Государственного музея-заповедника «Куликово поле»

БПЛА (UAV) и археология. Впервые аэровизуальные наблюдения с воздухоплавательных аппаратов стали использоваться в России и за рубежом в последней трети XIX в. [Сердюков и др., 1987. С. 6]. Быстрое развитие авиации в начале XX в. дало возможность использовать ее для воздушного фотографирования. С этого времени процесс фотографирования земной поверхности с самолета стал называться аэрофотосъемкой, результаты которой постепенно стали привлекаться и в археологических исследованиях. В последние десятилетия в российской археологии значительно вырос объем работ, опирающихся на данные дистанционного зондирования земли и методы геоинформатики.

С наименьшими затратами и в короткие сроки детальные снимки с воздуха могут быть получены с беспилотных летательных аппаратов (БПЛА, англ. UAV - Unmanned Aerial Vehicle), применение которых с начала 1960-х гг. распространилось и на гражданский сектор [Иноземцев, 2013. С. 50; Суворов и др., 2013. С. 45-49].

Применение БПЛА в археологии находится в настоящее время на стадии своего становления [Orlando,Villa, 2011; Nilsson, 2013; Fallavollita et al., 2013]. Археологи в своей работе используют радиоуправляемые модели, дирижабли, аэростаты [Рукавишников, 2005] или мотодельтапланы [Тевелев, 2003; 2004]. Сложность использования БПЛА, не только в археологии, связана с нерешенностью вопроса использования воздушного пространства, выделением частотного диапазона для управления БПЛА и многими другими проблемами [Трубников, 2008].

Тем не менее, снимки с БПЛА становятся альтернативой другим средствам дистанционного зондирования земли, в том числе космическим снимкам. Актуальность существующих данных космосъемки для отдельных территорий не всегда на высоком уровне. Данные классической аэрофотосъемки и воздушного лазерного сканирования точны, но процедура их получения достаточна затратная.

Применение БПЛА в качестве надежного, относительно недорогого инструмента для документации и мониторинга археологических раскопок в онлайн-режиме приобретает, таким образом, все больше сторонников [Sauerbier, Eisenbeiss, 2010].

Появляется возможность периодической съемки памятников в процессе археологических исследований. На новый уровень выходят разработка приложений для анализа снимков с БПЛА [Esposito et al., 2013; Siebert, Teizer, 2014] и создание специальных стереокамер для получения фотографий, которые можно успешно использовать для создания цифровых моделей рельефа (ЦМР), ортофотопланов или 3D-реконструкций и визуализаций раскопанных памятников [Haubeck, Prinz, 2013]. Для удешевления производства БПЛА начинают производить посредством печати на 3D принтере [Gannon, 2014].

Мировой опыт знает немало успешных примеров применения беспилотных летательных аппаратов в археологических исследованиях. Благодаря фотограмметрической съемке археологических раскопок Химера в Сицилии [Brutto et al., 2012] и римской виллы в Аквилее (Северная Италия) [Rinaudo et al., 2012] с помощью систем БПЛА были получены ортофотопланы раскопок с очень высоким разрешением. В окрестностях с. Мирково (Софийская область, Болгария) посредством использования микро-БПЛА была сделана серия высокоточных снимков, которые позволили изучить особенности расположения памятников археологии в контексте рельефа местности, почв и растительности, а также осуществить прогнозирование обнаружения новых памятников археологии [King et al., 2013] и провести детальный мониторинг археологических объектов региона.

При помощи БПЛА был осуществлен мониторинг и анализ городской застройки средневекового города Мерв (Южный Туркменистан) на Шелковом пути в Центральной Азии [Williams, 2011-2012].

В Северном Нью-Мексико применение дронов было задействовано в окрестностях Хемез в долине Национального парка Санта Фе на базе археологических памятников времени предков пуэбло. В результате были получены высокоточные топографические карты и созданы цифровые модели рельефа [Liebman et al., 2013].

В рамках проекта по изучению геоглифов Наска-Пальпа на южном побережье Перу была использована автономная модель вертолета, чтобы сделать серию фотограмметрических снимков и создать 3D-модель участка окружающей местности [Eisenbeiss et al., 2005]. В данном направлении были сосредоточены работы и в долине Тасна на юго-востоке Швейцарии, которые увенчались созданием “Plan da Mattun” [Novák et al., 2012].

