ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE
FAKULTA STAVEBNÍ
Katedra mapování a kartografie
Využitie družicových, fotogrametrických a leteckých laserových
dát pre vyhľadávanie archeologických nálezísk
Using of satellite or aerial image data and aerial laser scanning data for
archeologiacal areas localisation
Diplomová práca
Autor práce: Bc. Rudolf ŠRUTKA
Vedúci práce: Prof. Dr. Ing. Karel PAVELKA
V Prahe 15. 05. 2012
ČESTNÉ PREHLÁSENIE
Prehlasujem,
že
som
diplomovú
prácu
na
tému
Využitie
družicových,
fotogrametrických a leteckých laserových dát pre vyhľadávanie archeologických nálezísk
vypracoval samostatne a že som uviedol všetky použité zdroje a podklady.
V Prahe 15.05.2012
.....................................
Podpis
3
POĎAKOVANIE
Na tomto mieste by som rád poďakoval vedúcemu diplomovej práce prof. Dr. Ing.
Karlovi PAVELKOVI za trpezlivé a odborné vedenie mojej práce a za veľa cenných rád pri
jej spracovaní. Ďalej ďakujem Ing. Martine Faltýnovej, Ing. Eve Matouškovej a Ing. Karolíne
Hanzálovej za poskytnuté materiály a pomoc pri spracovaní diplomovej práce a
Zememeračskému úradu ČR za poskytnuté dáta.
ANOTÁCIA
Cieľom diplomovej práce je preskúmať možnosti využitia metód leteckej
fotogrametrie,
diaľkového
prieskumu
Zeme
a leteckého
laserového
skenovania
pri vyhľadávaní archeologických nálezísk. Vymenované metódy patria k bezkontaktným,
resp. nedeštruktívnym metódam archeológie. V súčasnosti sú stále viac integrované v oblasti
vyhľadávania archeologických nálezísk a tým dôležité pri ochrane kultúrneho dedičstva.
Diplomová práca obsahuje podrobný teoretický prehľad týchto dát, ako aj konkrétne ukážky
ich praktického použitia na vybraných archeologických lokalitách. V závere práce je
vykonané zhodnotenie dosiahnutých výsledkov a diskusia na tému využiteľnosť jednotlivých
metód v nedeštruktívnej archeológii.
KĽÚČOVÉ SLOVÁ:
Letecká archeológia, družicové dáta, diaľkový prieskum Zeme, letecké laserové skenovanie,
letecká fotogrametria, geoglyfy.
ANNOTATION
The aim of this diploma thesis is to research the possibilities of using the methods
of aerial photogrammetry, remote sensing and of aerial laser scanning by archeological areas
localization. The above mentioned methods belong to contactless or to non-destructive
methods of archeology. Currently they are integrated still more and more in area
of archeological areas localization, thereby important in protection of cultural heritage. The
diploma thesis contains very detailed theoretical overview of these data as well as specific
illustrations of practical usage on selected archeological areas. In conclusion of this thesis is
performed an evaluation of reached results and a discussion about the usage of individual
methods in non-destructive archeology.
KEY WORDS
Aerial archeology, satellite data, remote sensing, aerial laser scanning, aerial photogrammetry,
geoglyphs.
ZOZNAM POUŽITÝCH SKRATIEK
3D model
trojrozmerný model
ALS (LLS)
Airborne Laser Scanning (Letecké laserové skenovanie)
Bpv
výškový systém Balt po vyrovnaní
CCD
Charge Coupled Device
CW
Continual Wave
ČUZK
Český úrad zememeračský a katastrálny
DMP
digitálny model povrchu
DMP 1G
Digitálny model povrchu územia Českej republiky 1. generácie
DMR
digitálny model reliéfu
DMR 4G
Digitálny model reliéfu územia Českej republiky 4. generácie
DMR 5G
Digitálny model reliéfu územia Českej republiky 5. generácie
DMT
digitálny model terénu
DPZ
diaľkový prieskum Zeme
GIS
geografický informačný systém
GPS
globálny pozičný systém
Hel
elipsoidická výška
INS
Inerciálny navigačný systém (inertial navigation system)
LIDAR
Light Detection And Ranging
LIS
územný informačný systém
LLS (ALS)
Letecké laserové skenovanie (Airborne Laser Scanning)
QB
QuickBird - súkromná družica americkej spoločnosti DigitalGlobe
RGB
farebný model (Red-Green-Glue)
S-JTSK
Systém jednotnej trigonometrickej siete katastrálnej
TIN
nepravidelná trojuholníková sieť výškových bodov
TModeler
TerraModeler
TScan
TerraScan
UTM
Univerzálny transverzálny Mercatorov systém súradníc
VÚV
Výskumný ústav vodohospodársky T. G. Masaryka, v. v. i.
ZÚ
Zeměměřický úřad
7
Obsah
ÚVOD
10
1.
12
TEORETICKÉ REŠERŠE
1.1
Nedeštruktívna archeológia .................................................................... 12
1.1.1
Druhy nedeštruktívnej archeológie................................................. 13
1.1.2
Metóda nedeštruktívneho výskumu ............................................... 13
1.1.3
Význam nedeštruktívnej archeológie .............................................. 14
1.2
Letecká archeológia a diaľkový prieskum Zeme..................................... 15
1.2.1
Vymedzenie metódy, základné pojmy a definície ........................... 15
1.2.2
Ciele leteckej archeológie ................................................................ 16
1.3
História leteckej archeológie....................................................................17
1.3.1
Vznik a rozvoj metód leteckého prieskumu .................................... 18
1.3.2
Povojnové obdobie a budovanie fotoarchívov ................................ 21
1.4
Letecká archeológia v súčasnosti ............................................................ 21
1.4.1
1.5
Vizuálny prieskum .................................................................................. 24
1.5.1
2.
Hlavné európske projekty ............................................................... 22
Princípy zviditeľňovania objektov .................................................. 24
METÓDY PRIESKUMU
2.1
31
Letecká fotogrametria ............................................................................. 31
2.1.1
Mierka zvislej meračskej snímky .................................................... 33
2.1.2
Vyhodnotenie leteckých meračských snímok ................................. 34
2.1.3
Jednosnímková digitálna fotogrametria ......................................... 35
2.1.4
Fotoplán........................................................................................... 36
2.2
DIAĽKOVÝ PRIESKUM ZEME .............................................................. 37
2.2.1
Základné pojmy družicových dát .................................................... 37
2.2.2
Vývoj družicových dát ..................................................................... 38
2.2.3
Rozdelenie družicových dát ............................................................ 40
2.3
LETECKÉ LASEROVÉ SKENOVANIE ................................................... 43
2.3.1
Princíp laserového skenovania........................................................ 43
2.3.2
Metóda LLS ..................................................................................... 44
2.3.3
LLS a nové výškové mapovanie v ČR .............................................. 45
2.4
Zhrnutie a porovnanie metód ................................................................. 47
8
3.
PRAKTICKÁ ČASŤ
3.1
Spracovanie dát leteckej fotogrametrie .................................................. 48
3.1.1
Dáta leteckej fotogrametrie ............................................................. 48
3.1.2
Nazca Peru a geoglyfy ...................................................................... 49
3.1.3
Software TopoL ............................................................................... 50
3.1.4
Transformácia snímok a tvorba fotoplánu ..................................... 51
3.2
Spracovanie dát DPZ ............................................................................... 53
3.2.1
Dáta DPZ ......................................................................................... 54
3.2.2
Družica GeoEye-1 ............................................................................ 55
3.2.3
Software ENVI ................................................................................. 56
3.2.4
Spracovanie ..................................................................................... 57
3.2.5
Klasifikácia obrazových dát ............................................................. 58
3.2.6
Úpravy po klasifikácii ...................................................................... 62
3.2.7
Filtrovanie obrazových dát .............................................................. 63
3.2.8
Zhodnotenie výsledkov ................................................................... 65
3.3
4.
48
Spracovanie dát LLS ............................................................................... 65
3.3.1
Dáta LLS .......................................................................................... 65
3.3.2
Spracovaná lokalita ......................................................................... 66
3.3.3
Prostredie programu FugroViewer ................................................. 68
3.3.4
TerraScan a TerraModeler .............................................................. 70
3.3.5
Tvorba DMT .....................................................................................71
3.3.6
Možnosti vizualizácie .......................................................................71
ZÁVER
4.1
78
Diskusia ...................................................................................................80
ZOZNAM POUŽITÝCH ZDROJOV .................................................................. 83
ZOZNAM POUŽITÝCH OBRÁZKOV ............................................................... 87
ZOZNAM POUŽITÝCH TABULIEK ................................................................. 89
ZOZNÁM PRÍLOH ........................................................................................... 89
OBSAH DVD ..................................................................................................... 89
9
ÚVOD
Diplomová práca pojednáva o možnostiach využitia fotogrametrických, družicových
a leteckých laserových dát pri vyhľadávaní archeologických nálezísk. Tieto metódy sú
v súčasnosti stále viac integrované v oblastiach poznávania ľudskej minulosti a pri ochrane
kultúrneho dedičstva. Globálne ich budeme nazývať metódami leteckej archeológie. Tento
názov, podľa publikácie [1], vychádza z histórie, kedy jedinou a základnou metódou
nedeštruktívnej archeológie bola práve letecká fotogrametria.
Hneď na začiatku je potrebné zdôrazniť, že vo všetkých troch prípadoch sa jedná
o bezkontaktný, resp. nedeštruktívny spôsob vyhľadávania archeologických nálezísk a práve
týmto bezkontaktným metódam sa budeme venovať.
Archeológia je veda skúmajúca minulé ľudské spoločnosti prostredníctvom
archeologických prameňov. Vedľa klasickej archeológie došlo s rozvojom letectva
a fotografie k veľkému rozmachu v oblasti vyhľadávania archeologických nálezísk. Nové
bezkontaktné metódy priniesli so sebou veľké možnosti využitia. Metódy leteckej archeológie
patria k najdôležitejším spôsobom získavania archeologických dát. Ich najväčšou výhodou je
veľký záber, žiadnou inou metódou nebolo objavených viac archeologických lokalít
a objektov. Nedeštruktívna archeológia prešla zložitým a dlhým vývojom. Spočiatku sa
pri vyhľadávaní a skúmaní využívala len letecká fotogrametria. Neskôr, s postupným
rozvojom nových technológií a technického vybavenia dochádza k využitiu aj ďalších
moderných metód, ako napríklad leteckého laserového skenovania, či diaľkového prieskumu
Zeme. Použitím týchto nových metód došlo k veľkému rozmachu v oblasti bezkontaktného
skúmania zemského povrchu, čím boli dosiahnuté významné výsledky v tejto oblasti.
Cieľom práce bolo preskúmať možnosti využitia metód leteckej archeológie
pri vyhľadávaní archeologických nálezísk a ich následná vizualizácia a prezentácia.
Skúmaním a porovnávaním metód zistiť výhody a nevýhody tej ktorej metódy z rôznych
hľadísk.
Letecká archeológia a tiež diaľkový prieskum zeme budú určite v budúcnosti stále viac
integrované do poznávania ľudskej minulosti a do ochrany o kultúrne dedičstvo.
10
Práca je rozdelená do štyroch kapitol. Prvá kapitola podrobnejšie pojednáva
o nedeštruktívnej archeológii ako o bezkontaktnom spôsobe vyhľadávania archeologických
nálezísk. Je tu vysvetlený pojem nedeštruktívnej archeológie, jej rozdelenie, metódy výskumu
a jej význam. Druhá časť kapitoly predstavuje leteckú archeológiu ako celok, zaoberá sa
vymedzením metódy, vysvetlením základných pojmov a definícii. Pojednáva o cieľoch
a približuje historický vývoj leteckej archeológie a jej použitie v súčasnosti. Záver kapitoly sa
podrobnejšie
zaoberá
metódami
vizuálneho
prieskumu
a princípmi
zviditeľňovania
historických objektov.
Druhá kapitola približuje tri základné metódy leteckej archeológie. Jedná sa o metódy
prieskumu, ktoré sa v súčasnosti využívajú pri bezkontaktnom vyhľadávaní archeologických
nálezísk. Poukážeme na výhody a nevýhody použitia jednotlivých dát, porovnáme si
navzájom podľa viacerých kritérií, ako napríklad priestorové rozlíšenie dát, možnosti
využitia, cena a pod. Záver kapitoly obsahuje porovnanie týchto troch metód prieskumu
a popisuje výhody a nevýhody použitia tej ktorej metódy.
Tretia kapitola je venovaná praktickej časti, kde na konkrétnych ukážkach
historických lokalít predvedieme použiteľnosť dát, ktoré boli získané troma vyššie
spomínanými metódami. Praktická časť je rozdelená do troch častí podľa typu použitej
metódy. V každej z nich je predstavená spracovávaná lokalita, použitý software, v ktorom
boli dáta spracovávané a samozrejme ich možnosť vizualizácie.
V záverečnej štvrtej kapitole diplomovej práce sú zhrnuté dosiahnuté výsledky
vykonanej práce a úvaha nad vhodnosťou využitia tej ktorej metódy pre daný účel.
Pri spracovaní diplomovej práce som použil informácie z rôznych podkladových
materiálov a zdrojov. Pri definovaní pojmov a objasnení teórie sa vychádzalo predovšetkým
z odbornej literatúry. Praktická časť práce sa zakladá na informáciách získaných pri vlastnom
spracovaní, ako aj z rôznych učebných textov a záverečných prác mojich kolegov.
11
1. TEORETICKÉ REŠERŠE
Úvodná kapitola práce sa zaoberá vysvetlením pojmov nedeštruktívnej archeológie.
Poukazuje na význam a možnosti leteckej archeológie pri vyhľadávaní archeologických
objektov. Pre lepšie pochopenie celej problematiky uvádzame aj históriu a vývoj tejto
relatívne novej technológie. Základom týchto metód sú prírodné príznaky, ktoré vznikajú
za určitých okolnosti a ktoré pomáhajú pri odhaľovaní historických lokalít. Záver kapitoly
potom podrobnejšie popisuje tieto prírodné príznaky a možnosti ich zviditeľňovania.
1.1 Nedeštruktívna archeológia
Ak nebude v nasledujúcej kapitole uvedené inak, všetky použite zdroje pochádzajú
z publikácie[1].
Nedeštruktívna archeológia je súborom techník, metód a teórií zameraných
na vyhľadávanie a vyhodnotenie archeologických prameňov bez prevedenia deštruktívneho
zásahu do terénu. Nedeštruktívnu archeológiu môžeme chápať ako určitú špecializáciu,
charakterizovanú svojimi otázkami a spôsobmi riešenia, avšak z hľadiska konečných cieľov
všestranne spojenú s odborom archeológie ako celku. Je tiež chápaná ako archeologický
prieskum vytvárajúci poznatky predbežného, pomocného, či doplňujúceho rázu.
Pojem „nedeštruktívny postup“ bol vytvorený v protiklade k terénnym postupom
„deštruktívnym“, teda k archeologickým výkopom. Žiadny z nedeštruktívnych postupov pri
vhodnej aplikácii archeologický prameň podstatnejšie neruší, a preto môže byť skúmaný
opakovane a rôznymi metódami. V tomto ohľade sa nedeštruktívne postupy líšia od výkopov,
pri
ktorých
dochádza
k jednorazovému
a definitívnemu
zániku
preskúmavaného
archeologického prameňa.
K nedeštruktívnym postupom počítame nielen tie, pri ktorých nedochádza k žiadnemu
rušivému zásahu do terénu, ale aj tie, ktoré do archeologického prameňa zasahujú len
v prijateľnej malej miere. V praxi to znamená, že zásah do terénu (ak vôbec nejaký je) je tak
malý, že pri ňom nedochádza k trvalej zmene charakteru a k podstatnému obmedzeniu
vypovedajúcich možností archeologického prameňa.[1]
12
1.1.1 Druhy nedeštruktívnej archeológie
Nedeštruktívne postupy je možné členiť podľa rôznych hľadísk. Za účelne
považujeme vymedziť štyri širšie oblasti s celkom zhruba dvanástimi základnými druhmi
nedeštruktívnych metód. V nasledujúcej tabuľke si prehľadne vypíšeme tieto štyri oblasti
a druhý metód k nim prislúchajúcim.
Tab. 1.1 - Prehľad hlavných metód nedeštruktívneho archeologického prieskumu a výskumu
OBLASŤ
Diaľkový prieskum
[1]
ZÁKLADNÝ DRUH
HLAVNÉ METÓDY A TECHNIKY
(1) analýza družicových
panchromatické snímky, digitálny záznam
snímok
(viacpásmový skener, radar)
(2) analýza kolmých leteckých
panchromatické snímky, digitálny záznam
snímok
(viacpásmový skener, radar), laserové
systémy, termovízia
(3) prospekcia z nízko
šikmé panchromatické snímky, video
letiaceho lietadla
(4) geofyzikálne meranie
geoelektrické metódy, gravimetria,
magnetometria, seismika, termometria a iné
Aplikácia prírodovedných
(5) detektory kovu
metód
Použitie v priebehu archeologických
výkopov, cielený prieskum
(6) geochemická analýza
fosfátová analýza, analýza kovov, lipidov,
kyslosti pôdy
Povrchový prieskum
(7) povrchový prieskum
vizuálny prieskum, geodeticko-topografický
a výskum antropogénnných
výskum, plošná nivelácia
tvarov reliéfu
(8) geobotanická indikácia
identifikácia objektov, areálov a krajinného
rámca
(9) povrchový zber
„vyhľadávanie nálezísk“, analytické postupy
(10) vyhľadávanie vrstiev
vpichy, vrty, mikrosondáž
Obmedzený zásah pod
(11) vzorkovanie vrstiev
mikrosondáž, vzorkovacia sondáž
povrch terénu
(12) vyhľadávanie objektov
ryhovanie
1.1.2 Metóda nedeštruktívneho výskumu
Metódou terénneho výskumu rozumieme všeobecné vlastnosti postupu, ktorým sa
archeologické pramene v teréne identifikujú, priestorovo vymedzujú a klasifikujú. Aplikáciou
určitej metódy sa archeologický prameň mení na archeologické dáta.
13
1.1.3 Význam nedeštruktívnej archeológie
Význam nedeštruktívnej archeológie je možné zhrnúť do niekoľkých bodov. Jedným
z nich je predovšetkým možnosť získať relatívne vyvážené informácie o väčších
priestorových celkoch archeologických prameňov, ktoré nie je možné preskúmať
archeologickými výkopmi. Veľké súvislé plochy krajiny dnes je možné sledovať nielen
leteckým snímkovaním a povrchovým zberom, ale aj inak, napríklad modernou geofyzikálnou
technikou. Nové typy geofyzikálnych prístrojov nielen neustále spresňujú, ale aj zrýchľujú
svoje merania. Nedeštruktívne metódy sa preto logický stávajú základným východiskom
výskumu v sídelnej a krajinnej, resp. priestorovej archeológii.
Nedeštruktívne metódy archeológie tiež podstatne rozširujú dátovú základňu, a to
hlavne pre areály, ktoré bývajú inak objavované len vzácne. Prínosy sú aj v ďalších ohľadoch.
Nedeštruktívne postupy často vedú k zisteniu nových druhov komponentov, takých, ktoré nie
sú ľahko zachytiteľné pri archeologických výkopoch, a preto unikajú pozornosti. Jedná sa
predovšetkým o nové typy lineárnych útvarov, ktoré sú v praxi často zachytiteľné len leteckou
prospekciou.
Niektoré nedeštruktívne postupy (predovšetkým geofyzikálna a letecká fotogrametria)
umožňujú
v priaznivých
podmienkach
získať
veľmi
detailný
obraz
povrchových
archeologických situácií.
Nech už nedeštruktívne metódy chápeme ako archeologický prieskum alebo ako
spôsob výskumu, ich aplikácia má vždy etický rozmer, pretože v oboch prípadoch umožňuje
prezieravejší
a šetrnejší
prístup
k archeologickému
dedičstvu.
V prvom
prípade
ide predovšetkým o efektívnu prípravu archeologického výkopu, prípadne jeho vylúčenie.
V druhom prípade vedie aplikácia nedeštruktívnych metód k možnosti ťažiť z informačného
potenciálu archeologických prameňov, pritom v čo najmenšej miere redukovať ich tak, ako
stále sa zmenšujúci rozsah. Bez deštruktívnych výkopov, prevádzaných na ohrozených aj
neohrozených lokalitách, sa archeológia síce nikdy neobíde, nedeštruktívne metódy by sa
však mali stať bežnou súčasťou terénnej práce a v prípade cieleného výskumu dokonca ich
východiskom a ťažiskom.[1]
14
1.2 Letecká archeológia a diaľkový prieskum Zeme
Letecká archeológia patrí medzi najdôležitejšie spôsoby získavania archeologických
dát. Žiadna iná metóda nepracuje v tak veľkom prostredí ako ona a neobjavuje toľko nových
archeologických lokalít a nových typov objektu. Letecká archeológia a tiež diaľkový
prieskum Zeme budú určite v budúcnosti stále viac integrované do poznávania ľudskej
minulosti a do ochrany o kultúrne dedičstvo.
