ΜΙΑ ΝΕΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΑΡΧΑΙΟΛΟΓΙΚΗΣ ΤΗΛΕΠΙΣΚΟΠΗΣΗΣ

Από RemoteSensing Wiki

Πρωτότυπος Τίτλος: A NEW ARCHAOLOGICAL REMOTE SENSING TECHNOLOGY

Συγγραφείς: Tan Kelong, Wan Yuqing，Yang Lin，Zhou Riping，Cao Wei, Mao Yaobao

1.ΕΙΣΑΓΩΓΗ 1.1 Σύντομη Εισαγωγή στην Τηλεπισκοπική Αρχαιολογία

Η Αρχαιολογική Τηλεπισκόπηση βοηθά στην εξερεύνηση πολτισμικών υπολειμμάτων από διαστημικές εικόνες και επιτόπια έρευνα (Kvamme, 2005) . Το υπερκείμενο έδαφος στα λείψανα είναι διαφορετικό από τα περιβάλλοντα εδάφη στο χρώμα, την υφή, την υγρασία, και την συμπαγότητα, ειδικά, όταν το επίπεδο του καλλιεργημένου εδάφους έχει οργωθεί (Chen 2004, Tan κ.α.. 2005). Οι διαφορές του εδάφους σε χαλαρότητα, γονιμότητα, περιεκτικότητα σε νερό που προκαλούν τα υπόγεια λείψανα συνήθως οδηγούν σε ανωμαλίες στην ανάπτυξη και τη διανομή της βλάστησης (Scollar κ.α. 1990) ή σε διαφορές στο ύψος, την πυκνότητα και το χρώμα των καλλιεργειών και των ζιζανίων. Συμπληρωματικά, τα λείψανα συνήθως εμφανίζονται με ειδικά μικρο-ανάγλυφα και σε ειδικά γεωμετρικά σχήματα, ειδικότερα κατά τις εδαφικές και υπόγειες εργασίες μεγάλης κλίμακας όπως ανασκαφές και πληρώσεις λάκκων μαυσωλείων και λάκκων συμπληρωματικής ταφής, χωμάτων εδάφους και χωμάτινων σωρών σε μαυσωλεία, σκαμμένοι λάκκοι που προκαλόυν αλλαγές στα σχήματα του εδάφους και σχηματίζουν συγκεκριμένα μοτίβα (Tan κ.α.. 2006). Αυτές οι διαφορές θα επηρεάσουν την απορρόφηση και την ανάκλαση της ηλιακής ακτινοβολίας και της θερμικής ακτινοβολίας των αντικειμένων (Dabas and Tabbagh 2000). Αδύναμες αλλαγές της θερμικής εκπομπής και των φασματικών υπογραφών των αντικειμένων θα είναι οι ενδείξεις για την αρχαιολογική τηλεπισκόπηση. Η τηλεπισκοπική τεχνολογία μπορεί να αντιλαμβάνεται τις φασματικές υπογραφές των αντικειμένων επί του εδάφους και σε μικρή απόσταση υπό του εδάφους (1-2μ) (Kvamme, 2005).

Τοποθετημένο στη μέση της πεδιάδας του ποταμού Weihe και τους βόρειους πρόποδες του όρους Li, το Μαυσωλείο του Αυτοκράτορα Qinshihuang βρίσκεται 30 χμ. μακριά από τη Xi’an προς ανατολάς (βλ. Σχήμα 1). Η περιοχή ανήκει στις προσχωματικές και κατακλυσμιαίες πεδιάδες των Ποταμών Wei και Feng , και τα Τεταρτογενή στρώματα είναι καλά διανεμημένα, το πάχος των οποίων φθάνει περίπου τα 800 μέτρα.

1.2.Συλλογή Στοιχείων

Το φασματόμετρο OMISII που αναπτύχθηκε στο Ινστιτούτο Τεχνικής Φυσικής της Σαγκάης και την Κινέζικη Ακαδημία Επιστημών, χρησιμοποιήθηκε για την υπερφασματική σάρωση. Υπάρχουν 68 κανάλια από το ορατό, εγγύς υπέρυθρο, μικροκυματικό υπέρυθρο μέχρι το θερμικό υπέρυθρο στο OMISII. Σαρώσεις πρωινών και νυχτερινών λήψεων έλαβαν χώρα σε κάθε περιοχή προς εξέταση, με ανάλυση εδάφους στα 3.6 μ. Ταυτόχρονες επιτόπιες μετρήσεις του εδαφικού φάσματος, της θερμικής υπέρυθρης θερμοκρασίας και της υγρασίας του χώματος έλαβαν επίσης χώρα στη σαρωμένη περιοχή με την πτήση. Ο μετρητής θερμικών υπέρυθρων, ο μετρητής υγρασίας χώματος και ο μετρητής φάσματος του πεδίου έδωσαν τις παραμέτρους για τη βαθμονόμηση των εικόνων και των σχετικών ποσοτικών αναλύσεων.

