Μια ολοκληρωμένη διερεύνηση των Κτηριακών μνημείων πολιτιστικής κληρονομιάς

Από RemoteSensing Wiki

Μια ολοκληρωμένη διερεύνηση των Κτηριακών μνημείων πολιτιστικής κληρονομιάς: Η μελέτη της περίπτωσης του Κάστρου Χάρμπουρ στην Πάφο της Κύπρου

ΠΡΩΤΟΤΥΠΟΣ ΤΙΤΛΟΣ : Integrated Investigation of Built Heritage Monuments: The Case Study of Paphos Harbour Castle, Cyprus

ΣΥΓΓΡΑΦΕΙΣ : Vasiliki Lysandrou, Athos Agapiou , Manolis Ioannides, Nikolaos Kantiranis, Eleftherios Charalambous and Diofantos Hadjimitsis

ΠΗΓΗ : [1] ΛΕΞΕΙΣ ΚΛΕΙΔΙΑ : αρχαιολογία, μνημεία, πολιτιστική κληρονομιά, Πάφος, Κύπρος

Εικόνα 1: Το κάστρο της Πάφου στη Δυτική Κύπρο, Νότια του αρχαιολογικού χώρου Νέα Πάφος. Και τα δύο μνημεία αναγνωρισμένα και προστατευόμενα απο την UNESCO.

ΕΙΣΑΓΩΓΗ

Τα μνημεία πολιτιστικής κληρονομιάς είναι εκτεθειμένα στις περιβαλλοντικές συνθήκες και αναπόφευκτα τους προκαλούνται φθορές, δυσχερένοντας τη διατήρηση τους. Στη διεπαφή μεταξύ αέρα- ατμόσφαιρας και μνημείου, εκδηλώνονται αλλοιώσεις και καταστροφές των κύριων στοιχείων του μνημείου, όπως η τοιχοποιία. Οι φθορές στα μνημεία μπορεί να είναι φυσικής, χημικής, βιολογικής και μηχανικής προέλευσης ή συνδυασμός όλων και να οδηγήσουν σε πιο σοβαρά δομικάκαι στατικά προβήματα. Μια καινοτόμα ιδέα είναι η χρήση μη καταστρεπτικών τεχνικών (NDT) για τον εντοπισμό τέτοιων χαρακτηριστικών και την αξιολόγηση τους, όσων αφορά την κατάσταση όλου τη μνημείου ή μέρους του. Στη παρακάτω μελέτη, βάσει φωτογραφιών σε κοντινή απόσταση, εντοπίστηκαν διαφορετικοί βαθμοί πέτρας, οι οποίοι εξαρτώνται από το πάχος των αλάτων. Η φωτογραμμετρία μικρής εμβέλειας έχει επίσης χρησιμοποιηθεί στο παρελθόν για την τεκμηρίωση των μνημείων προκειμένου να αξιολογηθεί η σταθερότητα και τα δομικά προβλήματα των μνημείων πολιτιστικής κληρονομιάς [13,14]. Επιπλέον, η πολυ-χρονική συνθετική ραντάρ διαφράγματος (SAR) ενδομετρία (MTInSAR) είναι επίσης ένα χρήσιμο εργαλείο για την παρακολούθηση και την αξιολόγηση των τοπίων και των μνημείων της κληρονομιάς, χρησιμοποιώντας εξαγόμενους δείκτες κίνησης σε επίπεδο χιλιοστών [15,16]. Αυτό το άρθρο παρουσιάζει τα αποτελέσματα από την ολοκλήρωση της καταστροφικής ανάλυσης με την ψηφιακή επεξεργασία εικόνας (DIP). Διορθώθηκαν περαιτέρω εικόνες του μνημείου που δημιουργήθηκαν σε κοντινή απόσταση, εικόνες υψηλής ανάλυσης και σημεία ελέγχου, με σκοπό την παροχή πρόσθετων ποιοτικών πληροφοριών σχετικά με την κατάσταση συντήρησης του υπό συζήτηση μνημείου. Τα αποτελέσματα από την καταστροφική ανάλυση που ελήφθησαν από το συγκεκριμένο στοιχείο του τεμαχίου χρησιμοποιήθηκαν ως επίγεια δεδομένα και για την ανάλυση των παραγόμενων διορθωμένων εικόνων και ως σημεία ελέγχου για την επικύρωση των αποτελεσμάτων. Η καινοτομία αυτής της μελέτης βασίζεται στο γεγονός ότι τα αποτελέσματα των καταστρεπτικών τεχνικών που εφαρμόστηκαν τοπικά μόνο για να προωθήσουν τα τμήματα του οργάνου και να χρησιμοποιήθηκαν περαιτέρω στη δοκιμαστική ταινία, προωθώντας έτσι την αξιολόγηση του φαινομένου του φαινομένου του οργάνου και της προσομοίωσης των παραγόντων φθοράς που εντοπίστηκαν.

