Программа круглого стола:
1) Применение ГИС в археологических исследованиях
Афанасьев Г.Е. (Москва) Основные направления применения ГИС и ДДЗ-технологий в археологии.
Пелевин А.Т. (Москва) Совместное использование ГИС и GPS при археолого-геофизических работах
Смекалов С.Л. (С.-Петербург) Определение погрешностей старой карты для ее использования в ГИС
Жуковский М.О. Пушкина Т.А. (Москва) Использование геоинформационных систем для сбора, хранения, анализа и представления археологической информации
Васильев Ст.А. (С.-Петербург) Автоматизация вывода археологических объектов на цифровую карту. Проблема организации данных
Требелева Г.В., Горлов Ю.В. (Москва) Использование геоинформационных систем в программе по изучению палеогеографии и археологической топографии Сухумской бухты.
Довгалев А.А. (Ставрополь) 3D визуализация при проведении историко-культурных экспертиз
Алексейчук С.Н. (Москва) Трехмерная ГИС в археологии (методика комплексной реконструкции памятников археологии)2) Археология и данные дистанционного зондирования
Гарбузов Г.П. (Ростов-на-Дону) Проблемы использования данных космического дистанционного зондирования Земли в археологии
Рукавишников Д.В. (Москва) Опыт применения ER Mapper 5.5 в археологии3) Геофизические методы в полевых археологических исследованиях
Кац М.Я. (Москва) Опыт применения магниторазведки при изучении археологических объектов
Васильев А.Г., Абрамов А.П., Копейкин В.В., Морозов П.А. (Москва) Подводные георадарные археологические исследования.
Пелевин А.Т.
Совместное использование ГИС и GPS при археолого-геофизических работах
НПЦ "Геотехнология" использует ГИС и GPS при геофизических работах на археологических памятниках, начиная с 1998 г. За это время были составлены как региональные ГИС, так и ГИС на участки археологических обследований и на отдельные археологические памятники.
Каждый ГИС-объект связан с определённым местоположением на поверхности земли и соответственно может быть закоординирован с помощью GPS с различной точностью, в зависимости от типа приемника. В кодовых GPS-приемниках (метровая точность) можно создать словарь атрибутов объектов и вводить эти атрибуты в поле одновременно со съемкой объектов. Кодовыми приемниками можно снимать как точечные, так и линейные объекты и постоянно производить актуализацию имеющейся ГИС. Фазовыми приемниками (сантиметровая точность) можно производить детальную съемку рельефа, как для создания топоосновы участка работ, так и для более качественной интерпретации геофизических данных. В некоторых случаях и сама детальная съемка рельефа позволяет выявить археологические объекты. Информация, собранная GPS-приемниками, обрабатывается на специальном программном обеспечении и легко экспортируется в ГИС.
Приведены примеры совместного использования ГИС и GPS при работах на территории музея-заповедника "Куликово поле", в древнем Мемфисе (Египет) и на городище "Горное эхо" (Кисловодск).
Использованные программные пакеты: ArcView, GPSurvey, Pathfinder Office, Surfer, Photoshop, MapEdit, EasyTrace.
Смекалов С.Л.
Определение погрешностей старой карты для ее использования в ГИС
Использование информации из различных источников, в том числе карт прошлых веков, помогает прослеживать изменения в культурном и природном ландшафте с течением времени. Технические средства ГИС позволяют осуществить привязку карт разного времени друг к другу. Наличие на старой карте объектов, отсутствующих на современной, дает возможность предполагать о погребенных памятниках археологии. Важным вопросом для использования старинных карт является знание их ошибок. В работе проведены оценки точности измерения расстояний на Керченском полуострове для карты Крыма 1817 г. составленной генерал-майором С. А. Мухиным (масштаб 1:168000 - в одном дюйме 4 версты) и карты Военно-топографического депо 1865-1876 гг. (масштаб 1:126000 - в одном дюйме три версты). Полученные результаты используются в создаваемой ГИС по археологии восточного Крыма.
