ΜΙΑ ΝΕΑ ΤΗΛΕΠΙΣΚΟΠΙΚΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΓΙΑ ΑΡΧΑΙΟΛΟΓΙΚΗ ΕΡΕΥΝΑ

Από RemoteSensing Wiki

ΜΙΑ ΝΕΑ ΤΗΛΕΠΙΣΚΟΠΙΚΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΓΙΑ ΑΡΧΑΙΟΛΟΓΙΚΗ ΕΡΕΥΝΑ

Αντίθετα με τις παραδοσιακές αρχαιολογικές έρευνες, η τηλεπισκόπηση συμβάλλει στην εξερεύνηση και στη δημιουργία χαρτών μεγάλης κλίμακας υπογείων λειψάνων με γρήγορο και φτηνό τρόπο. Όμως, σύμφωνα με παλαιότερες αρχαιολογικές μεθόδους που βασιζόντουσαν στην τηλεπισκόπηση, αυτή ήταν αποτελεσματική μόνο όταν ένας συγκεκριμένος αριθμός από απομεινάρια/ευρύματα υπήρχαν στον αρχαιολογικό χώρο, ενώ όταν αυτά δεν υπήρχαν τα αποτελέσματα της τηλεπισκόπησης ήταν αμφίβολα.

Μελετώντας την κίτρινη ασβεστώδης λάσπη στο οροπέδιο Shenhe και το Μαυσωλείο του Αυτοκράτορα Qinshihuang (MEQ) (259-210 π.Χ.), εισαγάγουμε μια νέα τηλεπισκοπική τεχνολογία για την αρχαιολογική έρευνα – την υπερφασματική τηλεπισκόπηση για την αρχαιολογία. Επιτυγχάνει την εξερεύνηση των υπόγειων κειμηλίων χωρίς την ύπαρξη απομειναριών στα έδαφος μέσω της ανίχνευσης και του εντοπισμού ασθενούς φασματικής ανωμαλίας.

Η τηλεπισκοπική αρχαιολογία ασχολείται με την εξερεύνηση πολιτιστικών λειψάνων με τη βοήθεια δορυφορικών εικόνων και επίγειας τοπογραφίας ( Kvamme 2005).Το επικαθήμενο έδαφος των λειψάνων διαφοροποιείται από τον περιβάλλον έδαφος στο χρώμα, στην υφή, στην υγρασία και στην κατάληψη του χώρου ειδικά όταν πρόκειται για γεωργική γη που έχει οργωθεί (Chen 2004, Tan et al.2005). Διαφοροποιήσεις του εδάφους στη χαλαρότητα, στη γονιμότητα, στην περιεκτικότητά του σε νερό λόγω της ύπαρξης υπεδάφιων λειψάνων συχνά οδηγεί σε ανωμαλίες στην ανάπτυξη και στη διανομή των καλλιεργειών (Scallar et al. 1990) ή σε διαφοροποιήσεις στο ύψος, στη πυκνότητα και στο χρώμα των ετησίων σοδειών και των καρπών.

Τις περισσότερες φορές είναι δύσκολο να ερμηνεύσεις ευδιάκριτες ανωμαλίες σε συνηθισμένες εικόνες γιατί στις περιοχές όπου είναι κατανεμημένα τα λείψανα δεν υπάρχουν εμφανείς διαφοροποιήσεις στο έδαφος, στη βλάστηση και στη φυσιογνωμία της περιοχής λόγω της ανθρώπινης δραστηριότητας και των καλλιεργειών εδώ και εκατοντάδες ή και χιλιάδες χρόνια. Προηγούμενες τηλεπισκοπικές μέθοδοι για αρχαιολογική έρευνα ήταν αποδοτικές μόνο για περιοχές όπου υπήρχαν μικρά κατάλοιπα λειψάνων πάνω στο έδαφος. Αυτό που οι αρχαιολόγοι περιμένουν πιο πολύ είναι μία νέα τηλεπισκοπική τεχνολογία για αρχαιολογική έρευνα που θα λειτουργεί χωρίς την ύπαρξη κάποιου ίχνους κατάλοιπου λειψάνων πάνω στο έδαφος.

