ГИС "Палеолитические памятники Западного Забайкалья" [1]
П. Е. Марнуев
ГОУ ДПО РУНМЦ МЗ РБ, г. Улан-Удэ
Возможности ГИС в археологии. Развитие археологической науки, эволюцию теорий и методов исследования археологических объектов на современном этапе невозможно представить без применения информационных технологий. Комплексное изучение памятников археологии, моделирование и реконструкция палеогеографической среды обитания носителей археологических культур, изучение пространственных взаимосвязей и корреляций с применением геоинформационных технологий можно назвать новой методикой исследования. Актуальность использования географо-информационных систем (ГИС) в археологии определяется тем, что значительная часть обрабатываемой и интерпретируемой археологической информации имеет пространственно-временную привязку и представляется в виде картографического материала.
Одним из результатов археологических исследований является составление археологической карты, фиксирующей распространение археологических объектов на исследуемой территории. Однако ГИС не являются просто компьютерной системой для составления карт, хотя они могут создавать карты в разных масштабах, проекциях и с разнообразной семантикой. ГИС - это аналитический инструмент. Главное преимущество ГИС состоит в их способности определять пространственные связи между объектами карты. ГИС не хранят карты в общепринятом смысле, они не хранят также какое-либо изображение или представление пространства. Вместо этого ГИС хранят данные, с помощью которых можно создать нужное представление, наиболее подходящее для конкретных целей. ГИС связывают пространственные данные с картографической информацией о каждом объекте карты. Эта информация хранится в виде атрибутов или характеристик объекта, представляемого графически [Интернет]. Возможности ГИС позволяют связывать описательную информацию с объектами карты и создавать новые связи, благодаря которым возможно, например, оценить степень воздействия промышленного объекта на окружающую среду, памятники истории и культуры и т.д. [Марнуев, 1999. С. 137].
ГИС позволяют проводить аналитическую обработку данных, а также моделировать реальные события, т.е. осуществлять моделирование и использовать модели для получения картины пространственного прогноза на исследуемой территории. Уникальность ГИС объясняется возможностью объединения слоев - электронных покрытий - любой пространственной принадлежности, что позволяет объединить информацию в единый блок данных. Моделирование палеогеографических условий, пространственный анализ археологических памятников с применением геоинформационных технологий позволяет выявить тенденции распространения археологических объектов и культур. С помощью ГИС возможно проведение пространственного прогноза: исследование территорий распространения памятников и факторов, влияющих на выбор местоположения, прогнозирование получения новых археологических данных на еще не исследованных территориях, основанное на установлении тенденции в расположении памятников.
ГИС эффективно ипользуют как средство мониторинга - наблюдения, постоянного контроля за состоянием археологических памятников и своевременного принятия решений, препятствующих их разрушению; выявления и оценки разрушающих природных и антропогенных факторов и скорости протекающих процессов разрушения. Наиболее адекватным средством решения проблемы является использование моделей пространственного анализа и технологии ГИС, обеспечивающих комплексное картографическое представление, необходимое для принятия решений, в том числе сопоставление модельных решений с реальной ситуацией. К основным задачам мониторинговой системы относится прогнозирование различных изменений окружающей среды, включающей в себя археологические объекты, с последующим их анализом, основанным на результатах пространственных запросов и операций [Марнуев, Андреев, 1998. С. 155-156].
Использование геоинформационных систем является также одной из концепций развития технологии баз данных. ГИС объединяет традиционные операции работы с базами данных, такими как запрос и статистический анализ, с преимуществами полноценной визуализации и пространственного анализа. Эта особенность отличает ГИС от информационных систем и обеспечивает уникальные возможности для ее применения в широком спектре задач, связанных с анализом и моделированием пространственных данных.
Настоящая работа посвящена задачам сбора, систематизации и анализа геоархеологической информации по палеолитическим памятникам Западного Забайкалья с применением новейших компьютерных технологий: баз данных, географических информационных систем, гипертекстовых информационных систем, интернет-технологий и т.д.