Расскажем о методике выполнения оценок точности на примере карты Мухина. В процессе ранее проведенных исследований нами были определены при помощи системы спутниковой навигации (GPS) координаты большого числа объектов на Керченском полуострове. Это дало возможность осуществить привязку карты Мухина к современной системе координат WGS 84, измерения по которой мы приняли за "правильные". Сравнение градусной координатной сетки на карте Мухина с сеткой для WGS 84 показало, что длина дуги градуса вдоль меридиана у Мухина примерное на 4,5 км меньше "правильного" значения, то есть расстояние вдоль меридиана у Мухина меньше "правильного" примерное на 4%. Длина дуги градуса по широте (на северной широте 45? 30?) на карте Мухина примерное на 3 км больше чем по сетке для WGS 84, то есть расстояние по широте у Мухина на 4 % больше чем "правильное". Поскольку ошибки имеют близкую величину, но разные знаки, можно ожидать, что при измерении расстояний под углами 30-60 градусов к меридиану карта Мухина будет давать значение близкое к "правильному".
Сопоставление координатных сеток характеризует искажение картой масштаба в целом, но не позволяет судить о соблюдении пропорций между изображением отдельных участков местности. Чтобы найти ответ на этот вопрос, было проведено детальное сопоставление карты Мухина с картой Генерального Штаба СССР (ГШ) масштаба 1:100000 в пределах Керченского полуострова. Из числа точек с известными по GPS измерениям координатами, было выбрано 7 точек, однозначно идентифицируемых на обеих картах. Для этих 7 точек мы построили таблицу взаимных расстояний, содержащую 21 элемент, 11 из которых являются независимыми. Далее были сопоставлены значения указанных 11 расстояний определенные при помощи GPS, по карте ГШ и по карте Мухина. Расстояния по карте ГШ во всех случаях совпадали с расстояниями по GPS с разностью не более 100 м. Для карты Мухина получены распределения абсолютных и относительных ошибок измерения расстояний, в том числе отдельно вдоль меридиана и параллели, в зависимости от величины расстояния. Анализ полученных результатов позволяет сделать следующие выводы: для малых расстояний 4-40 км карта Мухина по долготе дает, в среднем меньшее значение, а для измерений по широте большее значение. Хотя усредненная величина относительной ошибки не велика (около 2 %), для отдельного измерения относительная ошибка может достигать величины 10%.
Аналогичные оценки, проведенные для трехверстовой карты 1865-1876 гг., дают усредненную величину относительной ошибки измерения расстояний менее 0,2 %, величины ошибок отдельных измерений до 4%. Ошибка длины дуги градуса по градусной сетке карты менее 0,5%.
Жуковский М.О., Пушкина Т.А.
Использование геоинформационных систем для сбора, хранения, анализа и представления археологической информации
В 2000 г. Смоленской археологической экспедицией был инициирован масштабный проект создания цифрового архива всех имеющихся материалов, наколенных в результате 130 лет полевого и кабинетного изучения Гнездовского комплекса археологических памятников. Архив включает в себя текстовые описания, отчеты о раскопках, послойные и стратиграфические чертежи раскопов, полевые дневники, описи, фотографии и рисунки находок, археологические и топографические планы и схемы различных масштабов, общегеографические и топографические карты, архивные карты и рисунки, данные дистанционного зондирования земной поверхности и т.д. Наиболее эффективным средством для унификации, интеграции, хранения и комплексного анализа разнородного массива таких данных являются географические информационные системы и пространственные реляционные базы данных, позволяющих коррелировать разнородные блоки информации, используя пространственные атрибуты. Доступ в информации призван обеспечить единый централизованный пользовательский портал, обеспечивающий параллельную манипуляцию данными из одной точки. Геоинформационную составляющую системы обеспечивает связка ArcView 3.2. и AutoCAD 2000 Overlay - Land Development Desktop - MAP, блок баз данных - СУБД ACCESS 2000. Доклад посвящен общему описанию проекта, а также более детальному рассмотрению ряда подходов и технологий сбора, цифровой обработки и представления археологической информации. Специально будет рассмотрена разрабатываемая в рамках реализации проекта методика ведения цифровой полевой документации, технология создания цифровых фотопанорам, построения цифровых моделей рельефа.
