Drony w archeologii

Wykonano próbę wirtualnej rekonstrukcji podstawy pionowej podpory architektonicznej zlokalizowanej na terenie odkrywki archeologicznej w rejonie Antalyi w południowo-zachodniej Turcji. 

 

Informacje wstępne:

Wykonawca:	Grzegorz Durło
Operator:	Grzegorz Durło
Cel:	Wykonanie rekonstrukcji 3D bazaltowej podpory architektonicznej z VIII wieku B.C.
Data i miejsce wykonania nalotu:	Side, Prowincja Antalya, Turcja
Powierzchnia opracowania:	5 × 5 m
Sprzęt:	DJI OSMO Pro RAW, DJI Zenmuse X5, 4/3 CMOS, MFT 15 mm
Oprogramowanie:	Pix4Dmapper, CloudCompare

1. Wstęp

Rozwój techniki optoelektronicznej wykorzystującej zaawansowane sensory do detekcji oraz analizy światła widzialnego pozwalają na  gromadzenie i przetwarzanie danych o atrybutach obiektów, których pomiar  w warunkach terenowych może nastręczać wiele problemów, nadto rozmiary badanych obiektów oraz ich przestrzenne rozmieszczenie utrudniają stosowanie konwencjonalnych przyrządów mierniczych. Zobrazowanie uzyskane w wyniku nalotów z kamerami wyposażonym w matryce pełnoklatkowe lub średnioformatowe na niskim pułapie oraz techniki przetwarzania ujęć sekwencyjnych pozwalają na rejestrację szczegółów fotografowanych obiektów z dokładnością geodezyjną. To ogromna zaleta badań terenowych, w przypadku gromadzenia danych na temat obiektów wymagających dokładnej klasyfikacji cech stereometrycznych. Ten rodzaj badań to coraz powszechniejszy trend w metodach analiz związanych z cyfrową obróbką chmury punktów stanowiącej podstawę rekonstrukcji badanych obiektów np. pozostałości materialnych dawnych kultur lub stanowisk archeologicznych.

2. Lokalizacja obiektu

Turcja, prowincja Antalya, miasto Side (półwysep nad Morzem Śródziemnym), antyczna część miasta z wieloma zabytkami architektury greckiej, pozostałości świątyni Apollina Ateny i Mena. Rejon prac archeologicznych prowadzonych od wielu lat przez archeologów austriackich, aktualnie przez pracowników Katedry Archeologii Uniwersytetu Karola Franciszka w Graz.

 

 

 

3. Przebieg misji

Misję zaplanowano w aplikacji DJI GO zgodnie z następującymi parametrami: wysokość 1,6 m AGL, prędkość pozioma 0,4 m·s-1, stabilizacja GPS/GNSS,. tryb wideo 3840 × 2160 (25/30p), format MOV/MP4. Warunki meteorologiczne w trakcie misji: słonecznie, temperatura powietrza 33ᶹC; wilgotność powietrza 51%; zachmurzenie ogólne nieba 3,0 Okt, prędkość wiatru 2,5 m·s-1, widoczność pozioma 10 km; stan powierzchni czynnej sucha. Tuż obok głowicy (poziomo na ziemi oraz pionowo oparty o głowicę) umieszczono sztywny aluminiowy przymiar liniowy TOPEX długości 100 cm.

 

4. Opracowanie danych

Opracowanie wykonano na komputerze DELL Vostro P71F w aplikacji Pix4mapper. Średnia wartość wskaźnika EIQ dla zdjęć wykonanych kamerą DJI Zenmuse X5 0,871 (±0,013); liczba zdjęć wyrównanych 253/253 (100%); średnia liczba punktów wiążących 5617; MRE = 0,281, RDCO = 14,5%; całkowity czas przetwarzania 22 min. W trakcie generowania rzadkiej chmury punktów zastosowano procedurę VEO z interwałem 6. Produkt końcowy model 3D podpory wraz z charakterystyką mikroreliefu. Liczba punktów w chmurze NDP = 1 787 670. Całość opracowania wykonano w aplikacji Pix4Dmapper, pomiary oraz elementy rekonstrukcji w programie Cloud Compare.