1.3. Επεξεργασία εικόνων και Αποτελέσματα

Γενικές μέθοδοι επεξεργασίας εικόνων, όπως η σύνθεση χρωμάτων, η ομαλοποίηση (stretching) και ο μετασχηματισμός του γκρι, είναι ακόμα σε ισχύ για την εξαγωγή πληροφοριών, αλλά για τις υπερφασματικές εικόνες πολιτιστικών υπολειμμάτων με πολύ περισσότερα κανάλια, οι ακόλουθες μέθοδοι χρησιμοποιοιούνται ώστε να χρησιμοποιήσουν επαρκώς όλα τα κανάλια.

2.1.1 Επεξεργασία Εικόνας Ορατού και Μικροκυματικού Υπέρυθρου Φάσματος

1) Μέθοδος Χαρτογράφησης Φασματικής Εικόνας－SAM

Σε Ν δισδιάστατο χώρο (με Ν κανάλια), η κατηγοριοποίηση των εικονοστοιχείων αποφασίζεται μέσω της ομοιότητας του φάσματος της εικόνας του εικονοστοιχείου με αυτού της αναφοράς. Όσον αφορά στις φασματικές αποκρίσεις των Ν καναλιών ως Ν διανύσματα δισδιάστατου χώρου, η φασματική γωνία ενός εικονοστοιχείου προς το καθαρό φασματικό στόχο (endmember) αντιπροσωπεύει το επίπεδο συσχέτισης, μικρότερη γωνία σημαίνει μεγαλύτερη ομοιότητα. Βλ.σχήμα 2, και την εξίσωση υπολογισμού.

2) Γραμμικός Φασματικός Διαχωρισμός

Συνήθως, δεν υπάρχει μόνο ένα αντικείμενο σε κάθε εικονοστοιχείο της τηλεπισκοπικής εικόνας διότι η χωρική παρέμβαση στη δειγματοληψία είναι μεγαλύτερη από τα επίγεια αντικείμενα κατά την τηλεπισκοπική σάρωση . Ο γραμμικός φασματικός διαχωρισμός χρησιμοποιείται για την εκτίμηση του ποσοστού των συνιστωσών ενός εικονοστοιχείου.

3) Φίλτρο συσχέτισης (matched filter)

Βασισμένο σε καθαρούς φασματικούς στόχους που έχουν οριστεί από το χρήστη, κάθε εικονοστοιχείο είναι μερικώς διαχωρισμένο. Το φίλτρο συσχέτισης χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό του ποσοστού των καθαρών φασματικών στόχων του εικονοστοιχείου με μερικό διαχωρισμό. Ο χάρτης ποσοστιαίας διανομής κάθε καθαρού φασματικού στόχου καθορίζεται από τη συσχετιζόμενη φασματική καμπύλη (matching spectral curve)του εικονοστοιχείου της εικόνας και αυτής του επίγειου αντικειμένου γνωστής φασματικής βιβλιοθήκης. Αυτή η μέθοδος δε χρειάζεται όλους τους καθαρούς φασματικούς στόχους στην εικόνα.

4) Μέθοδος Φασματικής Προσαρμογής Χαρακτηριστικών (Spectral Feature Fitting)－SFF

Βασισμένο σε χαρακτηριστικά απορρόφησης του φάσματος, το μη ταξινομημένο φάσμα επίγειου αντικειμένου θα μπορούστε να συσχετιστεί για την ταξινόμηση με το φάσμα αναφοράς κάνοντας χρήση της μεθόδου ελάχιστων τετραγώνων. 5) Μέθοδος Σύνθεσης Ψευδοχρώματος και Ενίσχυσης (Pseudo Colour Composition and Enhancement) Τα πολιτιστικά λείψανα είναι διακριτά σε μερικά κανάλια της υπερφασματικής εικόνας διότι τα συστατικά του χώματος, η υγρασία και οι διαφορές ανάπτυξης της βλάστησης που σχετίζονται με τα ιστορικά λείψανα προκαλούν ανωμαλίες απορρόφησης και ανάκλασης. Για παράδειγμα, η εικόνα σύνθεσης ψευδοχρώματος του καναλιού 62, 63 και 64 δεικνύουν καθαρά το πέρασμα προς δυσμάς του μαυσωλείου και το υπόγειο παλάτι. Βλ. εικόνα 3.

