Использование гис-технологий при проведении археологической разведки в казахском Алтае
В рамках археологической экспедиции по Международному проекту ЮНЕСКО "Курганы с мерзлотой Алтая: стратегия и перспективы" были проведены картографические работы с использованием данных дистанционного зондирования.
Определение наземных контрольных точек с последующим получением их координат X, Ү, 2 с помощью системы ОР8 проводилось на двух основных полигонах: в верховьях и среднем течении р. Каракаба (Курчумский район ВКО) и в долине р. Акберел у с. Берел (Катонкарагайский район ВКО).
Картографические и топографические работы выполнялись профессорами географического факультета Гентского университета (Бельгия) Руди Гуссеном (Rudi Goosssens), Аленом де Вулфом (Alain de Wolf), студентом 4 курса Дриссом Доссе (Dries Dossche) при участии картографа-географа Уваровой А.К.
Принимая во внимание мелкие масштабы доступных карт этого региона, большую площадь исследуемой территории, а также высокую стоимость топографических работ картографирование выполнялось на основе космических снимков высокого разрешения и глобальной навигационной спутниковой системы. Накарты, полученные в результате обработки данных космической съёмки, в дальнейшем будут нанесены все имеющиеся археологические объекты и захоронения, а также данные о них. Конечной целью работы, таким образом, становится создание археологической геоинформационнсй системы (ГИС), включающей точную картографическую основу местности и базу данных географический и археологических объектов (например, в программе ArcView, ArcGIS).
При картографических работах использовались снимки, полученные по американской программе Corona (Корона). Спутник КОРОНА - это широко известный американский разведывательный спутник. В течение 1960-1972 гг. было сделано более 800 000 фотографических снимков высокого разрешения, от 12 м до 1,8 м (от 40 до 6 футов), в зависимости от типа камеры. В 1996 г. большая часть этих снимков стала доступной в Интернете, а в 2002г. была опубликована их оставшаяся часть. С 2004 г. эти снимки стали доступны только как цифровые сканерные изображения (разрешение сканера 23, 14 и 7 микрон)
Высокая степень разрешения снимков, доступность, низкая цена делает их ценным инструментом для научных исследований, в том числе для географов и археологов. Другим преимуществом этих снимков, сделанных в 1960-1970 гг., является то, что они являются историческим документом, т.к. за прошедшие 40 лет произошло заметное изменение ландшафта. Кроме того, опыт работы с данными снимками с 1996 г. показал, что на них хорошо видны археологические объекты, например, цепочки курганов, отдельные большие курганы и др.
Спутник КОРОНА имеет две камеры. Стереоизображение дают задняя и передняя камеры. Различие между двумя изображениями стереоскопической пары, вызванное съемкой с разных направлений, создает основу для трехмерного изображения. В камеральных условиях имеется возможность воссоздать рельеф и получить подробные карты исследуемой местности. При правильном использовании стереоснимков и вводом абсолютно точных координат х, у, 2, полученных во время полевых работ и привязки снимков на местности, можно исправить искажения и получить топографическую карту высокой информативности.
Обычно минимальный масштаб карты, создаваемой на основе фотографий, составляет 1/10 от номинального масштаба фотоизображения. Негативы КОРОНЫ имеют номинальный фотомасштаб 1:247 500, т.е. можно получить карту 1:25 000. Но так как разрешение пленки негативов КОРОНЫ намного выше, чем у обычной фотопленки, можно создавать и более подробные карты, например, масштаба 1:20 000. Подробная карта такого типа является идеальной основой для ГИС и последующего наложения на нее археологической информации.
Этап детальных полевых исследований с привязкой контрольных точек на местности и на космическом снимке является очень важным. В процессе картографических работ в изучаемой части долины р. Каракаба, протягивающейся примерно на 14-16 км, было отснято около 40 наземных контрольных точек, в долине Берел - 18 контрольных точек. Для привязки к космическим снимкам выбирались наиболее характерные и хорошо читаемые на космическом снимке точки на пересечениях дорог, пересечении дороги и близко расположенного горного склона, реки, мелких речушек, на мостах и бродах и т.д. Наземные контрольные точки брались в разных частях долины, а также на склонах гор вдоль нее. Кроме того, в долине Берел контрольные наземные точки были взяты на двух цепочках курганов, преимущественно в центрах курганов (например, курган № 11, 16 и др.), а также на северном и южном краях Большого Берельского кургана, т.к. определить центр кургана на космическом снимке из-за наличия густой растительности на месте вскрытой погребальной камеры было невозможно.
В связи с тем, что в работе использовались космические снимки 1968 года, осуществить привязку было не легко из-за произошедших изменений на местности (например, изменений очертания зданий после их перестройки).
