Использование ГИС-технологий и ДДЗ для выявления памятников археологии

А. А. Довгалев

ГУП "Наследие", Ставрополь

Сегодня, в обстановке трудно контролируемой человеческой деятельности, перед организациями, которые занимаются выявлением и охраной историко-культурного наследия на федеральном и региональном уровнях, возникает вопрос: каким образом с минимальными затратами сил, в кратчайшие сроки и с максимальной отдачей выявлять и контролировать состояние археологических памятников.

Все это невозможно делать без современных информационных достижений, в частности геоинформационных систем, которые в последнее десятилетие все шире проникают в различные области человеческой деятельности. Не стала исключением и археология.

В археологических исследованиях все более широкое применение находят различные картографические материалы, которые могут различаться масштабными и временными рядами. Поэтому возникает необходимость согласования их между собой, а также использования данных материалов при создании различных геоинформационных систем археологической направленности.

При этом необходимо отметить, что достаточно часто картографические материалы выступают в роли источника географических координат при обработке данных дистанционного зондирования Земли (аэро- и космоснимки, получаемые различными сенсорами). Тем более что материалы аэрокосмосъемок в последние годы (в России) целенаправленно используются для археологических изысканий - позволяют получать объективные данные об объектах. Синтезированные материалы, получаемые в результате анализа ДДЗ за несколько лет, позволяют судить о состоянии сохранности археологических памятников, а также отслеживать динамику природных и антропогенных процессов, способствующих разрушению курганных могильников. Следовательно, очень важно иметь качественную цифровую картографическую основу в растровой форме, на основании которой возможно создание векторных электронных карт, а также проведение трансформации (ортотрансформации) аэрокосмоматериалов [Мельников, Мышляев, 2002].

Для пространственно-геометрического согласования различных источников (разнородных графических материалов, в том числе тех, которые не имеют картографической основы или содержат искаженные очертания объектов) необходимо создание базовой карты - слоя тематической информации, содержащего наиболее типичные для данной местности объекты, которые предназначены для использования в качестве основы, а также для привязки других пространственных данных. Точность базовой карты, по существу, определяет точность всех картографических слоев ГИС, поэтому при создании таких слоев необходимо опираться на картографические источники как можно более крупного масштаба [Балдина, Лабутина, 2002].

В качестве объекта исследования был выбран курганный могильник, расположенный севернее г. Буденновска. При этом для работы были выбраны топографические карты масштаба 1:100000, отображающие состояние местности на 1989 г. и на 1940 г., и аэрофотоматериалы за 1980, 1987 и 2001 гг.

В качестве базового слоя была использована карта масштаба 1:100000, отображающая состояние местности на 1989 г.

Перевод карт в цифровую форму осуществлялся с помощью планшетного сканера формата А3, который позволил отсканировать материалы с перекрытием до 40%, разрешение изображения составило при этом 300 dpi (каждая отсканированная карта состояла из двух частей). С использованием пакета растрово-векторной обработки CorelDraw данные материалы были подвергнуты сшивке и цветовой коррекции.

Затем растровые материалы были конвертированы во внутренний формат пакета программ Erdas IMAGINE. После этого для геокодировки базового слоя была создана матрица преобразования координат, которая содержала координаты более 400 точек, равномерно распределенных по всей поверхности растра. Большинство методов трансформирования растровых изображений предполагает получение набора параметров трансформирования по набору опорных точек. Для проведения подобной операции необходимо получить набор опорных точек в системе координат растра и соответствующей ему набор точек в выбранной системе географических координат, по отношению к которой выполняется трансформирование. При этом рассчитывалась точность геокодировки картографической основы, которая колебалась в ходе выполнения работы от 0,9 до 3-5 м (трансформация производилась полиномом третьей степени). Целью же трансформирования растров являлось устранение ошибок, возникших при нелинейных деформациях основы, на которой отпечатан исходный материал (бумага, пластик и т. д.), и ошибок сканирующего устройства [Демиденко и др., 2002; Вахтанов, 2002].

Затем на основании ректифицированного (пересчитанного) базового слоя была произведена геокодировка топографической карты 1940 г. Опорные точки, содержащие истинные географические координаты, были взяты при этом с растрового базового слоя, причем использовались только те точки, которые однозначно идентифицируются на топографических картах 1989 и 1940 гг. В основном такими точками являлись пункты государственной геодезической сети и перекрестки дорог. Таким образом, по всей топографической карте было набрано около 300 точек.