Требелева Г.В., Горлов Ю.В.
Использование геоинформационных систем в программе по изучению палеогеографии и археологической топографии Сухумской бухты
Современные археологические бумажные карты были важным этапом в изучении и охране археологического наследия. Однако использование их в полевых условиях было затруднено, так как каждая имела собственную форму и содержание. Археологическая карта Абхазии Ю.Н. Воронова - плод его многолетней работы, содержит огромное количество информации. Но ее использование так же трудно, так как в сути своей она картой не является, а представляет собой описание археологического наследия Абхазии, с приложением множества схем памятников различных эпох.
В тоже время археологические памятники данного региона имеют ряд особенностей: идентификация многих памятников проблематична в связи с ландшафтными особенностями региона. Ситуация усугублена последствиями грузино-абхазской войны. В связи с этим, управление охраны памятников республики Абхазии поставила перед археологами задачу создать новую электронную версию археологической карты республики.
Конкретная географическая информация, содержащаяся в традиции, нуждается в очень осторожном подходе. И единственным способом проверки ее достоверности и использования, либо корректировки информации могут быть только палеогеографические изыскания.
Наш коллектив работает по гранту РФФИ № 01-06-80158 "Историческая и палеогеографическая реконструкция Кавказского побережья Черного моря в античную эпоху". В рамках данного проекта археологические и палеогеографические исследования проводились в целом на территории от устья Кубани до Очемчирской бухты. Однако для полигонного исследования оказались пригодными только три района: устье Кубани, Пицундская и Сухумская бухты. Основные работы нашего коллектива были сосредоточены на территории Сухумской бухты и прилегающих мысов. Район устья Кубани в целом был изучен в рамках проекта ТРАП в 1999-2000 гг. Доступ в Пицундскую бухту был затруднен, так как там дислоцируются миротворческие военные силы РФ. Район Очемчиры, тоже очень интересный в археологическом плане, (предположительно там локализуется Гюэнос) и который тоже мог бы служить для полигональных исследований, к сожалению, на сегодняшний день остается не разминированным после грузино-абхазской войны.
В 2001-2002 гг. Черноморской экспедицией Института археологии были проведены геоархеологические разведки, включавшие в себя комплексное обследование археологических памятников, получение точных географических координат GPS. Началось составление археологической базы данных. Система базы данных была разработана специалистами Парижской Высшей школы применения математических и статистических методов при изучении гуманитарных проблем. В данной системе сейчас существует база данных по памятникам Таманского полуострова, созданная в рамках совместного российско-французского Таманского Регионального Археологического Проекта.
В качестве геоосновы используются карты масштаба 1:10000, панхроматическая аэрофотосъемка 60-70 гг. и спектрозональных космоснимок КФ 1000 с разрешением 4 м.
Полученная база данных наносится на карту-проект ГИС, при этом в отдельные темы выделяются памятники различных хронологических рядов. В отношении памятников Сухумской бухты таких тематических слоев пять:
1. Палеолит-неолит
2. Период бронзы
3. VI - I вв. до н.э.
4. I - VI в. н.э.
5. VII -XII в. н.э.
Отдельной темой наносятся места бурений, а на основании полученных результатов создаются полигональные темы регрессий и трансгрессий моря. В отношении Сухумского побережья удалось получить предварительные результаты, позволяющие уточнить масштабы, хронологию и динамику развития фанагорийской регрессии и нимфейской трансгресии, а также установить принципиально разное развитие отдельных участков побережья, в котором отражались их геологические особенности и присутствие рек. Таким образом, появилась возможность нанести отдельным слоем предварительную реконструкцию черноморского побережья Кавказа, для пика фанагорийской регрессии, т.е. примерно на начало VII в. до н.э. и для пика нимфейской трансгрессии, т.е. для периода VI в. н.э.
Удалось нанести на карту 33 и идентифицировать 25 памятников в районе Сухумской бухты. И хотя остается еще проблема локализации известных палеотопонимов и палеогидронимов прикладной результат проведенной работы есть: уже начата разработка охранных мероприятий для локализованных в Сухумской бухте памятников, что очень важно в условиях восстановления курортов на Абхазском побережье.
