CC BY
78
УДК: 72.01;72. 036 С.Г. Бузунова
Использование неразрушающих методов археологических исследований в системе ГИС-технологий при изучении протогородов Южного Урала
Аннотация
Статья посвящена рассмотрению возможностей расшифровки данных аэрокосмических съемок и других неразрушающих технологий при исследовании протоархитектур-ных сооружении.
Buzunova S. G. Use ofnot destroying methods ofarcheologic researches In system ofGIS-technologies duringstudying Southern UralsMountains.
The article is devot to consideration ofopportunities ofdecodingofthe given space shootings and other not destroying technologies at research of ancient constructions.
Бузунова
Светлана
Геннадьевна
ст. научный сотрудник института «УралНИИ-проектРААСН»
Работа выполнялась в рамках темы «Разработка основ градорегули-рования на уникальных природно-культурных территориях на примере «Страны городов». Полигон исследования со спорным названием «Страна городов» является ядром территории, изучаемой по различным направлениям - от физико-географического до археологического. В него включены обрамляющие буферные зоны. Таким образом, территория исследования представлена степной зоной между меридианами 59° и 61° восточной долготы.
При выявлении объектов на материалах аэрокосмических съемок (МАКС) большое внимание уделяется дешифровочным признакам, т. е. таким особенностям фотоизображения, которые позволяют сопоставить его с теми или иными природными объектами. Существует несколько классификаций дешифровочных признаков. Например,
они делятся на прямые и косвенные. При прямом дешифрировании непосредственно выделяется объект и дается его образ в понятийной, словесной форме. Прямыми дешифровочными признаками протогорода Аркаим являются концентрический рисунок фотоизображения (соответствующий внешним и внутренним стенам), а также более темный фототон внутри окружности с радиальной ориентировкой жилищных камер. Косвенными дешифровочными признаками являются особенности изображения элементов ландшафта, «указывающие» (обычно тонально-геометрические) на искомые объекты. Например, косвенным признаком древнего поселения может быть изометричный участок повышенного эрозионного расчленения, проявляющегося в пятнах кустарниковой растительности среди открытого пространства степной растительности. На МАКС такой участок проявлен как замкнутая область с близкой
Аэрофотосъемка «Страны городов»
купорядоченной текстурой, окруженной однородной фототональной поверхностью. Для дешифрирования археологических объектов имеют значение следующие признаки этих объектов:
Форма. В случае известных архитектурно-планировочных конфигураций древних поселений, которые можно распознать по их очертаниям или форме .
Размер. Часто о примерном масштабе многих объектов на снимке судят, сравнивая их со знакомыми элементами местности, например, такими как дороги.
Тон. Разные части поселения (вал, ров, очаг и др.) излучают или отражают электромагнитные волны разной длины и энергии. Эти различия могут выражаться на снимках изменениями в тоне, цвете или плотности изображения, что и служит ключом к их дешифрированию.
Тень. По теневому силуэту можно определять характер формы объектов, что особенно перспективно на открытых пространствах. Этот признак можно рассматривать как полезный, принимая повышение плотности фототона как характеристику пространства поселения, иногда курганов.
Облик. На снимках часто обнаруживаются природные (и искусственные) комплексы сходного облика. Это обстоятельство во многом усложняет дешифрирование археологических объектов.
Текстура. Эта важная качественная характеристика фотоизображений тесно связана с тоном и позволяет выделить участки с одинаковым рисунком изображения, обусловленным сочетанием мик-ротоновых различий. К числу распространенных текстур археологических объектов можно отнести гладкие, пятнистые, линейные и текстуры с нерегулярным рисунком. Анализ текстур достаточно субъективен.
Местоположение. На начальном этапе дешифрирования интерпретацию некоторых объектов удается уточнить по их местоположению относительно других, более понятных объектов. Например, известно, что древние поселения приурочивались к мысам, высоким террасам, устьям рек, на некотором расстоянии от них могли располагаться могильники.
