Основные направления применения ГИС- и ДЗ-технологий в археологии

Г. Е. Афанасьев

Институт археологии РАН

Археология, как и любая другая наука, постоянно развивается сразу в двух направлениях. Одно из них - это поиск новых археологических объектов, т. е. накопление материала, другое - поиск новых методов представления, анализа и извлечения исторической информации из найденных объектов. На протяжении истории нашей науки на первое по значимости место выдвигалось то одно, то другое направление. Первые шаги в изучении памятников археологии связаны с накоплением археологического материала традиционными способами - посредством сборов случайных находок, полевых разведок, охранных раскопок, - и естественно, что в то время фигура археолога была очень схожа с фигурой одержимого поиском Трои Генриха Шлимана или знаменитого Индианы Джонса, смело пробиравшегося в глубину тропических зарослей в поисках древних сокровищ. С ростом количества материала возникла необходимость его пространственного представления и изучения. В настоящее время археологические исследования уже перестали быть просто раскопками археологических объектов. Они становятся составной частью многогранного мультидисциплинарного познавательного процесса, в котором основной упор делается на изучении пространственного распределения накопленного материала в тесной взаимосвязи с окружающей средой и обитавшими в ней людьми.
К началу XXI в. наступило время, когда ноги, лопата, кисточка и скальпель - традиционные инструменты археолога - могут быть значительно усилены, а иногда и почти полностью заменены, спутниковыми, бортовыми и наземными сканерами, радарами и компьютерами, когда привычные бумажные археологические картотеки с успехом вытесняются компьютерными археологическими картами, содержащими всеобъемлющую полевую и камеральную информацию. Новые технологии позволяют исследователю видеть дальше и глубже, чем прежде, решать научные вопросы, сама постановка которых недавно могла бы показаться просто утопической, т. к. для их изучения потребовались бы громадные материальные затраты и уникальное техническое оборудование. Кардинально меняется и формулировка главного вопроса в археологии. Если раньше исследователя обычно интересовало, "где находятся такие-то объекты", то теперь ему важно узнать, "почему они там расположены". А решение этого вопроса подразумевает глубокие мультидисциплинарные исследования - с участием палеоклиматологов, почвоведов, палеоботаников, палеозоологов, геофизиков и т. д. Весь комплекс этих разнообразных материалов, исследований и их результатов может быть объединен в интегрированной компьютерной информационной системе, созданной на основе технологий геоинформационных систем (ГИС) и дистанционного зондирования (ДЗ), с добавлением специфических модулей.
Иногда географическую информационную систему путают с компьютерным картографированием. А между тем они различаются принципиально. Системы компьютерного картографирования разработаны для создания карт, сопровождаемых описательными атрибутами, и не имеют аналитических возможностей географических информационных систем. В отличие от первых, ГИС, по определению Дэвида Райнда, "это компьютерные системы для сбора, проверки, интеграции и анализа информации, относящейся к земной поверхности" [Rhind, 1988. P. 23-28]. И хотя некоторые специалисты предлагают несколько иное определение ГИС [Aronoff, 1989], все они сходятся в том, что специфической чертой ГИС, отличающей ее от компьютерного картографирования, является наличие инструментов анализа информации. Структурно ГИС имеет четыре основные подсистемы. Подсистема сбора данных обеспечивает сбор и предварительную обработку данных из различных источников. Подсистема хранения и выборки данных организует пространственные данные с целью их выборки, редактирования и обновления. Подсистема анализа данных выполняет группировку и разделение данных, устанавливает параметры и ограничения при их отборе, занимается моделированием. Наконец, подсистема вывода ответственна за отображение базы данных или их выборки в табличной, диаграммной или картографической форме [Де Мерс, 1999. С. 10, 11]. Понятно, что основой ГИС является подсистема анализа карт. Именно эта процедура делает ГИС-технологии особенно популярными в археологическом анализе, при котором исследователь получает возможность оперативно выделять и сравнивать картины распределения археологических объектов на местности и классифицировать данные для последующей исторической интерпретации.
Первые шаги по применению вычислительной техники для манипуляций с пространственными данными были предприняты в начале 1960-х гг.: успешно работающая географическая информационная система была создана Р. Томлисоном для использования в управлении земельными ресурсами южной Канады [Tomlinson, Marble, Calkins, 1976]. Вскоре после этого в США были созданы две другие географические информационные системы (одна в Нью-Йорке, другая в Миннесоте). Однако по техническим причинам они оказались не очень удачными. Принципиальный поворот в области практического применения ГИС-технологий произошел в начале 1980-х гг., когда Институтом исследования систем окружающей среды (ESRI) была выпущена для более широкого применения первая коммерческая ГИС - ARC/INFO. Презентация ГИС археологическому сообществу произошла в 1985 г. - почти одновременно в США и в Великобритании [Gill, Howers, 1985; Kvamme, 1985]. Еще каких-нибудь 15 лет назад большинство российских и зарубежных археологов в общем-то не совсем ясно представляло себе, каким образом можно осуществлять археологические исследования с помощью методов ГИС. Но постепенно в зарубежных исследованиях сформировались три главных направления применения ГИС-технологий в археологии [Savage, 1990. P. 22-32].
Первое направление связано с охраной археологического наследия и, как правило, используется теми государственными или муниципальными службами, в функцию которых входит охрана памятников истории и культуры. В этих случаях ГИС-технологии позволяют работать с большими базами археологических данных, обеспечивая учет информации о местоположении памятников археологии, о результатах проведенных на них археологических раскопок, разведок и т. д. При этом появляется возможность быстро получать информацию по запросам, сортировать ее и представлять в виде археологических карт с точной локализацией памятников, что особенно важно при разработке проектно-сметной документации для мероприятий по обеспечению сохранности памятников археологии, попадающих в зоны предстоящих строительных работ. Но археологам, работающим в области охраны памятников истории и культуры, в наши дни приходится решать одновременно две взаимосвязанные проблемы: как осуществлять охрану большого количества уже известных памятников и как осуществлять охрану памятников, еще даже не выявленных?