ΤΟ ΚΑΣΤΡΟ ΤΗΣ ΠΑΦΟΥ

Η μελέτη περίπτωσης που επιλέχθηκε αφορά το μνημείο που είναι γνωστό ως το Κάστρο της Πάφου, που βρίσκεται στη δυτική τοποθεσία του λιμανιού της Κάτω Πάφου, στη δυτική Κύπρο. Το κάστρο είναι αποτέλεσμα διαφόρων ανακατασκευών που έγιναν με την πάροδο των ετών, αντικατοπτρίζοντας τα αποτελέσματα των πολιτικών και στρατιωτικών επιχειρήσεων της ιστορίας του νησιού. Κατά τη διάρκεια της Φραγκοκρατίας, η Κύπρος υπέστη επανειλημμένες επιδρομές. Οι Γενουάτες κατέλαβαν την Πάφο Τελικά και προκειμένου να κάνουν τα φρούρια πιο ανθεκτικά, αύξησαν το ύψος τους και άνοιξαν γύρω απότους χαντάκια γεμάτα με θαλασσινό νερό . Οι Ενετοί (1474–1571 μ.Χ.) επικεντρώθηκαν κυρίως στην ανάπτυξη του αμυντικού συστήματος της Κύπρου σε άλλες περιοχές του νησιού. Επίσης, ένας σεισμός που πραγματοποιήθηκε στις 24/25 Απριλίου 1491 μ.Χ., σηματοδότησε την αρχή της εγκατάλειψης του ανατολικού λιμανιού. Πρόσθετα, στα μέσα του 16ου αιώνα, οι Ενετοί κατέστρεψαν αυτά τα φρούρια για να αποφύγουν την χρήση από τους εχθρούς ως οχυρώσεις εναντίον τους. Το 1571 μ.Χ., η Κύπρος κατακτήθηκε από τους Οθωμανούς, οι οποίοι ανοικοδόμησαν τον πύργο είκοσι δύο χρόνια αργότερα. Όσον αφορά τη σύγχρονη ιστορία του μνημείου, η επιδείνωση των χημιών του με τα χρόνια ήταν εν μέρει λόγω φυσικών παραμέτρων, μακροχρόνιων καιρικών διεργασιών που οδήγησαν στην αισθητική υποβάθμισή του, αλλά κυρίως λόγω βίαιων φυσικών και ανθρωπογενών παραγόντων, όπως ο διπλός σεισμός του Σεπτέμβριος 1953 και βομβαρδισμός του κάστρου το 1974. Η αποκατάσταση και συντήρηση του μνημείου από τις τοπικές αρχές ξεκίνησε όταν το 1935 ιδρύθηκε το Τμήμα Αρχαιοτήτων Κύπρου. Οι διάφορες δράσεις για τη διατήρησή του, περιγράφονται εν συντομία στις Ετήσιες Εκθέσεις του Τμήματος. Ορισμένες από τις σημαντικότερες εργασίες αποκατάστασης ή / και συντήρησης ολοκληρώθηκαν ήταν κατά τη διάρκεια του 1938-1939, που έγινε η ενίσχυση τμημάτων του αρχαίου κυματοθραύστη πάνω στον οποίο βρίσκεται το κάστρο. Ο σεισμός του 1953 προκάλεσε μεγάλες ρωγμές στα τείχη του κάστρου. Έτσι αργότερα έγινε η τοποθέτηση ενός κρυμμένου κυλίνδρου από οπλισμένο σκυρόδεμα γύρω από τα εξωτερικά τοιχώματα του. Μέχρι το 1956, όλες οι ζημιές που προκλήθηκαν από τον σεισμό είχαν επισκευαστεί. Μεταξύ 1968 και 1969, ένας ακόμη κυματοθραύστης χτίστηκε στο νοτιοδυτικό τμήμα του κάστρου για να προστατεύσει τα θεμέλιά του που ήταν εκτεθειμένα. Το κάστρο πέρασε από εντατικές επισκευές μετά τον βομβαρδισμό του 1974 και η αντικατάσταση των διαβρωμένων λίθων στο εσωτερικό και το εξωτερικό του, καθώς και το γέμισμα ρωγμών, έγινε τα επόμενα χρόνια (1975–1985).

ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ

Για τους σκοπούς αυτής της μελέτης, χρησιμοποιήθηκαν αναλυτικές μέθοδοι για τον προσδιορισμό της ορυκτολογικής και χημικής σύνθεσης των δομικών υλικών του μνημείου, καθώς και για την ταυτοποίηση των μηχανισμών επιδείνωσης που λαμβάνουν χώρα. Η ορυκτολογική μελέτη και η κατανόηση των δομικών στοιχείων, τα κονιάματα και η επιφανειακή επικάλυψη του μνημείου έδειξαν τις αλλαγές που υπέστει τα υλικά. Η μεθοδολογική προσέγγιση αποτελείται από τρία στάδια. (α) Την επιτόπια οπτική έρευνα του μνημείου για να εκτιμηθεί η συνολική κατάσταση, (β) τις εργαστηριακές αναλυτικές τεχνικές για τον προσδιορισμό του τύπου της πέτρας και του κονιάματος που χρησιμοποιήθηκαν για την κατασκευή ή / και προηγούμενες παρεμβάσεις αποκατάστασης / συντήρησης, (γ) την ψηφιακή φωτογραμμετρική τεκμηρίωση των εξωτερικών τοίχων του μνημείου, με τη χρήση φωτογραφικής μηχανής NIKON D7100 υψηλής ανάλυσης και (δ) την ψηφιακή επεξεργασία εικόνας (DIP). Οι διορθωμένες εικόνες κατόπιν υποβλήθηκαν σε επεξεργασία για να χαρτογραφηθούν τα διαφορετικά μοτίβα φθοράς τηε πέτρας. Αυτό επιτεύχθηκε μέσω του περιβάλλοντος για την οπτικοποίηση εικόνων (ENVI του Harris Geospatial Solutions) λογισμικό. Το ENVI είναι κατάλληλο για αποτελεσματικές πληροφορίες, οι οποίες εξάγωνται από ψηφιακές εικόνες. Εφαρμόστηκαν τρεις διαφορετικοί τύποι επεξεργασίας εικόνας για τη Μελέτη περίπτωσης Κάστρου Πάφου: (α) κατώφλι εικόνας, (β) ταξινόμηση εικόνας και (γ) αλγόριθμος ανίχνευσης ανωμαλιών. Το κατώφλι είναι ένας απλός και γρήγορος τρόπος ομαδοποίησης εικονοστοιχείων σε μια περιοχή που μοιράζεται το ίδιο εύρος έντασης. Επομένως, τα όρια εφαρμόστηκαν αρχικά στην εικόνα πολλαπλών ζωνών (RGB) προκειμένου να ομαδοποιηθούν εικονοστοιχεία με την ίδια ένταση στα συγκεκριμένα μήκη κύματος (δηλαδή, μπλε-πράσινο-κόκκινο μέρος του φάσματος Εκτός από την τμηματοποίηση της εικόνας (δηλαδή, κατώφλι), διάφορες τεχνικές βελτίωσης ιστογράμματος μπορούν επίσης να εφαρμοστούν για τη βελτίωση της ερμηνείας της τελικής εικόνας. Για τη συγκεκριμένη μελέτη περίπτωσης, εφαρμόστηκαν βελτιώσεις ιστογράμματος ελάχιστης-μέγιστης και τυπικής απόκλισης. Επιπλέον, οι αλγόριθμοι ταξινόμησης βάσει pixel εφαρμόστηκαν στις διορθωμένες εικόνες των εξωτερικών προσόψεων του μνημείου. Στην συγκεκριμένη περίπτωση, αξιολογήθηκε ο επαναληπτικός αλγόριθμος ταξινόμησης τεχνικής ανάλυσης δεδομένων (ISODATA). Ο συγκεκριμένος αλγόριθμος υπολογίζει αρχικά τις μέσες τιμές κλάσης του χώρου (δηλαδή, μπλε-πράσινο-κόκκινο) και στη συνέχεια δημιουργεί επαναλαμβανόμενα σμήνη βάσει τεχνικών ελάχιστης απόστασης. Τέλος, εφαρμόστηκε ανίχνευση ανωμαλίας RX. Αυτός ο αλγόριθμος αυτόματης ανίχνευσης ανωμαλιών χρησιμοποιεί τον αλγόριθμο Reed – Xiaoli detector (RXD) για την εξαγωγή των στόχων που είναι φασματικά διακριτοί από την εικόνα στο φόντο, καθώς ανιχνεύει τις φασματικές ή χρωματικές διαφορές μεταξύ μιας περιοχής και της γειτονικής της περιοχής.