Разрешение на местности. Разрешающая способность снимка зависит от особенностей аппаратуры дистанционных измерений, состояния окружающей среды во время наблюдений, а также от последующей обработки полученной первичной информации. Разрешающая способность всегда лимитирует размер и, следовательно, во многих случаях характер объектов, которые могут быть опознаны. Некоторые объекты всегда оказываются слишком маленькими, чтобы получиться на снимке, другие имеют нерезкие или неясные очертания.
Стереоэффект. Стереоскопическая модель МАКС дает информацию, которую можно получить с пары снимков, имеющих перекрытие, что позволяет в дальнейшем проводить фотограмметрические измерения, необходимые при установлении архитектурных особенностей того или иного поселения.
Главным фактором дешифрирования, обеспечивающим распознавание на космическом изображении тех или иных объектов, является соотнесение космического изображения и представлений об образе, т.е. знания о том, как выглядит, изображается объект на космических снимках; это знание хранится либо в памяти исследователя и опирается на предыдущий опыт, либо во внешних по отношению к исследованию банках образов (например, каталогах космических снимков тех или иных археологических объектов, кстати, только начинающих создаваться). Представления об образах в памяти исследователя выделяются в категории, т.е. после опознавания какого-либо объекта, например, поселения, в памяти воспроизводятся представления не столько о конкретном поселении, сколько о поселениях этого типа вообще. Именно это свойство памяти делает восприятие подвижным, иначе распознавание никогда ранее не виденных объектов было бы вообще невозможным. Восприятие снимков приводит к разным моделям изображения -тонально-геометрическим, ландшафтным и др. В тех случаях, когда не удается распознать археологический объект на заведомо известной территории, возникает необходимость использования внешних, не относящихся к конкретному снимку знаний о связях археологических объектов между собой и с различными элементами ландшафта, их временной эволюции. Эти знания, используемые при дешифрировании для перехода от простых к более сложным моделям, называются косвенными, дедуктивными и прочими дешифровочными признаками.
Дедуктивный анализ данных, направленный на создание сложных моделей из более простых, не является привилегией дистанционного зондирования. Этим должны заниматься при разработке системы ГИС-технологий. Наиболее успешно космическая информация используется при изучении ландшафтов и рельефа поверхности Земли, менее - при поисках археологических объектов. Это связано с двумя главными причинами. Во-первых, при наблюдении стереомоделей высотных изображений, рельеф изучаемой поверхности мало или совсем не зависит от каких-либо теоретических представлений. Большинство наблюдателей видят рельеф на стереомоделях более или менее одинаково, хотя и с разной степенью детальности и с разным пониманием важности отдельных форм рельефа. Рельеф является одной из главных характеристик поверхности, определяющих облик дистанционного изображения. Даже небольшие изменения в высоте рельефа, степени и характере его расчлененности заметно сказываются на его интегральных оптических свойствах и фиксируются на снимках. Это объясняется несколькими обстоятельствами. Хорошая фотогеничность рельефа на снимках, полученных пассивными измерительными комплексами, связана, прежде всего, с огромной изменчивостью и специализированностью природных ландшафтов, имеющих индивидуальные оптические характеристики. Кроме того, выразительность рельефа на космических снимках (КС) подчеркивается
тенями. При низком стоянии солнца тени проявляют даже незначительные детали эрозионной сети, малозаметные гряды иуступы.
Во-вторых, при значительной разрушенности археологического объекта, его многослойности, значительной задернованности или других маскирующих факторах обнаружение конкретного памятника и дальнейшая интерпретация становятся затруднительными.
В рамках подготовки материалов для ГИС-техно-логий велась подборка МАКС на трех масштабных уровнях - региональном, локальном и детальном.
