλοιπα λόγω του υψηλού περιεχομένου βιομάζας. Για να λυθεί αυτό το πρόβλημα, το ΕΤΜ+ παγχρωματικό κανάλι 8 έχει υποβληθεί σε επεξεργασία για να ενισχύσει τον ασβεστόλιθο στο στρώμα του βράχου, το μικτό τεμάχιο βράχου, και τον πίνακα λάσπης στα αρχαιολογικά υπολείμματα στην υψηλότερη χωρική ανάλυση.

Εικόνα 4 : Ψευδοχρωματική σύνθετη εικόνα υποδεικνύει κάποιες καλυμμένες άγνωστες αρχαιολογικές τοποθεσίες, καθώς και την Περσέπολη, [4]πηγή

Η εικόνα 4 δείχνει το αποτέλεσμα αυτής της ανάλυσης. Στο σημείο Α, το κατάλοιπο του τοίχους φρούρησης φαίνεται καθαρά. Παρόμοια χαρακτηριστικά βλέπουμε στα σημεία Β και C. Στην εικόνα 5a, που προέλυψε από την επεξεργασία της αντίστοιχης αεροφωτογραφίας (1950), διάφορες τοποθεσίες έχουν ενισχυθεί, όπως το κέντρο της Περσέπολης (F). H ζώνη επιρροής της Περσέπολης παρουσιάζεται με κόκκινο χρώμα. Η εικόνα 5b, που προέκυψε από την επεξεργασία της αεροφωτογραφίας του 1970, υποδεικνύει σοβαρές ζημιές και παραμορφώσεις στην τοποθεσία λόγω του εορτασμού των 2500 ετών της ιρανικής αυτοκρατορίας το 1971 και λόγω της παραπλάνησης στον καθορισμό της ουδέτερης ζώνης της Περσέπολης.

Εικόνα 5a : Εικόνα που έχει προκύψει από την εφαρμογή μεθόδου Laplace 5x5 (convolution) σε αεροφωτογραφία (1957). Το κόκκινο και το σκούρο μπλε και πράσινο χρώμα αντιστοιχεί σε αρχαιολογικά κατάλοιπα. Τα σημεία (A,B,C,D,E..) αντιστοιχούν σε κατάλοιπα των αρχαίου τοίχους φρούρησης και των πύργων, [5]πηγή

Εικόνα 5b : Εικόνα που έχει προκύψει από την επεξεργασία αεροφωτογραφίας (1970). Τα κυκλικά σημεία και τα γραμμικά χαρακτηριστικά αντιστοιχούν στους πύργους και στο τοίχος. Το κίτρινο χρώμα αποδίδεται (αρ.1-34) στα κατάλοιπα επαναδουλευμένων πετρωμάτων όπως αυτά κατανέμονται στους αγρούς, [6]πηγή

Και οι δύο εικόνες εμφανίζουν το γραμμικό χαρακτηριστικό που υποδεικνύει την ύπαρξη τοίχους και κάποια σημεία που υποδεικνύουν την ύπαρξη των πύργων φρούρησης. Οι αρχικές αεροφωτογραφίες και η σχετική επεξεργασμένη εικόνα αντιπροσωπεύουν τα κατάλοιπα του γραμμικού χαρακτηριστικού γνωρίσματος που εκφράζει τον αρχαίο τοίχο φρουράς και τα τονισμένα σημεία που μοιάζουν με στη θέση των παρατηρητηρίων που περιβάλλουν την Περσέπολη. Από την επεξεργασία και την ανάλυση των αεροφωτογραφιών και των δορυφορικών εικόνων, επισημαίνονται μερικά χαρακτηριστικά γνωρίσματα και κάποια διασκορπισμένα σημεία που δείχνουν την ανώμαλη σύσταση και τον τόνο σε ορισμένα σχέδια που αντιπροσωπεύουν έναν τοίχο και τα παρατηρητήρια φρουράς.

Εικόνα 6 : Χάρτης της θέσης του τοίχους και των πύργων φρούρησης που περιβάλλουν την Περσέπολη, [7]πηγή

Τα χαρακτηριστικά που αντιστοιχούν στο τοίχος και τους πύργους έχουν ορθογώνιο σχήμα. Ύστερα από την ανάλυση των εικόνων προκύπτουν 34 κυκλικά σημεία με διαφορετικά μεγέθη, όπου 17 είναι τοποθετημένα στα λοφώδη ανατολικά και βόρεια σημεία, και τα άλλα 17 είναι διασκορπισμένα στην πεδιάδα (εικ.6). Φαίνεται ότι το μέγεθος και το σχέδιο των παρατηρητηρίων ήταν σχεδιασμένο και κατασκευασμένο σύμφωνα με την αμυντική χρήση τους.

Συμπεράσματα

Αυτή η μελέτη πραγματοποιήθηκε χρησιμοποιώντας στοιχεία τηλεπισκόπησης και ασπρόμαυρες αεροφωτογραφίες , με τα περιορισμένη φασματική και χωρική ανάλυση. Τα υψηλής ανάλυσης τηλεπισκοπικά δεδομένα και η υπερφασματική επισκόπιση μπορούν να συνταυτιστούν με άλλους τύπους αρχαιολογικών δεδομένων για την καλύτερη ανάλυση και κατανόηση των χαρακτηριστικών τους, των προτύπων τους, της συσχέτισής τους κτλ. Για τον ακριβή προσδιορισμό του συστήματος άρδευσης, των προτύπων των οικισμών και της κοινωνικής ζωής, όπως αντικατοπτρίζονται στο πλαίσιο της Περσέπολης, χρειάζονται εκτενέστερες επιφανειακές και υπο-επιφανειακές έρευνες. Η χρήση νέων γεωφυσικών και φασματικών τεχνικών είναι απαραίτητη για τον προσδιορισμό της έκτασης, της αρχιτεκτονικής δομής και των προτύπων δόμησης του αρχαίου πολιτισμού περιφερειακά της Περσέπολης. Οι εν λόγω έρευνες μπορούν να διαλευκάνουν πολλές πλευρές της αχαιμενικής περιόδου και των σταδίων κατασκευής της Περσέπολης.