Для решения последней проблемы особое значение имеют процедуры, с помощью которых можно прогнозировать местоположение археологических памятников. За последние годы прогностические модели в археологии, получившие в западной литературе название "модели красных флажков", были использованы в официальных исследованиях по оценке состояния окружающей среды и воздействия на нее внешних факторов Департаментом земельного управления США, Охранным отделением Лос-Анджелеса, Министерством обороны США, Инженерным корпусом армии США, Министерством энергетики США и т. д. Важный компонент археологических исследований, прогностическое моделирование возникло сравнительно недавно [Carr, 1985. P. 114-127; Kohler, Parker, 1986. P. 397-452]. Для решения этой задачи первоначально разрабатывается математическая модель, которая затем накладывается на карту изучаемого региона. Ключ к успеху подобной модели заключается в том, что археологические памятники имеют тенденцию располагаться в наиболее благоприятных местах данной окружающей среды. При этом исходная позиция состоит в том, что распределение местоположений археологических памятников не случайно; оно зависит от окружающей среды или социальных факторов. Известно, что ряд природных факторов (высота местоположения, уклон местности, экспозиция, близость источников воды, характер почвы и т. д.) будет коррелировать с местоположением того или иного типа памятников. Различия между территорией, где есть памятник, и территорией, где его нет, с позиций идеологии разработчиков прогностических моделей довольно важны, т. к. они дают основу, на которой можно вычислить вероятности. И если математическая модель будет учитывать их с достаточной полнотой, то на компьютерной карте автоматически по запросу будут выделяться регионы с гипотетическим расположением тех или иных типов памятников.
Такая позиция довольно понятна, ведь и в процессе практических полевых разведок каждый археолог сознательно или подсознательно принимает в расчет именно природные или социальные факторы при поиске тех или иных типов памятников. К примеру, если нам нужно найти на территории Кисловодской котловины раннесредневековое укрепление, то мы будем искать его, во-первых, в точке слияния рек или балок, а во-вторых, на мысовых отрогах хребтов (в данном случае учитываются природные факторы, позволяющие использовать естественную защиту). Но если перед нами стоит задача поиска раннесредневековой сельскохозяйственной зоны в виде следов террасного земледелия, то мы будем учитывать как наличие удобного делювиального склона на водоразделах рек, экспозицию склона (природные факторы), так и наличие поблизости раннесредневекового укрепления или поселения (социальный фактор). Наиболее удачная в методическом плане процедура предсказания местоположения археологического памятника была разработана С. Севиджем [Savage, 1989]; в качестве зависимой переменной он использует местоположение памятника в модели поступенчатой множественной регрессии.
Одним из практических примеров работ в данном направлении является прогностическая модель, разработанная в США Государственным музеем штата Иллинойс для западного Национального леса Шони. Здесь на площади 91 кв. км было обнаружено 68 археологических стоянок, каждая из которых занимает в среднем площадь около 1 га. Первым шагом в работе было создание ГИС на базе программного обеспечения ARC/INFO. Затем эта территория была разбита на ячейки размерами 25 х 25 м, каждая из которых содержала информацию по ряду экзогенных переменных. Одномерные статистические тесты, проведенные Р. Уорреном [Warren, 1990. P. 201-215], показали, что наблюдаются существенные различия по 26 независимым переменным между зонами, где стоянки обнаружены, и зонами, где они отсутствуют. В результате анализа по многомерной логистической регрессии с использованием программного пакета BMDP исследователю удалось правильно классифицировать более 60% стоянок, а также сформулировать ряд требующих решения методических вопросов.
Интересный проект по прогностическому моделированию археологических памятников осуществил Д. Кармайкл в рамках программы ВВС США в штате Монтана. Исследования проводились на территории площадью 8500 кв. миль в северной части центральной Монтаны. В ходе полевых разведок, охвативших примерно 1% рассматриваемой области, обнаружено 1120 археологических памятников и составлена соответствующая ГИС. Первоначально для целей моделирования была произведена выборка. Каждый из вошедших в нее 354 памятников, расположенных на наиболее хорошо обследованных участках местности, был описан географическими переменными (расстояние до постоянной водной артерии, уклон, экспозиция и т. д.). После этого контрольная выборка памятников сравнивалась (тестовой процедурой программного пакета SAS) с группой точек, рассеянных по ландшафту обычным образом. Следующий шаг работы состоял в проведении многомерного анализа путем использования метода логистической регрессии. И в итоге исследователю удалось правильно классифицировать почти 75% точек с памятниками [Carmichael, 1990. P. 216-225].
Второе направление применения ГИС-технологий в археологии состоит в использовании методов ГИС-анализа для извлечения исторической информации из распределения археологических объектов на местности путем их моделирования. Прежде всего это относится к использованию алгоритмов ГИС для осуществления процесса классификации памятников или в региональном пространственном археологическом анализе. Одна из наиболее важных процедур заключается в исследовании исторических закономерностей, скрытых в плотности размещения памятников той или иной категории на местности. К примеру, если мы рассмотрим распределение раннесредневековых скальных могильников в долине Хасаута - Кисловодской котловине, то с помощью соответствующих ГИС-процедур, моделирующих плотность размещения объектов, выясняется следующая картина. На данной территории выделяются четыре основные зоны концентрации скальных могильников. Одна из них приходится на долину р. Хасаут, где наиболее ранние комплексы могут датироваться второй половиной VI - первой четвертью VII в., а поздние - X в. Вторая зона соответствует средней части долины р. Эшкакон, где обнаружен погребальный инвентарь, свидетельствующий о функционировании этих могильников со второй четверти VII до конца IX в. Третья зона приходится на участок долины р. Подкумок в месте впадения в нее р. Эшкакон (район п. Джага). Найденные здесь комплексы хорошо датируются первой половиной VIII в. И, наконец, четвертая зона охватывает сердцевину Кисловодской котловины в районе Замка - Отстойника, где скальные могильники содержат материалы только второй половины VIII - IX в. Естественно, что анализ плотности размещения этих памятников, с учетом их хронологической дифференциации, приводит к выводу о том, что носители скального обряда погребения постепенно продвигались из района Хасаута по долинам Эшкакона и Подкумка в центральную часть Кисловодской котловины. Причем оккупация "скальниками" последней зоны совпадает по времени с уходом оттуда на Средний Дон в середине VIII в. большей части населения - носителей катакомбного обряда погребения.