В Саудовской Аравии БПЛА использовались для лазерного сканирования древних руин Дедана и построения их 3D-модели [Smith et al., 2014]. Подобные работы были проведены в археологической зоне древнего города Аугуста Багиеннорум (Северная Италия) [Bendea et al., 2007] и при исследовании города Чамартин (Авила, Испания) [Muñoz-Nieto et al., 2014]. Применение БПЛА во всех случаях было особенно актуально отчасти в связи с труднодоступностью мест, а также обилием каменной архитектуры.

В ходе применения БПЛА при археологических раскопках на острове Комачина (озере Комо в Ломбардии) были использованы данные тепловых изображений для анализа погребенных структур [Brumana et al., 2013]. Аналогичная работа была проделана в отдаленном районе северо-западного Нью-Мексико, к югу от Каньона Чако – культурного и религиозного центра древнего сообщества пуэбло (область Блю Джэй). Беспилотник, оборудованный термочувствительной камерой, использовался для поиска церемониальных ям (кивы), которые не выявляются с поверхности [Casanaa et al., 2014].

Перспектива использования БПЛА, оснащенных тепловизорами, становится особенно актуальной в регионах с засушливой средой, где различие между дневными и ночными температурами достаточно большое, чтобы тепловые следы захороненных каменных структур или других конструкций проявлялись на изображениях [Poirier et al., 2013].

В южной части штата Юта в США беспилотный летательный аппарат сумел обнаружить 20 неизвестных ранее петроглифов. Наскальные рисунки находятся на труднодоступном для исследователей уступе высокой стены каньона. Изображения были сделаны представителями культуры анасази. Возраст их составляет 2-3 тыс. лет [Griffiths, 2014].

В Казахстане археологи Центра археолого-этнологических исследований Павлодарского государственного педагогического института используют беспилотники (разработчик ОКБ «Малые беспилотные аппараты» - комплекс ПП-45) для высокоточного картографирования местности и создания трехмерной модели раскопок, проводимых в учебных целях [Интернет].

В сезонах 2011-2012 гг. сотрудниками «Лаборатории автоматизации геодезических и фотограмметрических работ», учеными Омского государственного университета и специалистами «Опытно-конструкторского бюро малые беспилотные аппараты» были выполнены работы по апробации технологии геодезического сопровождения археологических исследований с применением БПЛА при исследовании некрополя саргатской культуры в районе с. Ново-Оболонь Горьковского района Омской области [Быков и др., 2013; Орлов и др., 2012].

В полевой сезон 2014 г. сотрудниками Алтайского государственного заповедника были проведены съемки с воздуха нескольких археологических памятников – магистрального канала ирригационной системы в урочище Бильгебаш, археологического комплекса Кур Кечу, Яломанского городища, а также «царского» кургана Сентелек. Одной из задач исследователей было проведение съемок различных типов археологических объектов для последующего выявления их дешифровочных признаков на местности [Смирнов, Акимова, 2014].

Работы по использованию мультироторного летательного аппарата, управляемого дистанционно, для выполнения маловысотной и сверхмаловысотной аэрофотосъемки в ходе проведения археологических исследований, в том числе при раскопках античного города Фанагория, в последние годы успешно проводятся М.О. Жуковским [Жуковский, 2015. С. 17].

История дистанционного изучения «Куликова поля». Дистанционное обследование и изучение археологических и природных объектов на территории музея-заповедника «Куликово поле» (рис. 1) имеет давнюю историю. Оно было начато А.Н. Наумовым в 2001 г. с привлечением специалистов геологического факультета МГУ под руководством А. Дунц и А. Домородовой. Главная задача исследований сводилась к получению таких материалов дистанционного зондирования, которые позволили бы выявить места массовых захоронений участников Куликовской битвы 1380 г. Для решения поставленных задач за основу был взят аэрометод. С легкого самолета Ан-2, по согласованию с Генеральным штабом и Московским зональным центром, сотрудники геологического факультета МГУ выполнили цифровую аэросъемку Куликова поля [Дунц, Домородова, 2001. Л. 2-6]. В качестве основного вида съемки была выбрана плановая маршрутная аэрофотосъемка отдельных прототипов захоронений с высоты 600 и 1000 м – пять изученных грунтовых могильников – Федоровка, Бучалки, Исаковские Выселки, Устье и Монастырщино. Плановую площадную съемку поля битвы намечалось выполнить с высоты 1000 м, а плановую выборочную съемку – с высоты 200 м. Но с сокращением программы вся съемка выполнялась только с высоты 1000 м.