Основные задачи ГИС "Палеолитические памятники Западного Забайкалья" включают в себя:
- сбор и систематизацию информации по археологическим объектам;
- разработку геоинфомационного стандарта описания археологических объектов;
- создание и разработку структуры БД по археологическим памятникам Западного Забайкалья;
- создание тематических карт (слоев векторной цифровой карты);
- привязку БД к геоархеологическим объектам на электронной карте, разработку методики полевого картирования, применение GPS-технологий при геопозиционировании археологических объектов;
- сведение в единый каталог данных абсолютного датирования культурных остатков и их вмещающих отложений различными методами (С14, AMS, RTL, дендрохронологии и т.д.), а также методами относительного датирования естественных и гуманитарных наук;
- пространственный анализ археологических объектов (анализ буферных зон и совпадения);
- моделирование и реконструкцию палеогеографической ситуации и путей миграций археологических культур;
- проведение пространственного прогноза: исследование территорий распространения памятников и факторов, влияющих на выбор местоположения, прогнозирование получения новых археологических данных на еще неисследованных территориях, основанное на анализе тенденции расположения объектов.
Структура ГИС. Разработка ГИС "Палеолитические памятники Западного Забайкалья" ведется в соответствии с технологией открытых систем. Это позволяет расширять информационный состав и функциональные возможности системы. На текущем этапе система имеет структуру, схематично представленную на рис. 1.
Основные функциональные блоки системы - инструментальная оболочка геоинформационной системы, СУБД и БД (картографическая, атрибутивная, внешняя).
Инструментальная оболочка ГИС является центральным блоком системы. Она функционально связана со всеми другими блоками и инициирует обращение к ним в процессе решения разнообразных задач. ГИС поддерживает интерфейс с пользователем на основе меню и рабочих окон. Основные функции ГИС - визуализация картографической информации и анализ семантической (атрибутивной) информации, имеющей пространственную привязку.
Система управления базами данных (СУБД) позволяет получить доступ для пополнения и редакции информации в базах данных (БД), а также выполнить запросы и получить аналитические выборки с иллюстрацией в виде диаграмм или графиков. Такие запросы могут выполняться как непосредственно при обращении пользователя к базам данных, так и через геоинформационную систему с визуализацией на карте. Остальные блоки системы - информационные.
Основные базы данных представляют блок первичной информации, полученной из разных источников. Важным элементом системы является блок электронных карт, который представляет собой картографическую БД. Система содержит несколько слоев из различных картографических моделей. В создаваемой ГИС используется векторная карта Бурятии, Иркутской и Читинской областей, полученная в результате оцифровки (векторизации с помощью пакета Easy Trace). Растровые слои используются в качестве иллюстративной подложки.
В рамках проекта ГИС "Палеолит Северной Азии" в секторе археологический теории информатики Института Археологии и Этнографии СО РАН (Новосибирск) созданы базы данных по основным геоархеологическим объектам Сибири. Разработка структуры базы данных основана на геоинформационном стандарте описания геоархеологических объектов [Марнуев, 2003. С. 64-65]. За основу стандарта описания принят научный паспорт памятников истории и культуры РФ (рис. 2).