Obrovský potenciál leteckej archeológie sa skrýva aj v rozsiahlych archívoch leteckých
(prevažne tzv. vertikálnych) fotografií rozmiestnených prakticky po celom svete. V týchto
archívoch je údajne uložených na sto miliónov leteckých snímok. K ich využitiu v oblasti
výskumu historickej krajiny však doposiaľ došlo len v zanedbateľnej miere, a to aj napriek
tomu, že doterajšie analýzy preukázali ich veľkú hodnotu.[1]
1.2.1 Vymedzenie metódy, základné pojmy a definície
Činnosti spojené s interpretáciou obrazových prameňov, s vizuálnym prieskumom
krajiny a vyhotovovanie dokumentačných snímok z výšky (v radoch stoviek metrov až
stoviek kilometrov) môžeme označiť súhrnným pojmom letecká archeológia. Leteckú
archeológiu chápeme ako odbor, ktorý vo svojej náplni integruje dva aspekty: prieskumný
a dokumentačný. Širšie vymedzenie tohto odboru predpokladá, že vedľa vlastnej prospekcie
archeologických objektov a komponent nás zaujímajú aj tie kategórie kultúrnej krajiny, ktoré
nie je treba hľadať, pretože sú viac či menej dobre zachované a viditeľné. Sú to napríklad
historické jadrá miest a obcí, opevnené sídla, komunikácie a iné. Poznatky získane práve
leteckou archeológiou a jej metódami sú pre analýzu a rekonštrukciu zaniknutej krajiny
v mnohých prípadoch rozhodujúce, pretože vďaka jej veľkému priestorovému záberu je
možné s jej pomocou hľadať a rekonštruovať väzby medzi sídelnými jednotkami, ich
hospodárskym zázemím a okolitým prírodným prostredím.
Letecká archeológia, rovnako ako aj iné metódy, má svoje medze, ktoré je nutné brať
do úvahy. Jedná sa predovšetkým o problém časového zaradenia identifikovaných objektov.
Chronologické zaradenie podpovrchových reliktov je možné určiť maximálne s istou dávkou
pravdepodobnosti, a to na základe porovnania ich morfológie s tvarmi objektov datovaných
inými terénnymi metódami. Z tohto dôvodu je vhodné kombinovať rôzne metódy
nedeštruktívneho výskumu, pretože týmto spôsobom sa ich potenciál výrazne zvyšuje.
15
Od
90.
rokov
20.
storočia
sa
stále
častejšie
v archeológii
stretávame
s aplikáciou metód diaľkového prieskumu Zeme (DPZ). Diaľkový prieskum Zeme je teda
medziodborovou disciplínou, ktorej úlohou je získavať informácií o Zemi pre rozličné
odvetvia vedy. Hlavný zmysel metódy spočíva v bezkontaktnom zbere informácii o teréne
a o objektoch, ktoré sa na ňom nachádzajú. Na rozdiel od klasickej fotogrametrie, ktorá sa
zaoberá predovšetkým metrickým spracovaním obrazových záznamov, DPZ sleduje
predovšetkým interpretačnú, sémantickú stránku dát. Vo väčšine prípadov je DPZ spojované
s využívaním družicových snímok, ale rýchly rozvoj digitálnych technológií priniesol
niektoré spôsoby vyhotovovania špeciálnych dát (termovízia, radarové a laserové systémy) aj
na nosiče operujúce v menších výškach (lietadla).[1]
1.2.2 Ciele leteckej archeológie
Informácie získané leteckou archeológiou slúžia primárne potrebám štúdia historickej
(myslené pravekej, stredovekej a novovekej) krajiny a pozostatkov aktivít človeka v nej.
Za hlavné ciele leteckej archeológie preto považujeme :
•
plošný prieskum krajiny z výšky, sledujúci identifikáciu doposiaľ neidentifikovaných
archeologických pamiatok buď čiastočne zachovaných, alebo nezachovaných v reliéfnej
podobe.
•
dokumentácia kultúrnej krajiny (nehnuteľných pamiatok, reliktov pôvodného prírodného
prostredia a prejavy tafonómie krajiny)
•
získavanie informácií z leteckých a družicových snímok, vyhotovované za iným účelom
než je archeologická prospekcia a štúdium historickej krajiny
•
evidencia, uloženie a odborná analýza získaných dát, ich využitie vo vedeckéj práci
a ochrane kultúrneho dedičstva.
V teoretickom výskume sa dáta leteckej archeológie využívajú predovšetkým na riešenie
otázok sídelnej a krajinnej archeológie, to je napr. spôsobu využitia krajiny, štruktúry
sídelných areálov apod.[1]
16
1.3 História leteckej archeológie
Vznik a následný rozvoj leteckej archeológie bol z pochopiteľných dôvodov
podmienený vývojom v oblasti letectva a fotografie. Tento vývoj do značnej miery súvisel
s vojenskými potrebami.
Za účelom zhotovenia snímok z výšky bolo lietadlo prvýkrát použité už v 50. a 60.
rokoch 19. storočia, avšak prvé archeologické pamiatky boli zdokumentované až o štyri
desiatky rokov neskôr. V masovej miere začali byť prvýkrát zhotovované snímky krajiny,
ktorých analýzy v povojnovom období viedli k vzniku novej disciplíny, a síce leteckej
archeológie.
Medzi najstaršie vyhotovené snímky z výšky patria snímky z balóna. V roku 1958
na nich vychýrený priekopník fotografie, výtvarník a vzduchoplavec Nadar (Gaspard Félix
Tournachon, 1820-1910) zachytil z gondoly pripútaného balóna podobu vtedajšieho Paríža.
Z obdobia rokov 1860-1861 sa zachovali snímky londýnskych predmestí a Bostonu. V tomto
období tiež vznikli prvé letecké snímky pre potrebu vojenského prieskumu, a to v priebehu
severoamerickej vojny.
Najstaršie letecké fotografie významných miest a archeologických pamiatok sú
z obdobia konca 19. storočia. V období rokov 1896-1911 bolo vyfotografované rímske Forum
Romanum, pozostatky starovekých Pompejí a antický prístav v Ostii.
Obr. 1.1 - Prvá snímka Stonehenge z roku 1906
[35]
17
Prvou pravekou pamiatkou, ktorá bola fotografovaná z výšky, bol slávny megalitický
kruh v juhoanglickom Stonehenge (Obr. 1.1), a to v roku 1906 poručíkom P. H. Sharpem
pri cvičných manévroch britskej armády.
Zlom v leteckom snímkovaní priniesla prvá svetová vojna, v ktorej sa lietadlá plne
uplatňovali v tzv. prieskume. V tejto dobe bola hlavná aktivita archeológov zameraná
na Východ, do púštnych oblasti Blízkeho a Stredného východu.[1]
1.3.1 Vznik a rozvoj metód leteckého prieskumu
Za zakladateľa leteckej archeológie sa právom považuje jedna z najväčších postáv
európskej archeológie 20. storočia, britský geograf a archeológ, zakladateľ a dlhoročný editor
svetoznámeho časopisu Antiquity, Osbert Guy Stanhope Crawford (1886-1957). Za otca
leteckej archeológie je Crawford považovaný hlavne preto, že ako prvý popísal základné
spôsoby identifikácie pohrebných reliktov kultúrnej krajiny a vysvetlil príčiny vzniku
príznakov - predovšetkým tieňových a porastových, ktoré indikujú existenciu pod povrchom
ukrytých archeologických objektov. Ďalej preto, že objavom pravekých polí (tzv. Celtic
fields) preukázal nezastupiteľný význam leteckej fotografie pre štúdium historickej krajiny,
a v neposlednom rade aj preto, že sa ako prvý orientoval na pojatie, v ktorom je samostatná
letecká snímok len počiatočným stupňom práce leteckého archeológa. Musí ju nasledovať
mapovanie, vyhodnotenie a interpretácia objavu zachyteného na fotografii.
Obr. 1.2 - O. G. S. Crawford, zakladateľ leteckej archeológie, rok 1931
[35]
18
Crawford bol tiež prvý, ktorý zorganizoval a uskutočnil koordinovanú leteckú
prieskumnú akciu.
Vedľa Crawforda sa v medzivojnovom Anglicku najviac o rozvoj leteckej archeológie
zaslúžil G. W. G. Allen, pilot, inžinier a vynálezca. Na rozdiel od Crawforda, ktorý skúmal
oblasť pahorkov Wessexu, Allen pracoval na území štrkopieskových terás Temže, blízko
Oxfordu. Vďaka nemu bolo preukázane, že tento povrch krajiny je pre leteckú prospekciu
minimálne rovnako vhodný. S jeho menom sa spája predovšetkým rozvoj šikmého
snímkovania a prieskum pomocou porastových príznakov. Zabudnúť nemôžeme ani
na objaviteľa svätyne Woodhenge, G .S. M. Insalla.
V to istom čase, na rozdiel od Britov, sa Francúzi zamerali skôr na prieskum v ďalekej
cudzine. Najväčšími postavami leteckej fotografie 20.-40. rokov vo Francúzsku boli P.A.
Poidebarda a J. Baradeze. Orientovali sa predovšetkým na prieskum porímskej ríše v Sýrii,
Mezopotámii, Iránu, a v severnej Afrike (Maroko, Alžírsko, Tunisko). Poidebard bol úspešný
predovšetkým v oblasti techniky snímkovania. V mimoriadne svetelných púštnych
podmienkach vyvinul techniku protisvetla, vďaka ktorej získaval snímky špičkovej kvality.
Stal sa taktiež priekopníkom leteckej prospekcie pamiatok pochovaných pod hladinou mora.
V Nemecku sa začala metóda fotografovania z výšky používať v roku 1928.
Snímkovania sa ujala firma Hansa Luftbild, ktorá sa v prvých rokoch orientovala
predovšetkým na oblasť severnej časti zeme (sídliská umiestnené na pobrežných piesčinách,
zo známych lokalít napr. Haithabu).
Pod bezprostredným vplyvom Crawfordových leteckých úspechov podnikol
v Rakúsku už v roku 1924 snímkovanie pamiatok v okolí Viedne J. Czech von Czechenherz.
Počiatkom tridsiatych rokov interpretoval fotogrametrické letecké snímky a ako prvý z nich
prekreslil do plánu archeologickú pamiatku (valy hradišťa Braunsberg u Haiburgu) E.Nischer
Falkenhof. V polovici tridsiatych rokov sa taktiež v Rakúsku začali sľubne rozvíjať snahy
o efektívne zapojenie leteckej archeológie do archeologického prieskumu krajiny.
Aj v Poľsku sa počiatky leteckej archeológie datujú do obdobia medzi dvoma
svetovými vojnami. Prvé letecké fotografie boli vyhotovené v roku 1929 a jednalo sa
o sídlisko Rzucewo.
Pre rozvoj leteckej archeológie v Poľsku malo určite veľký význam snímkovanie
pravekej opevnenej osady Biskupin z upútaného balónu , ktoré medzi rokmi 1935 a 1939
19
prevádzali Z. Rajewski a W. Kočka. V roku 1935 prebehlo zásluhou W. Kowalenka letecké
snímkovanie niektorých veľkopoľských hradíšť.[1]
Obr. 1.3 - Biskupin, opevnená osada z obdobia lužickej kultúry v Poľsku, rok 1937
[1]
Podobne ako v ostatných krajinách, tak aj v Čechách, došlo k najväčšiemu rozmachu
leteckého snímkovania práve v období rozvoja letectva medzi dvoma svetovými vojnami.
V súvislosti s tým silnie taktiež snaha o dokumentáciu dôležitých historických pamiatok
(šikmé snímky z malých výšok). Tieto dnes už historické fotografie majú trvalý význam
pre štúdium
podoby
reštrukturalizáciou
českej
(tzv.
historickej
kolektivizáciou).
krajiny
pred
jej
V medzivojnovom
rozsiahlou
období
povojnovou
boli
taktiež
vyhotovované prvé letecké snímky archeologických nehnuteľných pamiatok. Iniciátormi boli
A. Stocký a J. Böhm, ktorí nechali vyhotoviť, prvýkrát v roku 1929, dokumentačné snímky
niekoľkých významných a v tej dobe skúmaných lokalít (Stehelčeves - Homolka, Stradonice,
Libušín, Davle – Ostrov).
A
B
Obr. 1.4 - Libušín (okres Kladno), kostol sv. Jiří na hradišti z ranného stredoveku, rok 1929 (A), Ostrov u Davle
(okres Praha - západ), prvá známa letecká fotodokumentácia terénneho archeologického výskumu v Čechách,
rok 1929 (B)
[1]
20
Možnosti leteckej archeológie sa však rozšírili po tom, čo sa českej odbornej
verejnosti dostalo poučenia z nemeckého prekladu Crawfordovej pionierskej práce.
Na americkom území bol v tomto období priekopníkom slávny pilot C. Lindbergh,
ktorý pri svojich letoch objavil na polostrove Yucatan doposiaľ neobjavené mestá starých
Májov. Tieto a ďalšie snímky prebudili v Amerike veľký záujem o možnosti, ktoré
archeológii ponúka lietadlo. Vďaka leteckému prieskumu na juhoamerickom kontinente boli
v roku 1941 odhalené jedny z najznámejších archeologických pamiatok sveta – obrovské
rytiny na náhornej plošine Nazca v peru.
A
B
Obr.1.5 - Obrazce na planine Nazca v Peru, Obrazec kolibríka (A), Obrazec opice (B)
1.3.2 Povojnové obdobie a budovanie fotoarchívov
Po skončení vojny nastalo pre letecké snímkovanie veľmi priaznivé a plodné obdobie.
Keďže bolo možné znovu lietať a prevádzať prospekciu z malých prieskumných lietadiel,
došlo v tomto smere k dynamickému nárastu počtu prieskumných letov. Veľkým stimulom
bol taktiež pokrok, ku ktorému došlo v súvislosti s rozvojom letectva a fotografie počas
vojny. Bolo zhotovené veľké množstvo prevažne kolmých leteckých snímok.
Po skončení druhej svetovej vojny to bola predovšetkým Veľká Británia, kde sa
naplno rozbehli nové projekty letecko-archeologického prieskumu a fotodokumentácia
historickej krajiny.[1]
1.4 Letecká archeológia v súčasnosti
Letecká archeológia patri v súčasnej dobe k uznávaným odborom, zaoberajúcim sa
výskumom historických pamiatok a ochranou kultúrneho dedičstva. Jej zameranie sa časom
čiastočne zmenilo a postupne sa vzdiaľuje od svojho pôvodného zámeru objavovať atraktívne
archeologické lokality. Dnes je významnou súčasťou priestorovej archeológie.
21
1.4.1 Hlavné európske projekty
V súčasnej dobe evidujeme nárast počtu pracovísk, ktoré sa zaoberajú leteckým
prieskumom, resp. sa zameriavajú na prácu s produktmi diaľkového prieskumu Zeme.
Veľká Británia
Inštitúcia s najdlhšou pôsobnosťou v Európe a zároveň jedná z dvoch hlavných centier
leteckej archeológie v tejto zemi je Oddelenie leteckej fotografie univerzity v Cambridge
(CUCAP, dnes Unit for Landscape Modelling), založená už v roku 1945 St. Josephem.
Vo Veľkej Británii je to jediné stredisko s vlastným prieskumným lietadlom. Archív
leteckých snímok tohto pracoviska obsahuje viac ako 400 tisíc prevažne čiernobielych
kolmých a šikmých fotografií, ktoré sú využívane v mnohých oboroch (archeológia,
poľnohospodárstvo, ekológia, urbanizmus atď.). Jeho archeologická časť obsahuje viac ako
1000 fotografií zaniknutých stredovekých dedín.
Druhým centrálnym pracoviskom je Oddelenie leteckej fotografie a prieskumu (Air
Photography and Survey Unit), ktoré bolo zriadene v rámci Kráľovských komisií
pre historické pamiatky pre všetky tri zeme Spojeného kráľovstva. V Anglicku je dnes
súčasťou jednej z najväčších európskych pamiatkových inštitúcií English Heritage, resp. jej
národného pamiatkového registra (National Monuments Record). Spravuje najrozsiahlejší
archív leteckých fotografií v krajine (National Libary of Air Photographs), obsahujúci asi 600
tisíc šikmých snímok z rokov 1920 až 2000 a 3,5 milióna vertikálnych fotografií v mierke
1:60 000 až 3000 z obdobia 40.-80. rokov minulého storočia.
Nemecko
V Nemecku sa nachádza jedno z najdôležitejších európskych centier nedeštruktívnej
archeológie Bavorský zemský pamiatkový úrad (Bayerische Landesamt für Denkmalpflege)
v Mníchove. Pracovisko disponuje špičkovým vybavením pre geofyzikálny prieskum a aj
vďaka tomu je napojené na radu medzinárodných projektov po celom svete. Zviditeľnilo sa
hlavne kvôli svojim výsledkom, ktoré dosiahlo pri prieskume historickej krajiny kombináciou
leteckej prospekcie a geofyzikálneho merania.
22
Rakúsko
Podobne ako v Nemecku Mníchovský zemský pamiatkový úrad je na tom Ústav
pre pravek a rannú históriu viedenskej univerzity. V súčasnosti je v tomto archíve uložených
30 000 šikmých a 40 000 vertikálnych snímok severovýchodnej časti Rakúska.
Belgicko
Centrálnym pracoviskom leteckej archeológie tejto zeme je katedra archeológie
a starovekých dejín v Gentu. Za necelých dvadsať rokov bolo v archíve nazhromaždených cca
50 000 snímok, z ktorých už asi polovica je prevedená do digitálnej podoby. Taktiež aj tu je
digitálna fotografická databáza prepojená s mapovými podkladmi v oblasti GIS.
Slovensko
V archeologickom ústave SAV pracuje od roku 1987 Skupina pre leteckú archeológiu.
Skupina sa okrem každoročných intenzívnych prieskumných kampaní orientuje tiež
na prepojenie leteckej prospekcie s povrchovými prieskumami, geofyzikou a sondážami
na vytipovaných líniových objektoch. Pracuje sa so šikmými snímkami, ale taktiež s kolmými
fotografiami vojenského archívu, ktoré sú digitálne uložené v databáze. Spracovanie dát
prebieha v prostredí GIS ArcView.
Česká republika
Centrálnym pracoviskom leteckej archeológie v Česku je od roku 1992 oddelenie
priestorovej archeológie Archceologického ústavu AV ČR v Prahe. Dnes je to jediné
archeologické pracovisko v kontinentálnej Európe, ktoré má k dispozícii svoje vlastné lietadlo
(Cessna 172). Spravuje archív leteckých snímok , obsahujúci negatívy, diapozitívy,
digitalizované snímky na CD, digitálne videonahrávky a pozitívne zväčšeniny snímok.
V súčasnosti je renovovaná digitálna obrazová databáza v prostredí GIS ArcView.
Ďalším archeologickým strediskom, ktoré sa intenzívne zaoberá leteckou archeológiou
je Ústav archeologickej pamiatkovej starostlivosti severozápadných Čiech v Moste.
Medzi ďalšie významné európske archeologické strediská tiež patrí: Poľsko - Katedra
archeológie vo Varšave a v Poznani, Archeologické múzeum v Poznani; Maďarsko – Katedra
archeológie v Budapešti a Pécsi; Rusko – Archeologický ústav Akadémie vied v Moskve;
23
Slovinsko – katedra archeológie v Ľubľani; Švajčiarsko – Kantonálny úrad pre archeológiu
v Zürichu.[1]
1.5 Vizuálny prieskum
Letecký archeologický prieskum (prospekcia) z malých výšok patrí medzi jednu
z dvoch heuristických metód leteckej archeológie. Druhou metódou je interpretácia kolmých
snímok a výstupov DPZ.
Prospekcia je teda činnosť zameraná na vyhľadávanie, identifikáciu, evidenciu
a dokumentáciu pochovaných (skrytých pod povrchom zeme) a viditeľných (viditeľných
v terénnom reliéfe) pozostatkov historickej krajiny antropogenného i prirodzeného pôvodu.
Za určitých podmienok je veľmi efektívnym, relatívne rýchlym, kvalitným a nedeštruktívnym
spôsobom získavania informácií o charaktere a rozšírení ľudských aktivít od praveku
po súčasnosť.
1.5.1 Princípy zviditeľňovania objektov
Nadsadene by sa dalo povedať, že praktický každý umelý zásah do zemského povrchu
zanecháva stopy, ktoré sú buď trvalé (dlhodobé), alebo príležitostné detekovateľné. Tieto
stopy sú oveľa lepšie identifikovateľné z výšky, než z pohľadu zo zeme. Tu dochádza
k oceneniu leteckej archeológie, pri ktorej je možné z výšky vyčleniť jednotlivé zložky
(objekty, komponenty).
Príznaky, ktoré identifikujú nehnuteľné objekty na povrchu zeme v deštruovanej
podobe, prípadne zahĺbene pod povrch, delíme na priame a nepriame (zástupné).
Priame príznaky
Túto skupinu tvoria príznaky, ktoré indikujú existenciu objektu prostredníctvom jeho
deštruovaných častí, alebo výplne. K zviditeľneniu týchto objektov týmto spôsobom dochádza
opakovanou orbou a eróziou. Priame identifikátory sa prejavia jednak iným sfarbením pôdy
nad objektom (tzv. pôdne príznaky), jednak svetelnými efektmi, ktoré kopírujú reliéf terénu
(tvary objektov, tzv. tieňové príznaky).