Καταρχήν, η σχέση μεταξύ φασματικής αντανάκλασης επιφάνειας και θερμοκρασίας εδάφους, και υγρασίας εδάφους και σύστασής του καθορίστηκαν με μετρήσεις στο έδαφος. Κατά δεύτερον συνοψίζονται οι σχέσεις ανάμεσα στην ανάπτυξη της βλάστησης, στα συστατικά του εδάφους και στη δόμηση του εδάφους. Ταυτόχρονα, οι επίγειες μετρήσεις του φάσματος του εδάφους, η θερμική υπέρυθρη θερμοκρασία και η υγρασία του εδάφους χρειάζονται για να καθορίσουν τη θερμική ακτινοβολία και τα χαρακτηριστικά της θερμοκρασίας για τις νυχτερινές και πρωινές υπερφασματικές εικόνες. Τρίτον, προσπαθώντας να αναλύσουμε και να μεταφράσουμε τη θερμοκρασία, την υγρασία του εδάφους και την ανωμαλία των συστατικών του από τις υπερφασματικές εικόνες σε συνδυασμό με την γνώση των ιστορικών και πολιτιστικών στοιχείων που αφορούν τα αρχαιολογικά λείψανα μπορούμε να επιτύχουμε να εντοπίσουμε πολλές περιοχές «ανωμαλιών» που να αξίζουν περεταίρω έρευνα. Τέλος, η επί τόπου εξερεύνηση του εδάφους και η ιστορική ανάλυση συμβάλλουν προς την επιβεβαίωση των περιοχών «ανωμαλίας».

Χρησιμοποιήθηκε ο μετρητής δείκτης διάθλασης OMISII για υπερφασματικό σκανάρισμα. Διαθέτει 68 κανάλια, από το ορατό, κοντινό υπέρυθρο, μικρού κύματος υπέρυθρο έως το θερμικό υπέρυθρο. Πρωινά και νυχτερινά σκαναρίσματα πραγματοποιήθηκαν σε κάθε περιοχή μελέτης και η ανάλυση στο έδαφος ήταν στα 3,6μ. Ταυτόχρονα, γίνανε μετρήσεις του φάσματος του εδάφους, της θερμικής υπέρυθρης θερμοκρασίας και της υγρασίας του εδάφους. Τα αποτελέσματα, της θερμικής υπέρυθρης ακτινοβολίας, της υγρασίας του εδάφους και της φασματικής υπογραφής της περιοχής έδωσαν τις παραμέτρους για το καλιμπράρισμα της εικόνας και τη σχετική ποσοτική ανάλυση.

Γενικές μέθοδοι επεξεργασίας εικόνας όπως η σύνθεση εικόνας, η επέκταση και μετασχηματισμός της κλίμακας του γκρι είναι πολύ καλές μέθοδοι για την εξαγωγή πληροφορίας αλλά για υπερφασματικές εικόνες με πολλά κανάλια οι ακόλουθες μέθοδοι χρησιμοποιούνται ώστε να χρησιμοποιήσουν όλα τα κανάλια ικανοποιητικά ώστε να βρουν πληροφορίες για τα πολιτιστικά απομεινάρια: Spectral Angle Mapping- SAM

Συνήθως, δεν υπάρχει ένα μοναδικό αντικείμενο σε κάθε εικονοστοιχείο μιας τηλεπισκοπικής απεικόνισης εξαιτίας του ότι το διάστημα χωρικής δειγματοληψίας είναι μεγαλύτερο απ’ το αντικείμενο του εδάφους. Γραμμική φασματική unmixing χρησιμοποιείται για να υπολογίσει το ποσοστό όλων των συνιστωσών στατικών σε κάθε εικονοστοιχείο.

Βασιζόμενοι σε χαρακτηριστικά της απορρόφησης του φάσματος της ακτινοβολίας τα αντικείμενα του εδάφους θα μπορούσαν να ταξινομηθούν χρησιμοποιώντας τη μέθοδο των ελαχίστων τετραγώνων.

Τα πολιτιστικά απομεινάρια διακρίνονται σε κάποια κανάλια της υπερφασματικής απεικόνισης εξαιτίας των συστατικών του εδάφους, της υγρασίας και των διαφοροποιήσεων ανάπτυξης της καλλιέργειας κοντά στα απομεινάρια που προκαλούν απορρόφηση και ανωμαλίες στην αντανάκλαση. Για παράδειγμα, στην ψευδοχρωματική εικόνα που προκύπτει με τον συνδυασμό των καναλιών 62,63 και 64 φαίνονται καθαρά το δυτικό μονοπάτι του μαυσωλείου και το υπόγειο παλάτι του Μαυσωλείου του Αυτοκράτορα Qinshihuang (MEQ).(εικόνα 1)

Εικόνα 1: Το δυτικό πέρασμα προς τον Τάφο και το υπόγειο παλάτι

Σύμφωνα με τις ταυτόχρονες μετρήσεις της θερμοκρασίας και τις φασματικές υπογραφές του εδάφους τις τιμές των εικονοστοιχείων στο θερμικό υπέρυθρο κανάλι των ίδιων σημείων στις εικόνες OMIS η ανάκτηση του μοντέλο θερμοκρασιών έγινε με τη χρήση της παλλινδομικής ανάλυσης.