Εικόνα 2: (a) η πραγματική RGB εικόνα; (b)κλίμακα του γκρι της εικόνας που προκύπτει από το μπλε κανάλι (Band 1);(c) χρωματικός χάρτης από το μπλέ κανάλι; (d) το ιστόγραμμα του μπλε καναλιού;(e) διάγραμμα(min: 100 and max: 250) ιστογράμματος προσαρμοσμένο με μέγιστο- ελάχιστο για το μπλε κανάλι; ιστόγραμμα μέγιστης πιθανοφάνειας για το μπλε κανάλι; (g–i) χρωματισμός του μπλε καναλιού μετά την εφαρμογή των d–f

Εικόνα 3: Χρήση εφαρμοσμένων και μη εφαρμοσμένων μεθόδων ταξινόμισης για εντοπισμό προβληματικών στις λίθους των όψεωνς του Κάστρου

ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΚΑΙ ΚΑΠΟΙΑ ΣΧΟΛΙΑ

Όσον αφορά το λιμάνι της Νέας Πάφου, η πιο σημαντική επίδραση σε σχέση με την επιδείνωση των κατασκευαστικών υλικών των μνημείων είναι η άμεση έκθεσή τους στις ατμοσφαιρικές συνθήκες και πιο συγκεκριμένα, η τοποθεσία του που είναι σε πολύ κοντινή απόσταση από τη θάλασσα. Η έντονη αστικοποίηση της πόλης μετά το 1974 πρέπει επίσης να διερευνηθεί, σαν παράγοντας αλλοίωσης. Επιπλέον, το γεγονός ότι το μνημείο είναι χτισμένο σε ένα αρχαίο φράγμα κυματοθραύστη και περιβάλλεται από θαλασσινό νερό, έχι αντίκτυπο στις δομικές του ενώσεις. Η οπτική παρατήρηση εντόπισε μια σειρά ασυνεχών που παρατηρήθηκαν στον εξωτερικό τοίχο του μνημείου και στα στηθαία. Τα διαδεδομένα μοτίβα φθοράς που παρατηρούνται στην κύρια (βόρεια) πρόσοψη του μνημείου είναι χαρακτηριστικά που προκαλούνται από απώλεια υλικού, όπως κυψελίδες και αγκύλες . Η ομάδα απόσπασης παρουσιάζει λίγες περιπτώσεις μοτίβων κατακερματισμού και αποσύνθεσης του λόγω κρυστάλλωσης αλατιού, αυτό οδηγεί στην κονιοποίηση μέρους των δομικών μονάδων και την αποκόλληση θραυσμάτων από πέτρα. Επίσης, οι ρίζες ορισμένων φυτών μπορούν να προκαλέσουν σημαντικά προβλήματα στις πέτρες πάνω και γύρω από τις οποίες αναπτύσσονται, καθώς αποκτούν υψηλή υγρασία.Το συνολικό αποτέλεσμα της επιτόπιας έρευνας έδειξε ότι οι περισσότερες φθορές αποδίδονται στην παρουσία αλατιού και την εγγύτητα του μνημείου στη θάλασσα. Η διάβρωση διευκολύνεται από το πορώδες δομικό υλικό, όπως επαληθεύτηκε κατά τη μακροσκοπική και μικροσκοπική παρατήρηση. ‘Ετσι, ευνοείται η είσοδος του νερού στο βράχο και ο σχηματισμός κρυστάλλων αλατιού. Επιπλέον, η έλλειψη άκαμπτης δομής το καθιστά πιο ευάλωτο στην αντοχή του.