24
Nepriame príznaky (zástupné)
Do tejto skupiny radíme príznaky, ktoré sú výsledkom zviditeľnenia antropogenných objektov
vďaka ich akofaktným vlastnostiam (predovšetkým obsahu živín a rozdielnej teplote výplne).
Sem radíme príznaky priestorové (vegetačné) a ďalej napríklad vypriahlostné, snežné
a vlhkostné.
Porastové vegetačné príznaky
Z doterajšej praxe bolo zistené, že práve porastové vegetačné príznaky majú najväčší
význam pri vyhľadávaní archeologických objektov. Tieto indikátory súvisia s tým, že
podpovrchové objekty lokálne menia chemickú skladbu a štruktúru podlažia, a tým dochádza
k zmene na vegetácii, ktorá z tejto pôdy vyrastá.
Výskyt týchto indikátorov je však ovplyvnený niekoľkými faktormi a delíme ich na:
-
prirodzené (klimatické podmienky, pôdne a geologické zloženie)
-
ovplyvnené človekom (druh osiatej plodiny, schopnosti a skúsenosti pozorovateľa).
Niekde na rozmedzí týchto dvoch sa nachádzajú svetelné podmienky, ktoré síce
nedokážeme ovplyvniť, ale mali by sme byť schopní zvoliť správny čas, kedy budú
podmienky dostatočné pre náš účel. Plodina rastúca nad podpovrchovým objektom môže byť
buď väčšia, alebo menšia než je plodina v jej okolí. V prípade, že je väčšia, než okolitá
plodina, hovoríme o pozitívnych príznakoch. V opačnom prípade zase sa jedná o príznaky
negatívne. Pozitívne príznaky indikujú objekty, ktoré vznikli zahĺbením (priekopy, zahĺbené
obydlia, základové žľaby domov, jamy rôzneho účelu, hroby), pričom negatívne príznaky
zase objekty, ktoré boli vytýčené, konštruované (murované objekty). Pozitívne príznaky však
môžeme pozorovať aj nad zahĺbeniami prírodného charakteru, ako sú napríklad zaniknuté
riečne korytá, erózne ryhy, mrazové kliny a pod. Hlavným princípom týchto vegetačných
príznakov je fakt, že vo výplniach zahĺbených objektov sa nahromaďujú humusové zložky
ako je dusík a vápnik a vytvárajú pre plodiny optimálne podmienky k rastu. V zahĺbených
objektoch sa tiež zadržiava voda, čo sa prejavuje predovšetkým na ľahších piesočnatých
pôdach riečnych terás. Výsledkom sú rozdiely v sfarbení a výške vegetácie rastúcej nad
zaniknutým objektom a mimo neho (Obr. 1.6). Nad objektmi taktiež rastie plodina vo väčšej
hustote, pretože po zasiatí zrna, ho nad objektmi vyklíči viac. V záverečnom štádiu navyše
dochádza k rýchlejšiemu odparovaniu vody z povrchu vyzretejších plodín, ktorý má väčšiu
plochu, než povrch rastlín v okolí.
25
Tým dochádza k ohnutiu klasov, čo sa prejavuje zmenou odtieňa vegetácie
nad zahĺbeniami (tmavý odtieň sa zmení na svetlý) v záverečnom štádiu dozrievania.
A
B
Obr. č. 1.6 - Rozdiel vo veľkosti klasu jačmeňa rastúceho nad zahĺbeným objektom (vľavo) a mimo neho (A),
porastový príznak rozsiahlej rímskej vily (B)
[35]
Negatívne príznaky sa prejavujú naopak nižším vzrastom plodín nad zahĺbenými
objektmi a taktiež inou farbou. Vznikajú nad konštrukciami z pevných materiálov, resp.
nad ich spodnými partiami, ktoré sú mimo dosahu (väčšinou len dočasné) orby a erózie.
Výška a sfarbenie vegetácie u negatívnych príznakov je vlastne vzhľadom k pozitívnym
príznakom inverzná.
Vegetačné príznaky sa najlepšie prejavujú na kultúrnych plodinách, predovšetkým
obilninách. Zo skúsenosti je známe, že najlepším indikátorom je jačmeň (žito), ďalej pšenica
a ovos. Z ďalších plodín je to cukrová repa, repka olejná, ďatelina/lucerna, hrach
a v ojedinelých prípadoch aj kukurica.
Zvláštnym prípadom tejto skupiny indikátorov sú tzv. vyprahlostné príznaky. Jedna sa
o efekt zviditeľňovania podpovrchových objektov na zatrávnenom povrchu (lúka, pasienka,
trávniky), ku ktorému dochádza len počas mimoriadne suchých liet. Tmavé zelené pozitívne
príznaky majú navyše len zriedka tak dobre viditeľný kontrast, ako je tomu u obilnín, zatiaľ
čo negatívne bývajú dobre viditeľné.
Tvorba vegetačných príznakov sa líši v závislosti na druhu rastlín. U obilnín
rozlišujeme štyri základne fázy vegetačného cyklu, behom nich sa menia niektoré
charakteristiky porastu. Sú to:
• Ranná fáza - Obilie v v štádiu tzv. osiva, dosahuje výšky niekoľkých centimetrov,
pri pohľade z výšky na pole v tomto štádiu je často náročné rozhodnúť, či viditeľnosť
objektov je spôsobená odlišným sfarbením pôdy alebo vyrastajúcou vegetáciou.
26
• Tzv. zelená fáza – V tejto dobe, kedy sú polia zelené (resp., kedy sa postupne mení ich
odtieň tmavozelenej na svetlozelenú), sa za normálnych okolnosti prejavujú výplne
zahĺbených objektov vyšším vzrastom plodín a tmavšou zelenou farbou klasov
v porovnaní s okolím. Len mimoriadne dôjde k tomu, že farebný efekt je opačný, teda
prevrátený. V oblasti piesočnatých pôd to môže byť zapríčinené používaním takých
druhov umelých hnojív, ktoré spôsobujú vylučovanie niektorých prvkov (hliník, ťažké
kovy), nepriaznivých pre rast vegetácie v pokročilom štádiu rastu.
• Fáza dozrievajúceho a zrelého obilia – Farba obilia sa postupne mení zo zelenej
na žltú. Charakteristické pre túto fázu je, že zahĺbené objekty zviditeľnené
pozitívnymi príznakmi zostávajú aj naďalej zelené, takže kontrast medzi plodinami
rastúcimi nad nimi a v ich okolí je teraz výraznejší, než tomu bolo v prvých dvoch
fázach. Navyše veľký rozdiel vo výške klasov, ktorý sa v tejto fáze dosiahol, sa
prejaví tým, že pri osvetlení poľa nízkymi slnečnými lúčmi dôjde k ich zvýrazneniu
prostredníctvom tieňového efektu.
• Fáza prezrelého obilia - Farba polí prechádza z jasne žltej do odtieňov hnedej (bronz).
Dochádza k prevráteniu farebného efektu: na tmavšom povrchu poľa sa rysujú
svetlejšie pôdorysy podpovrchových objektov. Tento efekt je charakteristický pre
fázu, v ktorej stonky plodín neunesú váhu dobre vyvinutých klasov a ohnú sa. Slnečné
lúče na nich potom dopadajú v inom uhle, než na okolitú vegetáciu, a teda ich farba je
svetlejšia.
Jedným z rozhodujúcich faktorov, ktorý ovplyvňuje zviditeľňovanie podpovrchových
javov, sú geologické vlastnosti skúmaného územia, teda charakter pôdneho substrátu
(podložia). Obecne platí, že priestorové príznaky sa utvárajú tým zreteľnejšie, , čím väčší je
rozdiel v priepustnosti oboch prostredí (tzn. podložia a výplne objektov). Preto sa tieto
príznaky najlepšie prejavujú na ľahkých piesočnatých pôdach a na štrkopieskových terasách
stredných a dolných tokov väčších riek. Zatiaľ čo piesočnaté pôdy dlho neudržia zrážkovú
vodu, v prípade hlinitej humusovitej výplne zahĺbených objektov je tomu naopak. Čím
kompaktnejšie (menej priepustné) je pôdny substrát (podložie), tým viac sa zmenšuje rozdiel
v schopnosti prostredia udržať vodu a zmenšuje sa rozdiel v zraste a farbe medzi plodinami
rastúcimi nad objektmi a mimo nich. Preto výsledky leteckého prieskumu na sprašových
pôdach bývajú menej úspešné, než u prospekcie v nížinách s ľahkými pôdami. Ešte horšie sú
27
možnosti leteckého prieskumu na ťažkých (ílovitých) nepriepustných pôdach a minimálna
nádej na úspech na prieskum nivy s hlinami plnými naplavených sedimentov.
Ďalším významným faktorom ovplyvňujúci tvorbu porastových príznakov sú
klimatické podmienky. V zásade platí, že ku zvýšeniu kontrastu medzi vegetáciou rastúcou
nad zahĺbeniami a mimo nej dochádza v závislosti na množstve zrážok. Čim menej zrážok
spadne v jarných a v prvých dvoch letných mesiacoch, tým sa lepšie priestorové príznaky
vyvinú.
Jedným z najdôležitejším faktorom sú dobré svetelné podmienky pri leteckoarcheologickom prieskume. Nevýhodný je predovšetkým hmlový opar, ktorý znižuje
dohľadnosť. Kvalita pozorovania sa za týchto nepriaznivých podmienok ďalej znehodnocuje
v protisvetle. Zlé osvetlenie má nepochybne nepriaznivý vplyv ako pri vlastnej prospekcii, tak
pri zhotovovaní fotogrametrickej dokumentácie.
Pôdne príznaky
Pôdne
príznaky
sú
druhým
najčastejším
prejavom
objektov
pochovaných
pod povrchom zeme. Ich princíp spočíva v tom, že dlhodobo prevádzanou orbou
(doprevádzanou na svahoch eróziou) dochádza po určitej dobe k zásahu do horných vrstiev
výplne zahĺbených objektov. Táto výplň má obvykle nehomogénne zloženie, ktoré je farebne
odlišné od rastlinného podlažia, v ktorom sú objekty uložené. Výskyt pôdneho príznaku
signalizuje začiatok nezvratného procesu odhaľovania a porušovania obsahu výplní jám,
obydlí, hrobov, priekop a pod. Pre úspešné vyhľadávanie pamiatok pomocou pôdnych
príznakov je dôležité správne načasovať prieskum mimo vegetačného obdobia. Najlepšie sa
k tomu hodí obdobie zimných mesiacov (v dobe, kedy krajina nie je pokrytá snehom)
a začiatok jari. Pre lepšie rozlíšenie priebehu línií a bodových objektov má význam povrchová
vlhkosť, ktorá je obvykle v tejto dobe vyššia než na jeseň. K dobrému rozlíšeniu objektov tiež
napomáha čerstvo uskutočnená orba pôdy, pretože jej účinky zvyšujú farebný kontrast medzi
miestami s výskytom objektov a okolím. Najlepšie sa tieto pôdne príznaky prejavujú
na pôdach, kde sa podorničná pôda svojou farebnosťou nápadne odlišuje od pôdneho
prekrytu.
Tieňové príznaky
Efekt tieňového príznaku je založený na zvýraznení i nepatrných reliéfnych
pozostatkov archeologických bodových a predovšetkým líniových objektov, ktoré sú účinkom
28
nízkeho svetla v ranných či podvečerných hodinách zvýraznené pomocou tieňov, ktoré
vrhajú. Vo väčšine vyspelých európskych miest strednej Európy v dôsledku dlhodobej orby
nezostalo veľa pravekých pamiatok. Opačne je tomu napríklad v Anglicku, kde práve
odhalenie tohto druhu zviditeľňovania pamiatok viedlo pred osemdesiatimi rokmi k vzniku
leteckej archeológie. V tejto krajine zostala dodnes zachovaná v terénnom reliéfe
nezanedbateľná časť pravekej kultúrnej krajiny v podobe rozsiahlych systémov násypov
a priekop (pole, hranice, cesty, ohradenie a pod.).
Zrážkové (dážď, povodne, sneh) a teplotné indikátory
Okrem vyššie zmienených príznakov vedúcich k odhaleniu pamiatok existujú aj ďalšie
možnosti, ktorými sa existencia pochovaných či deštruovaných objektov archeologického
záujmu tiež prejavuje. Niekedy sa môžu pôdorysy zahĺbených objektov prekvapivo dobre
objaviť pôsobením vlhkostných príznakov, ktoré vznikajú vďaka rozdielnemu (voči
okolitému prostrediu) obsahu vody v podpovrchových objektoch v období častých
či dlhodobých dažďov na prelome zimy a jari.
Obr. 1.7 - Hrad typu motte a priľahlá stredoveká plužina.
[35]
V neposlednom rade pomáha k odkrytiu archeologických pamiatok sneh. V istom
zmysle sa dá povedať, že snežné príznaky sú založené na podobnom princípe, ktoré spôsobujú
zviditeľňovanie objektov archeologického záujmu pomocou rastlinného pokrytu: organické
zložky vo výplniach zahĺbených objektov a pórovitosť týchto výplní sú príčinou odlišnej
teploty než aká je v okolitej neporušenej pôde. Výsledkom je, že tá tenká vrstva snehu
nad objektmi pod povrchom sa topí rýchlejšie než nad neporušeným terénom.
29
V posledných rokoch boli učinené pokusy využiť pri leteckej prospekcii zariadenia,
ktoré sú schopné registrovať aj nepatrné zmeny v teplote vyžarované zemským povrchom.
Použitie termovíznych kamier má však rad obmedzení, ktoré aspoň v súčasnosti brania v jeho
všeobecnom rozšírení.[1]
30
2. METÓDY PRIESKUMU
Kapitola pojednáva o troch základných metódach bezkontaktnej nedeštruktívnej
archeológie.
Fotogrametria je metóda bezkontaktného určovania objektových súradníc, ktorá
existuje už asi 150 rokov. Za toto obdobie prešla rôznorodým vývojom. Zo začiatku to bolo
len v znamení hľadania uplatnenia tejto novej metódy, skúmania nákladov a zhotovovania
snímok. Technologicky sa užívala len metóda priesekovej pozemnej fotogrametrie. Až
začiatok 20.storočia priniesol stereoskopiu a leteckú fotogrametriu, ktorá viedla ku
konštrukcii celého radu veľmi dômyselných analógových prístrojov pre vyhodnocovanie
snímok. S rozvojom počítačov sa v posledných päťdesiatich rokoch zmenila koncepcia
fotogrametrie. Postupne sa prechádzalo na analytické metódy a od 80. rokov minulého
storočia na metódy digitálne, ktoré zaznamenali zásadnú technologickú zmenu. Následne
vznikla družicová fotogrametria (viac v kap. 2.2) a ďalej technológia laserového skenovania
(viac v kap. 2.3), ktorá v spojení s digitálnou fotogrametriou prináša úplne nový pohľad na 3D
dokumentáciu objektov.[3]
Metódy leteckej fotogrametrie, diaľkového prieskumu Zeme a leteckého laserového
skenovania sú stále viac využívané pri odhaľovaní archeologických nálezísk a pri ochrane
kultúrneho dedičstva. Bližšie priblíženie metód pomôže k lepšiemu pochopeniu celej
problematiky.
Záver kapitoly patrí zhodnoteniu metód nedeštruktívnej archeológie, k porovnaniu
a zhrnutiu výhod a nevýhod použitia tej ktorej metódy.
2.1 Letecká fotogrametria
Hľadísk, podľa ktorých je možné fotogrametriu deliť, je viac, nás bude zaujímať
rozdelenie podľa polohy stanoviska, z ktorého bol snímok zhotovený:
• Pozemná (terestrická, blízka) fotogrametria
• Letecká fotogrametria
• Družicová fotogrametria[3]
31
Letecká fotogrametria má široké uplatnenie. Využíva sa predovšetkým na mapovanie
v rôznych mierkach, vyhotovenie číselných a grafických podkladov pre projektovanie
líniových a plošných stavieb. Nachádza tiež uplatnenie v lesníctve a výrazne sa využíva
pri vojenskom prieskume územia a prieskume územia vykonaného v záujme ochrany
životného prostredia.[6]
Prvé letecké snímky boli vyhotovené ešte pred samotným vynájdením lietadla a síce
z pripútaného balóna. Meračské snímky sa vyhotovujú tak, aby spĺňali podmienky umelého
stereoskopického videnia.[24]
V súčasnosti majú významné uplatnenie ortofotomapy, ktoré sú vyhotovované
digitálnou technológiou. Vyhotovenie leteckých meračských snímok sa vykonáva najčastejšie
z lietadla. Pre mapovacie účely sa používajú meračské snímky, ktorých os záberu je
odklonená od zvislice do 4g. Takéto snímky z rovinného územia majú snímkovú mierku
v celom rozsahu snímky takmer rovnakú. Malé rozdiely v mierke zapríčiňuje perspektívne
skreslenie, spôsobené nezávislosťou osi záberu a rozdiel výšok terénu a urovnávacej roviny.
Snímka rovinného a horizontálne položeného terénu vyhotovená so zvislou osou záberu je
veľmi podobná mape, rozdiel medzi nimi je len v nezaokrúhlenej mierke snímky
a v množstve zobrazených detailov. Letecká snímka, či už analógová alebo digitálna, na
rozdiel od mapy zobrazuje všetky podrobnosti zemského povrchu v najjemnejších odtieňoch
medzi bielou a čiernou farbou, obmedzená je fotografickou rozlišovacou schopnosťou, ktorá
je asi 0,003 až 0,012 mm, resp. digitálnou rozlišovacou schopnosťou, ktorá je 0,006 až 0,015
mm. Mapa zobrazuje len vybrané prvky s presnosťou grafického zobrazenia okolo 0,15
mm.[6]
Obr. 2.1 - Letecká fotogrametria
[22]
32
2.1.1 Mierka zvislej meračskej snímky
Veľkosť zobrazenej plochy na zvislej snímke závisí od formátu snímky a mierky
snímky. Najčastejšie používaný rozmer analógových snímok je štvorec so stranami 180 x 180
mm, alebo 230 x 230 mm.
Mierka snímky, ako vyplýva z Obr. 2.2, závisí od výšky letu a konštanty komory.
Vyjadruje ju tiež pomer zmenšenia dĺžky na meračskej snímke k odpovedajúcej dĺžke
v teréne, čiže:
1: M s =
d ´(mm) 1
⋅
d ( m) 100
1: M s =
Obdobne z podobnosti trojuholníkov ∆HP1P2 a ∆H´P1´P2´ platí:
Ms =
Potom mierkové číslo Ms vyjadruje vzťah:
h
ck
Obr. 2.2 - Mierka zvislej leteckej snímky
[6]
h = ck ⋅ M s = ck ⋅
Z predošlých rovníc pre výšku letu teda platí:
d (m)
⋅ 1000
d ´(mm)
 h
P = s = ( s´⋅M s ) =  s´⋅
 ck
2
Polohu zobrazenú na snímke potom definuje vzťah:
ck
h
2



2
Vzhľadom k tomu, že mierka snímky nie je rovnaká na celej ploche snímky,
označujem mierku vypočítanú podľa vzorca 1 : M s =
d ´(mm ) 1
⋅
d ( m) 100
[6]
za približnú.
33
2.1.2 Vyhodnotenie leteckých meračských snímok
Aby letecké snímky mohli byť použité pre leteckú fotogrametriu, musia spĺňať
niekoľko podmienok. Vyhotovujú sa rádovými leteckými komorami, ktorými je možné
vyhotoviť rad snímok navzájom spojených pozdĺžnym prekrytom. Letecké komory
rozdeľujeme na analógové a digitálne letecké meračské komory.
Analógové letecké meračské komory
Podľa veľkosti zorného uhla delíme letecké meračské komory na:
-
Normálne (β ≈ 60°)
-
Širokoúhlé (β ≈ 95°)
-
Nadširokoúhlé (β ≈ 120°)
Ako negatívny materiál sa používa filmový pás. Dĺžka pásu v zásobníku je asi 60 m.
Na praktické využitie vo fotogrametrii sa používajú prevažne panchromatické emulzie.
Aplikácie fotogrametrie, kde rozhodujúcu úlohu má prieskum a hodnotenie obsahu leteckých
snímok, sa využívajú farebné spektrozonálne a multispektrálne snímky. [6]
Obr. č. 2.3 - Meračská komora MRB 15/2323 Zeiss
[6]
Digitálne meračské komory
Získanie digitálneho obrazu ovplyvňuje konštrukcia snímaného zariadenia, ktorá
registruje rádiometrické veličiny zdroja žiarenia v číselnej podobe. Na registráciu
rádiometrických veličín sa používajú prvky matice CCD. Zariadenia, ktoré využívajú CCD
na záznam obrazu, sú obrazové skenujúce rádiometre (skenery) alebo digitálne komory.
Skenujúci rádiometer sa využíva pri diaľkovom prieskume Zeme (DPZ).