 

5. Wyniki

Rekonstrukcja cyfrowa podpory architektonicznej ujawniła szereg ubytków w warstwie powierzchniowej kamienia. Najbardziej wrażliwe na uszkodzenia okazały się krawędzie zdobień opasujących bazę. W torusie górnym ubytki stanowiły ponad 14%, w dolnym jedynie 6%. Ponadto, szereg drobnych obtłuczeń oraz odłupania na krawędziach; otarcia i drobne wgłębienia na powierzchni głowicy. W strefie górnego torusa znacznemu uszkodzeniu uległ ornament, którego zachowane fragmenty obejmują jedynie kilkanaście procent całego elementu. W środkowej części podpory znaczne ubytki materiału, spowodowane prawdopodobnie uszkodzeniem mechanicznym. Zniszczenia podpory w obrębie trochilusa ulokowane jedynie z jednej strony podpory obejmujące wycinek koła o cięciwie długości 55 cm.

 

Tabela 1. Charakterystyka cech fizycznych bazaltowej podpory architektonicznej (stan faktyczny)

Fragment podpory	Średnica (cm)	Wysokość (cm)	Objętość (m3)	Masa (kg)
Pierścień górny1	73,40 (±0,01)	2,30 ((±0,01)	0,0022	2,217
Torus górny	74,95 (±0,02)	15,64 (±0,02)	0,0690	203,553
Trochilus	67,21 (±0,01)	13,74 (±0,02)	0,0581	171,458
Torus dolny	73,39 (±0,00)	14,98 (±0,02)	0,0531	156,775
Plinta	70,00 (±0,01)	7,50 (±0,02)	0,0097	84,144
Baza (całość)	–	54,16 (±0,02)	0,1921	618,147

¹ szerokość 40 mm (±0,016)

 

Uwzględniając wszystkie ubytki w analizowanym obiekcie oraz gęstość i masę materiały pierwotnego (drobnoziarnisty bazalt z zbitej teksturze), z którego prawdopodobnie wykonano podporę, do kompletnej rekonstrukcji należałoby użyć około 25 000 cm3 materiału (ok. 73 kg bazaltu) nie licząc spoiwa. Po wykonaniu prac rekonstrukcyjnych baza powinna odzyskać pierwotną objętość tj. 0,217 m3.

 

 

 

 

 

 

 

6. Podsumowanie

Opisana w materiale technologia w połączeniu z możliwościami cyfrowego przetwarzania obrazu w aplikacji Pic4Dmapper stanowi skuteczne narzędzie wspierające pracę archeologów oraz badaczy zajmujących się rekonstrukcją obiektów architektonicznych o wysokim stopniu szczegółowości. Okazuje się bowiem, że tradycyjne podejście analityczne może być z czasem zastąpione technikami cyfrowej rekonstrukcji obrazów, dzięki którym można precyzyjnie określić położenie przestrzenne obiektów oraz ich wzajemne powiązanie zarówno jeśli chodzi o miejsce jak i datę powstania. Technologia fotogrametryczna stanowi znakomite narzędzie do wykonania dokumentacji stanowisk archeologicznych. Powyższe techniki, nie tylko znacznie skracają czas pozyskania informacji o stanowiskach archeologicznych ale również pozwalają na wielokrotne ich przetwarzanie w miarę postępu prac eksploracyjnych w celu uzupełniania i weryfikacji dotychczasowych map rozmieszczenia obiektów w rejonie prac wykopaliskowych.

 

Źródła:

1. Civil Aviation Authority (CAA) 2017. Small Unmanned Aircraft (SUA) operators holding a valid CAA permission. http://publicapps.caa.co.uk/docs/33/20170714RptUAVcurrent.pdf
2. Crutchley S., Crow P., 2009. The light fantastic. Using in airborne lidar in archeology survey. Swindon. English Heritage.
3. Dandois J.P., Olano M., Ellis E.C. 2015. Optimal altitude, overlap, and weather conditions for computer vision UAV estimates of forest structure. Remot. Sens. 7: 13895-13920. Doi:10.3390/rs71013895
4. Doneus M., Briese C. 2011. Airborne laser scanning in forested areas. Potential and limitations of an archeological prospection technique. (In:) Cowley D. (Edit.) Remote sensing for archeological heritage management. Archeolingua. Brussels.
5. Rączkowski W. 2002. Archeologia lotnicza. Metoda wobec teorii. Wyd. Naul. UAM.