Μέθοδοι για την αναγνώριση αρχαιολογικών στοιχείων, μέσω εικόνων Ikonos-2 πολύ υψηλής ανάλυσης, Hisar (ΝΔ Τουρκία)
Από RemoteSensing Wiki
Τίτλος: Μέθοδοι για την αναγνώριση αρχαιολογικών στοιχείων, μέσω εικόνων Ikonos-2 πολύ υψηλής ανάλυσης, Hisar (ΝΔ Τουρκία)
Πρωτότυπος τίτλος: Methods for the extraction of archaeological features from very high-resolution Ikonos-2 remote sensing imagery, Hisar (southwest Turkey)
Συγγραφείς: V. De Laet, E. Paulissen, M. Waelkens
Πηγή: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0305440306001774
Εισαγωγή
Η χρήση τηλεπισκόπησης θα μπορούσε να αποδειχτεί πολύ χρήσιμη για το σχεδιασμό αρχαιολογικών ερευνών, συνεισφέροντας στον εντοπισμό αρχαιολογικών κατασκευών και των σχηματισμών που συνθέτουν, όταν αυτά δε διακρίνονται από την απλή μετάβαση στο πεδίο. Βέβαια, για την παροχή πληροφορίας καλύτερη των αεροφωτογραφιών απαιτούνται δορυφορικά δεδομένα πολύ υψηλής ανάλυσης.
Σκοπός της μελέτης είναι η χρήση δορυφορικών εικόνων διαφόρων χωρικών αναλύσεων, ώστε να εξεταστεί η δυνατότητα αναγνώρισης αρχαιολογικών στοιχείων. Οι μέθοδοι που χρησιμοποιούνται έχουν τρεις διαφορετικές προσεγγίσεις που αφορούν στη χρήση GIS, στην ταξινόμηση με βάση τα εικονοστοιχεία της εικόνας και στην αντικειμενοστρεφή ταξινόμηση. Η μεθοδολογία εφαρμόζεται στην περιοχή Hisar, της νοτιοδυτικής Τουρκίας, λόγω της μεγάλης της έκτασης και των ορατών αρχαιολογικών δομών της.
Μεθοδολογία
Κατάλληλη δορυφορική πληροφορία: Έγινε λήψη τριών δορυφορικών εικόνων για την ίδια περιοχή και με την ίδια κλίμακα αλλά από διαφορετικούς δέκτες, ώστε να προσδιοριστεί η ελάχιστη απαιτούμενη χωρική ανάλυση για την αναγνώριση αρχαιολογικών στοιχείων: μία είκονα ASTER του 2001 μέσης ανάλυσης, μία εικόνα SPOT5 του 2003 υψηλής ανάλυσης και μία εικόνα Ikonos-2 του 2002 πολύ υψηλής ανάλυσης (εικόνα 1). Από τη σύγκριση των εικόνων διαπιστώθηκε ότι χωρική ανάλυση της τάξης του 1 m είναι απαραίτητη για την οπτική αναγνώριση πιθανών αρχαιολογικών σχηματισμών, επομένως η εικόνα που επιλέχθηκε είναι η Ikonos-2. Για τη χρήση της, πραγματοποιήθηκε σύμπτυξη του παγχρωματικού καναλιού και των πολυφασματικών καναλιών, ώστε να μεγιστοποιηθεί η διαθέσιμη χωρική και φασματική ανάλυση. Επιπλέον, μέσω τοπογραφικού χάρτη, έγινε επεξεργασία, ώστε η χωρική ακρίβεια να έιναι περίπου 3 έως 4 m.
Αναγνώριση αρχαιολογικών στοιχείων από την εικόνα Ikonos-2: Αρχικά πραγματοποιήθηκε οπτικός εντοπισμός των σχηματισμών που πιθανώς είναι αρχαιολογικοί, βάσει παραμέτρων όπως ο τόνος, η γραμμικότητα και το σχήμα τους. Χαρακτηριστικά των σχηματισμών αυτών όπως η παρόμοια ανακλαστικότητά τους με το περιβάλλον υπόβαθρο, η διαφοροποίηση της ανακλαστικότητας από στοιχείο σε στοιχείο, λόγω της επίδρασης του χρόνου, και η ανομοιομορφία σχημάτων καθιστούν την ομοδοποίησή τους και την εξαγωγή γενικών κανόνων για τον εντοπισμό τους δύσκολες.
- Μέθοδος GIS: Έπειτα από δοκιμή διαφόρων μεθόδων για τον αυτοματοποιημένο εντοπισμό σχηματισμών ενδιαφέροντος, επιλέχθηκε η τεχνική φιλτραρίσματος με ενίσχυση των ακμών. Ουσιαστικά, εντοπίστηκαν περιοχές απότομης αλλαγής σε ένα συνεχές πεδίο και αποδόθηκαν στα pixels αυτών νέες τιμές, για το διαχωρισμό από το περιβάλλον τους.
