Новые технологии помогают познавать историю

Мэтт Болл, компания Esri

Archaeologists Dig into Data, Not Dirt

В глубине гватемальских джунглей группа исследователей из Фонда культурного и природного наследия народов майя недавно сделала захватывающее открытие в поселении, которому более 1500 лет. Они проводят свои изыскания на обширной территории общей площадью 800 квадратных миль, но при этом им не потребовались лопаты и тачки, чтобы раскопать эту находку. Вместо этого они использовали метод воздушного лазерного сканирования, известный как LiDAR, который позволяет проникать взглядом под плотные слои деревьев и виноградных лоз и получить реальное представление о ландшафте древних городов, сельском хозяйстве и транспортных сетях Майя.

Эта трехмерная топографическая и археологическая работа выявила тысячи ранее неизвестных сооружений, включая дома, ирригационные каналы, сельскохозяйственные поля, оборонительные сооружения, пирамиды и другие объекты. Поместив полученные изображения на карту низменности майя, группа исследователей изменила все ранее имевшиеся представления об этом регионе и его древнем населении. Фактически, они обнаружили, что на этой территории когда-то проживало 10 миллионов человек.

Чтобы больше узнать о прошлом, археологи все чаще обращаются к таким технологиям, как LiDAR, и к цифровым картам. Крупномасштабные раскопки, подобные тем, которые раскрыли тайны, скрытые в Долине царей (Valley of the Kings) в Египте (рис. 1), далеко не всегда практичны и реализуемы, в том числе с точки зрения затрат и логистики – многое можно узнать, не берясь за лопату и не путешествуя по всему земному шару.

Рис. 1. Разрушительные раскопки, такие как эта в Долине царей в Египте, теперь далеко не всегда необходимы для обнаружения и изучения древних культур.

Юго-западные кибер-раскопки

Аналогичные усилия предпринимаются в американских штатах Аризона, Колорадо и Нью-Мексико. Как и низменности Майя в Гватемале, ныне практически безлюдный регион юго-запада США когда-то был домом для процветающих общин коренных народов.

Масштабный долгосрочный проект CyberSW (юго-западные кибер-раскопки), финансируемый Национальным научным фондом, направлен на консолидацию огромных объемов данных, полученных при проведении тысяч раскопок в данном регионе. Этот проект оживит историю, сделав ее доступной для исследователей и общественности через обширный онлайн-архив (рис. 2). Хотя коренные жители Америки не оставили никаких письменных записей, истории их существования написаны на земле и могут быть обнаружены датчиками и исследованы с помощью карт и баз данных.

Рис. 2. Наскальные рисунки, такие как эти с сайта Петроглиф три реки (Three Rivers Petroglyph), будут добавлены в более обширную археологическую цифровую летопись проекта CyberSW (Юго-западные кибер-раскопки).

Рассматривая примеры прошлых миграций людей среди ландшафтов и формирования сообществ, мы можем понять текущие модели иммиграции, неравенства и перенаселения. Этот более высокий уровень анализа также поможет исследователям понять климатические сдвиги, которые заставили людей покинуть исторические поселения.

Высокотехнологичные инструменты

По мере того как археология все глубже проникает в цифровую эпоху, исследователи находят новые, в том числе виртуальные способы изучения прошлого, такие как:

Лидарные съемки: Отражение лазерного излучения от земли с интенсивностью, способной проникать сквозь густую растительность, позволяет получить детальное представление о поверхности Земли. Построенная по этим данным 3D-карта дает возможность исследователям видеть и совместно использовать представление ландшафта в укрупненном масштабе.

Термография: Использование тепловизионных инфракрасных камер, особенно на дронах, позволяет получать изображения, которые помогают обнаруживать скрытые элементы архитектуры и культурного ландшафта. В зависимости от материалов и плотности почвы возвращаемая от них температура может указывать очертания давно разрушившихся строений или слежавшиеся линии направлений прошлых путей.

Георадар: Радиолокатор для глубинного поиска и исследований, направленный на землю, позволяет обнаруживать подповерхностные объекты и слои, обеспечивая трехмерную модель, которая отображает результаты зондирования на разных глубинах. Эти трехмерные подземные карты особенно полезны для поиска мест захоронений, которые археологи предпочли бы оставить нетронутыми.

Магнитометрия: Каждый вид материала обладает уникальными магнитными свойствами. Обнаружение локальных изменений в магнитном поле Земли может помочь в обнаружении артефактов и объектов. Магнитометры сильно реагируют на обожженную почву, кирпич, железо, сталь и многие виды горных пород.