Второе направление использования ГИС-технологий в археологии хорошо иллюстрируют работы наших американских коллег, И. Уильямса, В. Ф. Лимпа и Ф. Л. Брюе, в зоне расположения военной базы армии США Форт-Худ. В процессе паспортизации археологических памятников на территории площадью почти 340 кв. миль археологическими разведками в течение 10 лет было выявлено 2300 доисторических и исторических памятников. Каждый из доисторических памятников был описан по 60 признакам. Исторические памятники характеризовались 37 признаками. Вся эта информация явилась основой для создания специальной ГИС с использованием программного пакета GRASS. Она дополнялась 31 слоем карт с сопутствующими географическими и сельскохозяйственными данными. В результате пространственного анализа размещения поселений исследователям удалось выделить ряд кластеров, каждый из которых состоял из 20-30 памятников, распределенных на площади диаметром 2-3 км. На основании результатов экзогенной оценки землепользования исследователям удалось разделить поселения на категории по сельскохозяйственной производительности - низкой, средней и высшей [Williams, Limp, Briuer, 1990. P. 239-273].
Можно указать и на интересную работу Т. Киркенен, посвященную исследованию памятников эпохи железа в восточной области Финляндии, в районе Миккели. По мнению автора, Финляндия в это время была глушью и только западные и пограничные с Россией восточные районы были оживлены. Был исследован ряд факторов, таких как типы и качество почвы, на предмет их корреляции с местом расположения поселений железного века. В процессе работы для построения ГИС использовалось программное обеспечение IDRISI. Главная задача автора состояла в том, чтобы сравнить природные ресурсы в районе расположения поселений с теми, которые имелись на значительном от них отдалении. Изначально предполагалось, что наиболее важными факторами, определяющими расположение поселений в том или ином месте, были типы почв и близость воды, что в целом должно было обеспечить плодородие земли. Однако в процессе анализа выяснилось, что и почвы, и расстояние до источников воды в местах расположения поселений и вне их были одинаковы. Главным же фактором, определявшим выбор места для устройства поселения, были условия для ведения подсечно-огневого земледелия. [Kirkinen, 1997].
Третье направление связано с мультидисциплинарными исследованиями в рамках ландшафтной археологии, под которой понимается археологическое изучение пространственных взаимоотношений между человеком и его физическим и социальным окружением. В качестве примера работ в этом направлении можно назвать совместное исследование С. Грина и М. Звелебила, осуществленное на базе доисторических поселений юго-восточной Ирландии. Целью этого проекта было получение информации о доисторическом ландшафте окрестностей Уотерфорд-Харбора в аспекте изучения процесса первичной колонизации южной Ирландии и последующего развития земледельческого общества. Археологические разведки, проведенные на этой территории, выявили около 300 памятников эпохи мезолита - бронзы [Green, Zvelebil, 1990]. Это позволило авторам исследовать взаимодействие культурного и природного ландшафтов на разных временных срезах, акцентируя внимание на анализе потенциальных экономических зон, расстоянии до моря и имитации эффекта уровня моря на берегу и уровня воды в речных системах.
Другой аспект в рамках ландшафтной археологии иллюстрирует работа Р. Мэтлю, предпринявшего удачную попытку реконструкции древнего ландшафта путем исследования пыльцы растений, полученной в результате археологических исследований в Йоркшир-Дейлсе (Англия). Сложность работы состояла в том, что археологически засвидетельствованная пыльца может быть как местного происхождения, так и перенесенной со значительного расстояния. По этой причине автор в процессе создания слоев ГИС предусмотрел базу данных с информацией о почвах региона и базу археологических данных, дополненных радиокарбонными анализами. В итоге с помощью процедур многомерного анализа ему удалось построить модели археологического ландшафта с растительностью, соответствующие времени конкретных памятников эпох бронзы и железа [Martlew, 1996. P. 293-296].
Особое место в рамках ландшафтной археологии занимает интеграция ГИС- и ДЗ-технологий. Источники дистанционного зондирования включают в себя данные аэро- и космофотосъемки, спутниковых и бортовых сканирующих устройств, спутниковых, бортовых и наземных радаров и т. д. Дистанционное зондирование применяется в археологии уже около 100 лет. Первоначально использовались только аэрофотоснимки, на которых в процессе поиска археологических памятников выявлялись объекты, маркируемые тенью, почвой или растительностью. Первые снимки археологических объектов (Стоунхенджа) были сделаны британским лейтенантом П. Х. Шэрпом в 1906 г. из корзины воздушного шара. После их публикации в археологическом журнале интерес к воздушной археологии стал возрастать, и, вслед за англичанами, начиная с 1908 г. аэрофотосъемку археологических объектов стали проводить итальянские специалисты. Но более широкие эксперименты в этой области относятся ко времени Первой мировой войны, когда военные летчики проводили систематические съемки руин древних городов на Синае, Балканах, в Месопотамии и в зоне Суэцкого канала. В 1919 г. Л. Рей и Г. Бизли почти одновременно публикуют свои соображения о перспективах применения в археологии воздушной фотографии [Beaseley, 1919. P. 331-335]. Но теоретическое обоснование воздушная археология получила в 1920-х гг. благодаря работам английского исследователя О. Г. Кроуфорда. В 1923 г. он выступил с докладом в Королевском Географическом обществе, представив аэрофотоснимки так называемых "кельтских полей" [Crawford, 1929], и опубликовал статью под названием "Что значит аэрофотосъемка для будущего археологии" [Crawford, 1923. P. 9]. Одновременно с ним отработкой методов археологической дешифровки аэрофотоснимков - на примере древнеримских дорог и поселений в Сирии - занимался французский исследователь А. Пуадебар. Накануне Второй мировой войны в Иране активно работала американская авиа-археологическая экспедиция под руководством Э. Шмидта. Сразу же после войны систематические работы в области воздушной археологии в Великобритании проводил Д. Джозеф, собравший большую коллекцию археологических аэрофотоснимков, хранящуюся в Кембриджском университете. Начиная с 1930 г. вплоть до настоящего времени большие работы в области воздушной археологии проводятся в Австрии на базе Института доисторических исследований. И в результате всего этого на территории Западной Европы удалось обнаружить несколько десятков тысяч ранее неизвестных археологических памятников [Goguey, 1968; Agache, 1970; Dassie, 1970]. В зарубежной научной литературе имеется ряд прекрасных обзоров различных методов использования аэрофотоматериалов и имеющихся в настоящее время технических средств. В качестве примера можно упомянуть труды Д. Эберта [Ebert, 1984. P. 293-362], Т. Севера и Д. Вайсмана, С. Л. Мадри [Madry, 1987] и др. Интерес к воздушной археологии в западных странах не увядает и в наши дни, о чем свидетельствует создание в 1981 г. П. Эшби и Д. Вильсоном международного сообщества Aerial Archaeology Research Group и его активная практическая работа.