Работы по дистанционному зондированию Куликова поля были продолжены в 2003 г. Главной целью исследований стало изучение более мелких объектов на территории Куликова поля от с. Монастырщино до д. Даниловка. В качестве аэроносителя был выбран мотодельтаплан (дельталет) «Поиск-06А», к основным преимуществам которого отнесли невысокие крейсерские скорости (60-100 км/ч) и приемлемую стоимость летных работ (рис. 2, 3, 4). Для повышения информативности снимков плановая площадная аэрофотосъемка выполнялась с высоты 500 м [Тевелев, 2003. Л. 2-3].

В 2004 г. в рамках продолжения работ, начатых в предыдущей год, объектами дистанционного исследования с применением мотодельтаплана «Поиск-06А» стали:

В качестве основного метода дистанционного исследования была определена перспективная и плановая крупномасштабная цифровая аэрофотосъемка [Тевелев, 2004. Л. 2]. По результатам работ было изготовлено шесть монтажей на центральную часть Куликова поля и один сверхмонтаж из них (рис. 11). Также были изготовлены четыре панорамы объекта «Устье» (рис. 10).

С 2005 г. приоритетной целью исследований стала подготовка материалов дистанционного зондирования Куликова поля для создания ГИС на территорию музея-заповедника. В рамках этой работы материалы площадной аэрофотосъемки на территорию Куликова поля были скоординированы с геоподосновой и изготовлена фотокарта из этих материалов для отслеживания изменений, происходящих с ландшафтом поля битвы и отдельных его элементов [Информационный отчет, 2005].

Новый этап по дистанционному исследованию-мониторингу памятников археологии Тульской области в целом и достопримечательного места «Поле Куликовской битвы» связан с использованием комплекса БПЛА самолетного типа ZALA 421-08 (рис. 12). Презентация беспилотного самолета ZALA 421-08 или "Бойца", как называют его сами разработчики, состоялась на нижнетагильской выставке летом 2006 г.

Работы были начаты в 2014 г. сотрудниками Тульской археологической экспедиции музея-заповедника «Куликово поле» - Е.В. Столяровым, А.Е. Кардашем, М.Б. Коноревым [1]. В распоряжении музея-заповедника имеется два самолета, оснащенные фото- и видеокамерой.

Комплекс БПЛА ZALA 421-08 – легкоуправляемый беспилотный летательный аппарат, который эффективен в проведении воздушной фотосъемки и видеомониторинга на удалении до 15-20 км в широком диапазоне метеоусловий. Он получает и передает в режиме реального времени качественную фото- и видеоинформацию, обеспечивает определение координат объектов наблюдения. Малые габариты аппарата позволяют подготовить комплекс к эксплуатации за пять минут. Легкость аппарата позволяет (при соответствующей подготовке) осуществлять запуск «с рук» - без использования катапульты. Это делает его незаменимым при решении задач, требующих скрытого присутствия, что особенно важно при обеспечении безопасности – охраны и мониторинга различных историко-культурных объектов (Видеоролик 1).

Целевые нагрузки на электромагнитном подвесе и система корреляции позволяют самолету осуществлять наблюдение за статичными и подвижными объектами в автоматическом режиме.

Беспилотный летательный аппарат разработан по аэродинамической схеме «летающее крыло» и состоит из планера с системой автоматического управления (автопилотом), органов управления и силовой установки, бортовой системы питания, системы посадки на парашюте и съемных блоков целевой нагрузки. Запуск самолета осуществляется «с рук» (удерживая аппарат за корпус), взлет осуществляется при помощи эластичной катапульты. Посадка совершается на парашюте. Для того, чтобы самолет не терялся в позднее время суток, на него дополнительно устанавливаются светодиоды низкого энергопотребления.

Перспективы использования БПЛА в археологических исследованиях музея-заповедника «Куликово поле». Главное предназначение комплекса в рамках дистанционного изучения территории Куликова поля состоит в следующем:

Первые пробные полеты осенью 2014 г. над Тульской областью, в зонах полета МЧС [37], позволили не только получить подробные фотографии современного состояния городищ у д. Торхово, Супруты, Селиваново, поселений и могильников (рис. 13, 14, 15), но и выявить факт их грабительских раскопок с применением металлодетектеров (рис. 16; Видеоролик 2). В полевой сезон 2015 г. был осуществлен мониторинг памятников на территории Достопримечательного места «Поле Куликовской битвы» - Устьинский археологический комплекс.