Дроны: В течение многих лет археологи использовали обычные фотографии и ручные рисунки для документирования археологических памятников. Чтобы взглянуть на место с высоты птичьего полета, они использовали краны и строительные леса. Но с помощью легких беспилотных летательных аппаратов, оснащенных камерами высокого разрешения, обзор археологических объектов с высоты птичьего полета стал намного проще, а отдельные полученные с них изображения могут быть сшиты в единую мозаичную модель. Отличное решение этой задачи обеспечивает приложение Drone2Map for ArcGIS, позволяющее быстро обработать серию аэрофотоснимков и представить их в виде ортофотоплана и трехмерной модели местности, а также опубликовать на сайте или портале (рис. 3). Эта технология, например, использовалась при исследованиях древних поселений индейцев в Ацталане, штат Висконсин, для воссоздания их изначального вида и описана в статье в журнале ArcNews «ГИС набирает высоту в археологии» (см.: GIS Gains Altitude in Archaeology).

Рис. 3. Карта-история раскопок в Сэндби Борг (Sandby borg), Швеция, помогает приобщиться к археологическим изысканиям и открытиям.

ГИС: Географические информационные системы позволяют людям собирать, обрабатывать, визуализировать и исследовать все виды данных, в том числе полученных с помощью кратко описанных выше методов. Археологи все чаще используют мощные ГИС-инструменты и программное обеспечение для 3-D моделирования, такие как технология Esri CityEngine, для создания виртуальных копий местообитаний древних цивилизаций. Модели можно исследовать с помощью методов виртуальной реальности с эффектом присутствия, что позволит любому пройти через прошлое без необходимости совершения далеких путешествий. Весьма полезным инструментом являются и шаблоны карты-истории (ArcGIS StoryMaps), дающие возможность представить широкой аудитории разнообразную информацию в форме увлекательного повествования.

Меняющаяся очевидность

Археологи сталкиваются со стереотипом копания в земле, когда отходит на второй план более широкая задача, а именно – изучить, как люди жили и адаптировались в течение долгого времени на разных территориях, и узнать, почему культуры приходят и уходят.

Большая часть сегодняшних археологических исследований предполагает более глубокое обследование известных мест и более широкое исследование сетей и сайтов. Оцифрованные записи позволяют намного больше и быстрее узнавать о прошлых открытиях и создавать общую цифровую базу знаний. Новые технологии, такие как датчики, базы данных и ГИС-карты, а также такие производные приложения как карты-истории, все они обеспечивают расширенную визуализацию и более глубокую междисциплинарную осведомленность. А 3D-рендеринг археологических памятников может дать археологам и историкам лучшее понимание того, как жили люди в отдаленном прошлом.

Одним из хороших примером представления ведущихся исследований и получаемых результатов является карта-история с рассказом о раскопках в кольцевой крепости Сэндби Борг, расположенной на острове Эланд, Швеция (рис. 3), и сопровождающее ее краткое видео.

Таким образом, хотя непосредственный выезд в поле и не уходит в прошлое, археологи могут сделать и получить намного больше, используя современные цифровые инструменты. И, как в случае с Гватемалой и пустыней на юго-западе США (рис. 4), для новых открытий исследователи могут широко использовать современные технологии там, где ранее они бы работали преимущественно ногами и руками.

Рис. 4. Обработка данных аэросъемки с дрона в приложении Drone2Map for ArcGIS позволила создать двумерный ортофотоплан и трехмерную модель места древнего поселения индейцев в Ацталане, полученные изображения используются в качестве основы базовой карты в исследованиях по данному проекту.

Люди всегда стремились раскрыть сокрытое в бесконечном разнообразии масштабов: от микробов в почве до неисследованного каньона в океане, от социальных моделей общества до частиц во внешней атмосфере. Программное геоинформационное обеспечение (ГИС) помогает выявить, сохранить и зафиксировать то, что скрывается над, на и под земной поверхностью, и отобразить это на цифровых картах разного масштаба и назначения.

Эта статья основана на материалах поста в блоге Мэтта Болла (Matt Ball), члена группы стратегических ресурсов в Esri, где он пишет о проектах ГИС-пользователей и значении геоинформационных технологий. Он впервые столкнулся с ГИС во время работы в Геологическом обществе Америки, когда приложение, в динамике демонстрирующее внутреннее устройство нашей планеты, покорило его воображение. Мэтт был редактором журнала GeoWorld и издателем в V1 Media, а потом присоединился к Esri, чтобы быть ближе к людям, которые создают эту цифровую реальность, и работать в компании, которая понимает перспективы использования геопространственных инструментов и воплощает их в жизнь.