Иногда в археологической литературе последних лет, авторами которой являются некоторые представители стран, ранее входивших в бывший социалистический лагерь, а теперь в НАТО, можно встретить утверждение, что "железный занавес" в социалистических странах сдерживал применение в археологии аэрометодов. Здесь явно просматривается попытка политизации методики археологического анализа, попытка примитивного противопоставления советской (позже российской) и "западной" науки [Gojda, 1993]. А если говорить по существу дела, то данное утверждение применительно к Советскому Союзу - это очень глубокое заблуждение, если не сознательная дезинформация западных коллег. В отечественной археологии был также накоплен достаточный опыт по археологической дешифровке аэрофотоснимков простыми визуальными методами. Работы в этом направлении были начаты всего лишь на 10 лет позже О. Г. Кроуфорда. Практические эксперименты в области воздушной археологии начались в Советском Союзе еще в 1930 г., и их перспективы были изложены в статье С. П. Павлова "Применение аэросъемки в археологии", опубликованной в 1934 г. [Павлов, 1934]. В том же году при обследовании средневековых каналов Амударьи М. В. Воеводский использовал воздушную разведку. Одновременно с ним В. А. Шишкин исследовал с самолета топографию древнего Термеза. Начиная с 1946 г. воздушная разведка стала систематически применяться в ходе работ Хорезмской экспедиции в низовьях Амударьи и Сырдарьи, что в самые короткие сроки позволило открыть около 250 ранее неизвестных древних городов и поселений. С 1959 г. в Хорезмской экспедиции под руководством С. П. Толстова стала проводиться плановая систематическая аэрофотосъемка археологических памятников [Толстов, Андрианов, Игонин, 1962], для чего была разработана специальная методика плановой и перспективной съемки (Виноградов, 1956; Игонин, 1965; Андрианов, 1965). В итоге удалось не только сделать многие десятки тысяч специальных археологических аэрофотоснимков, но и открыть многие сотни ранее неизвестных археологических памятников, выявить закономерности в географическом размещении разновременных стоянок и поселений, а также изучить обширные области древней ирригации Приаралья.
Довольно результативными оказались проведенные в 1960-х гг. работы К. В. Шишкина по дешифровке с помощью стереоскопа аэрофотоснимков археологических памятников в Нижнем Приднепровье [Шишкин, 1966. С. 116-121]. Исследователь использовал весеннюю и осеннюю аэрофотосъемку местности, сделанную после вспашки. В результате ему удалось прочитать и идентифицировать объекты, скрытые на глубине от 30 до 70 см от современной поверхности земли. Особое внимание К. В. Шишкин уделил Анновскому городищу, где удалось не только определить планировку оборонительных сооружений, но и выявить местоположение некрополя, наметить древние дороги, а также составить схему расположения древних земельных наделов. Использование аэрометода позволило К. В. Шишкину внести много нового в изучение исторической топографии Ольвии [Шишкин, 1982. С. 235-242]. Удалось выявить признаки древних дорог, земельных наделов и усадеб, признаки курганных и бескурганных могильников, что впервые дало возможность определить основные элементы древней топографии города - поселения, могильники, дорожная сеть, система землепользования.
В 1964-1967 гг. первые опыты по использованию аэрофотосъемки для выявления остатков античной межевой системы и дорожной сети на Маячном и Гераклейском полуостровах в Крыму провел А. Н. Щеглов, используя материалы залетов 1956 г. Эту работу он продолжил - параллельно с К. В. Шишкиным - в 1977-1979 гг. на базе материалов залетов 1961 г. [Щеглов, 1993. С. 18-19]. Продолжая изыскания, начатые А. Н. Щегловом, интересное исследование межевания полей херсонесской хоры выполнила Г. М. Николаенко, которая также применяла аэрофотосъемку [Николаенко, 1985. С. 11-15]. На пригородной хоре Херсонеса, расположенной на Гераклейском полуострове, где насчитывалось несколько сот наделов, с помощью аэрофотосъемки Г. М. Николаенко выявила внутреннюю размежевку 180 наделов. Расчеты их площадей и соответствующие метрологические исследования привели автора к выводу о том, что при межевании полей херсонесской хоры применялся единый принцип, единая система планировки и единая система линейных мер. А это со своей стороны свидетельствует о действии единой метрологической системы на территории всего Херсонесского государства и о контроле над ней со стороны государства.
Результативными оказались и опыты применения аэрофотосъемки в рамках изучения проблем ландшафтной археологии на юге Тилигуло-Днестровского междуречья [Бруяко, Назарова, Петренко, 1991. С. 37-44]. На основании дешифрирования данных аэрофотосъемки исследователями была проведена реконструкция древних культурных ландшафтов в низовьях Тилигула и Днестра. Впервые им удалось выявить земельные наделы у населенных пунктов античного времени Никоний, Надлиманское 4, Кошары. Особое внимание было уделено выявлению и реконструкции сети древних дорог, топографии и планировке некрополей, планировке жилых кварталов. Все это дало исследователям хороший материал для палеоэкономических расчетов и для палеодемографического моделирования.
Однако не все исследователи приняли на веру утверждение о том, что решетчатый рисунок на аэрофотоснимках окрестностей Ольвии и региона Тилигуло-Днестровского междуречья соответствует системе античной размежевки на лессовых равнинах. Ф. Н. Лисецкий взялся проверить эту гипотезу [Лисецкий, 1994. С. 237-242]. С этой целью он провел анализ соответствия ориентации пространственного рисунка на аэрофотоснимках территориальным особенностям распределения крутизны. В итоге было установлено, что ориентация "осветленных полос", которые являлись маркерами границ земельных наделов, не имеет сопряжения с изолиниями уклонов рельефа. Более того, автор доказал, что система "осветленных полос" находится в непосредственной зависимости от системы древних дорог. Все это привело Ф. Н. Лисецкого к выводу, что решетчатый рисунок на аэрофотоснимках не является природным образованием, а действительно отражает античную систему межевания пахотного фонда.
