Статья 'Комплексные исследования археологических памятников и геоинформационный анализ междисциплинарных данных' - журнал 'Историческая информатика' - NotaBene.ru
по
Меню журнала
> Архив номеров > Рубрики > О журнале > Авторы > О журнале > Требования к статьям > Порядок рецензирования статей > Ретракция статей > Этические принципы > Политика открытого доступа > Оплата за публикации в открытом доступе > Online First Pre-Publication > Политика авторских прав и лицензий > Политика цифрового хранения публикации > Политика идентификации статей > Политика проверки на плагиат > Редакция > Редакционный совет
Журналы индексируются
Реквизиты журнала

Публикация за 72 часа - теперь это реальность!
При необходимости издательство предоставляет авторам услугу сверхсрочной полноценной публикации. Уже через 72 часа статья появляется в числе опубликованных на сайте издательства с DOI и номерами страниц.
По первому требованию предоставляем все подтверждающие публикацию документы!
ГЛАВНАЯ > Вернуться к содержанию
Историческая информатика
Правильная ссылка на статью:

Комплексные исследования археологических памятников и геоинформационный анализ междисциплинарных данных

Журбин Игорь Витальевич

доктор исторических наук

главный научный сотрудник, Удмуртский федеральный исследовательский центр Уральского отделения Российской Академии наук

426067, Россия, республика Удмуртия, г. Ижевск, ул. Т. Барамзиной, 34

Zhurbin Igor Vital'evich

Doctor of History

Senior Researcher, Udmurt Federal Research Center of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences 

426067, Russia, respublika Udmurtiya, g. Izhevsk, ul. T. Baramzinoi, 34

zhurbin@udm.ru
Другие публикации этого автора
 

 

DOI:

10.7256/2585-7797.2018.3.27100

Дата направления статьи в редакцию:

09-08-2018


Дата публикации:

16-10-2018


Аннотация: Современный поход к изучению и сохранению археологических памятников основан на комплексном применении естественнонаучных и археологических методов. Разработка алгоритма изучения памятников археологии (аэрофотосъёмка, геофизика, почвенные исследования и пр.) является актуальным направлением исследований. Эффективным инструментом сравнительного анализа разноплановых данных является геоинформационная система, содержащая не только традиционные картографические и тематические слои, но и преобразованные карты (результат применения операторов преобразования к исходным картам), а также интерпретационные слои (результат сравнительного анализа преобразованных карт). Объектом исследования послужило Кушманское городище IX-XIII вв. н.э. – одно из средневековых финно-угорских поселений бассейна р. Чепцы (северная часть Удмуртской Республики). Для интерпретации междисциплинарного комплекса данных предложены информативные признаки оценки степени сохранности культурного слоя и решающие правила для распознавания областей с характерными свойствами. В результате установлены границы участков поселения с различной сохранностью культурного слоя: поверхностно-трансформированного и замещённого. Также выявлен участок «хозяйственной периферии» Учкакара – границы объекта историко-культурного наследия. Анализ взаимного расположения геофизических аномалий, связанных с локальными заглублёнными объектами, позволил реконструировать правильную рядную планировку городища.


Ключевые слова: археологический памятник, геоинформационный анализ, аэрофотосъёмка, геофизика, почвенные исследования, сохранность культурного слоя, реконструкция планировки, исходные карты, преобразованные карты, интерпретационные карты

Abstract: Modern approach to the study and preservation of archaeological sites is based on the complex application of natural-science and archaeological methods. The development of archeological site study algorithm (aerial photography, geophysics, soil examinations, etc.) is a topical research trend. An effective tool to compare different data is a geographic information system which contains not only traditional cartographical and thematic layers, but also transformed maps (which result from the application of operators to initial maps) and interpretation layers (which result from the comparative analysis of the transformed maps). The article addresses the Kushmanskoe settlement dated 9th-13th centuries AD. It was one of medieval Finno-Ugrian settlements in the basin of Cheptsa river (the northern part of the Udmurt Republic). To interpret the interdisciplinary data complex the author offers informative markers to estimate the preservation state of the cultural layer and decision rules to recognize the areas with characteristic properties. As a result, the author has determined the boarders of the settlement parts with different preservation state of the cultural layer: that with transformed surface and a substituted one. He has also found a part of “household periphery” Uchkakara – a boarder of the cultural heritage object. The analysis of mutual alignment of geophysical anomalies related to local underground objects let the author reconstruct proper layout of the settlement.