Довгалев А.А.
3D визуализация при проведении историко-культурных экспертиз
В настоящий момент Геоинформационные системы (ГИС) прошли длительный путь своего развития и в целом прекрасно справляются с поставленными задачами. Однако расширение областей применения компьютерных технологий приводит к возникновению новых прикладных задач, требующих новых методов и подходов. Не обошли эти новые веянья и фундаментальные науки. Не стали исключением и археологические исследования.
При проведении полевых разведывательных работ было принято решение о переходе от двухмерных планов к созданию виртуальной модели местности, которая позволила бы получить более полное представление о территории, нежели "классические" изображения, обеспечили просмотр объектов с любой точки пространства (с высоты птичьего полета, с земной поверхности и т.д.), упростило процесс принятия решений.
Для получения дополнительной информации был проведен анализ имеющихся картографических произведений, изучался современный рельеф местности. Интерпретация последнего, плюс дополнительные тахеометрические съемки места работ послужили материалами для построения цифровой модели рельефа (ЦМР). Причем построение ЦМР проводилось с учетом основных географических закономерностей: кроме горизонтальных отметок высот учитывались реки, отметки урезов воды, характерные перегибы рельефа и др.
Обширные возможности Erdas IMAGINE позволили провести задачу визуализации быстро и эффективно с использованием программного модуля Imagine Virtual Gis.
Созданная трехмерная "теневая" модель местности включает в себя интеграцию разнообразных данных, таких как: растровые и векторные данные, данные космосъемки, 3d модели объектов.
Большим плюсом созданной трехмерной модели является то, что работа ведется не в условной системе координат, а в реальной географической системе.
Все это, в сочетании с мощными средствами визуализации, и возможностью "облета" модели в реальном масштабе времени, широкими возможностями адаптации созданных 3D моделей, существенно повышает качество проектных решений. Более того, появляется возможность оперативного и всестороннего согласования с заказчиком целостной виртуальной модели предполагаемого места работ и тем самым исключение разногласий различного характера на ранних стадиях выполнения работ.
Алексейчук С.Н.
Трехмерная ГИС в археологии
(Методика комплексной реконструкции памятников археологии)Во время всестороннего изучения памятника археологии накапливается масса информации, которую можно разделить на многие виды источников. Такая информация разрознена и не имеет общего направляющего стержня, что затрудняет постополевую обработку этих материалов.
Цель комплексной реконструкции - совмещение в одном источнике максимально большего количества информации различного вида об изучаемом памятнике археологии.
Работы, направленные на разработку методики комплексной реконструкции, были начаты в 1999г. На первом этапе реконструкции были основаны всего лишь на одном источнике - чертежах сооружений (рис.1).
В результате была создана трехмерная модель усадьбы эпохи Золотой Орды (Селитренное городище, раскопки Э.Д. Зиливинской), которая в точности повторяла все архитерктурные особенности объектов. Центральный дом имел четыре основных строительных периода, в течении которых значительные изменения происходили в интерьере помещений, тогда как капитальные несущие стены практически не изменялись. Исходя из этого, сначала была построена модель внешних стен, затем в нее последовательно вставлялись реконструированные внутренние сооружения помещений всех четырех периодов. Таким образом, мы получили четыре модели одного строения, отражающие его состояние в различные этапы существования.
Следующая ступень развития методики была связана с созданием трехмерной модели городища Настасьино (Московская обл., раскопки А.В. Энговатовой) (рис.2). Перед нами стояла задача совмещения двух источников информации. Этими источниками были топоплан дневной поверхности городища и топоплан материка. Предварительно была построена трехмерная модель мыса с находящимся на нем городищем. Затем отдельно был реконструирован материк в раскопанной части памятника. На заключительном этапе эти две модели были совмещены. Таким образом, мы получили реконструкцию представленную на иллюстрации.