34
CCD (Charge Coupled Device) je senzor (zariadenie, ktoré zachytáva energiu
elektromagnetického alebo iného druhu žiarenia a poskytuje ju v číselnej forme na získanie
informácie o objekte), ktorý sa skladá z mikroskopických buniek fotodiód, ktoré zvyčajne
obsahujú amorfný (beztvarý) svetlocitlivý kremík. Fotodióda po dopade svetla vytvára
na svojom povrchu elektrický náboj, ktorý je adekvátny jasu elementu na snímke.
Aby digitálna letecká snímka dosiahla parametre analógovej snímky, musela by mať veľmi
veľkú maticu prvkov CCD, ktoré by súčasne zaregistrovali rádiometrické parametre a rýchle
ich aj uložili na pamäťové médium. Na úrovni rozlišovacej schopnosti analógovej snímky
pri rozmere 230 x 230 mm matica CCD by mala mať až 500 miliónov prvkov. Vývoj komôr
postupuje a dá sa očakávať, že digitálne letecké komory dosiahnu parametre analógových
komôr.
Technológia digitálnej leteckej fotogrametrie je prevažné založená na presnom
skenovaní analógových leteckých snímok. A však v súčasnosti už dochádza k leteckému
snímkovaniu digitálnou kamerou, ktoré prevádza napríklad Zeměměřický úřad už od roku
2010. [6]
A
B
Obr. 2.4 - Lietadlá používané pre let. fotogrametriu (A), digitálna kamera let. fotogrametrie UltraCam D (B)
[6]
2.1.3 Jednosnímková digitálna fotogrametria
Jednosnímková digitálna fotogrametria je veľmi jednoduchou metódou, ktorá ale
skrýva množstvo úskalí. Je potrebné si uvedomiť, že sa jedna o vzťah medzi dvoma rovnicami
a všetko, čo nie je presne v rovine, je skreslené radiálnym posunom, ktorý je spôsobený
stredovým premietaním a priestorovým členením objektu.
35
Tento typ zobrazenia popisuje kolineálna (projektívna) transformácia
X =
a1 ⋅ x + a2 ⋅ y + a3
,
c1 ⋅ x + c2 ⋅ y + 1
Y=
b1 ⋅ x + b2 ⋅ y + b3
c1 ⋅ x + c2 ⋅ y + 1
kde X, Y sú geodetické súradnice a x, y sú snímkové súradnice. Rovnice obsahujú celkom
8 neznámych a1, bi, ci,, ktoré je možné vypočítať na základe minimálne štyroch vlícovacích
bodov. Body je nutné voliť tak, aby boli rovnomerne rozmiestnené po objekte a musia ležať
v základnej rovine vyhodnocovaného objektu. Je samozrejme lepšie použiť väčší počet
vlícovacích bodov, a to hlavne kvôli kontrole. Kolineárna transformácia je síce schopná
natransformovať obraz na ľubovoľne 4 body. Chybu napríklad, u budovy okamžite poznáme,
ale deformovaný fotoplán poľa už ťažko. Vhodné je si určiť dopredu, aké veľké odchýlky od
roviny spôsobí už viditeľné skreslenie. Pri mozaikovaní takto vzniknutých fotoplánov
dochádza preto často ku geometrickému nesúladu na spojoch. Ďalej vplyvom úbytku svetla ku
stranám snímku pri expozícií dochádza k rušivým tónovým prechodom. Kvalitné programy
majú pre tento účel funkciu slúžiacu na vzájomne si prispôsobenie histogramov spojovacích
snímok (histogram matching). Ako je vidieť z rovníc, nie sú potrebné žiadne parametre
použitej komory, je možné teda použiť ľubovoľnú komoru. Je nutné ale počítať s tým, že
použité objektívy môžu javiť radiálnu alebo aj tangenciálnu distórziu, ktorá môže dosahovať
značné hodnoty a výsledok, aj napriek vhodnému rozloženiu a presnému zameraniu
vlícovacích bodov, znehodnotiť. [5]
2.1.4 Fotoplán
Tvorba fotoplánu patrí medzi základné úlohy jednosnímkovej fotogrametrie. Táto
úloha nachádza svoje uplatnenie ako v pozemnej, tak v menšej miere aj v leteckej
fotogrametrii.
Vektorová mapa, či plán často nedostačujú požiadavkám ich uživateľov. Hlavným
problémom je, že neobsahujú všetky dôležité detaily. Mapy (plány), ktoré by mali obsah
meračských snímok tzv. fotomáp či fotoplánov, sa javia v tomto prípade ako najlepšie
riešenie. Ich hlavnými výhodami oproti vektorovým mapám sú ich nižšie náklady
na zhotovenie a veľmi krátka doba ich výroby.
Digitálne prekreslenie patrí medzi najjednoduchšie metódy digitálnej fotogrametrie.
Pri splnení požiadavky rovinatosti dáva presné výsledky pri minimálnych požiadavkách
36
na obsluhu a vybavenie, potrebný je vhodný software, ako napríklad program TopoL (viď.
kap. 3.1.3). Umožňuje ďalšie spracovanie výsledných digitálnych dát. Je potrebné venovať
vyššiu pozornosť rozmiestneniu, presnosti, počtu a dobrej identifikovateľnosti vlícovacích
bodov.[18]
Register firiem z oboru Letecká fotogrametria:
-
GEOMETRA OPAVA, spol. s r.o.
-
GESPOL s.r.o.
-
JAS AIR CZ spol. s r.o. a ďalšie.[26]
2.2 DIAĽKOVÝ PRIESKUM ZEME
DPZ je veda a technológia na získavanie spoľahlivých informácii o fyzikálnych
objektoch a ich okolí pomocou záznamu, merania a interpretácie snímok, prípadne digitálnych
záznamov, ktoré sa získavajú pomocou nekontaktných snímacích systémov. Diaľkový
prieskum Zeme a fotogrametria sa navzájom prelínajú, fotogrametria sa zaoberá určovaním
polohy, rozmerov a tvaru objektov na zemskom povrchu (plocha lesa), DPZ skúma
predovšetkým kvalitu sledovaného objektu (poškodenie lesa). V DPZ nastáva prenos
informácií pomocou elektromagnetického žiarenia.[25]
2.2.1 Základné pojmy družicových dát
Ešte pred tým než si priblížime túto skupinu dát – družicové dáta, pre lepšie
pochopenie textu budú vysvetlené niektoré termíny a výrazy použité v následujúcom texte.
Priestorové (geometrické) rozlíšenie - predstavuje minimálnu veľkosť objektu, ktorú je
možné na družicovom snímku identifikovať. Prakticky všetky dnešné družicové dáta sú
vyhotovované v digitálnej podobe a priestorové rozlíšenie je teda spravidla reprezentované
veľkosťou jedného bodu (pixlu), ktorý tvorí základnú jednotku každého digitálneho obrazu.
Priestorové rozlíšenie je základným kritériom pri výbere typu družicového snímku pre
mapovanie v zvolenej mierke.
Spektrálne rozlíšenie – Ovplyvňujú množstvo a typ tematickej informácie, ktorú je možné
z družicového snímku získať (napr. odlíšenie rôznych druhov vegetácie a ďalších typov
37
zemského povrchu). Podľa počtu a rozsahu spektrálnych pásiem, v ktorých boli dáta
vyhotovené, rozlišujeme:
Panchromatické (čiernobiele) dáta – popisujú schopnosť odrážať v jednom spektrálnom
pásme, spravidla v rozsahu viditeľného a blízkeho infračerveného spektra.
Multispektrálne (farebné) dáta – popisujú schopnosť odrážať v minimálne troch spektrálnych
pásmach, ktoré spravidla zahrňujú viditeľnú a infračervenú časť optického spektra.
Multispektrálne dáta sa často vyhotovujú spolu s panchromatickými dátami, ale s nižším
priestorovým rozlíšením.
Hyperspektrálne dáta – popisujú schopnosť odrážať v desiatkach až v stovkách veľmi úzkych
spektrálnych pasiem so zameraním na odlišenie veľmi jemných charakteristík zemského
povrchu.
Radarové dáta – popisujú schopnosť odrážať v mikrovlnnej časti elektromagnetického
spektra, môžu však zahrňovať rôzne typy polarizácie alebo merania na viacerých
frekvenciách.[16]
2.2.2 Vývoj družicových dát
Kozmická éra ľudstva začala štartom Sputnika-1 v roku 1957. Táto nová družicová
technológia sa začala veľmi rýchlo rozvíjať a umelé družice Zeme sa stali dôležitým
pomocníkom v rôznych oboroch ľudskej činnosti. Veľmi rýchlo bol rozpoznaný význam
snímkovania zemského povrchu z obežnej dráhy družice a vznikol tak nový obor činnosti –
družicový diaľkový prieskum Zeme. Spočiatku boli využívané len fotografické a televízne
systémy pre klasické snímkovanie zemského povrchu vo viditeľnom svetle. V priebehu II.
svetovej vojny došlo však k snímkovaniu, prevažne vegetácie, v blízkom infračervenom
svetle, čo sa neskôr stalo základom multispektrálneho snímkovania. Táto technológia sa
presadila v DPZ ako základná. Následne v 80. rokoch sa začali využívať radarové
zobrazujúce systémy. V súčasnosti sa pre zhotovovanie družicových dát využíva omnoho
väčšia časť spektra, než tomu bolo v minulosti. [19]
Hlavným dôvodom použitia družicových snímok je predovšetkým ich aktuálnosť,
ktorú bežné „papierové“ mapy nemôžu docieliť. Tieto snímky sa stávajú nezastupiteľným
zdrojom dát a zároveň jednou z vrstiev GIS. Často totiž mapujú javy, ktoré sú pre užívateľa
GIS dôležite, ako sú napríklad rôzne aktuálne deje, ktoré v mapách nemôžu byť zachytené
(atmosférická situácia, rozsah záplav, lesných požiarov...), alebo vlastnosti, ktoré nie sú
38
predmetom bežných mapovaní (druhy vegetácie). Preto sa v praxi stále viac využíva veľkého
potenciálu, ktorý družicové snímky poskytujú. Stávajú sa nie len dôležitým zdrojom dát
pri mapovaní a riešení prírodných katastrof (požiare, povodne, znečistenie...), ale svoje
uplatnenie tiež nachádzajú v oblastiach ochrany životného prostredia (poškodenie lesa,
vegetačný
stres...),
v poľnohospodárstve
(mapovanie
poľnohospodárskeho
pokrytov,
poľnohospodárskych plodín, ťažby dreva...) a v ďalších odboroch (napr. geologické
mapovanie).[15]
Družicové dáta sa v posledných desiatich rokoch stali jedným z najčastejších
využívaných zdrojov geografickej informácie v mnohých odboroch ľudskej činnosti. Bolo to
spôsobené hlavne rýchlym technologickým vývojom v oblasti diaľkového prieskumu Zeme
(DPZ). V dnešnej dobe už neexistujú skoro žiadne obmedzenia, čo sa týka dostupnosti
družicových dát a ich využitia, snáď len s výnimkou financií.
Obrovský posun nastal hlavne v oblasti priestorového rozlíšenia. Najnovšie družice dnes
umožňujú získať snímky s presnosťou lepšou než je 1m, ktoré sú vhodné pre mapovanie
v mierkach 1:5000 až 1:10 000. I pri tomto detaile si zachovávajú družicové dáta vysoké
spektrálne rozlíšenie a vo farebnom režime sú snímky vždy zhotovované tiež v oblasti
infračervenej časti optického spektra. V súčasnej dobe už tiež existujú družice schopné získať
radarové a hyperspektrálne dáta.
Stále častejším využívaním družicových dát bola umožnená ich lepšia dostupnosť.
V súčasnosti už väčšina komerčne orientovaných družicových systémov umožňuje
vyhotovenie snímok na základe individuálnej žiadosti zákazníka. Ten má možnosť si
definovať územie, vybrať vhodné časové obdobie a ďalšie parametre požadovaných
družicových dát.
Všetky zhotovené dáta sú archivované. Rozsiahle archívy v kombinácii s jednoduchou
dostupnosťou aktuálnych snímok prakticky akéhokoľvek územia povyšujú družicové dáta
na neoceniteľný informačný zdroj a činí z nich mapovací nástroj dostupný každému
užívateľovi. Ceny družicových dát sa prispôsobili konkurenčnému prostrediu na trhu
geografických dát a vďaka tomu sa družicové dáta stále častejšie stávajú efektívnejšou
alternatívou použitia klasických postupov, napr. leteckého snímkovania alebo pozemného
mapovania.
39
2.2.3 Rozdelenie družicových dát
Družicové dáta, s výnimkou radarových dát, patria medzi pasívne metódy
snímkovania zemského povrchu, pretože sa spoliehajú na prírodný zdroj žiarenia.[23]
Môžeme ich rozdeliť do niekoľkých kategórií podľa ich dostupnosti a samozrejme
podľa využitia. Pre väčšiu prehľadnosť je použité rozdelenie dát do troch kategórií podľa
priestorového rozlíšenia a samostatne sa budeme venovať skupine družíc, ktoré zhotovujú
dáta radarové.
Rozdelenie družicových dát podľa priestorového rozlíšenia:
• Dáta s nízkym a stredným rozlíšením
• Dáta s vysokým rozlíšením
• Dáta s veľmi vysokým rozlíšením
Dáta s nízkym a stredným rozlíšením
Družicové dáta s nízkym rozlíšením sú charakterizované priestorovým rozlíšením
v rade 1km, u dát so stredným rozlíšením sa táto hodnota pohybuje v rade 100m. Tieto dáta sú
zhotovované výhradne v multispektrálnom režime zahrňujúcom viditeľnú a infračervenú časť
optického spektra. Vzhľadom k širokej šírke záberu je u týchto dát zaručený zber dát s dennou
až niekoľkodennou frekvenciou.
Tieto dáta sú predovšetkým vhodné pre mapovanie v mierke okolo 1:1 000 000.
Obr.č.2.5 - Povodne na toku Labe v roku 2002 (MODIS), Copyright © NASA GSFC [2002]
[13]
Príklady použitia týchto dát:
-
globálne a kontinentálne mapovanie
-
sledovanie stavu a vývoja vegetácie
-
modelovanie vývoja poľnohospodárskych plodín a predpovedanie výnosov
-
monitorovanie rozsiahlych prírodných katastrof
-
sledovanie stavu a vývoja atmosféry a oceánov a ďalšie.
40
Dáta s vysokým rozlíšením
Družicové dáta s vysokým priestorovým rozlíšením sú charakterizované priestorovým
rozlíšením v rade 10m. Tieto dáta sú často vyhotovované súčasne v panchromatickom
a multispektrálnom režime s významným podielom spektrálnych pásiem pokrývajúcich
jednotlivé časti infračerveného optického spektra. Niektoré družice zhotovujú snímky
výhradne v pravidelných, spravidla niekoľkotýždňových intervaloch, modernejšie družice
umožňujú zhotovenie dát na základe požiadaviek zákazníka. V oboch prípadoch sú
k dispozícii rozsiahle archívy zhotovených dát už od samotného počiatku existencie družice.
Tieto dáta sú vhodné pre mapovanie, či aktualizácie máp v mierkach 1:1 00 000 – 1:25 000.
Príklady použitia týchto dát:
-
regionálne mapovanie
-
mapovanie stavu, vývoja a zmien v krajine (land cover / land use)
-
sledovanie stavu lesných porastov a klasifikácie lesných ekosystémov
-
mapovanie dôsledkov prírodných katastrof
-
tvorba digitálneho modelu terénu
-
a ďalšie.
Obr. 2.6 - Družicové dáta s vysokým rozlíšením
[13]
Dáta s veľmi vysokým rozlíšením
Družicové dáta s veľmi vysokým rozlíšením sa vyznačujú priestorovým rozlíšením
v rade 1m. Tieto dáta je možne zhotovovať v panchromatickom režime, no častejšie
v kombinácii panchromatického a multispektrálneho režimu. Jedná sa v súčasnej dobe
o najrýchlejšie rozvíjajúci sa sektor DPZ. Väčšina družíc tejto kategórie predstavuje
najmodernejšie družicové systémy disponujúce veľkou flexibilitou pokiaľ ide o zhotovenie
dát podľa konkrétnych požiadaviek zákazníka. Tieto dáta sú vhodné pre mapovanie
a aktualizáciu máp v mierkach 1:25 000 – 1:5 000. [13]
41
Obr. 2.7 - Družicové dáta s veľmi vysokým rozlíšením
[13]
Príklady použitia týchto dát:
-
podrobné mapovanie
-
3D modely miest
-
plánovanie a projektovanie líniových stavieb
-
mapovanie dopravných sietí
-
mapovanie pôdnej erózie
-
tvorba digitálneho modelu terénu.
-
a ďalšie.
Radarové dáta
Radarové družicové dáta predstavujú špecifickú kategóriu dát a patria medzi aktívne
metódy snímania zemského povrchu. Radar nepoužíva prírodný zdroj žiarenia, ale vysiela lúč
sám.[23]
Tieto dáta sú zhotovované v mikrovlnnej časti elektromagnetického spektra. Vďaka
tomu môžu byť radarové snímky zhotovené za akéhokoľvek počasia, a to cez deň alebo aj
v noci. V súčasnej dobe sú k dispozícii radarové dáta s priestorovým rozlíšením v radu 10m,
v blízkej budúcnosti sú však plánované radarové družicové systémy s metrovým rozlíšením.
Radarové dáta vhodne doplňujú dáta optické hlavne v situáciách, kedy poveternostné
podmienky znemožňujú vyhotovenie iných snímok.[13]
Obr. 2.8 - Radarové družicové dáta
[13]
42
Príklady použitia týchto dát:
-
mapovanie záplav a záplavových oblasti
-
geomorfologické mapovanie
-
mapovanie a monitorovanie ľadovcov
-
mapovanie a monitorovanie tropických pralesov
-
tvorba digitálneho modelu terénu.
-
a ďalšie.[13]
Poskytovatelia družicových dát v ČR
• GISAT
• ARCDATA Praha
• a ďalšie.
2.3 LETECKÉ LASEROVÉ SKENOVANIE
Laserové skenovanie (skrátene LIDAR, z angl. Light Detection and Ranging) patrí
k najmodernejším technológiám na zhotovovanie priestorových dát o území. Svoje využitie
nachádza predovšetkým pri vytváraní presných digitálnych modelov terénu a povrchu.[20]
2.3.1 Princíp laserového skenovania
Všeobecne sa používajú dve základné metódy pre optické meranie 3D povrchov. Je to
meranie tranzitného času letu laserového lúča a triangulácia.
Laserové systémy a impulzové diaľkomery alebo LIDARy sú založené na meraní
časového rozdielu spôsobeného cestou svetelného lúča od zdroja k cieľovej ploche a po
odraze späť k detektoru. Ďalšou možnosťou ako merať vzdialenosť medzi zdrojom laseru
a povrchom je realizovaná nepriamo prostredníctvom merania fázy kontinuálnej vlny laseru
(Continual Wave - CW).
V praxi sa požívajú tri základne typy skenerov. Sú to triangulačné, impulzové a fázové
skenery.
43
Triangulačná metóda
Je založená na použití kosínovej vety. Pozorovací bod, zdroj svetla a pozorovaný
povrch tvorí trojuholník so známym smerom osvetlenia (uhlom), známym smerom
pozorovania a známou základňou.
Z hľadiska metódy merania 3D skenery delíme na:
1) Triangulácia
a) Pasívna
- Spracovanie obrazových záberov
b) Aktívna
- Premietanie bodov
- Premietanie línií
2) Doba letu lúča / Koherencia svetla
- Impulzové diaľkomery
- Fázové diaľkomery
- Interferometria
V prípade leteckého laserového skenovania sa využíva výhradne metóda impulzových
diaľkomerov a to hlavne kvôli jej veľkému dosahu (stovky metrov). Preto sa v nasledujúcom
texte budeme venovať práve týmto diaľkomerom.
Impulzové diaľkomery
Svetlo sa pri nemenných parametroch prostredia šíri konečnou a konštantnou
rýchlosťou. Vzdialenosť medzi skenerom a pozorovacím uhlom je daná vzťahom:
s=
(c ⋅ T )
n2
pričom
c = 299 792 458 m/s
... rýchlosť svetla vo vákuu
T
... čas cesty lúča tam a späť
n = 1,00025
... index lomu (závisí na teplote vzduchu, tlaku a vlhkosti).[4]
2.3.2 Metóda LLS
V priebehu uplynulých desaťročí našla metóda leteckého laserového skenovania (ALS
– Airborne Laser Scanning) uplatnenie v rôznych odboroch ľudskej činnosti, ako napríklad
geodézia, stavebníctvo, lesníctvo, meteorológia a podobne. V súčasnosti už medzi týmito
disciplínami nechýba ani archeológia, pretože spomínaný nástroj prináša celkom nové
možnosti v oblasti bezkontaktnej dokumentácie krajiny použitím princípov, ktoré sú známe
44
už z diaľkového prieskumu Zeme. V súvislosti s uvedenou metódou sa v archeologickej
komunite zažil akronym LIDAR. Je však potrebné mať na pamäti, že sa tento termín vzťahuje
obecne k metóde laserového skenovania, nie len toho leteckého.