На региональном уровне (Англия, Турция и др. регионы) исследований дешифрировались космические снимки (КС) с масштабами от 1:1 ООО ООО до 1:10 ООО, которые выявлялись в интернет-порте Google и специально обрабатывались. Это позволило выделить зоны распространения археологических объектов и вмещающий ландшафт.
На локальном уровне изучались потенциальные участки распространения археологических культур Предуралья, Зауралья, Южного Урала, Казахстана и сопредельных территорий в рамках указанных координат.
К потенциальным участкам отнесены высокая пойма, I и II надпойменные террасы, в Курганской области - очень высокие террасы; места впадения в крупную реку более мелких притоков, озерные протоки между озерами; холмы и дюны над речными и озерными поймами; суходольные возвышенности в котловинах древних озер, окраины болот и др. перспективные участки.
Детальный уровень исследований проводился на известных (открытых ранее или обнаруженных на локальном уровне) памятниках. В результате работы с данным источником следует отметить его некоторые особенности.
1. КС в программе Google обладают хорошей информативностью, охватывают одновременно большую часть изучаемой территории. Возможно дешифрирование площади развития первичных лесов, болот, гидрографической сети, площадей сельскохозяйственной деятельности, объектов горнодобывающей промышленности, градопромышленных агломераций, объектов водохозяйственной деятельности, транспортных коммуникаций. Перечисленные объекты позволяют сделать привязку к местности, затем проводить вычленение потенциальных участков, увеличивать масштаб и переходить к локальному уровню дешифрирования. Также эта информация (сопутствующая выявлению археологических памятников) сама может использоваться в ГИС-технологиях для целей градорегулирования.
2. По указанным материалам достаточно легко и без использования дополнительных приборов дешифрируются древние укрепленные поселения, в т.ч. «Страны городов».
3. Но поиск других неизвестных или малоизвестных исследователю объектов затруднен по ряду причин. В частности, ограниченное Интернет-время не позволяет охватить значительную территорию, настроить изображение на оптимальное восприятие, остановиться на нем, найти потенциальный объект, вычленить его и перевести в печатный вид. Отсутствие снимков с хорошим разрешением очень значительных территорий пока не позволяет получить
полное представление как о распространении археологических культур, так и о эволюции домостроения на Урале, организации жизненного пространства древнего населения степной полосы Южного Урала.
Удобнее и результативнее вести поиск древних поселений на локальном уровне по репродукциям накидного монтажа (р.н.м.)1 аэрофотографических снимков (АФС). Несмотря на начальный этап работы рассматриваемой темы, можно сказать, что черно-белые АФС, полученные в результате правильно проведенной аэрофотосъемки, а именно: при высоте солнца над горизонтом в 10-20°, в утренние часы (без облачности) и в период ранних всходов сельскохозяйственных посевов, являются более информативными и пригодными для поисков интересующих нас потенциальных археологических объектов. Они обнаруживаются на мысах, останках обтекания, образованных глубокими балками в равнинной местности, на возвышенностях и др. Например, обнаруженные участки древнего заселения в пойме реки Тогузак.
Отрицательным моментом на данном этапе исследования является большая трудоемкость процесса: просматриваются сотни репродукций накидного монтажа, состоящие, в свою очередь, из сотни АФС; имеющие очень мелкий масштаб изображения, зачастую плохую читаемость (вызванную истекшими сроками хранения и разрушением фотоэмульсии). Это усиливает труднодоступность материалов для дешифрирования: все больше их уничтожается из-за срока давности.
Но такой путь исследования результативен и может позволить сделать открытия новых археологических объектов, а также составить новые археологические карты, уточнить ареалы распространения археологических культур, подготовить базу для ГИС-технологий для целей градорегулирования уникальных территорий.