В 2001 году были начаты работы по комплексной реконструкции Телль Хазны (Сирия, раскопки Р.М. Мунчаева) Первоначально по высотным отметкам и изолиниям топоплана была построена трехмерная модель самого теля. Затем в модель, в которой предварительно была вырезана соответствующая область, были вставлены вертикальные стратиграфические профили (рис.3). Далее к основному проекту был подключен отдельно созданный чертеж с находками (пока только 16 печатей и их оттисков), который в свою очередь был связан через ключевое поле с внешней базой данных по находкам. С началом работ по Телль Хазне методика перешла на новый этап в своем развитии: от простого графического представления результатов реконструкций к информационной модели, с возможностью анализа подключенных внешних данных.
В дальнейшем планируется подключение других источников информации, таких как аэрофотоснимки, картографический материал и т.д. В результате мы получим многоуровневую геоинформационную модель памятника археологии, которая будет сочетать в себе множество взаимосвязанной графической и текстовой информации.
Итак, подобная комплексная методика реконструкции памятников археологии обладает следующими преимуществами: многоуровневая структура (возможность подключения различных источников информации), открытая архитектура (возможность в любой момент дополнения, изменения и удаления информации), геоинформационная составляющая (взаимосвязанные графические и текстовые данные).
По информативной насыщенности, наглядности, скорости и удобству обработки подобные комплексные реконструкции не имеют себе равных среди других источников.
Гарбузов Г.П.
Проблемы использования данных космического дистанционного зондирования Земли в археологии
Данные космического дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) близки по своим информационным возможностям и технологии анализа к традиционным данным аэрофотосъемки. Отличительные особенности космических данных ДЗЗ - невысокая детальность, большой пространственный охват, многоспектральность и ориентация на цифровые технологии. Эти качества определяют основную область использования общедоступных космических данных ДЗЗ в археологических исследованиях - это поддержка региональных археологических ГИС созданными на их основе пространственными данными: от простых растровых слоев-подложек до тематических векторных слоев, являющихся результатом сложной тематической классификации исходных космических снимков. Уровень возможного взаимодействие с ГИС системой задает объемы и этапы обработки данных ДЗЗ и степень их влияния на содержательную часть археологического проекта. Можно упрощенно представить два варианта участия космических данных ДЗЗ в тематической археологической ГИС. В первом варианте участие ограничивается топографической поддержкой проекта в условиях отсутствия или неполноты картографического материала - немаловажна доступность исходных космических снимков, которые относительно несложно превратить в геокодированные пространственные данные. Технология обработки данных в этом случае сводится к предварительной радиояркостной коррекции изображений и их трансформации по наборам опорных точек. В наиболее последовательном подходе растровое изображение векторизуется с целью создания полноценной векторной карты региона проекта. Во втором варианте используется содержащаяся в многоспектральных (многозональных) космических снимках информация о пространственной распределенности спектральных свойств земной поверхности. Для анализа данных используются, как правило, алгоритмы классификации с обучающими выборками, т.е. выборками тестовых участков поверхности с известными оптическими свойствами. В этом варианте космические данные ДЗЗ служат самостоятельным объективным источником информации, влияющим на результаты проекта в целом. Основная точка соприкосновения здесь - исследование и реконструкция ландшафта (археология ландшафта) и тесно связанная с исследованием ландшафта проблема моделирования пространственного размещения различных типов археологических памятников.
Рукавишников Д.В.
Опыт применения ER Mapper 5.5 в археологии
Комплексный программный пакет ER Mapper компании ER Mapping версии 5.5 активно используется в работах нашего института и в работах ГУП "НАСЛЕДИЕ". Основной аспектом применения ER Mapper является дешифровка аэрофортсъемки для нужд полевой археологии и создание тематических геокодированных векторных карт и ситуационных планов. Эта задача очень важна для современной археологии учитывая повсеместное применение Гео-Информационных Систем (ГИС). Однако современные ГИС, являющиеся в основном западными разработками, и созданные с учетом стандартов и запросов зарубежных стран, мало отвечают требованиям отечественной археологии. Главная проблема на настоящий момент в этой области - это отсутствие подробной и мелкомасштабной геоподосновы. Частичным решением этой проблемы может стать применение ER Mapper для создания подобной подосновы. Разумеется что создать подробную векторную карту на большой регион, например на область, будет затруднительно, но для решения узкоспециализированных вопросов, например в рамках группы памятников ( сеть поселений, могильников) это вполне реально. В качестве источника картографической информации могут выступать как аэрофотосъемка так и оцифрованные изображения бумажных карт. Результат обработки изображений и тематические векторные планы могут быть экспортирован в форматы различных ГИС (MapInfo, ArcInfo) и использованы для решения пространственных задач и работы непосредственно в поле.