Как показывает опыт работы с БПЛА самолетного типа Zala 421-08, данная модель прекрасно подходит для мониторинга больших по площади и протяженности объектов. Осуществлять детальную аэрофотосъемку объектов при помощи данного типа БПЛА затруднительно, ввиду того, что он не имеет возможностей “зависать” над объектом, опускаться до сверхмалых высот (от 10 до 40 м), которые необходимы при этом типе работ. Трек полета напрямую зависит от метеоусловий – облет точки становится затруднительным даже при скорости ветра в 3-4 м/с. Детальную аэрофотосъемку в этом случае лучше и удобнее производить БПЛА вертолетного типа.

В перспективе, в рамках дистанционного изучения, мониторинга (совместно с сотрудниками УМВД России по Тульской области) и поиска археологических памятников на территории Тульской области в целом и Достопримечательного места «Поле Куликовской битвы» планируется расширение зон полетов БПЛА.

Литература

Быков А.Л., Костюк А.С., Быков В.Л., Быков Л.В., Татаурова Л.В., Орлов П.В., Погарский П.М., 2013. Применение материалов аэрофотосъемки с беспилотного летательного аппарата для картографического обеспечения археологических работ // Интерэкспо Гео-Сибирь. Т. 4. № 1. С. 139-144. назад

Дунц А., Домородова А., 2001. Отчет «Разработка технологии цифровых аэросъемок в целях дистанционного обследования и изучения археологических и природных объектов на территории музея-заповедника «Куликово поле» // Архив ГМЗКП. № 2001/8. назад

Жуковский М.О., 2015. Применение мультироторных БПЛА в полевых археологических исследованиях // Археология и геоинформатика. Вторая Международная конференция. Тезисы докладов / Отв. ред. Д.С. Коробов. М.: ИА РАН. С. 17. назад

Иноземцев Д.П., 2013. Беспилотные летательные аппараты: теория и практика. Часть 1. Обзор технических средств // Аппараты: теория и практика. № 2 (49). С. 50-54. назад

Информационный отчет, 2005. Мониторинг территории Куликова поля (с использованием аэрофотосъемки). Куркинский и Кимовский районы Тульской области //Архив ГМЗКП. № 2005/5. назад

Орлов П.В., Татаурова Л.В., Быков Л.В., Лашов М.В., 2012. Использование инновационных технологий при построении ландшафтных моделей археологических памятников // Аппараты: теория и практика. № 4 (47). С. 76-80. назад

Рукавишников Д.В., 2005. Применение газонаполняемого аэростата для проведения локальной крупномасштабной аэрофотосъемки // Археология и геоинформатика / Отв. ред. Д.С. Коробов. Вып. 2. [Электронный ресурс]. М.: ИА РАН (CD-ROM). назад

Сердюков В.М., Патыченко Г.А., Синельников Д.А., 1987. Аэрокосмические методы географических исследований. Киев: Вища школа. 222 с. назад

Смирнов В.В., Акимова Т.А., 2014. Опыт применения малых беспилотных аппаратов в археологических целях // Известия Алтайского отделения Русского географического общества. Вып. 35. С. 114-117. назад

Суворов А.К., Лазутин В.А., Вахтанов А.С., 2013. Отображение и анализ рельефа по данным цифровой беспилотной аэросъемки // Геопрофи. № 4. С. 45-49. назад

Тевелев А.В., 2003. Информационный отчет о научно-исследовательских работах по теме «Разработка технологии дистанционного обследования исторических и природных объектов на территории музея-заповедника «Куликово поле» с применением методов цифровой аэросъемки» в 2003 г. // Архив ГМЗКП. № 2003/14. назад

Тевелев А.В., 2004. Информационный отчет о научно-исследовательских работах по теме «Дистанционные исследования исторических и природных объектов Государственного военно-исторического и природного заповедника «Куликово поле» с применением легких аэроносителей // Архив ГМЗКП. № 2004/5. назад

Bendea H., Chiabrando F., Tonolo F. G., Marenchino D., 2007. Mapping of archeological areas using a low-cost UAV the Augusta Bagiennorum test site // XXI International CIPA Symposium, 01-06 October 2007, Athens, Greece. P. 117-122. назад

Brumana R., Oreni D., Hecke L. Van, Barazzetti L., Previtali M., Roncoroni F., Valente R., 2013. Combined geometric and thermal analysis from UAV platforms for archaeological heritage documentation // ISPRS Annals of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, Volume II-5/W1, 2013. XXIV International CIPA Symposium, 2-6 September 2013, Strasbourg, France. P. 49-54. назад