Η εργαστηριακή ανάλυση οδήγησε σε μια σειρά πληροφοριών για κάθε δείγμα. Η στερεοσκοπική παρατήρηση επέτρεψε τον χαρακτηρισμό του χρώματος και της σύνθεσης, ενώ η μικροσκοπική εξέταση αποκάλυψε μια ποικιλία πληροφοριών που σχετίζονται με την υφή του βράχου, την ορυκτολογική σύνθεση, το υψηλό πορώδες, την παρουσία υλικού τσιμέντου, την πετρογραφική τους ταξινόμηση και άλλες πληροφορίες. Η ψηφιακή επεξεργασία εικόνας εφαρμόστηκε στις διορθωμένες εικόνες της εξωτερικής επιφάνειας του μνημείου. Με αυτή τη διαδικασία, η προηγούμενη αναγνώριση των διαφόρων προτύπων φθοράς των λίθων οπτικοποιήθηκε με την τμηματοποίηση της εικόνας. Το κατώφλι είναι η απλούστερη μέθοδος τμηματοποίησης εικόνας δεδομένου ότι ο αλγόριθμος χωρίζει μια εικόνα σε δύο (ή περισσότερες) κατηγορίες pixel. Οι τεχνικές μπορούν να ανιχνεύσουν μοτίβα φθοράς που βασίζονται κυρίως στις σκιές που προκαλούνται από αλλοιώσεις στις πέτρες. Επιπλέον, οι ταξινομημένες περιοχές που επιλέγονται ως «προβληματικά σημεία» μπορούν να διανεμηθούν και μετά να ποσοτικοποιήσουν τις συνολικές περιοχές απώλειας υλικού. Όλοι οι τύποι επεξεργασίας που εφαρμόζονται δείχνουν την ασυνέχεια των τμημάτων του τοίχου και του πέτρινου αναγύφου και το διαφορετικό μέγεθος της φθοράς κάθε πέτρας.

ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ

Αυτή η προσπάθεια είχε στόχο τον εντοπισμό, την ποσοτικοποίηση και την οπτικοποίηση της παρουσίας του φθορών στην επιφάνεια ενός μνημείου. Τα αποτελέσματα της οπτικής έρευνας και της καταγραφής των διαφόρων μοτίβων φθοράς συσχετίστηκε επιτυχώς με τις αναλυτικές μεθόδους που χρησιμοποιήθηκαν και ανιχνεύθηκε επίσης μέσω των μη καταστροφικής ανάλυσης DIP. Η οπτικοποίηση αυτών των μοτίβων έγινε με την ενίσχυση της χρωματικής παραλλαγής των εικόνων με αποτέλεσμα να φανούν τα μέρη του μνημείου που απαιτούν παρεμβάσεις συντήρησης. Το αποτέλεσμα λοιπόν, ήταν η ανάδειξη των φθορών και η ποσοτικοποίηση των επεμβάσεων που πρέπει να συμβούν όσον αφορά την αντικτάσταση των λίθων.