Samotný princíp LLS (ALS) je založený na kombinácii niekoľkých prístrojov.
Najdôležitejší je laserový skener emitujúci vysokou rýchlosťou (napr. 10 000 emisii
za sekundu). Skener je pritom umiestnený na lietajúcom stroji (najčastejšie je to malý
dvojmiestny letún, alebo vrtuľník), ktorý je vybavený presným prijímačom GPS a vnútorným
navigačným systémom, čo umožňuje zber dát behom preletu vo vzájomne sa prekrývajúcich
pásoch, širokých podľa výšky letu.[14]
Dáta o zemskom povrchu sa získavajú bezkontaktným spôsobom pomocou
vysielaných laserových lúčov v podobe pulzov zo skeneru. Na rozdiel od metódy
fotogrametrie, nie je táto metóda odkázaná na slnečný svit, pretože má vlastný zdroj žiarenia.
Vyslané lúče sa odrážajú od zemského povrchu, ale aj od objektov umiestených na jeho
povrchu. Priestorová poloha sa následne vypočíta priestorovým rajónom. Vzdialenosť bodu
od nosiča je určená časom, ktorý uplynie medzi vyslaním lúča a prijatím jeho odrazu
od terénu alebo ďalších objektov späť do skeneru. Smer lúča je určený z prvkov vonkajšej
orientácie meraných pomocou aparatúry GPS a inerciálnym navigačným systémom. Odraz
laserového lúča môže byť iba jeden, alebo viacnásobný. K viacnásobnému odrazu dochádza
práve v prípade výrazných výškových rozdielov na zemskom povrchu, ako sú napríklad lesy,
či okraje budov.
Dáta získané pomocou metódy LLS majú podobu mračna bodov a jedná sa
o nepravidelne rozmiestnené bodové dáta. Následným použitím automatizovaných procesov
filtrácie a klasifikácie sa rozlíšia obrazy od stavieb, vegetácie a rastlinného terénu a separujú
sa hrubé chyby. Filtrované dáta rastlinného terénu slúžia ako základ pre tvorbu digitálneho
modelu reliéfu (DMR).[16]
2.3.3 LLS a nové výškové mapovanie v ČR
LLS
patri
v súčasnosti
k najmodernejším
technológiám
pre
zhotovovanie
priestorových geografických dát. Svoje uplatnenie nachádza predovšetkým pri tvorbe
digitálneho modelu reliéfu (ďalej DMR), kde je zastúpený len terén, a digitálneho modelu
povrchu (ďalej DMP), ktorý zahrňuje v sebe ako terén, tak aj stavby a vegetačný pokryt. Táto
45
technológia našla svoje uplatnenie aj v Českej republike, kde v období rokov 2009 až 2015
prebieha realizácia výškového mapovania celého územia republiky práve s využitím LLS.[16]
Český úrad zememeračský a katastrálny (ČUZK) v spolupráci s Ministerstvom
zemědělství a Ministerstvom obrany ČR pripravil projekt nového výškového mapovania
celého územia Českej republiky (ČR). Hlavným dôvodom bola nedostatočná presnosť
a vysoká miera generalizácie súčasných digitálnych modelov reliéfu, ktoré neumožňujú
interpretovať objekty mikroreliéfu s dostatočnou presnosťou. Použitím metód LLS je možné
dosiahnuť vysokej hustoty výškových bodov i výškovej presnosti, ktorá v zásade odpovedá
súčasným i perspektívnym požiadavkám užívateľov geografických informácií v ČR.
Obr. 2.9 - Pásy náletu nového výškového mapovania rozdelené podľa času realizácie
[11]
Skenovanie sa začalo na jeseň v roku 2009 v pásme „stred“ a úzko súvisí s tvorbou
periodického ortofotografického zobrazenia celého územia ČR v trojročnom intervale.
V tomto roku by malo prebehnúť skenovanie posledného pásma východ a následné
spracovanie jednotlivých výstupov by malo byť dokončené do roku 2015.
Letecké laserové skenery používané firmou GEODIS
A
Obr. 2.10 - Letecký laserový skener Laica ALS 50-II (A), Letecký skener Riegl LMS Q680i* (B)
B
[20]
46
Základné parametre LLS:
Priemerná výška letu nad terénom je 1200 – 1500 m a priemerný prekryt susedných
skenovacích pásov je v rozmedzí 40 – 50 %, čím sa dosiahla hustota bodov minimálne
1bod/1m2 so strednou chybou merania dĺžky priestorového rajónu do 0,03m.
Po spracovaní nameraných dát vzniknú v rôznych časových horizontoch tieto 3
realizačné produkty:
• Digitálny model reliéfu územia Českej republiky 4. generácie (DMR 4G) vo forme
mreže (GRID) 5 x 5 m s úplnou strednou chybou výšky 0,3 m v odkrytom teréne a 1
m v zalesnenom teréne.
• Digitálny model reliéfu územia Českej republiky 5. generácie (DMR 5G) vo forme
nepravidelnej siete výškových bodov (TIN) s úplnou strednou chybou výšky 0,18 m
v odkrytom teréne a 0,3 m v zalesnenom teréne.
• Digitálny model reliéfu povrchu územia Českej republiky 1. generácie (DMP 1G),
taktiež vo forme nepravidelnej siete výškových bodov (TIN) s úplnou strednou
chybou výšky 0,4 m pre presne vymedzené objekty (budovy) a 0,7 m pre objekty
presne neohraničené (lesy a ďalšie prvky rastlinného pôdneho krytu). [16]
Poskytovatelia leteckých laserových dát v ČR
• GEODIS BRNO, spol. s r.o.
• BLOM Czech Republic
• Zeměměřický úřad ČR
• …
2.4 Zhrnutie a porovnanie metód
Každá z vyššie popísaných metód je vhodná k vyhľadávaniu archeologických
nálezísk, ale každá z nich sa hodí pre trochu iný účel. Je to spôsobené predovšetkým limitami,
či naopak výhodami, ktoré jednotlivá metóda pre daný účel použitia má.
Bližšie porovnanie týchto metód a zhodnotenie dosiahnutých výsledkov pri použití
jednotlivých technológií je zhrnuté v štvrtej kapitole práce.
47
3. PRAKTICKÁ ČASŤ
Praktická časť diplomovej práce ukazuje na príkladoch z praxe využitie dát leteckej
fotogrametrie, DPZ a LLS pri vyhľadávaní historických lokalít, či objektov. Pre každú
z týchto metód bola vybraná jedna archeologická lokalita, na ktorej bola príslušná metóda
vyskúšaná. Dosiahnuté výsledky sú potom prezentované rôznymi spôsobmi pre dosiahnutie
čo najlepšieho vizuálneho efektu.
3.1 Spracovanie dát leteckej fotogrametrie
Letecké snímkovanie stálo už pri zrode nedeštruktívnej archeológie a aj v súčasnosti
nachádza svoje uplatnenie v mnohých sférach života, okrem iného aj pri odhaľovaní
historických objektov, či geoglyfov (viď kap. 3.1.2). Najbežnejším
a najpoužívanejším
výsledkom leteckej fotogrametrie sú fotoplány.
3.1.1 Dáta leteckej fotogrametrie
Pre spracovanie bola vybraná lokalita Nazca v južnom Peru (viď. kap. 3.1.2). V tejto
oblasti sa nachádza obrovské množstvo prírodných „malieb“, ale aj obrazcov rôznych
geometrických tvarov. Tieto obrazce sa nazývajú geoglyfy. Pre účel spracovania bol vybraný
jeden z obrazcov, konkrétne obraz kondora. Letecká snímka (viď Obr. 3.1), na ktorej je obraz
kondora vyobrazený pochádza už z päťdesiatych rokov 20. storočia, vytvorený Mariou
Reiche (1903-1998).
Obr. 3.1 - Snímok leteckej fotogrametrie z päťdesiatych rokov 20. Storočia
48
Tým sme len chceli poukázať na to, že aj takto staré snímky leteckej fotogrametrie sú
dostatočne presné a použiteľné v súčasnosti. Použité letecké dáta boli poskytnuté Ing.
Karolínou Hanzalovou z katedry Kartografie a mapovania K153. Tieto letecké snímky boli
zapožičané od technickej univerzity v Drážďanoch v rámci spoločnej spolupráce s ČVUT
na projekte Nazca v Peru. Snímky boli spracovávané v českom software TopoL a výsledkom
spracovania je fotoplán. Pre porovnanie sme použili aj družicovú snímku prevzatú z Google
Earth z roku 2012 nasnímanú družicou GeoEye.
3.1.2 Nazca Peru a geoglyfy
Náhorná plošina Nazca je kamenitá pustá púšť nachádzajúca sa na území
juhoamerického štátu Peru, približne 450 km od hlavného mesta Lima. Táto oblasť sa
rozkladá na území s rozlohou približne 500 km2 v nadmorskej výške 400 až 500 m medzi
dvoma reťazcami hôr vysokých asi 2000 m.
Územie Nazca je známe predovšetkým geometrickými obrazcami, tzv. geoglyfmi (z
gréčtiny GEO – Zem a GLYPH - rytina), ktoré sú veľké až niekoľko desiatok metrov. Na
náhornej plošine v Peru sa ich nachádza viac ako 300.
Geoglyf je maľba alebo veľký motív vytvorený na zemskom povrchu. Sú to
najčastejšie obyčajné čiary, trojuholníky, geometrické obrazce, či dokonca obrazce
znázorňujúce zvieratá alebo ľudské postavy (viď Obr. 3.1). Existujú dva typy geoglyfov
podľa spôsobu vytvorenia:
-
Pozitívny geoglyf
je vytvorený naaranžovaním prírodného materiálu, akým sú
napríklad kamene, štrk, kamenné fragmenty, hlina a ďalšie.
-
Negatívny geoglyf je naopak vytvorený odstránením prírodného materiálu (10 až 20
cm) v krajine tak, aby sa odkryl odlišný podklad ležiaci pod hornou vrstvou.
Napríklad v prípade Peru sa pod hornou tmavou vulkanickou vrstvou nachádza svetlý
vápencový či pieskový podklad.
Tieto geoglyfy pochádzajú z obdobia 200 rokov pred n. l. – 800 rokov n. l., kedy sa
na tomto území rozvíjala jedna dôležitá prakultúra Inkov, tzv. Nazca kultúra, ktorá je
pokladaná za tvorcov geoglyfov. Táto kultúra je známa aj pre svoje výrobky z keramiky
a textílií.
49
Za jedného z najväčších priekopníkov a objaviteľov geoglyfov sa považuje Maria
Reiche. Skúmaniu geoglyfov venovala celý život, vďaka nej sa geoglyfy dostali na zoznam
kulturného dedičstva UNESCO.[9]
3.1.3 Software TopoL
Software TopoL beží pod operačným systémom Windows. Je to otvorený
územný/geografický informačný systém (LIS/GIS), ktorý môže byť upravený pre aplikácie
v mnohých oblastiach. Umožňuje prípravu geografických dát, ich správu a analýzu. Tento
pôvodný český produkt spĺňa všetky požiadavky kladené na systém GIS a analýzu leteckých
a satelitných snímok v rámci diaľkového prieskumu Zeme.
Program TopoL existuje v niekoľkých funkčných variantách. Jednotlivé varianty sa od
seba navzájom líšia len inou funkciou, pričom vzhľad a správanie programu je úplne rovnaké.
Varianty existujú od jednoduchého prehliadača dát TopoLík, cez variantu Reduced, ktorá
umožňuje editáciu grafických objektov, analýzu dát, variantu Basic, ktorá postačuje
pre väčšinu GIS aplikácií, variantu Remote Sesnsing, ktorá poskytuje všetky bežné GIS
funkcie až po PhoTopoL Stereo, čo je varianta, ktorá v sebe obsahuje všetky bežné funkcie
GIS, tvorbu DMT, vytváranie ortofota a stereo editáciu vektorových objektov.
Obr. 3.2 - Prostredie programu TopoL
50
TopoL pre Windows podporuje prácu s rastrovými dátami vo formátoch TopoL RAS
(vrátane varianty RAK), BMP, CIT, TIFF, PCX, IMG a HRF. Vektorové dáta podporuje
TopoL (priamo alebo prostredníctvom importu) vo formátoch TopoL Block, Arc View Shape
File, Arc/Info, DXF, VTX, DKM a VKM, dokáže navyše exportovať vektorové dáta
do formátu MapInfo.
TopoL od varianty Reduced a vyšší je možné doplníť o moduly pre automatickú
vektorizáciu rastrov - AutoGen a AutoGen Color.[29]
3.1.4 Transformácia snímok a tvorba fotoplánu
Po spustení programu TopoL, načítame raster leteckej fotogrametrie pomocou Raster
Geometrické operácie
Transformácia rastru. Následne pridame vlícovacie body
z vopred pripraveného textového súboru. Vlícovacích bodov je celkom 10 a boli manuálne
nasnímane v programe ArcGis. Letecké snímky sú v miestnom peruánskom systéme PSAD
56. Jedná sa o elipsoidické 2D Mercatorovo zobrazenie v priečnej polohe, jednotky sú
zemepisná šírka a dĺžka. Vlícovacie body boli rovnomerne rozmiestnené po celom obrazci.
Po zadaní týchto bodov nás program vyzve k označeniu prvého až desiateho bodu na leteckej
snímke. Označením všetkých zadaných vlícovacích bodov môžeme uskutočniť kolineárnu
transformáciu (viď. kap. 2.1.3).
Obr. 3.3 - Kolineárna transformácia – letecká snímka
Po výpočte kolineárnej transformácie sa v posledných dvoch stĺpcoch tabuľky na Obr.
3.3 zobrazia chyby transformácie ako vo vodorovnom tak aj v zvislom smere. Vlícovacie
51
body boli volené tak, aby chyba transformácie bola podľa možnosti menšia ako 0,5 m.
V prípade prekročenia tejto hodnoty bola prekontrolovaná správnosť zadaných bodov,
prípadne body boli znovu zadané a transformácia bola opäť spustená. K týmto chybám
najčastejšie dochádzalo v prípade, ak miesto kontrolného bodu nebolo na snímke dostatočne
zreteľné. To sa však v prípade leteckého snímku nestávalo, keďže vlícovacie body boli volené
na dobre viditeľných miestach. Problém však bol u družicovej snímky z Google Earthu, ktorú
sme prevzali a použili kvôli porovnaniu s leteckou snímkou. Táto družicová snímka
nedosahovala kvalít leteckej snímky a určenie miest pre vlícovacie body bolo dosť náročné.
Aj po niekoľkých pokusoch sme sa nedostali pod stanovenú chybu transformácie 0,5 m. Asi
v troch prípadoch u zvislej odchýlky bola táto hodnota prekročená (viď. Obr. 3.4).
Dalo by sa teda povedať, že snímky leteckej fotogrametrie, aj keď sa jedná o archívny
materiál, sú pre vyhľadávanie archeologických nálezísk v tomto prípade geoglyfov,
vhodnejšie, a to hlavne kvôli väčšej rozlišovacej schopnosti a teda aj presnosti. Obrazce
zachytené na leteckých snímkach sú v porovnaní s družicovými snímkami, ktoré v súčasnosti
majú spektrálne rozlíšenie okolo 0,5 m, lepšie identifikovateľné.
Obr. 3.4 - Kolineárna transformácia – družicová snímka
Po vykonanej transformácii leteckej aj družicovej snímky sme pristúpili k samotnej
tvorbe fotoplánu. Ten vytvoríme pomocou Súbor
ulož tabuľku a transformuj, kde zadáme
formát výstupného súboru (na výber je formát *.res, *.TIFF a *.JPG) a miesto uloženia.
Vyhotovenie fotoplánu takto jednoduchým spôsobom, bez využitia DMT, je možné
len vďaka tomu, že danú lokalitu je možné považovať pre naše účely, hlavne z dôvodu
požadovanej presnosti, za rovinu.
52
A
B
Obr. 3.5 - Fotoplán vytvorený z leteckej (A) a družicovej snímky (B)
Po vytvorení oboch fotoplánov, ako z leteckej tak aj z družicovej snímky, je možné
tieto rastre porovnať. To znamená, že ich otvoríme cez seba pomocou Projekt
Otvoriť
otvorenie rastru, vyberieme obe fotoplány.
Hlavnou výhodou fotoplánu je, že je v súradnicovom systéme, čo znamená, že
môžeme previesť základne odmerky pomocou funkcie v hlavnom menu Mapové okno
Meranie vzdialenosti. Obrazec Kondora v peruánskej púšti má na dĺžku až 148 m a na šírku
118 m.
3.2 Spracovanie dát DPZ
S veľkým rozvojom diaľkového prieskumu Zeme v posledných rokoch prichádzajú
tiež nové možnosti využitia týchto technológii pri skúmaní zemského povrchu.
Najmodernejšie družice dosahujú veľmi vysokého priestorového rozlíšenia, preto je možné
dosť podrobne študovať a analyzovať zemský povrch bez vlastného skúmania povrchu.
Dáta poskytované družicovým systémom GeoEye sú použiteľné pre obnovovanie,
doplňovanie alebo tvorbu topografických či katastrálnych máp. Predovšetkým na miestach,
kde by to tradičnými metódami nebolo efektívne alebo by bolo príliš nákladné. Konkrétnymi
príkladmi sa vedci zaoberajú predovšetkým na juhoamerickom kontinente. Spolu s použitím
53
presného merania pomocou systému GPS je možné dosiahnuť presných výsledkov
topografického mapovania, a to za kratšiu dobu a nižšie náklady.[36]
3.2.1 Dáta DPZ
Veľké možnosti využitia DPZ sa ukazujú aj pri odhaľovaní prírodných znakov
geoglyfov s použitím rôznych matematických metód, ako napríklad klasifikácia a filtrovanie
snímok, zhotovených družicou GeoEye-1 (snímok z roku 2009). Skenery dosahujú
v panchromatickom pásme rozlíšenie 0,5 m.
Snímky spracovávanej lokality sú z okolia dediny Palpa v Peru, ktoré leží cca 40km
severozápadne od planiny Nazca, kde sa nachádzajú najznámejšie geoglyfy. Družicové dáta
sa pre vyhľadávanie geoglyfov hodia hlavne pre svoj veľký snímkový záber, keďže obrazce
geoglyfov sú rozmiestnené v púšti na veľmi veľkom území.
Družicové dáta pre účel spracovania diplomovej práce boli poskytnuté Ing. Evou
Matouškovou z katedry kartografie a mapovania (K153).
Bola vybraná malá lokalita na pravom okraji snímku (viď. Obr. 3.6 - červený rámček),
kde sa taktiež nachádzajú geoglyfy. K vymedzeniu tak malého územia došlo hlavne
z časových dôvodov, keďže procesy klasifikácie a filtrovania obrazových dát sú značne
časovo náročné. Takto sme mohli vyskúšať viac nastavení a rôzne možnosti použitia týchto
funkcií.
Pre spracovanie bol použitý program ENVI 4.5 od firmy EXELIS Visual Information
Solutions.
Obr. 3.6 - Vymedzenie oblasti snímku z družice GeoEye-1 na mape (zdroj: Google Earth)
54
3.2.2 Družica GeoEye-1
Jedná sa o najpodrobnejšiu komerčnú multispektrálnu družicu, ktorá bola vypustená
6.9.2008 a je prevádzkovaná americkou spoločnosťou GeoEye. Jej vysoké priestorové
rozlíšenie 0,41 m panchromatický a 1,65 m multispektrálne nedosahuje žiadna iná komerčná
družica. A však kvôli obmedzeniam USA sú dáta prevzorkované na rozlíšenie 0,5 m. Aj tak
patria snímky z družice GeoEye k snímkam s najvyšším priestorovým rozlíšením.
Obr. 3.7 - Snímok z družice GeoEye-1: Dubaj, Spojené Arabské Emiraty – Burj Khalifa, najvyššia budova sveta,
nasnímané 9.2.2010
[36]
Družica vďaka svojej polohe umožňuje snímať rovnaké miesto na Zemi každé tri dni.
Snímky z tejto družice sú vhodné pre podrobné mapovanie a vyhodnocovanie už v mierkach
od 1:1000 až do 1:10 000. Preto sú vhodné nie len pre mapovanie krajinného pokrytu alebo
rozrastajúcich sa stavieb, ale i pre najrôznejšie aplikácie v oblasti telekomunikácií,
poľnohospodárstva, plánovania alebo pri hodnotení a mapovaní prírodných katastrof.