Поля основной БД представляются в следующем порядке:
1. НОМЕР
1.1. код памятника (уникальный номер объекта)2. НАЗВАНИЕ
2.1. название на английском языке
2.2. второе название3. ТИП ПАМЯТНИКА (классификатор 1)
4. ЭПОХА (классификатор 2)
5. ДАТИРОВКИ
6. ИССЛЕДОВАТЕЛИ (классификатор 3)
7. ГОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
8. МЕСТОПОЛОЖЕНИЕ
8.1. субъект Федерации (классификатор 4)
8.2. административный район (классификатор 5)
8.3. населенный пункт
8.4. координаты памятника (широта и долгота)9. ГЕОМОРФОЛОГИЯ (классификатор 6)
10. СТРАТИГРАФИЯ
11. ОСНОВНЫЕ НАХОДКИ
12. МЕСТО ХРАНЕНИЯ НАХОДОК (классификатор 7)
13. МОНИТОРИНГ
13.1. паспортизация (номер, дата, организация, фамилия)
13.2. состояние памятника (естественное, геоэкологическое, антропогенное)
13.3. охранные зоны (дата, номер, организация, автор проекта)
13.4. характер современного использования
13.5. характер обследования
13.6. система и категория охраны14. ЛИТЕРАТУРА
15. ПРИЛОЖЕНИЯ (фотографии, видео, рисунки)
Данная структура реализована в современных СУБД: электронной таблице настольных ГИС компании ESRI ArcView 3.2. и реляционной СУБД Oracle. Соединение с внешней базой данной возможно функцией SQL-соединения в программе ArcView. По результатам анализов естественных наук (палеопедологии, палеонтологии, палинологии и т.д.) созданы гипертекстовые страницы (*.xml, *.htm).
Предварительное районирование геоархеологических объектов Западного Забайкалья. На развитие палеогеографических обстановок оказало влияние своеобразие географического местонахождения Западного Забайкалья. Расположение этого региона в глубине обширного Азиатского материка, отдаленность и отгороженность хребтами от океанических влияний, обусловили несколько иную климатическую и палеогеографическую картину, чем в соседних областях [Базаров и др., 1982. С. 164]. На основании результатов пространственного геоинформационного анализа представляется возможным выделить основные зоны распространения палеолитических памятников на территории исследования (рис. 3) [Интернет].
1 зона - Селенгинская. Высокая плотность памятников Селенгинской впадины связана с благоприятными палеогеографическими условиями в древности и длительными постоянными исследованиями. Основной район распространения археологических памятников совпадает с ареалами ландшафтных районов, характеризующихся центрально-азиатскими фациями степных межгорных впадин байкальского и забайкальского типов: в основном это террасы и шлейфы с карагано-крупнозлаковыми степями с включением в прибрежных частях речных долин ивняково-луговых и лугово-кустарниковых долинных типов [Лбова, Хамзина, 1999].
В пределах Селенгинской зоны локализованы следующие объекты палеолитического времени: Зарубино, Ивашка, "314", Дюрбены, Крыжевский пост (пункт 1-3), Херексурин-Ури, Няньги 1, Няньги 2, Номохоново, Ара-Цзокуй, Новоселенгинск (пункт 1-4), Усть-Белая, Усть-Темник, Чикойская стрелка, Зуй, Сутой (Суслово), Березовая, Ганзурино, Кокорино, Жиримская, Караванка, Забочка 2, Ошурково, Гремячий, Каштак, Усть-Итанца, Мандрык, Засухино, Фофаново (пункт 1-3). Надо отметить, что в Селенгинскую зону распространения геоархеологических объектов попадает Усть-Итанцинский геоархеологический район (ГАР).
Геоинформационный анализ (анализ буферных зон палеолитических стоянок, анализ буферных зон речной сети, анализ совпадения буферных зон) выделил Чикойскую зону, состоящую из следующих памятников: Мыльниково, Поворот, Береговая (пункт 1, 2), Дурены, Хара-Бусун, Кудара-Сомон, Подзвонкая, Тургень, Сухая Падь, Усть-Менза (пункт 1-5), Студеное (пункт 1, 2), Читкан, Фомичево.
Хилокская зона - палеолитические объекты приурочены к речной сети Хилка. Она включает Баин, Усть-Сахюрта, Падь Кирпичная, Шара-Горхон, Верхний Мангиртуй, "589", Базино (пункт 1, 2), Заречье 2, Ильмовая, Кукун, Куналей, Куналейский мост, Пойменная, Окино, Ключи (пункт 1, 2), Горки, Халяша. В пределах Хилокской зоны расположен Алтачейский ГАР.
