LiDAR сканиране археология | Rada Evtimova

(LiDAR archaeology scanning)

Отвъд видимия пласт: Интегриране на LiDAR сканиране и геомагнитни проучвания при локализирането на изчезнали антични селища в България

(Beyond the Visible Layer: Integrating LiDAR Scanning and Geomagnetic Surveys in the Localization of Vanished Ancient Settlements in Bulgaria)

Подзаглавие: Недеструктивни методи в българската археология — от аерофотографията до географските информационни системи

Резюме

Статията разглежда интегрирането на дистанционни (LiDAR) и геофизични (геомагнитни, електросъпротивителни, георадарни) методи при недеструктивното локализиране на антични селищни структури на територията на България. Контекстът е очертан от дългогодишната традиция на теренни издирвания, съчетани с геофизични изследвания, и от съвременния проект „Археологическа карта на България“ (2017–2018 г.), реализиран от Националния археологически институт с музей при БАН съвместно с още четири института на академията. Целта е анализ на приноса на всеки метод поотделно и на техния комбиниран потенциал. Използвана е методология на сравнителен преглед на публикувани резултати от въздушно лазерно сканиране и геофизични изследвания. Резултатите показват, че съчетаването на релефни модели от LiDAR данни с геомагнитни и електросъпротивителни изследвания намалява броя на непотвърдените аномалии и разширява регистъра на археологическото наследство. Приносът на изследването е в систематизирането на методическия опит и в очертаването на насоки за бъдещо развитие на единна национална информационна система.

Ключови думи: LiDAR, геофизични изследвания, дистанционни изследвания, ГИС, Археологическа карта на България, недеструктивна археология, геомагнитна проспекция

Съдържание на статията

• 1. Увод
• 2. История на проучванията
• 3. Методология
• 4. Основни резултати
• 5. Анализ и интерпретация
• 6. Сравнителен анализ
• 7. Специфики и научен контекст
• 8. Интегративен научен дискурс
• 9. Заключение
• 10. Използвани източници и институционална база

                                LiDAR сканиране археология (LiDAR archaeology scanning)

                                  

Увод

Територията на България обхваща разнообразен релеф — от равнинните участъци на Дунавската равнина и Горнотракийската низина до планинските масиви на Родопите и Стара планина, — което пряко определя приложимостта на различните недеструктивни методи за археологическо издирване. Административно защитата на археологическото наследство се регламентира от Закона за културното наследство и от специализирани наредби, свързани с извършването на теренни археологически проучвания и с поддържането на Автоматизираната информационна система „Археологическа карта на България“ (АИС АКБ) (Кечева 2018: 30). Културно-историческият контекст включва селищни структури от праисторията до късното средновековие, регистрирани в АИС АКБ, чиято база данни към 2018 г. съдържа информация за над 21 600 обекта (Нехризов 2018: 198).

Прегледът на предишни изследвания показва, че дистанционните методи (аерофотография, а по-късно и въздушно лазерно сканиране) и геофизичните методи (геомагнитен, електросъпротивителен, георадарен) се развиват в България като относително самостоятелни направления от 60-те и 70-те години на ХХ в. (Stamenov 2010: 678). Изследователският въпрос на настоящата статия е доколко и по какъв начин комбинираното приложение на LiDAR данни и геофизични изследвания подобрява локализирането на селищни структури, които вече не са видими на терена поради горска покривка, ерозия или интензивно земеделско ползване.

История на проучванията

Приложението на фотограметрията за нуждите на картографията в България започва още през 1909 г., а Военният институт по картография е създаден през 1906 г. (Stamenov 2010: 678). В началото на 70-те години на ХХ в. в Националния институт за паметници на културата е създаден отдел по фотограметрия, а през 1969 г. в Геофизичния институт на БАН е учредена Централна лаборатория за космически изследвания, преобразувана през 1987 г. в Институт за космически изследвания (Stamenov 2010: 678). Приложението на геофизични изследвания в българската археология започва още през 60-те години, като първите систематични изследвания на надгробни могили в района на Казанлък се осъществяват с геомагнитни и електросъпротивителни методи (Stamenov 2010: 680).