Archív snímok z družice GeoEye-1 nie je na území Českej republiky zatiaľ príliš obsiahly, ale
každým dňom sa rozširuje. Dáta je možné objednať v rôznych stupňoch spracovania,
dostupné sú aj stereosnímky.[36]
Obr. 3.8 - Družica GeoEye-1
[37]
55
Tab. 3.1 - Vlastnosti družice GeoEye-1
[36]
dátum vypustenia
6.9.2008
prevádzkovateľ
Geoeye, USA
typ dát
optické, multispektrálne
počet pásiem
4
spektrálne rozlíšenie – panchromatické
450 – 900 nm
viditeľné modré: 450 – 520 nm
viditeľné zelené: 520 – 600 nm
spektrálne rozlíšenie – multispektrálne
viditeľné červené: 630 – 690 nm
blízke infračervené 760 – 900 nm
panchromatické: 0,5 m
priestorové rozlíšenie
multispektrálne: 1,65 m
dadiometrické rozlíšenie:
11 – bit
doba obehu
2 – 8 dní
čas preletu (lokálny čas)
10:30
Inklinácia
98°
Veľkosť záberu
17,6 km
Veľkosť scény
15,2 x 15,2 km
Váha družice
2500 kg
3.2.3 Software ENVI
Software ENVI predstavuje kompletnú sadu nástrojov pre predspracovanie,
zobrazovanie, analýzy a zdieľanie dát diaľkového prieskumu Zeme. Tento Software je
špeciálne navrhnutý pre prácu s družicovými snímkami a podporuje prácu s väčšinou
súčasných družicových systémov. Podporované sú ale aj vektorové dáta a geodatabáza.
K základným výhodám a prednostiam softwaru pri načítaní a správe dát patrí:
-
podpora
panchromatických,
multispektrálnych,
hyperspektrálnych,
radarových
termálnych, LiDAR a ďalších typov dát,
-
načítanie dát priamo z družicového senzoru,
-
načítanie
a ukladanie
dát
vo
formátoch
jpg,
geoTIFF,
shapefile,
práca
s geodatabázami, alebo dáta zo serveru kompatibilných so štandardmi OGC a JPIP.
Základom softwaru ENVI sú spektrálne analýzy. Disponuje preto špeciálnymi nástrojmi pre
multispektrálne a predovšetkým hyperspektrálne analýzy, medzi ktoré radíme:
-
extrakciu prvkov
56
-
klasifikáciu
-
mapovanie materiálov pomocou obrovských spektrálnych knižníc
-
detekciu zmien a cieľov
-
vegetačné analytické nástroje – zdravie vegetácie, lesov, určenie druhu vegetácie,
vegetačného stresu.
Medzi ďalšie výhody a nástroje programu patrí napríklad úprava užívateľského
prostredia ale aj nástrojov a funkcií pomocou C++ a java algoritmov, použitie jednoduchých
dialógov pre najpoužívanejšie nástroje a v neposlednom rade rozšírenie funkcií a nástrojov
pomocou nadstavieb. Tieto nadstavby, tzv. moduly rozširujú analytické nástroje ENVI o radu
ďalších funkcií, ako napríklad modul DEM Extraction Module pre tvorbu a úpravu
digitálneho modelu terénu a 3D vizualizácie alebo Atmospheric correction Module
na odstránenie vplyvu atmosférických podmienok zo snímky.[36]
3.2.4 Spracovanie
Pred samotnou klasifikáciou a použitím rôznych druhov filtrov je nutné si dáta
pripraviť. Po načítaní dát v programe ENVI cez ponuku v hlavnom menu File
Open
external data (zvolí sa typ družice, v našom prípade GeoEye) je nutné dáta kalibrovať. To sa
prevádza cez funkcie v hlavnom menu Basic tools
GeoEye.
Spectral
Preprocessing
Calibration utilities
Výsledkom je radiácia. Následne je nutné previesť atmosférické korekcie
QUAC. V ďalšom kroku je potrebné previesť zníženie šumu (Noise reduction). To
vykonáme cez Transform
Principial Components
Forward PC rotation
Compute
New Statistics and Rotate. Tento výsledok potom použijeme ešte raz ako vstup pre funkciu:
Transform
Principial Components
Forward PC rotation
Inverse PC Rotation.
Obr. 3.9 - Snímok z družice GeoEye-1 - Geoglyf neďaleko mesta Palpa v Peru
57
3.2.5 Klasifikácia obrazových dát
Klasifikácia obrazových dát predstavuje veľké množstvo metód a postupov
digitálneho vyhodnotenia snímok. Medzi staršie metódy automatickej klasifikácie patrí tzv.
„per-pixel“. Do tejto skupiny klasifikačných algoritmov patrí množstvo metód riadenej
a neriadenej klasifikácie. Medzi algoritmy riadenej klasifikácie patrí: Parallelepiped,
Minimum Distance, Mahalanobis Distance, Maximum Likelihood, Spectral Angle Mapper,
Spectral Information Divergence a Binary Encoding. Algoritmy neriadenej klasifikácie sú
napríklad ISODATA, alebo K-Means.[41]
Klasifikácia je časovo proces náročný proces a závisí od veľkosti spracovávaného
územia. Preto bola vybraná menšia skúšobná oblasť a tak jednotlivé procesy klasifikácie
prebehli pomerne rýchle, čo nám umožnilo vyskúšať viac možnosti, ktoré program ENVI
ponúka.
Neriadená klasifikácia
Tieto metódy sú založené na princípoch zhlukovej analýzy, čo znamená štatistické
rozdelenie pixelov príznakového priestoru do zhluku. Uživateľ má možnosť vybrať napríklad
počet cieľových tried. Po zatriedení do jednotlivých tried sú posudzované hodnoty
obrazových funkcií v rámci všetkých pásiem a objekty sú iteračným výpočtom rozdelené do
zhlukov. Neriadená klasifikácia pracuje väčšinou s objektom, ktorý tvorí pixel, a teda je obraz
klasifikovaný po jednotlivých pixeloch.
Neriadenú klasifikáciu spustíme cez hlavné menu Calssification
Unsupervised.
K-Means
Tento algoritmus rozdeľuje dáta do zhluku na základe ich vzdialenosti od centra.
Na začiatku sú užívateľom zvolené parametre počet centier a ich poloha. K týmto centrám sa
potom iteračne prideľujú jednotlivé objekty a zároveň s pridávaním objektu sa prepočítava
poloha centra. Algoritmus pracuje do tej doby, než dôjde k nejakej zastávajúcej podmienke,
ako napr. než sa prepočítavané centrum posunie už len o minimálnu vzdialenosť.
ISODATA
Pri tomto algoritme nie je pevne zadaný počet výsledných tried ale interval, v ktorom
sa môže pohybovať. Výsledná klasifikácia sa tak lepšie prispôsobí charakteristike územia.
58
A
B
Obr. 3.10 - Ukážky neriadenej klasifikácie pre algoritmy ISODATA (A) a K-means (B)
Riadená klasifikácia
Tieto metódy umožňujú klasifikáciu jednotlivých pixlov do užívateľom definovaných
tried pomocou vyhodnotených vlastností, tzv. tréningových množín. Užívateľ má teda
možnosť ovplyvniť výsledok klasifikácie výberom vhodnej vzorky tréningových množín.
Z toho dôvodu sme vybrali 6 tried a to: geoglyfy, púšť, voda, vegetácia, komunikácie,
zástavba. Jednotlivé triedy sú samozrejme farebne odlíšené. Zadanie tried je možné cez Basic
tools
Region Of Interest
pod Calssification
ROI Tool. Nástroje riadenej klasifikácie nájdeme
Supervised.
Parallelpiped
Táto klasifikácia pracuje na jednoduchom rozhodovacom pravidle založenom
na štandardnej odchýlke prahu od priemeru každej vybranej triedy. Vzhľadom k vlastnostiam
klasifikátoru sa môžu niektoré triedy prekrývať, vtedy je pixel priradený k poslednej
vyhovujúcej testovacej triede. Pixely, ktoré nesplnia podmienky ani jednej z testovacích
plôch, ostanú neklasifikované. Pri použití tohto klasifikátoru je možné nastaviť maximum
výchylky od referenčnej plochy. Obr. 3.11 znázorňuje časť územia pri použití rôznych
nastavení tejto výchylky. V prvom prípade (A) to bola hodnota 1.0, v prípade (B) hodnota 2.0
a v prípade (C) hodnota 3.0. Ukázalo sa, že hodnota 3.0 už je značne nevhodná, keďže
obrazec geoglyfu nie je skoro vidieť. Skoro celé územie bolo pri tomto nastavení
klasifikované do triedy geoglyfy. Lepších výsledkov by bolo určite možné dosiahnuť
pri použití individuálnych nastavení maximálnych výchyliek pre jednotlivé referenčné triedy.
59
A
B
C
Obr. 3.11 - Výsledok klasifikácie Parallelpiped, použité rôzne nastavenia
Minimal Distance
Patrí medzi najjednoduchšie metódy klasifikácie. Pri tejto metóde sa počíta
vzdialenosť neznámeho pixla od priemeru každej triedy v spektrálnom priestore a sú
porovnávané všetky hodnoty všetkých objektov vo všetkých pásmach s priemernými
hodnotami. Následne sú objekty priradené do tej triedy, od ktorej ich delí najmenšia
vzdialenosť. Objekt zostane neklasifikovaný v prípade, že táto hodnota prekročí stanovený
prah. Opäť je možné nastaviť maximálnu výchylku od referenčnej triedy a tiež maximálnu
chybu od tejto výchylky. Na Obr. 3.12 sú znázornené výsledky tohto klasifikátoru pri rôznych
nastaveniach týchto hodnôt. V prípade (A) bola nastavená maximálna výchylka na hodnotu
1.0, v prípade (B) sme použili hodnotu 2.0 a v treťom prípade (C) sme ponechali štandardné
nastavenie. V prípade triedy vegetácia vykazuje tento klasifikátor mierne nedostatky avšak
u triedy geoglyfy sa ukázal ako veľmi vhodný, čo je pre nás podstatné.
A
B
C
Obr. 3.12 - Výsledok klasifikácie Minimal Distance, použité rôzne nastavenia
60
Mahalanobis Distence
Táto klasifikácia je smerovo citlivý vzdialenostný klasifikátor, ktorý používa štatistiky
pre každú triedu. Je Podobná klasifikácii Maximum Likelihood, ale všetky kovariancie triedy
sú považované za rovnocenné, takže je rýchlejšia. Všetky pixely sú klasifikované
do najbližšej skúšobnej triedy. V prípade ak je špecifikovaný prah maximálnej vzdialenosti,
sú klasifikované len tie pixely, ktoré neprekročia stanovenú hodnotu.[38]
Aj pri tomto klasifikátore je možné previesť nastavenia ako napríklad určenie hranice
maximálnej vzdialenosti. V prvom prípade (A) bola klasifikácia prevedená so zadanou
hodnotou 1.0 a teda neboli klaifikované pixely, ktoré túto hranicu prekročili. V druhom
prípade (B) sme ponechali štandardné nastavenia.
A
B
Obr. 3.13 - Výsledok klasifikácie Mahalanobis Distence, použité rôzne nastavenia
Maximum Likelihood
Je založený na predpoklade, že rozdelenie bodov tvoriacich jednu triedu tréningových
dát ma Gaussovo, teda normálne rozdelenie. V tomto prípade je možné určiť štatistickú
pravdepodobnosť danej hodnoty pixelu ako člena vybranej triedy. Pixel je nakoniec zaradený
do triedy s najväčšou určenou pravdepodobnosťou. Aj v tomto prípade boli testované rôzne
nastavenia, no ako najvhodnejší výstup sa javila klasifikácia s nastavením hranice
pravdepodobnosti na hodnote 1.0 .
61
Obr. 3.14 - Výsledok klasifikácie Maximum Likelihood
Spectral Angle Mapper
Jedná sa o fyzický založenú spektrálnu klasifikáciu, ktorá používa n-rozmerový uhol
pre priradenie pixelov k referenčným triedam. Algoritmus určuje spektrálnu podobnosť medzi
dvoma spektrami vypočítaním uhlu medzi nimi, pritom s nimi zachádza ako s vektormi
v priestore, ktorého rozmernosť sa rovná počtu spektrálnych skupín. Táto klasifikácia teda
porovnáva uhol medzi vektorom spektra triedy s vektorom každého pixelu v n-rozmernom
priestore. Menšie uhly predstavujú väčšiu zhodu s referenčným spektrom. Pixely
vzdialenejšie než je špecifikovaný maximálny uhlový prah v radiánoch, zostávajú
neklasifikované.[10] [12]
Obr. 3.15 - Výsledok klasifikácie Spectral Angle Mapper
3.2.6 Úpravy po klasifikácii
Správne prevedenie klasifikácie, ako aj použitie filtrov tiež značne závisí
od schopnosti a skúsenosti spracovávateľa. Je nutné rozumieť jednotlivým algoritmickým
postupom spracovania.
62
Výsledkom klasifikácie sú často vďaka spektrálnej variabilite nie príliš homogénne
snímky. Táto skutočnosť nemusí byť napríklad pre účel prezentácie výsledkov optimálny
stav. V takýchto prípadoch je nutné výsledný obraz vyhladiť. Pre tento účel je možné použiť
filtre.[39]
Na vybrané klasifikované dáta boli použité niektoré filtre. Pomocou filtrov sme sa
snažili klasifikované dáta vylepšiť, čiastočne ich zbaviť šumu. Ako celkom vhodné sa javilo
použitie filtra Median alebo Gamma na obraz klasifikovaný pomocou klasifikátora neriadenej
klasifikácie, ISODATA. Došlo k značnému vyhladeniu šumu a k zdôrazneniu hrán. Na Obr.
3.16 je znázornený výsledok klasifikácie ISODATA (A), filter Median použitý na ISODATA
(B) a filter Gamma použitý na ISODATA (C). Rozdiely medzi filtrami Median a Gamma sú
veľmi malé.
A
B
C
Obr. 3.16 - Použitie filtrov a klasifikované dáta
3.2.7 Filtrovanie obrazových dát
Program ENVI obsahuje celú radu nástrojov pre filtrovanie obrazových dát. Väčšina
z nich bola aj vyskúšaná. U niektorých filtrov bolo ich použitie značné, u iných zase
zanedbateľné, alebo pre daný účel nevhodné.
Prvou použitou skupinou boli Filtre texturálne, kam patria Occurrence Measures (viď.
Obr. 3.17/A) a Co-occurrence Measures. Výsledkom týchto filtrov bolo väčšie množstvo
obrazových výstupov, z ktorých ako najlepšia možnosť pre odhaľovanie geoglyfov sa javí
variancie (zobrazujúca odchylky).[12]
Výsledky oboch spomínaných filtrov sú si veľmi podobné. Ich použitím bolo zistené, že
plochy vyhľadávajú síce veľmi dobre, ale nie sú veľmi vhodné pre detekciu hrán.
63
Ďalšie použité filtre patria do skupiny Convolution and Morphology. V záložke
Convolution sú filtre ako High Pass (vysokofrekvenčný), Low Pass (nízkofrekvenčný),
Directional (smerový) (viď. Obr. 3.17/C), Median (stredná hodnota), Laplacian (viď. Obr.
3.17/B), Sobel, alebo Roberts.
Pri použití týchto filtrov bola ponechaná štandardná hodnota veľkosti kernelu na 3x3.
Zväčšením kernelu napríklad na hodnotu 5x5 došlo k značnému šumu v obraze a tým
k zhoršeniu podmienok pre vyhľadávanie geoglyfov. Zo skupiny Convolution boli najlepšie
výsledky dosiahnuté práve filtrom Directional.
Následne boli vyskúšane aj filtre z kategórie Morphology, ale žiaden z filtrov
nevykazoval svojimi výsledkami vhodnosť použitia pri vyhľadávaní geoglyfov.
Použitím filtrov z kategórie Adaptive a FFT Filtering nedošlo k dosiahnutiu vhodných
výsledkov.
A
B
C
Obr. 3.17 - Výsledky filtrov: Occurrence Measures (variance)(A), Laplacian (B), Directional (C)
64
3.2.8 Zhodnotenie výsledkov
Boli vyskúšané skoro všetky druhy klasifikácie a väčšina filtrov. Použitím niektorých
druhov klasifikácie boli dosiahnuté veľmi dobré výsledky. Ako najvhodnejšie klasifikácie
použiteľné pri odhaľovaní geoglyfov sú obe algoritmy neriadenej klasifikácie K-means
aj ISODATA. Z algoritmov riadenej klasifikácie sa ako vhodné javia klasifikátory
Parallelpiped, Minimal Distance (pri vhodnom nastavení) a Maximum Likelihood.
V prípade filtrov najvhodnejšou možnosťou pri detekcií geoglyfov z družicových
snímok je použitie filtru Directional
(s veľkosťou kernelu 3x3), ktorý veľmi dobre
vykresľuje hrany geoglyfov a tým je ich identifikácia jednoduchšia. Veľkou výhodou filtrov
oproti klasifikácií, je ich jednoznačné určenie hrán objektov a teda aj geoglyfov, ktoré sú
evidentné už pri pohľade voľným okom. Nevýhodou v porovnaní s klasifikáciou je však ich
časová náročnosť na spracovanie.
3.3 Spracovanie dát LLS
Metóda
leteckého
laserového
skenovania
patrí
k najmodernejším
metódam
na zhotovovanie priestorových dát o území. Využíva sa predovšetkým pri vytváraní presných
digitálnych modelov terénu a povrchu. Svoje uplatnenie nachádza v mestských informačných
systémoch, GIS, prevádzkových systémoch inžinierskych sietí (líniové siete – plyn, voda,
komunikácie, el. vedenie, telekomunikácie), pri výškových analýzach území, analýzach
odtokových pomerov, v archeológii a v 3D vizualizáciách.[20]
3.3.1 Dáta LLS
Dáta leteckého laserového skenovania danej lokality boli pre účely diplomovej práce
poskytnuté Zeměměřickým úřadem (ZÚ).
Ako už bolo spomenuté v kap. 2.3, LLS patrí v súčasnosti k najmodernejším
technológiám na spracovanie geografických dát. Svoje uplatnenie nachádza predovšetkým pri
tvorbe DMR a DMT. V Českej republike v období rokov 2009 až 2012 prebieha realizácia
výškového mapovania celého územia republiky práve s využitím LLS a spracovanie potvrá až
do roku 2015. Hlavným dôvodom je nedostačujúca presnosť a vysoká miera generalizácie
súčasných digitálnych modelov reliéfu.[16]
65
Letecké laserové dáta územia je možné získať v dvoch rôznych formátoch a síce:
• S-JTSK, Bpv (súradnice XYZ)
Systém jednotnej trigonometrickej siete katastrálnej a výškový systém Balt
po vyrovnaní
• UTM, Hel (D°M´S" )
Univerzálny transverzálny Mercatorov systém súradníc a elipsoidická výška
Dáta LLS boli za účelom diplomovej práce poskytnuté v podobe mračná bodov
vo formáte XYZ, roztriedené podľa jednotlivých tried pre lokalitu nachádzajúcu sa neďaleko
mesta Kutná Hora. Hustota bodov mračna bola približne 1 až 2 body na 1m2.
3.3.2 Spracovaná lokalita
Praveké hradište CIMBURK
Umiestnenie: Kutná Hora, časť Poličany
Poloha GPS: 49°55'46.495"N, 15°14'55.490"E
Obr. 3.18 - Mapa umiestenia pravekého hradišťa Cimburk (prevzaté z Mapy.cz)
66
Obr. 3.19 - Tieňovaný digitálny model a ortofoto Cimburku
Hradište Cimburk neďaleko Kutnej Hory sa rozkladalo na ostrohu nad potokom
Vrchlice. Z juhu bolo chránené strmou asi 30 metrov vysokou skálou, na západe
a severozápade príkrym svahom. Na východe a severovýchode splývalo s okolitou krajinou
a tu bolo nepochybne opevnené valmi snáď aj priekopou. Plocha sídliska na Cimburku sa
odhaduje na 1200 m2. V roku 1885 tu bol prevedený archeologický prieskum vedený E.
Lemingerom. Prieskum najhlbších vrstiev na východnej strane, prevedený až na skálu, zistil
vrstvu ílu, na nej uhlie (miestami aj kúsky nespáleného dreva). Pod touto vrstvou bolo
nájdené veľké množstvo zvieracích kostí, kostených a parohových dlát, ihlíc a šidiel,
pazúrových hrotov, nožíkov a pílok, hlinených lyžíc, črepov nádob a častí vretien. Tento
početný materiál, uložený v kutnohorskom múzeu, je dokladom výroby nádob, zbraní,
nástrojov, pradenia a tkania, ktoré sa značne rozvíjalo. Podáva svedectvo o obchodných
vplyvoch, ktorým ľud na Cimburku podliehal. Nájdené tu boli nálevkovité poháre,
kanelovaná keramika, keramika s hlbokým brázdeným vpichom, s bohatými plastickými
páskami a páskovitými úchytmi.
Cimburk predstavuje výšinné sídlisko z neskorého obdobia neolitu, o ktorom sa skôr
hovorilo ako o nordickej kultúre. Sú to tradície starého poľnohospodárskeho ľudu, ktorí
podliehal cudzím vplyvom. Z tohto dôvodu a vplyvom bojovných kočovných kmeňov sa tu
vytvára kultúra starousadlíkov v neskorej dobe kamennej. Neskoré neolitické – nordické –
kamenné nástroje okrem Cimburku boli nájdené pod Dänemarkom a na ďalších miestach
v Kutnej Hore a v jej okolí.[7]
E. Leminger uvádza vedľa Cimburku aj hradište nad mlynom Dänemark. Zistil, že obe
hradišťa sa navzájom doplňovali. Ich vnútorný charakter je dosť rovnaký: ostrohy so stenami
40 až 50m vysokými. Kde ostroh súvisí so susednou výšinou, boli zriadené ochranné valy.