Джидинско-Белоозерская зона состоит из следующих памятников каменного века: Белоозерск, Боргой Сельгер, Каменный Ключ, Большой Сельгер, Малый Сельгер, Дэдэ-Ичетуй. Все объекты (кроме Дэдэ-Ичетуй) локализованы в Сельгерском ГАР.
Удинская зона включает в себя Онинский и Брянский геоархеологический районы, в которых располагаются такие памятники как Хотогой-Хабсагай, Хотык, Барун-Алан, Хэнгэр-Тын, Санный мыс, Мухор-Тала (пункт 1-8), Варварина гора, Каменка 1.
Геоинформационный анализ Удинской зоны распространения памятников палеолита. Одним из распространенных методов в научном исследовании является пространственный анализ. Конечным результатом использования данного метода является карта. Данные, накапливаемые человечеством о реальных объектах и событиях нашего мира, в той или иной мере содержат так называемую "пространственную" составляющую.
Экспедиционные исследования опорных геоархеологических объектов на изучаемой территории проводятся с 1997 г. Ряд интеграционных проектов позволил получить результаты по археологии, палеогеографии, геологии, педологии и других комплексных дисциплин.
Геоинформационный анализ выделил участки и пути возможных миграций носителей древних культур (рис. 4). Основными методами использованного авторами геоинформационного анализа является анализ близости и наложения. Одним из примеров проксимального анализа (анализа близости) является визуализация типов стоянок на исследуемой территории (рис. 5). Следует отметить, что изменение мобильности и поселенческой специфики напрямую зависит от жизнеобеспечивающих стратегий носителей археологических культур. К ним относятся: привлечение удаленного и экзотического сырья, специализированная охота, сезонность и интенсификация использования ресурсов, выбор одного и того же места для стоянки, система обмена на дальних расстояниях, групповая и индивидуальная самоидентификация на основе стиля артефактов, структурированное использование пространства стоянок [McBrearty, Brooks, 2000. P. 453-563].
Предварительные результаты исследования позволяют выделить следующие тенденции распространения памятников палеолитического времени: приуроченность геоархеологических объектов, прежде всего стоянок палеолитического времени, к речным долинам и южным склонам горных массивов с небольшим удалением от источников сырьевой базы. Развитие методики пространственного анализа на основе геоинформационных технологий и анализ геоморфологической и гипсометрической ситуации позволят прогнозировать зоны перспективного археологического поиска.
Основные проблемы применения ГИС-технологий в археологии. Теоретически ГИС кажутся инструментом, необходимым для объединения картографических основ и широкого диапазона тематической нагрузки. Практически же существует ряд проблем, основные из которых представляются следующими.
Одно из ограничений широкого распространения ГИС - труднодоступность данных. Пространственные модели стоят довольно дорого. Основным источником данных для большинства ГИС-проектов являются существующие карты, которые должны быть отсканированы или иным путем преобразованы в цифровой формат. Одной из серьезных проблем является качество цифровых карт, которое складывается из показателей информативности, точности, полноты, корректности внутренней структуры. Нужно отметить, что качество ГИС зависит напрямую от качества основы - цифровой карты, качественных же крупномасштабных карт пока очень мало. Соответственно полноценных ГИС, основанных на топологической информации, позволяющей проводить пространственный анализ и моделирование также немного.
Другой проблемой при составлении археологических карт является проблема точной географической привязки археологического объекта. Наиболее точная привязка возможна при использовании точной геодезической основы с тщательной топографической съемкой местности, а также применением GPS-технологий. ГИС-технологии предусматривают использование для ввода и обновления информации электронные средства геодезии и системы глобального спутникового позицирования (GPS, ГЛОНАСС).
Процесс создания тематических картографических моделей ГИС требует преодоления следующего ряда сложностей:
- отсутствия классификация объектов картирования;
- неразработанности принципов составления легенд геоархеологических карт;
- неопределенности способов нанесения картируемых объектов на карты разного масштаба;
- нечеткости в иерархии понятий геоархеологического районирования;
- отсутствия методики проведения геоархеологических съемок.