Идеята за единна археологическа карта на България се заражда в началото на ХХ в., а през 1988 г. в рамките на Археологическия институт с музей при БАН е създадена Проблемна група „Археологическа карта на България“ под ръководството на М. Домарадски (Кечева 2018: 31). Съвременният етап на развитие е белязан от проекта „Археологическа карта на България“ (2017–2018 г.), финансиран от Министерския съвет по постановление № 347/08.12.2016 г. и изпълняван от пет института на БАН — Националния археологически институт с музей (водещ), Института по математика и информатика, Националния институт по геофизика, геодезия и география, Геологическия институт и Института за космически изследвания и технологии, под общото ръководство на доц. д-р Георги Нехризов (Нехризов 2018: 198–199). В рамките на проекта е извършено въздушно лазерно сканиране от австрийската фирма Airborne Technologies GmbH на 14 микрорайона с обща площ около 100 кв. км (Нехризов 2018: 201–202).

Методология

Теренните методи, приложени в българската практика, следват принципа на пълно покриване на територия (full-coverage survey), при който екипите обхождат терена на определено разстояние помежду си, регистрирайки всички следи от човешка дейност по повърхността (Кечева 2018: 16–17). Стратиграфското наблюдение остава ограничено до случаите на последваща верификация чрез сондажи или частично деструктивни методи, тъй като недеструктивните проучвания сами по себе си не дават пряка информация за дълбочинните напластявания (Кечева 2018: 21). Лабораторни физикохимични анализи (например рентгенова дифракция, сканираща електронна микроскопия с енергийно-дисперсионна спектроскопия, мас-спектрометрия с индуктивно свързана плазма) се прилагат в българската практика като допълнителни, частично деструктивни методи за изясняване на хронологията и произхода на археологическите материали, но не са предмет на детайлно разглеждане в цитираните тук проекти за LiDAR и геофизични изследвания.

                                            

Приложението на GNSS приемници и мобилни ГИС устройства за документиране на покрита територия е стандартизирано в рамките на проекта „Археологическа карта на България“, като събраните данни се въвеждат в специализирана географска информационна система (ГИС АКБ, версия 4.0), разработена с отворен код (Кечева 2018: 36–37). Институтът по математика и информатика при БАН разработва мобилно ГИС приложение (Native Mobile Application) за устройства с Android и iOS за събиране на данни при археологически теренни проучвания, изградено на платформата React Native (Нехризов 2018: 205). Въздушното лазерно сканиране генерира данни във формат LAS 1.4, класифицирани съгласно предварително зададени стойности, като крайният продукт включва цифрови модели на терена (DTM) и на повърхността (DSM), привързани към координатна система ETRS89 UTM 35N или WGS84 UTM 35N, с пространствена резолюция на ортофотоизображенията до 10 см (Нехризов 2018: 201). Геофизичните методи, най-често използвани в българската археология, са геомагнитният, електросъпротивителният и георадарният, като техният успех зависи от вида на почвата, моментното състояние на терена и качеството на обработката на данните (Кечева 2018: 25). Валидацията на резултатите се извършва чрез теренна верификация на маркираните аномалии, при която археолозите посещават набелязаните участъци и потвърждават или отхвърлят предполагаемия им характер (Нехризов 2018: 203).

                                      

Основни резултати

В рамките на проекта „Археологическа карта на България“ (2017–2018 г.) теренните издирвания обхващат обща площ от 127,7 кв. км, от които 13 кв. км под вода, като са новорегистрирани 789 археологически обекта и е актуализирана информацията за още 422, т.е. общо 1211 посетени обекта (Нехризов 2018: 200). Въздушното лазерно сканиране на 14-те микрорайона е завършено със сканирана площ от 163 кв. км (Нехризов 2018: 202). В зоната Розовец е идентифициран археологически обект чрез съпоставка на хилшейд модел, топографска карта и сателитно/ортофото изображение (Нехризов 2018: 202). В района на масива Чала (община Стамболово, Хасковска област, площ 25,9 кв. км) са маркирани около 400 аномалии, от които при 20-дневно теренно издирване са посетени и документирани общо 53 археологически обекта — 14 вече въведени в АКБ и 39 новорегистрирани, сред които средновековната крепост Калето и укрепено селище от желязната епоха (Нехризов 2018: 203–204).