Brutto M. Lo, Borruso A., D’Argenio A., 2012. UAV Systems for Photogrammetric Data Acquisition of archeological Sites // Progress in Cultural Heritage Preservation. 4th International Conference, EuroMed 2012, Lemessos, Cyprus, October 29 – November 3, 2012, Proceedings / Ed. by M. Ioannides, D. Fritsch, J. Leissner, R. Davies, F. Remondino, R. Caffo. Berlin; Heidelberg: Springer. 2012. P. 7-13. назад

Eisenbeiss H., Lambers K, Sauerbier M., Li Zh., 2005. Photogrammetric Documentation of an archeological Site (Palpa, Peru) using an autonomous model Helicopter // Proceedings of the XX. International Symposium CIPA 2005 / Ed. by S. Dequal. Turin: CIPA. P. 238-243. назад

Esposito S., Fallavollita P., Melis M. G., Balsi M., Jankowski S., 2013. UAS Imaging for Archaeological Survey and Documentation // Procееding of SPIE Vol. 8903. Photonics Applications in Astronomy, Communications, Industry, and High-Energy Physics Experiments. 7 p. назад

Fallavollita P., Balsi M., Esposito S., Melis M. G., Milanese M., Zappino Luca., 2013. UAS for archeology. New perspectives on aerial documentation // International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, Volume XL-1/W2. UAV-g2013, 4-6 September 2013, Rostock, Germany. P. 131-135. назад

Haubeck K., Prinz T., 2013. A UAV-Based low-cost stereo camera system for archeological surveys – experiences from doliche (Turkey) // International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, Vol. XL-1/W2UAV-g2013, 4-6 September 2013, Rostock, Germany. P. 195-200. назад

King H.M., Entwistle J.A., Chapman J.C., Dumanov B.Y., King N., 2013. Practical considerations, workflow protocol, and research prospects of micro-UAVs: Uncovering the Upland Zone Archaeological Heritage of the Mirkovo Basin, Bulgaria // SAS Bulletin. Newsletter of the Society for Archaeological Sciences. Vol. 36. No. 4. P. 2-5. назад

Liebman M., Walker Ch., Sturm J., 2013. Mapping Archaeological Sites Using an Unmanned Aerial Vehicle // NewsMAC. Newsletter of the New Mexico Archeological Council. Vol. 1. P. 8-10. назад

Muñoz-Nieto A.L., Rodríguez-Gonzálvez P., González-Aguilera D., Fernández-Hernández J., Gómez-Lahoz J., Picón-Cabrera I., Herrero-Pascual J.S., Hernández-López D., 2014. UAV Archaeological reconstruction: the study case of Chamartin Hillfort (Avila, Spain) // ISPRS Annals of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, Vol. II-5. ISPRS Technical Commission V Symposium, 23-25 June 2014, Riva del Garda, Italy. P. 259-265. назад

Nilsson D., 2013. The usage of unmanned aerial vehicles and their prospects in Archaeology. Lund: Lund University. 44 p. назад

Novák D., Tokarczyk P., Theiler P.W., 2012. Modeling of the «Plan da Mattun» archeological Site using a combination of Different Sensors // XXII ISPRS Congress, Technical Commission VI (Vol. XXXIX-B6) 25 August – 01 September 2012, Melbourne, Australia. P. 147-152. назад

Orlando P., Villa B., 2011. Remote sensing applications in archeology // Archeologia e Calcolatori. Vol. 22. P. 147-168. назад

Rinaudo F., Chiabrando F., Lingua A., Spanò A., 2012. Archeological site monitoring: UAV photogrammetry can be an answer // International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences. Vol. XXXIX-B5. XXII ISPRS Congress, 25 August – 01 September 2012, Melbourne, Australia. P. 583-588. назад

Sauerbier M., Eisenbeiss H., 2010. UAVs for the Documentation of Archeological Excavation // International Archives of Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences. Vol. XXXVIII. Part 5. Commission V Symposium, Newcastle upon Tyne, UK. P. 526-531. назад

Williams T., 2011-2012. Unmanned Aerial Vehicle Photography: Exploring the Medieval City of Merv, on the Silk Roads of Central Asia // Archaeology International. No. 15. P. 54-68. назад

Примечания

[1] Сотрудники допущены к запуску к БПЛА после прохождения обучения в Ижевском центре ZALA AERO GROUP и получения сертификатов операторов БПЛА соответствующего класса (Zala 421-08). назад

[2] Выражаю огромную благодарность начальнику Отдела применения авиационных технологий МЧС по Тульской области И.П. Новикову. назад

Опыт применения малых беспилотных летательных аппаратов в археологических исследованиях Государственного музея-заповедника «Куликово поле»

Е.В. Столяров

Литература

Примечания