Мелкомасштабная карта как основа для археологической информации будет создаваться путем ввода снимков на цифровой (дигитальной) фотограмметрической основе. В работе будет использовано программное обеспечение Vir-tuoZo V.3 (Supresoft Inc.). Эта программа автоматически корректирует изображение и показывает стереоизображение прямо на компьютере через трехмерную визуализацию 3D. После введения координат контрольных точек, отснятых на местности, программа может рассчитывать абсолютные координаты всех пикселей введенных изображений в трех измерениях. Обработка в Vir-tuoZo дает в результате полную цифровую модель п оверхности, ортофотомодель (т.е. откорректированную фотомодель местности) и контурную карту.
Методология измерений на местности
Во время археологической экспедиции 2006 г. в районе долины р. Каракаба и долины р. Акберел было использовано оборудование так называемой глобальной системы распознавания расположения объекта (ГСРРО), способное обеспечить трехмерное позиционирование в широком диапазоне от 5 до 50 км для: 1) глобальной ориентации на местности; 2) измерения контрольных точек на местности и нахождения их на космических снимках КОРОНА; 3) трехмерного позиционирования археологических объектов (например, курганов).
Установка и наблюдение за точностью измерений во время экспедиционных работ осуществлялось специально оборудованным компьютером с программным обеспечением, разработанным Университетом Гент.
1) Для глобальной ориентации на местности использовался почти классический вариант "переносного прибора ГСРРО" Garmin Etrex Vista с 12-канальным ресивером, встроенным барометром, электронным компасом и 24 Мб внутренней памяти, обеспечивающий позиционирование в реальном времени с точностью 10 м.
2) Для измерения контрольных точек для космических снимков КОРОНА использовался ресивер C-Nav-205 OG компании "С&С Technology". Измерение географических координат и высот точек производилось в системе WGS-84. Поэтому взятые координаты не совпадают с системой координат, принятой на советских топографических картах (Пулково-42). Контрольные точки на местности, расположенные в минутах и часах езды друг от друга, позволяют осуществлять контроль качества в реальном времени. Требуемая точность должна быть болыне 1 м (при курсе на восток и север, а также по высоте).
В связи с тем, что в этом регионе нет ни сетей кинематики реального времени, ни сигналов TGNOS или WAAS, а LANDSTAR и OMNISTAR не захватывают этот регион, и при этом нельзя испускать собственные дифференциальные сигналы, решение проблемы привязки было найдено в виде ресивера C-Nav, который использует сеть STARFIRE и основывается на технологии Real Time Gypsy (RTG), разработанной в космической лаборатории NASA. Дифференциальная коррекция в частоте L1 и L2 передается через три спутника Immarsat на пленку L-band, что дает неограниченный доступ в мировом масштабе. После подготовки оборудования в течение 30 мин планиметрическая точность измерений составляет менее 1 дм (10 см), а алтиметрическая (определение высоты места) - менее 3 дм (30 см). Через несколько минут от начала работы средняя (типичная) точность составляет 0,5 м (50 см).
3) Для трехмерного позиционирования археологических объектов (например, курганов) использовался дигитальный ГСРРО с переносным дифференциальным кодом и ресивером с фазой L1 (Leica SR20). Все точки рассчитывались и обрабатывались с использованием программы Leica Geo Office (1.0). Требуемая точность измерений - более 0,5 м (50 см). Оборудование использовалось в трех различных конфигурациях.
Конфигурация 1. Если расстояние от базисной линии было менее 1 км, прибор Leica использовался в лагере как ориентир, с питанием от солнечных батарей, а другой прибор SR20 и C-Nаv использовались в качестве наводки.
Конфигурация 2. Если C-Nav использовался в качестве ориентира, а два других SR20-ресивера использовались в качестве наводки, то время наблюдения за наводкой, используемой в качестве ресиверов, составляло 10-20 сек с получением планиметрической точности от 1 до 3 дм.
Конфигурация 3. Ресивер SR20 может измерять фазу (L1) с помощью внешней антенны ГСРРО в течение минимум 20 мин и расстоянии от базисной линии более 1 км. Такая установка местного и временного ориентира позволяет значительно повысить точность кодовых замеров прибора. В этом случае базисная линия между ориентиром в лагере и ориентиром на местности вычисляется при фазовом наблюдении, что дает точность до нескольких сантиметров.
Опыт работ сотрудников географического факультета Университета Гент (Бельгия) в рамках продолжающегося проекта ЮНЕСКО показал, что использование снимков, сделанных спутником КОРОНА, позволяет создать морфографические (рельефные) и топографические карты, пригодные для дальнейшего использования их в археологических исследованиях.
Дистанционно полученные данные, а именно, стереоскопические снимки, сделанные спутником CORONA и данные наземных контрольных точек(ground control point) используются для создания карт местности как основа для создания цифровой модели местности и дальнейших археологических изысканий.
Таким образом, использование программного обеспечения VirtuoZo 3.2 и наличие базы данных с точными координатами географических и археологических объектов, а также их характеристиками позволит создать ортоизображение местности и откорректировать цифровую модель рельефа долины р. Каракоба и долины р. Акберел, создать виртуальные модели изучаемых долин и археологическую геоинформационную систему для данного региона.