- Ταξινόμηση με βάση τα εικονοστοιχεία: Εδώ λαμβάνεται υπόψιν αποκλειστικά η ανακλαστικότητα των περιοχών της εικόνας. Η μέθοδος ταξινόμησης που επιλέχθηκε είναι αύτη της μέγιστης πιθανοφάνειας. Για τον προσδιορισμό αρχαιολογικών στοιχείων, χρησιμοποιήθηκαν δύο κλάσεις, μία με όνομα «τείχη» και μία με το όνομα «σκιές τειχών». Γενικά, δεν παρατηρήθηκε μεγάλη σύγχυση των διαφορετικών κλάσεων, ωστόσο πρόβλημα αποτέλεσε η μη κανονική κατανομή ανακλαστικότητας του ασβεστόλιθου της περιοχής.
- Αντικειμενοστρεφής μέθοδος: Είναι ιδιαίτερα χρήσιμη για περιοχές με ετερογενείς καλύψεις γης και αποτελείται από: α) την κατάτμηση της εικόνας σε περιοχές ομοιογενών χαρακτηριστικών ως προς την ανακλαστικότητα, το σχήμα, τα μεταξύ τους όρια κλπ., η οποία πραγματοποιείται σε πολλά επίπεδα με διαφορετική κλίμακα και μέγεθος αντικειμένων και β) της ταξινόμησης για την οποία λαμβάνονται δείγματα εκπαίδευσης από τα αντικείμενα του τελικού επιπέδου κατάτμησης εικόνας.
Αποτελέσματα
Οπτική αναγνώριση: Με την παρατήρηση της εικόνας Ikonos-2 εντοπίστηκαν πιθανά αρχαιολογικά στοιχεία που αποδίδονται σε αμυντικά τείχη και χαλάσματα οικισμών, τα οποία χρησιμοποιήθηκαν για την αξιολόγηση των αυτοματοποιημένων διαδικασιών αναγνώρισης, ενώ είναι και από μόνα τους χρήσιμα για το σχεδιασμό έρευνας στο πεδίο. Τα αποτελέσματα που προέκυψαν φαίνονται στην εικόνα 2.
Μέθοδος GIS: Με τη μέθοδο αυτή αναγνωρίστηκαν ως στοιχεία ενδιαφέροντος γραμμικοί υπό σκιά ή μη σχηματισμοί, ωστόσο περιλήφθηκαν στα αποτελέσματα και εμφανίσεις χωρίς αρχαιολογικό ενδιαφέρον, όπως σειρές από δέντρα και θάμνους, λόγω της γραμμικότητάς τους.
Ταξινόμηση με βάση τα εικονοστοιχεία: Εδώ κατά περιπτώσεις τα αποτελέσματα είναι ικανοποιητικά, ειδικά για τις κλάσεις που είναι καλά διαχωρισμένες μεταξύ τους. Ωστόσο, για την κλάση των ασβεστόλιθων, από τους οποίους αποτελούνται οι αρχαιολογικοί σχηματισμοί, περιοχές που όντως ανήκουν στην κατηγορία δεν είναι σε συμφωνία με την ανακλαστικότητα του επιλεγμένου δείγματος, πιθανώς λόγω της μεγάλης ετερογένειας ανακλαστικότητας αυτών των εμφανίσεων.
Αντικειμενοστρεφής ταξινόμηση: Πολλά από τα αρχαιολογικά στοιχεία, κατά την κατάτμηση εικόνας,αναγνωρίστηκαν επιτυχώς ως ξεχωριστά αντικείμενα και η ταξινόμηση αναδεικνύει τη διαφοροποίηση ασβεστολιθικών κατασκευών με άλλες γραμμικές εμφανίσεις, οδηγώντας σε καλύτερα αποτελέσματα από τις προηγούμενες μεθόδους. Ωστόσο και πάλι υπήρξαν κλάσεις που ενώ έπρεπε να συνεισφέρουν στις αρχαιολογικές περιοχές συμπεριλάμβαναν και άλλου είδους στοιχεία.
Συμπεράσματα
Οι μέθοδοι που εφαρμόστηκαν για την αυτοματοποιημένη αναγνώριση αρχαιολογικών σχηματισμών, μέσω δορυφορικών εικόνων, οδήγησαν σε αποτελέσματα διαφοροποιημένης ακρίβειας. Η μέθοδος χρήσης GIS ήταν η λιγότερο επιτυχημένη, με την ταξινόμηση βάσει εικονοστοιχείων να ακολουθεί και την αντικειμενοστρεφή ταξινόμηση να είναι η πλέον αποτελεσματική. Βασικοί παράγοντες σφαλμάτων είναι τόσο η παρόμοια ανακλαστικότητα των σχηματισμών με τον περιβάλλοντα χώρο, ειδικά στην περιοχή Hisar, όσο και η απουσία συγκεκριμένων μοτίβων σχήματος. Για την ενσωμάτωση τέτοιων διαδικασιών σε αρχαιολογικές μελέτες προτείνεται ο συνδυασμός τους με οπτική αναγνώριση και, σε επόμενο στάδιο, η βελτίωση τεχνολογίας.