67
Leminger sa domnieval, že aj výšina medzi oboma hradišťami - pruh asi 500m, bol
osídlený.[27]
Obr. 3.20 - Pohľad na najväčší val a menšie postranné valy hradiska Cimburk
Podľa historických prameňov tu neskôr stal aj hrad Cimburk, ktorý bol majetkom
a rodiskom pánov z Cimburka. K ich predkom a zakladateľom rodu patril istý šľachtic
Miroslav, ktorý mimo iného v rokoch 1142 až 1143 založil aj sedliacky kláštor pri Kutnej
Hore. Aj napriek tomu, že Cimburk bol ich rodovým sídlom, opustili ho, rod sa rozvetvil
a niektoré vetvy presídlili na až Moravu.
Z pôvodného ranogotického hradu sa dodnes zachovali len pozostatky valov a priekop.
Archeologické nálezy dokladajú existenciu predhistorického opevnenia.
3.3.3 Prostredie programu FugroViewer
Na to, aby sme si mohli letecké laserové dáta prehliadnuť, potrebujeme vhodný
software, ktorý túto činnosť zvláda. V súčasnej dobe je na trhu široká škála programov, ktoré
je možné využiť. Po vyskúšaní viacerých prehliadačov sa ako najvhodnejší a na ovládanie
užívateľský najjednoduchší javil program FugroViewer (Version 1.52). Veľkou výhodou
tohto softwaru je aj fakt, že je voľne dostupný.
Software obsahuje množstvo nástrojov na spracovanie a prehliadanie dát leteckého
laserového skenovania. V nasledujúcom odstavci si v skratke priblížime tie najdôležitejšie
z nich.
68
Dáta v prehliadači načítavame klasickým spôsobom File
Open LiDAR File (s),
resp. pridaním dát Add LiDAR FILE (s). Umožňuje načítať viacero druhov formátov, medzi
ktorými nechýba ani LAS Files (*.las), ASCII Files (*.xyz), GEO TIFF Files (*.tif), Radar
Files (*.hdr) či formát HFA Files (*.img).
Program umožňuje z mračná bodov vytvoriť digitálny model terénu pomocou funkcie
Dispay Color Shaded TIN. Ďalej umožňuje získať približnú veľkosť daných objektov
pomocou funkcie Measure Distance, tvorbu pozdĺžnych a priečnych profilov - Profile Tool
či zobrazenie 3D modelu objektu - Open 3D View. Všetky spomínané nástroje nájdeme
umiestnené na hlavnej pracovnej lište programu.
Obr. 3.21 - Prostredie programu FugroViewer (Version 1.52)
Ďalšie prehliadače laserových dát, ktoré je možné použiť:
-
Pointools View 1.8 Pro
-
ScanView
-
Cyclone - VIEWER Pro
-
a ďalšie
69
3.3.4 TerraScan a TerraModeler
Jedná sa o štandardnú softwarovú sadu od fínskej spoločnosti Terrasolid
na spracovanie leteckých laserových dát a obrazov. Oba moduly tejto spoločnosti pracujú ako
nadstavba softwaru Bentley MicroStation V8i.
TerraScan (TScan) – nástroj pre načítanie bodov a ich kvalifikáciu do rôznych tried
TerraModeler (TModeler) – nástroj na tvorbu modelu povrchu z laserových bodov.[8]
Nadstavby TerraScan a TerraModeler pracujú ako nadstavba programu Microstation
V8i, pričom je nutné mať založený 3D výkres. Nadstavby sa v programe zavedú cez hlavné
menu: Pomôcky
Aplikacie MDL, v okne vyberieme možnosť TSCAN a požijeme funkciu
zaviesť. Obdobne spustíme aj druhú nadstavbu TMODELER.
Obr. 3.22 - Prostredie programu TerraScan a TerraModeler
Mračno bodov dát leteckého laserového skenovania načítame cez nástrojovú lištu
TerraScanu a to File
Read points, súbor vo formáte *.las. Keďže vytvárame DMT,
zaujíma nás len trieda Ground, inak nechávame defaultne nastavenie. Obecné podporované
formáty sú: *.las, čo je základný formát dát LLS, ďalej formáty Leica, Optech a tiež
užívateľský definovaný formát dát (*.txt)
70
Poskytnuté laserové dáta boli už klasifikované pomocou automatickej klasifikácie, my
sme súbor bodov ešte doklasifikovali pomocou manuálnej funkcie nachádzajúcej sa
v základnej nástrojovej lište: Classify
Add point to ground. Táto funkcia slúži k doplneniu
klasifikácie v miestach, kde plne automatická funkcia zlyhala. Ešte predtým sme si časť
terénu zobrazili v reze pomocou funkcie Draw Selection pre lepšiu prehľadnosť
pri klasifikácii.
Po klasifikácií terénu je však nutné ešte previesť vizuálnu kontrolu bodov, prípadne
odstrániť chyby spôsobené automatickou funkciou.[17]
3.3.5 Tvorba DMT
Tvorba samotného digitálneho modelu terénu v TScan je možná cez Output
Create
surface model. Táto funkcia vyžaduje aktívnu licenciu TModeler. Dôležité je nastavenie:
predovšetkým triedy, z ktorej má byť digitálny model vytvorený.
Po prevedení klasifikácií terénu je možné so súborom bodov ďalej pracovať
a upravovať. Medzi vhodné nástroje patrí napríklad funkcia Tool
Thin points – funkcia
slúži na zredukovanie počtu bodov a to nie len na základe rovinnej vzdialenosti, ale
i výškového rozdielu. Pred spustením nastavíme požadované parametre redukcie (triedu,
vzdialenosť, výškový rozdiel).
Ďalšou funkciou je Tools
Smoothen points, ktorá slúži na redukciu šumu dát.
Použitím tejto funkcie sa nám však nepodarilo dosiahnuť optimálnych výsledkov. Pri použití
rôznych nastavení dochádzalo k výrazným deformáciám modelu.
Ako vhodnejšia alternatíva sa javí využitie softwaru Geomagic Studio 12. Najprv sme
mračno bodov zredukovali pomocou vyššie spomínanej funkcie Thin Points a následne
v programe Geomagic Studio 12 bodový súbor zaplochovali (vytvorenie TIN – nepravidelná
trojuholníková sieť) pomocou funkcie Wrap, súbor vyexportovali a znovu načítali
v nadstavbách programu Microstation, TerraScan a TerraModeler.
3.3.6 Možnosti vizualizácie
Možnosti zobrazenia a prezentácie DMT je hneď niekoľko. V tejto časti spomenieme
tie najdôležitejšie, ktoré sme sami vyskúšali a použili a ktoré sa javili ako najvhodnejšie
71
pre vizualizáciu digitálneho modelu. Všetky vyššie uvedené zobrazenia modelu s výnimkou
zobrazenia 3.3.5 boli vytvorené nadstavbami programu Microstation V8i (TerraScan
a TerraModeler).
Hypsometrický model v kombinácii s tieňovaným reliéfom
Jedná sa o základné ale veľmi efektné zobrazenie digitálneho modelu terénu v tomto
programe. Dosiahneme to cez nástrojovú lištu TModeleru funkciou
Display Surface
Display Shaded Surface, tzn. že plochy trojuholníkov TINu budú zafarbené na základe
nadmorskéj výšky a sklonu trojuholníkov (tieňovanie) za použitia farebnej schémy HSV.
Vo výsledku
dostaneme
hypsometrický
obraz
modelu
v kombinácií
s tieňovaným
reliéfom.[17]
Obr. 3.23 - Digitálny model terénu pred vyhladením
Pre porovnanie je uvedený tiež DMT po vyhladení. Postup pri vyhladení je bližšie opísaný
v kapitole 3.3.5.
72
Obr.3.24 - Digitálny model terénu po vyhladení
Šum je spôsobený predovšetkým náhodnými chybami merania. Tie vznikajú
v miestach s hustou vegetáciou, kde sa laserový lúč odrazí od hustého porastu a nie od terénu.
Z porovnania oboch modelov je vidieť pomerne veľký rozdiel vo vyhladení,
kde v prípade vyhladeného terénu došlo k značnému zníženiu šumu. Miera vyhladenia bola
volená tak, aby nedošlo k prílišnej generalizácii tvarov modelu ale na druhej strane, aby sa
docielilo, čo najlepšieho a najdôveryhodnejšieho zobrazenia terénu.
Obr. 3.25 - DMT detail – nevyhladený a vyhladený digitálny model
73
Hypsometrický model v kombinácii s tieňovaným reliéfom a vrstevnicami
Postup vyhotovenia tohto zobrazenia je obdobný ako v prvom prípade. Navyše však
ešte obsahuje zobrazenie výškopisu vo forme vrstevníc. Pre zobrazenie vrstevníc bolo
vhodnejšie využitie vyhladeného digitálneho modelu terénu, a to najmä z dôvodu lepšieho
vykreslenia vrstevníc. V prípade nevyhladeného modelu dochádzalo k značne nesprávnemu
vykresľovaniu výškopisu. Na tvorbu vrstevníc bola použitá funkcia TModeler
Surface
Display
Display contours. V nastavení sa vyberú len hlavné (Major Contours) a základné
(Basic Contours) vrstevnice, nastaví sa veľkosť, farba a vrstva, do ktorej majú byť vrstevnice
zakreslené. Odstup hlavných vrstevníc bol nastavený na 10m.
Obr.3.26 - Zobrazenie výškopisu v DMT pomocou vrstevníc
V prípade potreby vypnutia vrstvy vrstevníc či inej vrstvy vloženej do výkresu, je
možné použiť funkciu : TModeler
Display Surface
Erase display. Tento krok však
môžeme vykonať len v prípade, že zápis vrstevníc nebol zapísaný priamo do súboru (Write
to File).
Hypsometrický obrazový výstup
Ďalšou možnosťou ako prezentovať dosiahnuté výsledky sú obrazové výstupy.
Umožňuje ich funkcia Output
Export raster image. Pomocou tejto funkcie sme schopní
vytvoriť obraz o danom rozlíšení, v ktorom farba odpovedá napríklad výške bodov danej
triedy, ale tiež intenzite alebo hustote bodov. Obrazový výstup môže byť buď vo farebnej
škále 24 bit color,256 Colors alebo Grey Scale. Ďalej je možné okrem iného nastaviť formát
výstupu (napr. *.tif).
74
Hypsometrický obrazový výstup v šedej škále (Grey Scale)
Pre dosiahnutie čo najlepšieho vizuálneho efektu, je nutné vyskúšať rôzne nastavenia.
V našom prípade bola vyskúšaná väčšina kombinácií rôznych nastavení a ako najvhodnejšie
možnosti výstupu v prípade Grey Scale je použitie nasledujúcich nastavení:
-
zobrazenie farby (odtiene šedej): na základe nadmorskej výšky (Elevation)
-
schéma: biele na čiernom (white to black)
-
stupeň, miera (Degree): lineárny (Linear), prípadne tmavý (Dark)
Obr.3.27 - Tieňovaný obrazový výstup: Degree: Linear
Farebný (hypsometrický) obrazový výstup (24 bit color)
Rovnako ako v prípade tieňovaného obrazového výstupu v schéme Grey Scale je
možné cez Output
Export raster image vytvoriť farebný obrazový výstup s tým rozdielom,
že farby zvolíme vo farebnej škále 24 bit color.
Aj v tomto prípade boli vyskúšane rôzne nastavenia pre dosiahnutie čo najlepšieho
obrazového výstupu.
Varianta A
Ako veľmi vhodné sa javí nižšie popísané nastavenie:
-
zobrazenie farby (24 bit color): na základe nadmorskej výšky (Elevation)
-
schéma: „studené do teplého“ (Cold to hot)
-
stupeň, miera (Degree): horúci (hot)
75
A
B
Obr.3.28 - Hypsometrický obrazový výstup digitálneho modelu, nastavenie: Cold to hot (A), Hot to cold (B)
Varianta B
Vhodný výstup dosiahneme tiež použitím nasledujúcich nastavení:
-
zobrazenie farby (24 bit color): na základe nadmorskej výšky (Elevation)
-
schéma: „Teplé do studeného“ (Hot to cold)
stupeň, miera (Degree): studený (cold)
3D model – FugroViewer
Jeden z najlepších vizuálnych výsledkov poskytuje 3D model zobrazený v programe
FugroViewer. Možnosti tohto softwaru boli popísané v kapitole 3.1.2. Farebná schéma 3D
modelu je odstupňovaná na základe nadmorskej výšky.
76
Obr. 3.29 - 3D model terénu vytvorený v programe FugroViewer
Priečny a pozdĺžny profil + raster s vyznačenými profilmi
Ďalším vhodným spôsobom ako prezentovať vytvorený 3D model je tvorba jeho
pozdĺžnych a priečnych profilov. Na nasledujúcom obrázku je znázornený priebeh oboch
vytvorených profilov.
Obr. 3.30 - Naznačenie priebehu priečneho a pozdĺžneho profilu
Vyobrazené profily sú súčasťou príloh diplomovej práce (Príloha I. a Príloha II.)
77
4. ZÁVER
Diplomová práca pojednávala o využiteľnosti dát leteckej fotogrametrie, diaľkového
prieskumu Zeme a leteckého laserového skenovania pri vyhľadávaní archeologických
nálezísk.
Všetky tieto tri metódy sú metódami bezkontaktnými a teda aj nedeštruktívnymi.
Vo všeobecnosti ich môžeme považovať za metódy leteckej archeológie. Tento pojem
vychádza z histórie, kedy prvou a jedinou metódou bezkontaktného skúmania zemského
povrchu bola práve letecká fotogrametria, ktorá vznikla už v 20-tých rokov 20-tého storočia.
Prvé letecké snímky boli vyhotovené ešte pred vynájdením lietadla a to z pripútaného balónu.
Až neskôr s rozvojom fotografie a letectva nastal najväčší rozmach tejto metódy, ktorému
však predchádzal dlhý vývoj. Metóda diaľkového prieskumu Zeme sa začala formovať až po
štarte družice Sputnika-1 v roku 1957. Počnúc týmto obdobím sa táto nová technológia začala
veľmi rýchlo rozvíjať a umelé družice Zeme sa stali neodmysliteľným pomocníkom
v rôznych odboroch ľudskej činnosti. Najmodernejšou technológiou v skupine týchto troch
metód je letecké laserové skenovanie, ktoré sa využíva predovšetkým pri tvorbe presných
digitálnych modelov povrchu.
Letecká archeológia patrí medzi najdôležitejšie spôsoby získavania archeologických
dát. Žiadna iná metóda nepracuje v tak veľkom území a neobjavuje také veľké množstvo
nových archeologických lokalít a nových typov objektov.
V rámci diplomovej práce bola pre každú z týchto troch metód vybraná jedná
archeologická lokalita, na ktorej bola daná metóda odskúšaná a otestovaná. V prípade použitia
leteckej fotogrametrie a diaľkového prieskumu Zeme bola zvolená lokalita v Peru, kde sa
nachádzajú najznámejšie geoglyfy. Možnosti metódy leteckého laserového skenovania pri
odhaľovaní historických lokalít sme vyskúšali na archeologickej lokalite hradišťa Cimburk,
ktorá sa nachádza neďaleko Kutnej Hory.
Každá z týchto metód bola spracovaná ako samostatná časť. V prípade leteckej
fotogrametrie sa vlastne jednalo o jednoduchú tvorbu fotoplánu, ktorý je najbežnejším
výsledkom jednosnímkovej fotogrametrie. Fotoplán je prekreslený fotografický meračský
snímok rovinného objektu alebo územia v požadovanej mierke, takže je možné prevádzať
jednoduché merania vzdialenosti. Pre porovnanie bol vyhotovený fotoplán aj z družicovej
snímky prevzatej z Google Earth. Dalo by sa povedať, že snímky leteckej fotogrametrie, aj
78
keď sa jedná o archívny materiál, sú pre tento účel vhodnejšie než družicové. Sú nasnímané
z menšej výšky a majú teda lepšie priestorové rozlíšenie než družicové snímky a tým sme
schopný pomocou nich odhaliť aj menšie skúmané objekty. Spracovanie a tvorba fotoplánu
z leteckého meračského snímku prebehla v programe TopoL.
Vďaka dátam DPZ z družice GeoEye-1 bolo možné previesť prieskum v púšti blízko
dediny Palpa v Peru, kde boli vyhľadávané a skúmane geometrické obrazce geoglyfy.
Digitálne snímky boli spracovávané v programe ENVI pomocou rôznych matematických
metód ako klasifikácia a filtrovanie obrazových dát. Pri spracovaní boli vyskúšané skoro
všetky druhy klasifikácie a väčšina filtrov. Pri použití niektorých sme dosiahli použiteľné
výsledky, iné naopak boli pre tento účel nevhodné. Spomedzi algoritmov klasifikácie
vhodných pre detekciu geoglyfov, sme na základe výstupov dospeli k záveru, že je vhodné
použiť obe funkcie neriadenej klasifikácie ISODATA a K-Means. Zo skupiny neriadených
klasifikácií boli najlepšie výsledky dosiahnuté vďaka algoritmom Parallelpiped, Minimal
Distance (pri vhodnom nastavení) a Maximum Likelihood. Správne použitie riadených
klasifikácií vyžaduje určitú úroveň spracovateľských schopností a skúseností. Ich hlavnou
nevýhodou je nepresná interpretácia objektov do tried. Stávalo sa, že oblasť púšt bola
klasifikovaná ako geoglyf, alebo naopak. V prípade filtrov ako najvhodnejšia možnosť
použitia je filter Directional (s veľkosťou kernelu 3x3), ktorý veľmi dobre vykresľuje hrany
objektov a teda aj geoglyfov a dopomáha tak k bezproblémovému určeniu geoglyfov už
na prvý pohľad. To je ich najväčšou výhodou oproti funkciám klasifikácie. Nevýhodou však
je ich časová náročnosť na spracovanie.
Z mračná bodov nasnímaného metódou leteckého laserového skenovania bol
vytvorený digitálny 3D model terénu archeologickej lokality v programe TerraScan
a TerraModeler, ktoré fungujú ako nadstavby softwaru Microstation V8i. Z vytvoreného
modelu terénu bolo veľmi jednoduché určiť prehistorické hradišťe. Výsledky sú prezentované
v podobe farebného tieňovaného digitálneho 3D modelu terénu, pomocou hypsometrického
obrazového výstupu či v podobe pozdĺžneho a priečneho profilu. Jeden z najlepších
vizuálnych výstupov je prezentácia 3D modelu v prehliadači laserových dát FugroViewer.
79
4.1 Diskusia
V prípade porovnania spomínaných metód je nevyhnutné vopred si vymedziť oblasť
záujmu ich použitia. V našom prípade sa na metódy budeme pozerať z hľadiska použitia
v archeológii.
Kritérií, podľa ktorých by bolo možné hodnotiť tieto metódy je niekoľko. Je to
predovšetkým ich dostupnosť, presnosť dát, ako aj podmienky, za ktorých môže byť daná
metóda prevádzaná (atmosférické, vegetačné) či výhody a nevýhody ich použitia, náročnosť
na spracovanie a pod.
Letecká fotogrametria
Letecká fotogrametria je tradičnou metódou a medzi jej najväčšie výhody patrí rýchly
a bezkontaktný zber dát na území veľkého rozsahu s vysokou mierou detailu pri menších
vzdialenostiach. Táto metóda je menej náročná na čas, vybavenie a obsluhu. Výsledné
digitálne dáta je možné ďalej spracovávať. Ďalšou jej prednosťou je dobrá detekcia hrán
v porovnaní s metódou LLS.
Medzi nevýhody metódy leteckej fotogrametrie patrí premenlivá presnosť, ktorá
výrazne klesá so vzdialenosťou resp. výškou. Použitie tejto metódy je nevhodné v oblasti
s príliš hustou vegetáciou.
Dáta sú zhotovované oddelením priestorovej archeológie Archeologického ústavu AV
ČR sídliaceho v Prahe. V súčasnosti je to jediné archeologické pracovisko v Európe, ktoré má
k dispozícií vlastné prieskumné lietadlo Cessna 172. Presnosť leteckých snímok sa pohybuje
v rade 10 cm až decimetrov. Metóda je dostatočne presná pre použitie pri vyhľadávaní
geoglyfov a na rozdiel od metódy DPZ sme vďaka leteckej fotogrametrií schopný odhaliť aj
geoglyfy menších rozmerov.
Družicová fotogrametria
Družicové snímky sú využívane predovšetkým v oblastiach, kde nie sú k dispozícií
mapy ani letecké snímky, napríklad v niektorých krajinách Predného Východu.
80
Nespornou a najväčšou výhodou družicových snímok je ich aktuálnosť. Ďalšou
veľkou prednosťou DPZ je, že zachycuje veľké územie (desiatky až tisíce km na 1 snímke rovnaký čas, kvalita a parametre snímky). Táto metóda ma veľké uplatnenie pri vyhľadávaní
archeologických nálezísk v rozsiahlych oblastiach s malým množstvom vegetácie ako
napríklad oblasť v okolí dediny Palpa v Peru, kde sa nachádza veľké množstvo geoglyfov.