На основании геокодированных картографических материалов была создана цифровая модель рельефа (ЦМР). Для этого в ручном и полуавтоматическом режимах с данных карт были сняты горизонтали с шагом в 5 м. В англоязычной литературе ЦМР соответствует термину digital elevation model (DEM), который дословно переводится как цифровая модель относительных высот земной поверхности, что достаточно точно определяет суть используемого способа представления моделируемого объекта. ЦМР планировалось использовать при ортотрансформировании аэрофотоснимков.

Для ортотрансформирования аэрофотоматериалов был использован модуль OrthoBASE пакета программ Erdas IMAGINE, который позволил установить математическое соотношение между снимками в проекте, моделью в камере и земной поверхностью, несмотря на то что используемые материалы имели из элементов внутреннего ориентирования только фокусное расстояние камеры (большая часть аэрофотосъемочных материалов, хранящихся в аэрогеодезических предприятиях, за исключением современных снимков, не имеет параметров фотокамер). При этом данный модуль обеспечил комплексное решение для обработки многочисленных снимков одновременно и эффективно, тем более что в работе были использованы различные по масштабу и году залета аэроматериалы, позволившие получить "временные срезы" на 1980, 1987 и 2001 гг. (см. видеоролик), что расширило возможности дешифровки материалов и повысило их информационную ценность.

Созданные ортофотопланы были дешифрированы на предмет наличия археологических объектов и совмещены с данными, полученными с топографических карт. При этом для выявленных объектов были определены зоны отчуждения, связанные с минимальными размерами охранных зон выявленных памятников археологии (курганных могильников), в соответствии с принятыми Министерством культуры Ставропольского края стандартам для охраняемых объектов археологического наследия.

Полученные "временные срезы" расширили возможности выявления памятников археологии, которые были подвергнуты полному или частичному разрушению, причем основная их часть была выявлена только на аэрофотоснимке за 1980 г. (см. видеоролик).

Таким образом, наличие разновременной информации о местности позволяет создавать картографическую продукцию, отражающую не только современное состояние местности, но и ее историю, а возможность предоставлять "временные срезы" является ценной для археологических исследований [Рогачев, 2003].

Обработка старых картографических материалов (архивных данных) совместно с материалами дистанционного зондирования Земли позволяет в кратчайшие сроки находить новые археологические объекты и выявлять подвергшиеся разрушению или же полностью разрушенные. Существует возможность получать географические координаты с высокой долей точности, что неоднократно было проверено при полевых работах. При этом широко использовалась связка GPS-приемника и ноутбука, что позволяло определять географические координаты с точностью от 3 до 5 м, если доплеровское смещение находилось в пределах от единицы до двойки (для работы был использован навигационный GPS-приемник фирмы GARMIN GPS III plus).

Описанный метод совместной обработки картографических материалов и данных дистанционного зондирования Земли обеспечил высокую точность создаваемых карт и ортофотопланов. При этом использованные материалы позволили выявить до 50% новых археологических объектов, подлежащих изучению. Наличие выявленных объектов было подтверждено полевыми работами.

Таким образом, интеграция археологии и ГИС-технологий позволяет в кратчайшие сроки проводить целый ряд работ, связанных с сохранением историко-культурного наследия региона.

 

Литература

Балдина Е.А., Лабутина И.А., 2002. Картографо-аэрокосмическое обеспечение - начальный этап создания локальных ГИС // Информационный бюллетень. № 1-2. назад

Вахтанов А.С., 2002. Обработка растровых изображений при обновлении топографических карт // Геодезия и картография. № 9. назад

Демиденко А.Г., Карась С.И., Григорьев О.В., 2002. Методика повышения точности трансформирования растров // Информационный бюллетень. № 1-2. назад

Мельников А.В., Мышляев В.А., 2002. Геодезическая привязка материалов аэрофотосъемки без геодезических измерений // Геодезия и картография. № 10. назад

Рогачев А.В., 2003. О путях перспективного развития цифровой картографии // Геодезия и картография. № 4. назад