Представляется актуальной следующая формулировка проблем картосоставления в археологии, с учетом специфики тематической нагрузки:
- выработка единой методики сбора материалов картирования;
- формализация и унификация описательной части (каталог памятников рассматривается как открытый классификатор), дающие возможность создания информационных поисковых систем и развития баз и банков данных;
- выработка единых принципов преобразования археологического материала в систему картографического изображения, разработка легенды карты [Лбова, Хамзина, 1999].
Отсутствие точных географических привязок в археологической литературе, точных датировок памятников и их типологий, связанных с недостаточной формализацией языка исследователей, относятся к основным проблемам при картировании археологических памятников и дальнейшем их анализе.
Заключение. Использование ГИС не является лишь наглядным методом отражения результатов изучения того или иного вопроса. Это особый вид научного исследования, позволяющий не только фиксировать распространенность явлений, но и ставить перед учеными новые проблемы, связывая изучаемый предмет с социально-экономическими, хронологическими, географическими факторами. Комплексное использование различных данных в ГИС создает возможности интеграционного применения методов гуманитарных и естественных наук. Возможность формализовать содержание и процедуру научного исследования, парадигма комплексного палеоэкологического подхода к изучению древних культур позволяют говорить и о перспективности методики использования принципов геоинформационных систем в археологических исследованиях.
Дальнейшая разработка методологии и методики геоинформационных исследований геоархеологических объектов позволит ученому создавать палеогеографические и адаптационные модели. Возможности геоинформационных технологий и технологий БД позволяют современному исследователю изучать и охранять памятники археологии на качественно новом уровне. Моделирование палеогеографических условий, пространственный анализ палеолитических памятников с применением геоинформационных технологий позволяют выявить тенденции распространения археологических объектов и культур. Создание полноценной БД дает возможность объединить различного рода информацию в единую систему.
На современном этапе камеральную обработку археологического материала, в большинстве случаев, обеспечивают компьютерные технологии, в то же время в полевых, экспедиционных условиях используются традиционные методы фиксации и описания археологических памятников и их картирования. Создание на основе современной геоинфомационной технологии надежного методического аппарата, позволяющего хранить и накапливать большие объемы пространственных данных, анализировать их, проводить геоархеологический мониторинг, отвечать на запросы пользователя и оперативно выдавать информацию в любой форме - задачи, актуальные для любого научного исследования.
Примечания
[1] При поддержке проектов РФФИ "Модели адаптации древнего человека (материалы геоархеологических объектов Забайкалья)" и "Природная зональность и модели адаптации человека в каменном веке в зоне Байкальского рифта", № 04-06-80403. назад
Литература
Базаров Д.-Д.Б., Константинов М.В., Иметхенов А.Б., Базарова Л.Д., Савинова В В. и др., 1982. Геология и культура древних поселений юго-западного Забайкалья. Новосибирск. назад
Лбова Л.В., Хамзина Е.А., 1999. Древности Бурятии (карта археологических памятников). Улан-Удэ. назад
Марнуев П.Е., 1999. ГИС как средство геоархеологического мониторинга // Молодая археология и этнология Сибири. Тез. докл. XXXIX РАЭСК. Часть 2. Чита. назад
Марнуев П.Е., 2003. Концепция базы данных ГИС "Палеолит Северной Азии" // Культура Сибири и сопредельных территорий в прошлом и настоящем (Материалы Всероссийской 43-й археолого-этнографической конференции молодых ученых). Томск. назад
Марнуев П.Е., Андреев С.Г., 1998. Основные проблемы применения ГИС-технологий в археологии // Студент и научно-технический прогресс. Тез. докл. Новосибирск. назад
McBrearty S., Brooks A., 2000. The revolution that wasn't: a new interpretation of the origin of modern human behavior // Journal of Human Evolution. Vol. 5. № 39. назад