Na druhej strane za nevýhody použitia družicových snímok považujeme pomerne
veľkú časovú náročnosť na spracovanie a zároveň náročnosť na hardwarové vybavenie
počítača.
V porovnaní s metódami leteckej fotogrametrie a LLS dosahuje nižšiu presnosť.
Najmodernejšie družice diaľkového prieskumu Zeme snímajú zemský povrch s priestorovým
rozlíšením 0,5 m v panchromatickom a 1,65 m v multispektrálnom pásme.
Pre potreby nedeštruktívnej archeológie je možné využiť družicové snímky, ktoré je
možné na internete získať prakticky zadarmo. Inak sa cena nespracovaných archívnych
družicových snímok radov pohybuje približne do 15 EUR za km2, resp. spracovaných
leteckých snímok okolo 40 za km2. [30]
Použitie družicových dát, na rozdiel od ďalších dvoch metód, je značne závisle na dobrých
atmosférických podmienkach. Získané dáta je preto nutné pred samotnými klasifikáciami
a filtráciou opraviť o atmosférické korekcie.
Letecké laserové skenovanie
Metóda leteckého laserového skenovania prináša revolúciu v dokumentácií terénnych
reliktov, predovšetkým v zalesnených oblastiach. Jedná sa o metódu, ktorá je výrazne
rýchlejšia a ekonomickejšia než pozemné meranie a pri jej plošnej aplikácii sa dá očakávať
značný pokrok v dokumentácií a mapovaní archeologického dedičstva a to hlavne
u rozsiahlych pamiatok, ako napríklad úvozové systémy zaniknutých ciest.[14]
Táto metóda, podobne ako letecký prieskum môže byť využívaná jednak
k dokumentácií krajiny a pamiatok, ale aj pre vyhľadávanie nových lokalít. V archeologickej
komunite sa pre túto metódu zaužíval akronym LiDAR.
Medzi najväčšie prednosti LLS patrí možnosť rýchleho zberu georeferencovaných dát
na veľkých plochách. Lietadlo je okrem skenera vybavené tiež GPS a vnútorným navigačným
systémom, čo umožňuje zber dát behom preletu vo vzájomne sa prekrývajúcich pásmach.
81
Metóda je značne rýchla, záber skeneru je približne 4 až 5 km za hodinu. Ďalšou prednosťou
lidarových snímok je fakt, že nezávisia na tieňoch ani na slnečnom svetle. Oproti klasickému
leteckému prieskumu je metóda menej závislá na stave atmosféry (denná doba, oblačnosť) a
je možné ju využiť i za tmy. Na rozdiel od metódy leteckej fotogrametrie nie je odkázaná
na slnečný svit, pretože má vlastný zdroj žiarenia. Navyše umožňuje tvorbu modelov terénu,
z ktorých je možné odfiltrovať nežiadúce objekty (vegetácia, stavby), čo je napríklad
u leteckej dvojsnímkovej fotogrametrie praktický nemožné. Aj napriek tomu najvhodnejším
obdobím jej použitia je jar, kedy je vegetácia ešte dobre priestupná a zároveň už nie je
snehová pokrývka.
Medzi ďalšie výhody tejto metódy patrí veľká hustota nameraných dát v krátkom
časovom intervale a veľmi rýchle spracovanie 3D modelov.
Najväčšími nevýhodami metódy LLS sú vysoké náklady na prístrojové aj softwarové
vybavenie a tým pádom aj na realizáciu lidarového snímkovania. Z tohto dôvodu je preto
vhodné kombinovať použitie tejto metódy s ostanými nedeštruktívnymi metódami
a s klasickým povrchovým výskumom. V porovnaní s leteckou fotogrametriou je u metódy
LLS náročnejšia identifikácia hrán u objektov.
Dáta LLS je pravdepodobne možné získať od Zeměměřického úřadu (Praha), ktorý
v rokoch 2010 až 2012 prevádza snímkovanie celého územia ČR práve metódou laserového
skenovania. Cena za nasnímaný 1 km2 technológiou leteckého laserového skenovania sa
pohybuje okolo 5300 Kč. Pre účely spracovania diplomovej práce boli tieto dáta poskytnuté
zadarmo.
Mračná nasnímaných laserových dát majú hustotou cca 1 bod na 1 m2. Poloha bodu sa
dá určiť veľmi presne, spravidla na niekoľko cm a jej presnosť je takmer konštantná so
vzdialenosťou.
82
ZOZNAM POUŽITÝCH ZDROJOV
[1] KUNA, M. a kolektiv: Nedestruktivní archeologie. Český Těšín: Vydavatelství Academia, 2004.
546 s. ISBN 80-200-1216-8.
[2] VOSSELMAN, George; MAAS, Hans-Gerd; et al. Airborne and Terrestrial Laser Scanning.
Dunbeath, Scotland, UK: Whittles Publishing, 2010. 318 s. ISBN 978-1904445-87-6.
[3] PAVELKA, K.: Fotogrammetrie 10. Praha: Vydavatelství ČVUT, 1998. 191 s. ISBN 80-0102649-3.
[4] PAVELKA, K.: Fotogrammetrie 2. Praha: Nakladatelství ČVUT, 2011. 160 s. ISBN 978-80-0104719-4.
[5] PAVELKA, K. - HODAČ, J.: Fotogrammetrie 3: digitální metody a laserové skenovaní. Praha:
Česká technika – nakladatelství ČVUT, 2008. 187 s. ISBN 978-80-01-03978-6.
[6] BITTERER, L. Fotogrametrie, Žilinská univerzita v Žiline, Stavebná fakulta, Katedra geodézie
2005.
[7] LEMINGER, E.: Stará Kutná Hora, část 3., Archeologie, numismatika, dodatky. Kutná Hora,
Vydavatelství a nakladatelství Martin Bartoš – Kuttna, 1997. 110 s. ISBN 80-86406-40-7.
[8] FALTÝNOVÁ, M.: Možnosti zpracování laserových dat - Dokumentace liniové stavby.
Diplomová práce. ČVUT. Praha, 2010. 86 s.
[9] HANZALOVÁ, K: Zpracování družicových a leteckých snímků z oblasti Nazca/Peru. Bakalárska
práca. ČVUT. Praha, 2008. 48 s.
[10] Hauser, T.: Možnosti klasifikácie hyperspektrálnych družicových dát. Diplomová práca. ČVUT.
Praha, 2008. 87 s.
[11] DUŠÁNEK, P.: Exploitation of countrywide airborne lidar dataset for documentation of
historical human activities in countryside. Praha, 2010. 7 s.
[12] MATOUŠKOVÁ, E., HANZALOVÁ, K.: Použití družicových dat pro dokumentaci geoglyfů na
planině Nazca, Peru. Praha, 2011
[13] GISAT: Družicová data: Přehled dostupných dat a jejich využiti. Praha. 8 s. [cit. 2011-11-16].
Dostupné z: <http://www.gisat.cz/images/upload/2d03b_gisat-druzicova-data.pdf>
83
[14] JOHN, J.: Letecké laserové skenování (ALS/LIDAR) a možnosti jeho využití v archeologii –
úvodní
informace
o
projektu.
Plzeň.
5
s.
[cit.
2011-11-21].
Dostupné
z:
<http://uar.ff.jcu.cz/separaty/John_lidar.pdf>
[15] ARCDATA PRAHA: Družicová data. Praha. 12 s. [cit. 2011-11-04]. Dostupné z:
<http://download.arcdata.cz/doc/druzicova_data.pdf>
[16] UHLÍŘOVÁ, K., ZBOŘIL, A.: Možnosti využití laserového snímání povrchu pro
vodohospodářské
účely.
Praha.
8
s.
[cit.
2011-11-21].
Dostupné
z:
<http://www.dibavod.cz/data/lls_clanek_vtei.pdf?PHPSESSID=b32f83c256d387bb29c>
[17] PAVELKA, K., FALTÝNOVÁ, M.: TERRASOLID Software - přehled funkcí, stručný manuál.
Praha,
2010.
78
s.
[cit.
2012-05-15].
Dostupné
z:
<http://lfgm.fsv.cvut.cz/mdcr/publikace/2010/zpráva%203-část.pdf>
[18]
Tvorba
fotoplánu.
Praha.
13
s.
[cit.
2012-05-04].
Dostupné
z:
<http://lfgm.fsv.cvut.cz/data/download/m_TopoL_fotoplan.pdf>
[19] GISAT: Historie Dálkového průzkumu Země. Praha. [cit. 2012-04-07]. Dostupné z: <
http://www.gisat.cz/content/cz/dpz/historie>
[20] GEODIS: Letecké laserové skenování – LIDAR. Brno. [cit. 2012-05-03]. Dostupné z:
<http://www.geodis.cz/sluzby/letecky-laserscanning>
[21] KACHLÍK, P.: Přehled družicových systémů s velmi vysokým rozlišením. 2011. [cit. 2012-05-10].
Dostupné z <http://druzice.kachlik.com/quickbird.html>
[22]
KDATA:
Fotogrammetrie.
Praha.
[cit.
2012-05-01].
Dostupné
z:
<http://www.geodis.cz/sluzby/letecky-laserscanning>
[23]
Dálkový
průzkum
Země.
[cit.
2012-03-29].
Dostupné
z:
<
http://www.geografie.webzdarma.cz/dpz.htm>
[24]
Letecká
fotogrametria.
[cit.
2012-04-04].
Dostupné
z:
<
http://www.sgs.edu.sk/HTML/letecfoto.htm>
[25]
Diaľkový
prieskum
Zeme.
stiahnuté
2012-04-04].
Dostupné
z:
<
http://www.sgs.edu.sk/HTML/dpz.htm>
84
[26] KOMPAS: Letecká fotogrammetrie - výroba, prodej, služby. [cit. 2012-03-12]. Dostupné z: <
http://cz.kompass.com/live/cs/g58010303w7530016/letecke-sluzby-specialni/letecka-fotogrammetrie1.html>
[27] DENEMARK – občanské sdružení: Pravěk. Kutná Hora. [cit. 2012-04-19]. Dostupné z:
<http://denemark.jidol.cz/udoli-vrchlice/pravek/>
[28] PAMÁTKY KUTNOHORSKA: Kulturní památky okresu Kutná Hora. [cit. 2012-04-22].
Dostupné z: <http://www.oku-kh.cz/rrr/cz/kp/pamtkyBylany.htm>
[29] TOPOL: TopoL Software. [cit. 2012-04-16]. Dostupné z: <http://www.topol.cz/?doc=2100>
[30]
SENSOR:
GIS
a
DPZ.
[cit.
2012-03-06].
Dostupné
z:
<http://www.sensor.sk/index.php?option=com_content&view=section&id=7&Itemid=48&lang=sk>
[31] LAMA - Land Management: Letecké laserové skenování. [cit. 2012-05-01]. Dostupné z:
<http://www.la-ma.cz/>
[32] SPACEFLIGHT: QuickBird imaging spacecraft.
[cit.
2012-05-13]. Dostupné z:
<http://spaceflightnow.com/delta/d288/011015quickbird.html>
[33]
WOLFRAMALPHA:
QuicBird
2.
[cit.
2012-05-14].
Dostupné
z:
<
http://www.wolframalpha.com/input/?i=quickbird+2>
[34]
GEOCUE:
TerraModeler.
[cit.
2012-04-12].
Dostupné
z:
<http://www.geocue.com/products/pdfs/geocue_terramodeler.pdf>
[35] PALBA: Letecká archeologie a její význam v současném systému zkoumání nejen vojenských
aspektů
vývoje
lidské
civilizace.
[cit.
2012-05-14].
Dostupné
z:
<http://www.palba.cz/viewtopic.php?t=4180>
[36]
ARCDATA
PRAHA:
Družice
GeoEye-1.
[cit.
2012-05-09].
Dostupné
z:
<http://www.arcdata.cz/produkty-a-sluzby/geograficka-data/druzicova-data/druzice-askenery/geoeye-1/>
[37] SATELLITE IMAGING CORPORATION: GeoEye-1 Satellite. [cit. 2012-05-01]. Dostupné z:
<http://news.satimagingcorp.com/2008/09/geoeye1_satellite_sensor_launched_successfully_from_vandenberg_air_force_base_in_california_.html>
[38]
ENVI
Tutorial
[online].
Classification
methods.
[cit.
2012-05-13].
Dostupné
z:
<http://www.ittvis.com/portals/0/tutorials/envi/Classification_Methods.pdf>
85
[39] ZPRACOVÁNÍ OBRAZOVÝCH DAT: Klasifikace obecně, neřízená klasifikace. ČVUT. Praha,
2011.
Dostupné
z:
<http://gama.fsv.cvut.cz/gwiki/153YZOD_Zpracování_obrazových_dat_-
_cvičení_10>
[40]
Terrasolid
[online],
2010-01-28
[cit.
2012-03-19].
Dostupný
z:
<http://www.terrasolid.fi/en/products/4>
[41]
GISAT:
Klasifikace.
Praha.
[cit.
2012-04-09].
Dostupné
z:
<
http://www.gisat.cz/content/cz/dpz/zpracovani-dat/klasifikace>
86
ZOZNAM POUŽITÝCH OBRÁZKOV
Obr. 1.1 - Prvá snímka Stonehenge z roku 1906[35]...............................................................................17
Obr. 1.2 - O. G. S. Crawford, zakladateľ leteckej archeológie, rok 1931[35]..........................................18
Obr. 1.3 - Biskupin, opevnená osada z obdobia lužickej kultúry v Poľsku, rok 1937[1].........................20
Obr. 1.4 - Libušín (okres Kladno), kostol sv. Jiří na hradišti z ranného stredoveku, rok 1929 (A),
Ostrov u Davle (okres Praha - západ), prvá známa letecká fotodokumentácia terénneho
archeologického výskumu v Čechách, rok 1929 (B)[1]............................................................................20
Obr. 1.5 - Obrazce na planine Nazca v Peru, Obrazec kolibríka (A), Obrazec opice (B).....................21
Obr. 1.6 - Rozdiel vo veľkosti klasu jačmeňa rastúceho nad zahĺbeným objektom (vľavo) a mimo neho
(A), porastový príznak rozsiahlej rímskej vily (B) [35]............................................................................26
Obr. 1.7 - Hrad typu motte a priľahlá stredoveká plužina[35]................................................................29
Obr. 2.1 - Letecká fotogrametria[22].......................................................................................................32
Obr. 2.2 - Mierka zvislej leteckej snímky[6]............................................................................................33
Obr. č. 2.3 Meračská komora MRB 15/2323 Zeiss[6]..............................................................................34
Obr. 2.4 - Lietadlá používané pre let. fotogrametriu (A), digitálna kamera let. fotogrametrie
UltraCam D (B)[6]...................................................................................................................................35
Obr. 2.5 - Povodne na toku Labe v roku 2002 (MODIS), Copyright © NASA GSFC [2002][13]...........40
Obr. 2.6 - Družicové dáta s vysokým rozlíšením[13]...............................................................................41
Obr. 2.7 - Družicové dáta s veľmi vysokým rozlíšením[13].....................................................................42
Obr. 2.8 - Radarové družicové dáta[13]...................................................................................................42
Obr. 2.9 - Pásy náletu nového výškového mapovania rozdelené podľa času realizácie[11]....................46
Obr. 2.10 - Letecký laserový skener Laica ALS 50-II (A), Letecký skener Riegl LMS Q680i* (B)[20].. 46
Obr. 3.1 - Snímok leteckej fotogrametrie z päťdesiatych rokov 20. Storočia.........................................50
Obr. 3.2 - Prostredie programu TopoL.................................................................................................52
Obr. 3.3 - Kolineárna transformácia – letecká snímka.........................................................................53
Obr. 3.4 - Kolineárna transformácia – družicová snímka.....................................................................54
Obr. 3.5 - Fotoplán vytvorený z leteckej (A) a družicovej snímky (B)...................................................55
Obr. 3.6 - Vymedzenie oblasti snímku z družice GeoEye-1 na mape (zdroj: Google Earth)................56
87
Obr. 3.7 - Snímok z družice GeoEye-1: Dubaj, Spojené Arabské Emiraty – Burj Khalifa, najvyššia
budova sveta, nasnímané 9.2.2010[36].....................................................................................................57
Obr. 3.8 - Družica GeoEye-1[37].............................................................................................................57
Obr. 3.9 - Snímok z družice GeoEye-1 - Geoglyf neďaleko mesta Palpa v Peru................................ 59
Obr. 3.10 - Ukážky neriadenej klasifikácie pre algoritmy ISODATA (A) a K-means (B)......................61
Obr. 3.11 - Výsledok klasifikácie Parallelpiped, použité rôzne nastavenia...........................................62
Obr. 3.12 - Výsledok klasifikácie Minimal Distance, použité rôzne nastavenia...................................62
Obr. 3.13 - Výsledok klasifikácie Mahalanobis Distence, použité rôzne nastavenia.............................63
Obr. 3.14 - Výsledok klasifikácie Maximum Likelihood........................................................................64
Obr. 3.15 - Výsledok klasifikácie Spectral Angle Mapper......................................................................64
Obr. 3.16 - Použitie filtrov a klasifikované dáta.....................................................................................65
Obr. 3.17 - Výsledky filtrov: Occurrence Measures (variance) (A), Laplacian (B), Directional (C)....66
Obr. 3.18 - Mapa umiestenia pravekého hradišťa Cimburk (prevzaté z Mapy.cz)................................68
Obr. 3.19 - Tieňovaný digitálny model a ortofoto Cimburku.................................................................68
Obr. 3.20 - Pohľad na najväčší val a menšie postranné valy hradiska Cimburk..................................69
Obr. 3.21 - Prostredie programu FugroViewer (Version 1.52).............................................................71
Obr. 3.22 - Prostredie programu TerraScan TerraModeler..................................................................72
Obr. 3.23 - Digitálny model terénu pred vyhladením.............................................................................74
Obr.3.24 - Digitálny model terénu po vyhladení...................................................................................74
Obr. 3.25 - DMT detail – nevyhladený a vyhladený digitálny model....................................................75
Obr.3.26 - Zobrazenie výškopisu v DMT pomocou vrstevníc................................................................76
Obr.3.27 - Tieňovaný obrazový výstup: Degree: Linear........................................................................77
Obr.3.28 - Hypsometrický obrazový výstup digitálneho modelu, nastavenie: Cold to hot (A), Hot to
cold (B)...................................................................................................................................................77
Obr. 3.29 - 3D model terénu vytvorený v programe FugroViewer.......................................................78
Obr. 3.30 - Naznačenie priebehu priečneho a pozdĺžneho profilu.........................................................79
88
ZOZNAM POUŽITÝCH TABULIEK
Tab. 1.1 - Prehľad hlavných metód nedeštruktívneho archeologického prieskumu a výskumu [1].........13
Tab. 3.1 - Vlastnosti družice GeoEye-1 [36].............................................................................................58
ZOZNÁM PRÍLOH
Príloha I. - Priečny profil
Príloha II. - Pozdĺžny profil
OBSAH DVD
DIPLOMOVA_PRACA_TEXT
• Diplomova_praca.doc
• Diplomova_praca.pdf
DATA
• Dáta LF
Dreieck004.JPG
o
Fotoplan_let_snimka.tif
o
Fotoplan_druz_snimka.tif
o
vlicovacie_body.txt
• Dáta DPZ
o ISODATA.bmp
o Kmeans.bmp
o Parallelepipped_Max_1.0.bmp
o Parallelepipped_Max_1.0_cele_uzemie.bmp
o Parallelepipped_Max_2.0.bmp
o Parallelepipped_Max_3.0.bmp
o Mahalanobis_Distance_defaultne_nastavenie.bmp
89
o Mahalanobis_Distance_Max_distance_1.0.bmp
o Maximum_Likelihood_default_DataScaleFactor_1.0.bmp
o Minimum_Distance_defaultne_nastav.bmp
o Minimum_Distance_Max_Mean_1.0.bmp
o Minimum_Distance_Max_Mean_2.0.bmp
o Minimum_Distance_Max_Mean_3.0.bmp
o Minimum_Distance_Max_Mean_3.0_cele_uzemie.bmp
o Spectral_Angle_Mapper_0.1_cele_uzemie.bmp
o Spectral_Angle_Mapper_0.05_cele_uzemie.bmp
o Spectral_Angle_Mapper_MaxAngle_radians_0.1.bmp
o Spectral_Angle_Parameters_MaxAngle_radians_0.05.bmp
o Spectral_Information_Div_cele_uzemie.bmp
o Spectral_Information_Div_Default_Threshold_0.1.bmp
o binary_default.bmp
• Dáta LLS
DMT.dgn
Kutna_Hora.las
o hyps_stin_relief_nevyhladeny.bmp
o hyps_stin_relief_vyhladeny.bmp
o hyps_stin_relief_vyhladeny_vrstevnice.bmp
o obrazovy_vystup_grey_scale_1.TIF
o obrazovy_vystup_grey_scale_2.TIF
o obrazovy_vystup_farebny_1.TIF
o obrazovy_vystup_farebny_1.TIF
o 3D_Model_FugroViewer.TIF
PRILOHY
• Priecny_profil_A4.pdf
• Pozdlzny_profil_A3.pdf
90
PRÍLOHY
Download

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE FAKULTA