На детальном уровне дешифрировались материалы аэрофотосъемок масштабов 1:12500-1:14000 - чернобелые АФС (предварительно выявленные по р.н.м.). Дешифрируются курганы, поселения, городища, места горных выработок. Уточнение предполагаемых объектов под стереоскопом - менее результативный процесс. Поэтому АФС были переведены в цифровой вид и, в результате обработки на компьютере в разных программах (наиболее эффективную еще предстоит установить), получены положительные результаты. Хорошо выделяются в ландшафте укрепленные поселения (городища), т.к. имеют четко выраженные следы валов, рвов или валообразных возвышений. Но только в том случае, если памятник не разрушен пахотой, тогда он дешифрируется на весенних (осенних) снимках под «просвечивающим» слоем почвы. Хорошо выделяются детали рельефа, контуры поселений, иногда очертания отдельных построек, детали внутренней планировки жилищ, следы древнего размежевания. Сложность обнаружения памятников эпох неолита, бронзы в «чистом виде» заключается в том, что часто на их месте располагались поселения
более поздних эпох железа, средневековья, современные. Такие участки имеют несколько контуров, как правило, размытых, трудно дешифрируемых. Кроме того, интересующая нас круговая форма застройки перекрывается линейной (поздние этапы железного века), что и можно наблюдать в степной полосе Зауралья. Окончательный вывод о потенциале места можно сделать после завершения исследования и проверки в полевых условиях. В связи с тем, что памятники железного века встречаются на разных высотах по отношению к уровню воды в реке или озере и даже на заливаемых ныне участках, обнаружить их можно практически на всей исследуемой территории. Но шансы не равнозначны. Можно сравнить легендарный Аркаим, «улитку» которого трудно не заметить, и городище, которое «проявляется» только на детальном уровне после специальной обработки цифрового варианта.
Сведения, полученные после определенной обработки всех трех источников (МАКС, программы и порта), взаимно дополняют друг друга. Это позволило выявить около 70 потенциальных (требуется полевая проверка) археологических объектов. Вопросы о типологии, принадлежности к тем или иным археологическим культурам, локализации, истории домостроения и др. будут рассматриваться в других работах.
Возможности поиска археологических объектов увеличиваются, если использовать материалы радиолокационной (РЛ) съемки, где на качество РЛ-снимков не влияют ни облачность, ни лесной покров различной густоты. Съемки в близкой инфракрасной и ИК-зоне (тепловая) позволяют судить о контурах объекта, что особенно важно при поисках древних поселений. А это значительно расширит зону исследования, даст возможность для дальнейшего использования в ГИС-технологиях, составлениях схем промеров, моделировании и пр. Очевидно, следует обратиться к таким материалам и методикам в рамках обозначенной проблематики.
Список использованной литературы
1. Петрусевич М.Н. Аэрометоды при геологических исследованиях. М., 1962.
^ Непосредственно после производства залета, обработки аэрофильмов и изготовления контактных отпечатков последние монтируются на специальных щитах, где производится контрольправильности производства самого воздушного фотографирования. При площадной плановой аэрофотосъемке аэроснимки монтируются сплошными трапециями масштаба 1:100000 и крупнее, в зависимое™ от масштаба самой съемки. Монтажпроизводится по маршрутам, начиная отверхнего маршрута к нижнему. По линии маршрута каждый последующий аэроснимок накладывается на предыдущий идентичными контурами в пределах продольного перекрытия и прикрепляется к щиту кнопками. Каждый последующий маршрут монтируюттаким образом, чтобы его аэроснимки, кроме взаимного продольного перекрытая по маршруту, перекрывали одновременно аэроснимки, расположенные в верхнем, уже смонтированном маршруте потаким же общим контурам, в пределах имеющегося междуними поперечного перекрытия. После определения на накидном монтаже с помощью карты местоположения угловтрапеций белой тесьмой или шнуром закрепляются ориентированные по истинномумеридианурамки трапеций, опознаются и наклеиваются названия основных населенных пунктов, рек и некоторых других опорных пунктов, после чего весь монтаж в определенном масштабе фотографируется и печатается в виде репродукций (обычно в рамках отдельныхтрапеций), называемых репродукциями накидного монтажа.