В 1992 г. Я. М. Паромов завершил многолетнюю работу по составлению археологической карты Таманского полуострова на основе дешифровки аэрофотосъемки залетов различных лет и последующих полевых разведок на выявленных таким образом 245 памятниках. Это исследование предоставило базу данных для написания диссертационной работы, посвященной основным этапам освоения Таманского полуострова в античную эпоху [Паромов, 1994]. Научная новизна ее состояла в том, что это было первое исследование, посвященное античной системе расселения на землях Таманского полуострова на протяжении почти тысячелетнего периода ее развития. Особое внимание Я. М. Паромов уделил изучению античной дорожной сети [Паромов, 1998. С. 216-225] и земельных наделов [Паромов, 2000. С. 309-319].
Опыты по применению аэросъемки на полигоне Таманского полуострова, начатые Я. М. Паромовым, продолжили в 1990-х гг. Ю. В. Горлов и Ю. А. Лопанов. В рамках экологической программы они приступили к обследованию Таманского полуострова с целью изучения организации сельской территории и системы землепользования в азиатской части Боспора. Для работы по дешифровке они использовали одновременно аэроматериалы двух залетов - конца 1950-х и начала 1970-х гг. Задача исследователей состояла в реконструкции сети древних дорог и мелиоративных каналов, покрывающих Таманский полуостров. По мнению авторов, создание здесь мелиоративной системы в IV-I вв. до н. э. было вызвано специфическими природно-климатическими условиями, а также необходимостью ирригации земель [Горлов, Лопанов, 1995. С. 121-137].
Использовать космические снимки для решения археологических задач в России начали со второй половины 1970-х гг. Одним из полигонов для отработки приемов археологического визуального и стереоскопического дешифрирования космических снимков стала территория Калмыкии. Благодаря использованию космических снимков Е. В. Цуцкину удалось составить археологическую карту Калмыкии, археологическую картосхему Сарпинской низменности и зоны Черноземельской оросительно-обводнительной системы [Цуцкин, 1987. С. 114-133]. Только в зоне предполагаемого строительства канала Волга - Чограй с помощью визуального археологического дешифрирования космоснимков было выявлено 730 степных курганов. В опубликованной информации об этих работах исследователь обращает особое внимание на то обстоятельство, что космические снимки в ряде случаев могут быть более информативными, чем аэросъемка. Это обусловлено эффектом просвечивания глубинных элементов Земли при космической съемке. Сравнение информативности различных типов космических снимков привело автора к выводу, что для археологии наиболее информативными являются снимки ближней инфракрасной зоны и ультрафиолетовой [Цуцкин, Елина, Елин, 1982. С. 54-58]. Впервые в археологической практике Советского Союза Е. В. Цуцкин наметил широкую программу археологических исследований в Калмыкии на основе космической информации.
C конца 1980-х - начала 1990-х гг. в нашей науке стали внедряться более объективные и проверяемые методы компьютерной дешифровки аэро- и космоматериалов. В 1993 г. в Париже по инициативе ЮНЕСКО состоялась международная научная конференция, посвященная проблемам использования космических снимков в археологии в рамках изучения и сохранения общечеловеческого культурного наследства. Конференция продемонстрировала широкие возможности, которые открывает для археологов и представителей смежных дисциплин применение современных аэрокосмических методов дистанционного зондирования Земли. Поднятые в Париже темы нашли дальнейшее развитие на международной конференции в Нарре (1994 г.), где были сформулированы основные направления специальной программы ЮНЕСКО "Космическая археология" [Matsumoto, Vinson, 1996].
В России первые практические опыты в области компьютерной дешифровки аэрокосмических материалов были предприняты автором этой статьи еще в 1989 г. [Афанасьев, 1993а; 1993б]. В те годы наиболее подходящим для этих целей и доступным для работы был малый комплекс обработки изображений "Микро-СВИТ" малосерийного российского производства. Использованная Г. Е. Афанасьевым модификация этого аппаратно-программного комплекса представляла собой небольшое настольное устройство на 4 платах, подключенное к персональной ЭВМ. В качестве средства кодирования изображений "Микро-СВИТ" допускало подключение телевизионной камеры, а вывод результатов обработки осуществлялся на самостоятельное цветное видеоконтрольное устройство или на периферийные средства персональной ЭВМ. Объектом исследования стал ряд памятников салтово-маяцкой культуры, расположенных в лесостепной зоне Донецко-Донского междуречья. Был дешифрован аэрофотоснимок Колтуновского городища и его окрестностей в долине р. Тихая Сосна. Удалось выявить ряд элементов поселенческой структуры, которые невозможно было обнаружить визуально на местности. Это древняя дорога, воротный проем, круглоплановое сооружение в центре городища и т. д. Был также проанализирован аэрофотоснимок Пузинского селища в долине р. Оскол, на котором удалось выявить общую систему расположения построек бондарихинской, пеньковской и салтовской культур. Результативными оказались работы и по компьютерной дешифровке аэрофотоснимка Большого Городища в долине р. Короча, где удалось выявить не только общую систему расположения построек на площади 7 га, но и, базируясь на различиях в цвете заполнявшего котлованы построек грунта, выделить область построек скифского времени и область построек салтовского времени.
Углубленный эксперимент по отработке процедур практического применения некоторых методов дистанционного зондирования в археологии был проведен в 1994-1996 гг. Г. Е. Афанасьевым, М. Р. Зотько и Д. С. Коробовым на базе Маяцкого селища салтово-маяцкой культуры на Среднем Дону [Афанасьев, Зотько, Коробов, 1999. С. 106-123]. Использовались черно-белые аэрофотоснимки (масштаба 1:12000) территории и окрестностей памятника. Их дополняла спектрозональная космическая съемка региона. В процессе анализа исходных изображений М. Р. Зотько применял аппаратно-программный комплекс, разработанный российской фирмой "Magis". Параллельно дешифровку тех же снимков проводил Г. Е. Афанасьев, использовавший программу ERMapper 5.5. Такой двусторонний независимый подход к анализу материала позволил обеспечить методическую чистоту лабораторной работы и объективность полученных при дешифровке выводов. В итоге проведенных лабораторных работ авторским коллективом была составлена карта аномальных пятен территории Маяцкого селища, которые предположительно могли быть связаны с антропогенным влиянием в хазарскую эпоху. Контрольные раскопки, проведенные на месте некоторых из них, полностью подтвердили предположение, что здесь располагались жилые и хозяйственные постройки второй половины VIII - первой половины X в. [Afanas'ev, Zot'ko, Korobov, 1997].