Η εξίσωση 2 δίνει ένα παράδειγμα τέτοιου μοντέλου στο οροπέδιο Shenhe. T=-2.446+0.0152*DN Όπου: Τα= τιμή ανακτώμενης εκπεμπόμενης ακτινοβολία της εδαφικής επιφάνειας DN= τιμή εικονοστοιχείου στο θερμικό κανάλι της εικόνας

Η τιμή του συντελεστή μεταξύ της υπολογιζόμενης αξίας και της μετρηθήσας ακτινοβολίας είναι: 0.946 και το μέσο σφάλμα είναι 0.378 βαθμοί Κελσίου. Η ακτινοβολούμενη θερμοκρασία της εικόνας μπορεί να προκύψει ύστερα από υπολογισμό σε ολόκληρο το θερμικό κανάλι. Εάν θέλουμε να μεγεθύνουμε τις διαφοροποιήσεις του εδάφους και να εντοπίζουμε τις ανωμαλίες ευκολότερα, χρειάζεται εμπλουτισμός της εικόνας. Στην εικόνα 2 είναι μια ψευδοχρωματική απεικόνιση του θερμικού υπέρυθρου καναλιού της πυραμιδοειδής μορφής του λόφου του MEQ, στον οποίο διακρίνονται οι διαφορές θερμοκρασίας που οφείλονται στην Υπόγεια Δεξαμενή, οι θερμικές ανωμαλίες της πυραμιδοειδής μορφής του λόφου καθώς και οι υπόγειες διαφορές θερμοκρασίες και φαίνεται η τοποθεσία του Υπόγειου Παλατιού κάτω από το λόφο του MEQ.

Εικόνα 2: Ψευδόχρωμη σύνθεση νυκτερινής λήψης από θερμική υπέρυθρη εικόνα

Αυτή η έρευνα δείχνει πως η υπερφασματική τηλεπισκόπηση είναι αποτελεσματική για την αρχαιολογία ακόμα και όταν δεν υπάρχουν καθόλου επίγεια απομεινάρια ή άλλα ίχνη. Ο χρόνος συλλογής των στοιχείων τηλεπισκόπησης είναι πολύ σημαντικός. Η καλύτερη εποχή είναι όταν έχει γίνει η συγκομιδή της σοδειά και τα εδάφη έχουν εκταθεί στον ήλιο για μεγάλο διάστημα. Ρηχά θαμμένα μνήματα συχνά οδηγούν σε λιγότερη υγρασία και υψηλή θερμική ανωμαλία του υπερκείμενου εδάφους. Η θερμική υπέρυθρη απεικόνιση που λήφθηκε κατά τη διάρκεια της νύχτας είναι πιο αποτελεσματική για την ανίχνευση θερμοκρασιακής ανωμαλίας παρότι κατά τη διάρκεια της μέρας.

Το μέγεθος των ανιχνεύσιμων απομειναριών εξαρτάται από τη χωρική ανάλυση της εικόνας. Μεγάλα απομεινάρια ή γκρουπ από μικρά απομεινάρια πυκνά διανεμημένα τα έδαφος θα ανιχνεύονται πιο εύκολα από την υπερφασματκή τηλεπισκόπηση επειδή μπορούν να προκαλέσουν περισσότερες «ανωμαλίες» στις θερμικές ιδιότητες και στην ανάπτυξη των καλλιεργειών.

Πηγή: Tan Kelong, Wan Yuqing, Yang Lin, Zhou Riping, Cao Wei, Mao Yaobao 1.Aerophotogrammetry & Remote Sensing of China Coal Xi’an, 710054, Tan-kl@163.com 2. National Historical Museum of China Beijing 100006 3. Archeological Institute of Shaanxi Province, Xi’an, 710054."A NEW ARCHAEOLOGICAL REMOTE SENSING TECHNOLOGY"