Letecký laserový průzkum v archeologii, práce s lidarovými daty

Laserové skenování (zkráceně LIDAR z angl. Light Detection and Ranging) zastupuje technologii, která patří v posledním desetiletí mezi nejnovější metody sběru prostorových dat v archeologii.  Nachází své využití zejména při vytváření přesných digitálních modelů terénu a povrchu. 

Letecké laserové skenování (LLS) / Airbone laser scanning (ALS) je jednou z bezkontaktních a aktivních metod dálkového archeologického průzkumu. Georeferencovaná měření vzdálenosti jsou zpracována do podoby 3D dat, z nichž lze transformovat výškopisné digitální modely povrchuStručná historie leteckého laserového skenování.

Letecký lidar (light detection and ranging) měří výšku zemského povrchu a další prvky na velkých plochách krajiny s velmi vysokým rozlišením a přesností. Takové informace byly dříve nedostupné, s výjimkou pracného terénního průzkumu nebo fotogrammetrie. Poskytuje velmi podrobné a přesné modely zemského povrchu s metrovým a submetrovým rozlišením. Archeologové tak mají možnost rozpoznat a zaznamenat jinak obtížně zjistitelné prvky. Protože lidar využívá světelné paprsky, má potenciál proniknout mezerami v korunách lesních porostů a zaznamenat tak povrch země pod stromy. To může odhalit prvky, které by jinak nebyly vidět.

 

Historie

Letecký lidar vznikl v 60. letech 20. století (pro detekci ponorek) a jeho první modely byly úspěšně používány počátkem 70. let v USA, Kanadě a Austrálii. Ve Spojeném království používá skupina Geomatics Group Agentury pro životní prostředí (Environment Agency Geomatics Group) lidar již více než deset let pro tvorbu nákladově efektivních terénních map vhodných pro vyhodnocování povodňových rizik. Má proto k dispozici data pro rozsáhlé oblasti země. V posledních letech získalo mnoho dalších subjektů možnost provádět průzkumy pomocí lidaru. Týká se to zejména podniků veřejných služeb, dálničních agentur a dalších developerů.

Až počátkem 21. století vstup do archeologie: Velká Británie – Cambridge/English Heritage  (S. Crutchley, B. J. Devereux), Rakousko – Vídeň/Technická univerzita (M. Doneus), Německo – Bádensko-Württembersko (R. Hesse), Nizozemí, Itálie – Siena (S. Campana), Slovinsko (Ž. Kokajl). V ČR od roku 2007, v roce 2010-2013 byl uskutečněn projekt Potenciál archeologického výzkumu krajiny v ČR prostřednictvím dálkového laserového 3-D snímkování (LiDAR) (M.Gojda – L.Starková – J. John).

Systém laserového skeneru sestává ze 4 hlavních komponent:

1. GPS (Global Positioning System) sloužího určování absolutní polohy nosiče v prostoru

2. laserové jednotky  složené z laserového vysílače a přijímače

3. skeneru obsahujícího těleso rotujícího zrcadla, které zapříčiňuje jemné vychylování svazků laserových paprsků mimo svou osu, čímž určuje rozsah záběru snímané plochy - obvykle v 20º - 30º (nejmodernější přístroje mohou dosahovat hodnoty až 70º)

4. kontrolní (řídicí) jednotky, jež je komunikačním prostředkem mezi vlastním skenerem a laserovou jednotkou, u nichž je vyžadována neustálá časová synchronizace.

Výstupy leteckého laserového skenování

Primárním výstupem leteckého laserového skenování  je tzv. mračno bodů (vektorová data), které je následně možné generovat rastrové (obrazové) výškopisné modely (DEM) velmi vysokého rozlišení. Surová mračna jsou transformována do dvou typů digitálních modelů reliéfu:

Digitální model povrchu – DMP

Digitální model terénu – DTM

Princip zpracování dat:

1. Sběr dat  - pro archeologii je důležité roční období skenování, jeho hustota a výška a rychlost letu nosiče

2. Klasifikace – rozdělení naměřených bodů do skupin, následuje automatizovaná či ruční klasifikace

3. Filtrace – odstranění nechtěných skupin bodů z mračna

4. Interpolace a vizualizace–převod vektorového zobrazení do rastrového, nástroje Gis i samostatné softwary

5. Interpretace – manuální i automatické vyhledávání antropogenních tvarů reliéfu a objektů archeologického zájmu, je nezbytné vždy struktury ověřit v terénu

Zpracování rastrové podoby a typ vizualizace jasně ovlivňují možnosti interpretace lidarových dat. Existuje mnoho možností generování nových modelů a vizualizací a současně možnost neustálého upravování parametrů v naději na "vylepšení" modelu (hillshade, PCA, Slope, Sky-view factor, Local Relief Model atd.).

 

Drony v archeologii

Drony představují užitečnou leteckou platformu v nízké výšce pro záznam historických budov, památek, archeologických nalezišť a krajiny. Mohou nést širokou škálu senzorů včetně kamer, multi/hyperspektrálních zobrazovacích jednotek a dokonce i laserových skenerů. Drony mohou poskytovat dokumentační fotografie lokalit, ale lze je také použít k vytváření metricky přesných záznamů pro průzkumné a konzervační práce. Je však třeba dbát na to, aby se drony používaly způsobem, který je bezpečný jak pro lidi, tak pro zaznamenávané historické objekty.

Mezi hlavní cíle využití dronů v archeologii náleží monitorování lokalit, prezentační a interpretační expozice, vytváření 3D modelů povrchu krajiny a architektury. Průzkumy pomocí bezpilotních letadel (UAV) umožňují rychlý sběr vysoce kvalitních dat v různých měřítkách a rozlišeních, čímž se liší od ostatních metod průzkumu. Můžeme identifikovat dosud nezaznamenané lokality, určit celý rozsah známých archeologických nalezišť a monitorovat stav budov nebo památek. Můžeme také provádět multispektrální průzkum pomocí bezpilotních letounů, abychom zjistili podpovrchovou archeologii, nebo využít bezpilotní letoun LiDAR k zaznamenání prvků skrytých pod porostem stromů.

Díky této rychlosti a flexibilitě je dronová dokumentace vynikající volbou pro topografický průzkum, archeologický letecký průzkum a záznam staveb. Průzkumy mohou být velmi lokalizované nebo mohou zachycovat celou krajinu. Snímky lze spojit dohromady a vytvořit jednu sadu fotografických dat nebo je použít k vytvoření 3D fotogrammetrického modelu. Bezpilotní letouny lze také použít ke sběru leteckého videa a fotografií a k doplnění jiných forem průzkumu. Metoda vyhodnocení fotogrammetrických dat se obecně nazývá Structure from Motin (SfM).


Odkazy na literaturu: viz seznam doporučené literatury. 

Naposledy změněno: čtvrtek, 16. června 2022, 11.11