В середине 1990-х гг. успешные опыты по компьютерной дешифровке аэрокосмических материалов проводил М.Р. Зотько. Исследователь пользовался аппаратно-программным комплексом "Magis", созданным на базе персонального компьютера с двумя дополнительными платами фреймграббера, телемонитором и программным пакетом MAGISOFT [Зотько, 1996. С. 44-56]. В качестве объекта исследования им был выбран участок местности на Евпаторийском полуострове в Крыму. В итоге автору удалось реконструировать планировку древнегреческой системы земледелия (клеров) и определить их временнoе соотношение с расположенным там же курганом, на котором были выделены прямоугольные структуры подкурганных сооружений (возможно погребальных камер). Новая информация была получена и в результате компьютерного анализа фотоснимков стратиграфического разреза и планиграфической картины поселения Хоромное 1, расположенного в пойме р. Снов.
Применение дистанционного зондирования в археологии вышло на качественно новый уровень в связи с появлением высокотехнологичных бортовых цифровых систем сканирования, что позволило получать данные с более высоким пространственным разрешением. В отличие от бортовых систем, спутниковое дистанционное зондирование значительно расширяет площадь земной поверхности, которая может предоставлять информацию для изучения в археологическом аспекте. Интерес к этому направлению в археологии в настоящее время столь возрос, что обусловил создание на базе Ноттингемского университета (Великобритания) специальной международной организации археологов под руководством К. Брука - The Archaeology Special Interest Group of the Remote Sensing Society.
К началу 1990-х гг. по всему миру было осуществлено уже более 100 археологических проектов, направленных в основном на изучение использования земель человеком в прошлом. В большинстве из них использовалась система Landsat MSS, имеющая пространственное разрешение 80 м, хотя некоторые проекты использовали более современные системы - Landsat Thematic Mapper с разрешением 30 м. В то время исследователи использовали данные дистанционного зондирования в основном для получения обзорной информации о земном покрове и лишь в редких случаях пытались соотнести признаки археологических памятников со спектральными данными, зафиксированными сканирующими устройствами. Сдерживало применение сравнительного анализа археологических памятников со спектральными сигнатурами данных Landsat MSS именно пространственное разрешение данных MSS. Уже первые шаги по применению ДЗ-технологий в археологии показали, что особую эффективность проявляет мультискалярный метод дистанционного зондирования, при котором для локализации памятников используются как данные авиационного зондирования, так и спутниковые данные. В качестве примера можно привести работу К. Мадри во Франции, где использовались воздушная разведка и фотографирование, а также данные вертикального картографического анализа и цифровые спутниковые данные Landsat MSS [Madry, 1987].
Одним из удачных примеров комплексного использования ГИС- и ДЗ-технологий в археологии является исследовательский проект К. Крамли и С. Мадри во Франции [Madry, Crumley, 1990]. Более 15 лет в Бургундии, в долине р. Арру, по гранту Национального Географического общества работала американская междисциплинарная исследовательская группа, в задачу которой входило исследование археологических объектов во взаимодействии с окружающей средой на протяжении почти двух тысячелетий - от кельтского времени до современности. В созданной базе данных для ГИС, построенной на основе программного обеспечения GRASS, в качестве отдельного слоя использовались фотоснимки, полученные со спутника SPOT (французская коммерческая система наблюдений за земельными ресурсами), что фактически является первым опытом применения в Западной Европе для археологического анализа данных SPOT. Спутниковые снимки были сделаны в трех спектральных полосах многоспектрального режима с разрешением 20 м и в одной полосе панхроматического режима с разрешением 10 м. В результате обработки спутниковых данных исследователям в 1987 г. удалось выделить и проверить на местности целую сеть древних римских дорог, ведущих в город Отен. Особое внимание было уделено исследованию кельтских дорог и поиску расположенных вдоль них укреплений в районе Монт-Дардон и Монт-Бевре. Кроме этого, одним из наиболее интересных аспектов данной работы стало моделирование регионального климата. Изучая региональные гидрологические данные и данные по средним температурам Земного шара, исследователи получили возможность соотнести уровни водоносности малых водных артерий исследуемой области с изменениями глобальной температуры. В итоге удалось проанализировать влияние климатических изменений на размещение древних поселений и систему землепользования в прошлом
Для изучения и мультидисциплинарного анализа археологических памятников Кисловодской котловины методами ГИС- и ДЗ-технологий Г. Е. Афанасьевым, при участии А. В. Чернышева и А. В. Кислова, была создана географическая информационная система "Кисловодск". В основу ее создания впервые в археологии была заложена идеология интеграции археологической и географической баз данных с базами мультискалярных данных ДЗ местности, с базами данных основных климатических характеристик по состоянию на 2000 г. с инструментами ГИС, с инструментами анализа информации ДЗ и с инструментами моделирования "возмущенного" климата для той или иной точки Кисловодской котловины. Географическая информационная система "Кисловодск" состоит из трех основных блоков.
Первый блок представляет собой базу данных (БД) ГИС, расположенных в виде отдельных слоев в программе Arcview. В ее основе лежит топографическая карта масштаба 1:100000 (листы К-38-1, К-38-2). В БД ГИС в качестве самостоятельных слоев выступают гидрографическая сеть, изолинии рельефа местности, современный лесной покров, родники, современные населенные пункты, дороги, аэрофотосъемка территории, выполненная во время двух залетов 1970 г., а также спектрозональная космическая съемка территории. Наконец, завершает БД слой с информацией о 790 археологических памятниках в данном регионе. Последний был создан на основе материалов археологических карт Н. М. Егорова (1958), Н. Н. Михайлова (1967), А. П. Рунича, Г. Е. Афанасьева (1972), значительно пополненных после 1972 г. разведками В. Б. Ковалевской, С. Н. Савенко, Я. Б. Березина и Д. С. Коробова. В рамках подготовки данного слоя БД ГИС определение географических координат археологических памятников в 1996-2000 гг. осуществлял Д. С. Коробов, при активном участии С. Н. Савенко, а в 2001 г. - Г. Е. Афанасьев. Географическое позиционирование проводилось с помощью разработанного фирмой Trimble Navigation приемника Ensign GPS, позволявшего теоретически добиться точности локализации точки на местности с ошибкой в 2-32 м, а практически - в 10 м, при использовании опции user range accuracy [Ensign GPS, 1993. P. 6-33].