По отношение на геофизичните изследвания, в района на Казанлъшката котловина („Долината на тракийските владетели“) от 1992 г. насетне са открити гробници в местностите Малката могила, Голяма Арсеналка, Оструша, Голямата Косматка и некрополът при Шипка-Шейново чрез геомагнитни и електросъпротивителни методи (Stamenov 2010: 680). През 2007 г. е направено георадарно измерване на гробницата в могила Голямата Косматка (Stamenov 2010: 680). При Свещарската могила (могила Гинина край с. Свещари) геофизично изследване през 1974 г. потвърждава наличието на аномалия, а самата могила е локализирана чрез геофизично проучване през 1982 г. (Stamenov 2010: 680). Геофизични изследвания са приложени и при рескю проучванията край с. Копривлен (1998–1999 г.) и в античния град Деултум край с. Дебелт (2004 г.) (Stamenov 2010: 680).

Анализ и интерпретация

Причинно-следствената връзка между двата типа данни се основава на допълващия им характер: LiDAR данните разкриват релефни аномалии на повърхността, включително под горска покривка, докато геофизичните методи регистрират контрасти в подповърхностните физически свойства, независещи от растителността (Кечева 2018: 22). Функционалният анализ на регистрираните структури изисква разграничаване между позитивни (надземни възвишения — могили, валове) и негативни (вкопани — ровове, землянки) аномалии, като всяка от тях се маркира с идентификационен номер и предполагаем вид още на етапа на дистанционната интерпретация (Нехризов 2018: 203). Генезисът на регистрираните обекти в Родопите и Източна Тракия е свързан както с укрепителни съоръжения от желязната епоха и средновековието, така и с некрополи с надгробни могили — категории, представляващи най-голям дял сред новорегистрираните обекти по проекта АКБ, следвани от селищата (Нехризов 2018: 199). Социалният и културен контекст на регистрираните структури — крепости, църкви, култови обекти, некрополи — се определя в голяма степен от типологичното разпределение на новооткритите обекти, при което могилите съставляват най-многобройната категория (Нехризов 2018: 199).

Сравнителен анализ

Регионалните паралели в самата българска практика показват, че методите за пълно покриване на територия, разработени първоначално за нуждите на регионалните проекти в Казанлъшката котловина и Петричкото поле, впоследствие са модифицирани и приложени при линейни инфраструктурни проекти (транспортни коридори, газопроводи) (Кечева 2018: 33). На международно ниво визуалната интерпретация на данни от въздушно лазерно сканиране изисква съобразяване с натрупания изследователски опит, тъй като начинът, по който археологът разчита релефните модели, е също толкова съществен, колкото и алгоритмите за визуализация (Doneus, Kühteiber 2013: 33). Контрастите, регистрирани чрез дистанционни и геофизични методи, се тълкуват като „аномалии“ дотогава, докато произходът им не бъде установен чрез теренна верификация, а правилните геометрични форми в ландшафта увеличават вероятността за човешки произход на съответната структура (Kvamme 2005: 0–1). Употребата на антични писмени извори е част от по-старата традиция на изследователските (разузнавателни) пътувания, при която теренът се е обхождал с ослон на топоними и антични топографски данни, преди да се премине към съвременните системни методи (Кечева 2018: 16); в рамките на настоящото изследване не се привеждат конкретни цитати от антични автори, тъй като такива не са налични в разгледаните тук извори.