2.2.2 Επεξεργασία θερμικής Υπέρυθρης Εικόνας

Σύμφωνα με τις ταυτόχρονες μετρήσεις των θερμοκρασιών και των φασμάτων της εδαφικής επιφάνειας και των τιμών των εικονοστοιχείων στα θερμικά υπέρυθρα κανάλια των ίδιδν σημείων στις εικόνες OMIS, εφαρμόζεται το μοντέλο ανάκτησης της θερμοκρασίας (temperature retrieval model) από αναλύσεις οπισθοδρόμησης. Η εξίσωση 2 δίνει ένα μοντέλο παραδείγματος στην περιοχή του οροπεδίου Shenhe.

T=-2.446+0.0152*DN （2）

Όπου T = τιμή ανακτημένης ακτινοβολούμενης θερμοκρασίας (retrieval radiant temperature value) εδαφικής επιφάνειας και DN = τιμή εικονοστοιχείου σε εικόνα θερμικού καναλιού

Ο συντελεστής μεταξύ της υπολογισμένης τιμής και της θερμοκρασίας που μετρήθηκε είναι 0.946˙ το μέσο σφάλμα είναι 0.378°C. Η εικόνα ακτινοβολούμενης θερμοκρασίας μπορεί να αποκτηθεί έπειτα από υπολογισμό του συνολικού θερμικού καναλιού.

Για να μεγεθύνουμε τις διαφορές της εδαφικής πληροφόρησης και για να ταυτοποιήσουμε τις ανωμαλίες εύκολα, εφαρμόζουμε την ενίσχυση εικόνας.Το Σχήμα 4 είναι μια εικόνα σύνθεσης ψευδοχρώματος θερμικών υπέρυθρων καναλιών του πυραμιδοειδούς αναχώματος του Μαυσωλείου, η οποία δείχνει τις αλλαγές στην υγρασία που προκαλούνται από το Υπόγειο Φράγμα και τις θερμικές ανωμαλίες του Πυραμιδοειδούς Αναχώματος, ενώ δείχνει επίσης τις διαφορές των υπόγειων θερμοκρασιών και υποδεικνύει την τοποθεσία του Υπόγειου Παλατιού κάτω από το Πυραμιδοειδές Ανάχωμα.

3. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ

Αυτή η έρευνα δείχνει πως η υπερφασματική τηλεπισκόπηση είναι αποτελεσματική στην αρχαιολογία ακόμα και όταν δεν υπάρχει κανένα επίγειο υπόλειμμα ή άλλο ίχνος. Η υπερφασματική τηλεπισκόπηση θα μπορούσε να εντοπίσει και να ταυτοποιήσει αδύναμες διαφορές του φάσματος εδαφικών αντικειμένων, και αξίζει να συμπεριληφθεί στην αρχαιολογική έρευνα. Η επιλογή της ώρας για την υπερφασματική τηλεπισκόπηση είναι σημαντική. Και η καλύτερη εποχή για την υπερφασματική σάρωση είναι όταν οι σοδειές έχουν θεριστεί και τα χώματα έχουν εκτεθεί στην ηλιακή ακτινοβολία για μεγαλύτερο διάστημα. Οι ρηχά θαμμένοι τάφοι συνήθως οδηγούν σε λιγότερη υγρασία και υψηλότερες θερμικές ανωμαλίες του επικαλυμμένου χώματος. Η θερμική υπέρυθρη εικόνα που έχει σαρωθεί κατά τη διάρκεια της νύχτας είναι περισσότερο αποτελεσματική για τον εντοπισμό θερμοκρασιακών ανωμαλιών από ό,τι κατά τη διάρκεια της μέρας.

Πηγή:The International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences. Vol. XXXVII. Part B7. Beijing 2008 http://www.isprs.org/proceedings/XXXVII/congress/7_pdf/3_WG-VII-3/02.pdf