Второй блок системы состоит из комплекса многочисленных и разнообразных исследовательских инструментов и процедур для пространственного и сетевого археологического анализа, в основе которых лежат программные модули - Spatial Analyst, Network Analyst.
Модуль Spatial Analyst помогает раскрыть и лучше понять пространственные взаимосвязи археологических данных, начиная от просмотра и запросов к имеющейся информации до создания интегрированного пользовательского приложения. С его помощью можно ответить, например, на такие вопросы: "Какие области соответствуют максимальной концентрации археологических памятников того или иного типа? Насколько далеко от них расположены другие подобные области? Где расположен тот или иной археологический объект, который находится недалеко от конкретной точки и имеет тяготение к той или иной зоне?". Ответы на подобные вопросы связаны с пространственным моделированием археологических данных. Археологическое моделирование - это способ описания чего-либо, что нельзя наблюдать непосредственно. Как правило, мы пользуемся моделями для создания упрощенных представлений о действительности. И в этом отношении модуль Spatial Analyst очень полезен, т. к. позволяет, при использовании функции анализа соседства, создавать различные полигоны с целью их последующей исторической интерпретации.
Модуль Network Analyst предназначен для решения сетевых задач. Следы древних дорог, а также речные долины, по которым происходили передвижения людей и транспортировка грузов в древности, - это система связанных между собой линейных объектов, которая является сетью. С давних пор организация жизнеобеспечения, хозяйственной деятельности строилась с учетом энергетических затрат на передвижение, т. е. издревле перед людьми стояла задача наиболее эффективного использования транспортных сетей. Поэтому если в распоряжении исследователя имеются данные о сетях (древних дорогах, речных долинах) и данные о расположении объектов (поселений, городищ, сельскохозяйственных угодий и т. д.), то с помощью модуля Network Analyst он может решать целый ряд задач исторического характера. Среди них - классификация различных типов археологических памятников по отношению к той или иной сети, поиск оптимальных маршрутов передвижения по древним дорогам между конкретными местоположениями, оценка доступности местоположения, поиск ближайшего пункта обслуживания и т. д.
Модуль дистанционного зондирования состоит из пакета программ ERMapper 5.5. Считается, что в настоящее время этот пакет, разработанный австралийской компанией Earth Resource Mapping Ltd., является самым эффективным средством для выполнения задач, связанных с анализом и обработкой данных дистанционного зондирования (аэрокосмических, радарных, сейсмических, магнито- и гравиметрических и др.), обработкой сейсмических данных, подготовкой данных для геоинформационных систем, обнаружением новых нефтяных и газовых месторождений, добычей полезных ископаемых, построением новых карт, проведением презентаций, и т. д. Общая идеология пакета ERMapper - алгоритмическая структура работы с данными. Это дает возможность обрабатывать изображения способом, принципиально отличающимся от любых других, экономя при этом огромный объем дискового пространства и обеспечивая большое быстродействие. Благодаря использованию новейших методов обработки данных пакет ERMapper не накладывает каких-либо ограничений на характер используемых данных.
Завершает систему "Кисловодск" третий блок - комплекс программ и специальная ГИС для палеоклиматического моделирования в Кисловодской котловине. Прежде всего, вышеупомянутые традиционные для ГИС информационные слои первого блока были дополнены слоями, предназначенными для решения некоторых специфических палеоклиматических задач. С этой целью территория Кисловодской котловины была разбита на ячейки 0,7 х 0,7 км и для каждой ячейки в виде отдельных слоев БД ГИС была введена информация по состоянию на 2000 г. о годовых суммах среднесуточных температур больше 10 градусов, о годовых суммах радиационного баланса, о годовых суммах осадков, о количестве дней с осадками за год, дней со среднесуточной температурой более 10 градусов, о гидротермическом коэффициенте и о радиационном индексе сухости. Кроме того, в базе данных заключена информация о динамических показателях, таких как среднемесячная сумма осадков, среднемесячная удельная влажность воздуха, среднемесячная сумма температур воздуха у поверхности земли, среднемесячный модуль скорости ветра. Аналогичная информация была рассчитана и для так называемого "возмущенного" климата, который, с большой долей вероятности, мог иметь место в первом тысячелетии н. э.
Разработанная система открывает принципиально новые и чрезвычайно широкие возможности не только для глубокого изучения потенциальных экономических зон раннесредневековых поселений Кисловодской котловины в увязке с палеоклиматическими особенностями конкретных местоположений или динамики системы расселения раннесредневекового населения, но и для построения самых различных моделей, связанных вообще с исторической интерпретацией археологического наследия населения данного региона начиная с эпохи энеолита и кончая кабардинскими памятниками XIII-XVI вв.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Андрианов Б. В., 1965. Дешифрование аэрофотоснимков при изучении оросительных систем // Археология и естественные науки. М. назад
Афанасьев Г. Е., 1993а. Донские аланы. М. назад
Афанасьев Г. Е., 1993б. Перспективы применения методов аэрокосмического зондирования в археологии // КСИА. № 210. назад
Афанасьев Г. Е., Зотько М. Р., Коробов Д. С., 1999. Первые шаги "космической археологии" в России (к дешифровке Маяцкого селища) // РА. № 2. назад
Бруяко И. В., Назарова Н. П., Петренко В. Г., 1991. Древние культурные ландшафты на юге Тилигуло-Днестровского междуречья по данным аэрофотосъемки // Северо-западное Причерноморье - контактная зона древних культур. Киев. назад
Виноградов Б. В., 1956. О выборе времени для аэрофотосъемок в пустынных ландшафтах юга Средней Азии // Тр. Лаборатории аэрометодов. М.; Л. Т. V. назад
Горлов Ю. В., Лопанов Ю. А., 1995. Древнейшая система мелиорации на Таманском полуострове // ВДИ. № 3. назад