Специфики и научен контекст

Специфика на българския релеф е съчетанието от гъсто залесени планински масиви (Родопите, Стара планина), където видимостта на археологическите обекти на терена е силно ограничена, и обработваеми равнинни площи, където земеделската дейност едновременно улеснява и затруднява регистрацията на повърхностни материали в зависимост от фазата на обработка на почвата (Кечева 2018: 20, 33). Именно в райони с ниска естествена видимост (гъста горска растителност) LiDAR сканирането демонстрира най-голяма добавена стойност, тъй като разкрива релефни структури, непроходими или невидими при конвенционален теренен обход (Нехризов 2018: 201, 204). Значението на този комбиниран подход за реконструкцията на селищни модели е в разширяването на регистъра на археологическото наследство за райони, в които традиционните методи трудно се прилагат.

Интегративен научен дискурс

Съпоставката между двата типа недеструктивни методи показва, че тяхната сила се разкрива именно при съвместното им приложение в рамките на единна географска информационна система. Данните от LiDAR сканиране предоставят пространствен контекст и релефна основа за маркиране на потенциални структури, докато геофизичните изследвания дават допълнителна информация за подповърхностния характер на вече набелязаните аномалии. Съществуващата архитектура на ГИС АКБ, версия 4.0, с нейния географски елемент (feature) от типа точка, линия или полигон и свързаните атрибутни данни за находка, съоръжение, хронология и вид, създава технологична основа за интегриране на резултати от различни по произход недеструктивни изследвания в единна база данни (Кечева 2018: 37–38).

Заключение

Изложеният материал показва, че интегрирането на LiDAR сканиране с геомагнитни и други геофизични изследвания представлява ефективен подход за локализиране на антични селищни структури, особено в райони с ограничена естествена видимост. Отговорът на изследователския въпрос е, че комбинираното приложение на двата типа методи не просто сумира предимствата им, а създава възможност за взаимна верификация на регистрираните аномалии, намалявайки риска от погрешна интерпретация. Бъдещите перспективи са свързани с по-нататъшното развитие на единна национална археологическа географска информационна система, с увеличаване на оторизирания достъп до нея и с интегрирането ѝ с международни референтни модели и стандарти за метаданни (Кечева 2018: 48).

Използвани източници и институционална база

I. Институционална база

• Национален археологически институт с музей при БАН (НАИМ-БАН)
• Институт по математика и информатика при БАН
• Национален институт по геофизика, геодезия и география при БАН
• Геологически институт при БАН
• Институт за космически изследвания и технологии при БАН
• Институт за космически изследвания, Българска академия на науките (Стефан Стаменов)

II. Дигитални платформи

• Автоматизирана информационна система „Археологическа карта на България“ (АИС АКБ)
• Географска информационна система „Археологическа карта на България“ (ГИС АКБ, версия 4.0)
• ARIADNE (Archaeological Research Infrastructure for Archaeological Dataset Networking in Europe)
• CIDOC CRM (Conceptual Reference Model)

III. Библиография

• Doneus, M., Kühteiber, T. 2013. Airborne laser scanning and archaeological interpretation – bringing back the people. В: Opitz, R. S., Cowley, D. C. (eds.) Interpreting Archaeological Topography. Oxford: Oxbow Books, 32–50.
• Кечева, Н. 2018. Археологическа карта на България – недеструктивни методи за теренни археологически проучвания и приложение на географски информационни системи. Автореферат на дисертационен труд. София: Национален археологически институт с музей при БАН.
• Kvamme, K. L. 2005. Terrestrial Remote Sensing in Archaeology. В: Maschner, H. D. G., Chippindale, C. (eds.) Handbook of Archaeological Methods. Lanham: Altamira Press, 423–477.
• Нехризов, Г. 2018. Проект „Археологическа карта на България“. Bulgarian e-Journal of Archaeology, том 8, 197–212.
• Stamenov, S. 2010. Remote Sensing and GIS in Bulgarian Archaeology. В: Reuter, R. (ed.) Remote Sensing for Science, Education, and Natural and Cultural Heritage. EARSeL, 677–682.

Този материал е подготвен при стриктно спазване на принципите за авторска оригиналност и научна етика. Всички използвани източници са коректно цитирани, което гарантира достоверността и академичната цялост на представената информация.

ORCID iD: 0009-0008-6095-892X
ISSN: 3033-2982

DOI:

---

От:  © Rada Evtimova