Другим аспектом применения ER Mapper является обработка полевых чертежей. Программа позволяет, быстро и просто, автоматически убрать с изображения чертежа фактуру миллиметровки, выдав в результате фактически отбеленный чертеж. Такое изображение становится пригодно как для дальнейшей автоматической или полуавтоматической оцифровки, так и для распечатки в качестве готового чертежа.
Третьим вариантом использования ER Mapper может быть частное применение методики мозаичного алгоритма, который используется в основном для создания цельного покрытия из отдельных, взаимопересекающихся аэрофотоснимков, для склейки как панорамных снимков больших профилей раскопов или курганов, так и отдельных частей чертежей большого формата.
Еще одно частное использование векторной составляющей ER Mapper - создание чертежа профиля по растровому изображению (фотографии ). Это может быть полезно, когда полевые чертежи утеряны либо когда профиль по каким-либо природным причинам невыразителен или непонятен.
Кац М.Я.
Опыт применения магниторазведки при изучении археологических объектов
Научно-производственный центр "Геотехнология" имеет богатый опыт применения геофизических методов при изучении археологических объектов широкого хронологического диапазона и в различных географических условиях. Наиболее производительным, экономичным и информативным методом при этом является магниторазведка.
Традиционно выделяемые при помощи магниторазведки объекты - очаги, печи, гончарные и металлургические горны, валы и рвы, ямы бытового и производственного назначения. Такого рода объекты обнаружены при геофизическом обследовании памятников древнерусского времени на Куликовом поле и в Подмосковье. Магниторазведочные работы при обследовании памятников на Куликовом поле являются планомерными и долгосрочными. На отдельных памятниках магнитной съемкой по сети 1х1м покрыто более 2,5 га. Поскольку при таких масштабных работах количество подъемного материала становится статистически значимым, то появляется возможность совместного анализа данных магниторазведки и результатов сбора подъемного материала. Для такого анализа нами предложено использовать такой параметр как плотность находок. Совместный анализ изолиний плотности находок и изолиний напряженности магнитного поля позволил нам выявить планировку изучаемого поселения.
Работы, проведенные в Египте, на территории древнего Мэмфиса, показали, что в этих географических условиях наблюдается хорошая корреляция данных магниторазведки с микрорельефом, что позволило изучить корреляционные связи и провести районирование территории. Такая же методика была применена при изучении аланской крепости в Кисловодске. Совместный анализ данных магниторазведки и микрорельефа позволили уверенно выделить здесь остатки крепостных стен, очаги и скопление обожженного материала (турлука).
Основываясь на многочисленных раскопах, проведенных по результатам магниторазведки, авторами предложен алгоритм расчета эффективности применения этого метода при археологических изысканиях.
Васильев А.Г., Абрамов А.П., Копейкин В.В., Морозов П.А.
Подводные георадарные археологические исследования
В археологических экспедициях сезона 2000 и 2002 годов были проведены работы по георадарному обследованию дна Таманского залива в районе косы Чушка (Черное море) и побережья Таманского залива. С помощью "подводного георадара" на дне залива под слоем ила и песка были обнаружены фрагменты фундамента стены шириной до 15 метров и ров с южной стороны стены. Размеры стены и рва дали основание для заключения, что сохранившийся в настоящее время Киммерийский вал (в верховьях Таманского залива) и каменный фундамент и ров у южной оконечности косы Чушка - это части одного и того же оборонительного сооружения. По нашему мнению, это та стена и ров, которые защищают полуостров, как написано у Страбона (Strabo, книга XI, глава II.). В докладе будут представлены результаты исследований полученных с помощью технологий георадарного зондирования (сухопутного и морского подводного), космической съемки и классических археологических методов.