Зотько М. Р., 1996. Компьютерная обработка изображений в археологии // Компьютеры в археологии. М. назад
Игонин Н. И., 1965. Применение аэрофотосъемки при изучении археологических памятников // Археология и естественные науки. М. назад
Лисецкий Ф. Н., 1994. Система античного землеустройства на Нижнем Побужье // Древнее Причерноморье: Краткие сообщения Одесского Археологического общества. Одесса. назад
Де Мерс М. Н., 1999. Географические информационные системы. М. назад
Николаенко Г. М., 1985. Межевание полей Херсонесской хоры // КСИА. № 182. назад
Павлов С. П., 1934. Применение аэросъемки в археологии // Проблемы истории докапиталистических обществ. М.; Л. № 11-12. назад
Паромов Я. М., 1994. Основные этапы освоения Таманского полуострова в античную эпоху: Автореф. дис. … канд. ист. наук. СПб. назад
Паромов Я. М., 1998. Главные дороги Таманского полуострова // Древности Боспора. М. № 1. назад
Паромов Я. М., 2000. О земельных наделах античного времени на Таманском полуострове // Археологические вести. СПб. № 7. назад
Толстов С. П., Андрианов Б. В., Игонин Н. И., 1962. Использование аэрометодов в археологических исследованиях // СА. № 1. назад
Цуцкин Е. В., 1987. Некоторые направления космической археологии // Археологические исследования Калмыкии. Элиста. назад
Цуцкин Е. В., Елина А. И., Елин М. Л., 1982. Использование космических снимков в археологических целях // Памятники Калмыкии каменного и бронзового веков. Элиста. назад
Шишкин К. В., 1966. Применение аэрофотосъемки для исследования археологических памятников // СА. № 3. назад
Шишкин К. В., 1982. Аэрометод как источник для исторической топографии Ольвии и ее окрестностей // СА. № 3. назад
Щеглов А. Н., 1993. Основные структурные элементы античной межевой системы на Маячном полуострове (Юго-Западный Крым) // История и археология Юго-Западного Крыма. Симферополь. назад
Afanas'ev G. E., Zot'ko M. R., Korobov D. S., 1997. The Experience of Application of Aerospace Probing Methods in the Study of Mayatsk Settlement // News from CINECA's ICARUS Project. January. № 9. назад
Agache R., 1970. Détection aérienne de vestiges protohistoriques gallo-romains et medievaux dans le basin de la Somme et ses abords // Bulletin de la Société de Prehistorie. № 7. назад
Aronoff S., 1989. Geographic Information Systems: A Management Perspective. Ottawa. назад
Beaseley G. A., 1919. Air Photography in Archaeology // Geographical Journal. May. назад
Carmichael D. L., 1990. GIS Predictive Modeling of Prehistoric Site Distributions in Central Montana // Interpreting Space: GIS and Archaeology. L.; N.-Y.; Philadelphia. назад
Carr C., 1985. Introductory Remarks on Regional Analysis // For Concordance in Archaeological Analysis: Bridging Data Structure, Quantitative Technique, and Theory. Kansas City. назад
Crawford O. G. S., 1923. What Air Photography Means to the Future of Archaeology // Christian Science Monitor. 21 December. назад
Crawford O. G. S., 1929. Air Photography for Archaeologists. L. назад
Dassie J., 1970. Manuel d'archéologie aérienne. Paris. назад
Ebert J., 1984. Remote Sensing Applications in Archaeology // Advances in Archaeological Method and Theory. N.-Y. Vol. 1.
Ensign GPS, 1993: User's Manual. Austin, Texas. назад
Gill S. J., Howers D., 1985. A Geographical Information System Approach to the Use of Surface Samples in Intra-site Distributional Analysis // UISPP Commission IV Symposium on Data Management and Mathematical Methods in Archaeology. Denver. назад
Goguey R., 1968. De l'avion a l'archeologie. Paris. назад
Gojda M., 1993. Bohemia from the Air: Seven Decades after Crawford // Antiquity. Vol. 67. № 257. December. назад
Green S. W., Zvelebil M., 1990. The Colonization and Agricultural Transition of Southeast Ireland // Proceedings of the Prehistoric Society of London. October. назад
Кirkinen T., 1997. Center in the Wilderness Area Using a GIS in Modeling Late Iron Age Settlement in Eastern Finland // Archaeological Application of GIS. (Sydney University Archaeological Methods Series. № 5.) назад
Kohler T. A., Parker S. C., 1986. Predictive Мodels for Archaeological Resource Location // Advances in Archaeological Method and Theory. N.-Y. Vol. 9. назад
Kvamme K. L., 1985. Geographic Information Systems Techniques for Regional Archaeological Research // UISPP Commission IV Symposium on Data Management and Mathematical Methods in Archaeology. Denver. назад
Madry S. L. H., 1987. A Multiscalar Approach to Remote Sensing in a Temperate Regional Archaeological Survey // Regional Dynamics: Burgundian Landscapes in Historical Perspective. San Diego. назад
Madry S. L. H., Crumley C. L., 1990. An Application of Remote Sensing and GIS in Regional Archaeological Settlement Pattern Analysis: The Arroux River Valley, Burgundy, France // Interpreting Space: GIS and Archaeology. L.; N.-Y.; Philadelphia. назад
Martlew R., 1996. The Contribution of GIS to the Study Landscape Evolution in the Yorkshire Dales, UK // Analecta Praehistorica Leidensia. № 28-II. назад
Matsumoto Sh., Vinson I., 1996. Introduction to the International Space Archaeology Programme // Space Archaeology Newsletter. Vol. 1. № 1. назад
Rhind D. W., 1988. A GIS Research Agenda // International Journal of Geographical Informational Systems. № 2. назад
Savage S. H., 1989. Projecting Settlement Patterns with Geographic Information Systems and the Archaeological Resource Management System // First Annual World Archaeological Congress. Baltimore. назад
Savage S. H., 1990. GIS in Archaeological Research // Interpreting Space: GIS and Archaeology. L.; N.-Y.; Philadelphia. назад
Tomlinson R. F., Marblе D. F., Calkins H. W., 1976. Computer Handling of Geographic Data. (Unesco Natural Resource Research Series. № 13.) назад
Warren R. E., 1990. Predictive Modeling of Archaeological Site Location: A Case Study in the Midwest // Interpreting Space: GIS and Archaeology. L.; N.-Y.; Philadelphia. назад
Williams I., Limp W. F., Briuer F. L., 1990. Using Geographic Information Systems and Exploratory Data Analysis for Archaeological Site Classification and Analysis // Interpreting Space: GIS and Archaeology. L.; N.-Y.; Philadelphia. назад