Keywords:

initial cards, reconstruction of layout, preservation of culture layer, soil researches, geophysics, aerial photography, geoinformation analysis, archaeological site, transformed cards, interpretative cards

В связи с активизацией хозяйственной деятельности проблема сохранения и изучения памятников археологии приобрела особенную остроту и актуальность. Эти объекты историко-культурного наследия весьма неоднозначно выражены в рельефе. Достоверное выявление археологических памятников и определение их границ позволит определять зоны охраны памятника с последующей фиксацией их в землеустроительной документации, что необходимо для принятия мер по сохранению объектов наследия в процессе земляных работ и строительства. С другой стороны, локализация объектов планировки и их комплексов (оборонительные сооружения, жилые и хозяйственные постройки, хозяйственные ямы, печи и пр.) обеспечит возможность обоснованного выбора участка целенаправленных раскопок. Следовательно, актуальным направлением исследований является разработка эффективного алгоритма изучения памятников археологии (аэрофотосъёмка, геофизика, почвенные исследования и пр.), а также методов обработки и сравнительного анализа комплекса данных в специализированных геоинформационных системах.

Успешный опыт комплексных исследований реализован при изучении нескольких средневековых финно-угорских поселений бассейна р. Чепцы (северная часть Удмуртской Республики). В статье представлены материалы изучения одного из ключевых укреплённых поселений региона – Кушманского городища Учкакар, IX-XIII вв. н.э. [1, с. 200-201]. Раскопки, которые были проведены на всех структурных частях Учкакара, доказали корректность предварительной интерпретации естественнонаучных данных. Соотнесение результатов раскопок (менее 2% территории городища) с данными аэрофотосъёмки, геофизики и почвенных исследований обеспечило возможность обосновать границы поселения, восстановить его структуру и планировку.

Основные термины

С точки зрения сохранности культурного слоя на территории поселений региона выявляются участки:

поверхностно-трансформированного культурного слоя (верхняя часть разрушена распашкой, а нижняя сохранилась in situ);

замещённого культурного слоя (сохранились лишь заглубленные в материк части сооружений, частично перекрытые тонкими прослойками культурного слоя);

– «хозяйственной периферии », прилегающие к границам поселения (культурный слой и объекты планировки не выявляются, но в пахотном и в подпахотном горизонтах встречаются находки).

Первые два участка определяют границы поселения . Расширение территории за счёт «хозяйственной периферии» определяет границы археологического памятника как объекта историко-культурного наследия.

Детализация внутренней структуры поселения (участки поверхностно-трансформированного и замещённого слоя) предполагает реконструкцию планировки – локализацию основных объектов (остатки жилых, хозяйственных и производственных сооружений, ямы различного назначения и пр.), оценку их геометрических параметров и состава грунтов (глина, суглинки, супеси и пр.). Эти данные могут быть использованы для интерпретации памятника, оценки структуры, классификации объектов на его территории и выявления эталонных объектов различных типов.

Принципы и алгоритм исследований

Методической основой полевого этапа работ является междисциплинарный подход – комплексное применение естественнонаучных и археологических методов. Эффективный комплекс включает аэрофотосъёмку с применением беспилотных летательных аппаратов (оптический диапазон, тепловизионная и многозональная съёмка), геофизику (электропрофилирование, магниторазведка, георадар, электротомография) и почвенные исследования (гранулометрический состав и морфологические свойства материалов почвенных кернов, химико-биологические исследования).

Алгоритм применения перечисленных методов (см. табл.) основан на том, что каждый последующий метод обеспечивает проверку ранее полученных данных и, одновременно, дополняет информацию об археологическом памятнике. Например, аэрофотосъёмка в видимом диапазоне наглядно демонстрирует ландшафтные рубежи, определяющие границы поселения (рис. 1). Далее, тепловизионная камера фиксирует распределение температуры земной поверхности, что характеризует мощность и состав гумусированного слоя (рис. 2). В большинстве случаев максимальная мощность культурного слоя фиксируется на участках поверхностно-трансформированного слоя, а минимальная – на участках «хозяйственной периферии». Мощность замещённого культурного слоя обычно занимает промежуточное положение и может существенно меняться. Аналогичную информацию на основе фитоиндикации позволяет получить многозональная съемка. Изменение характера растительности позволяет разделить участки гумусированного слоя различной мощности (рис. 3). При этом на изображениях, полученных в результате обработки многозональных снимков, конфигурация участков поверхностно-трансформированного и замещённого культурного слоя отражается более детально.

Рис. 1. Ортофотоплан Кушманского городища Учкакар (обработка – начальник отдела камеральной обработки ООО «Финко» Н. Г. Воробьёва).

Рис. 2. Тепловизионная съёмка (координатная привязка и обработка – Р. П. Петров, Удмуртский федеральный исследовательский центр УрО РАН (УдмФИЦ УрО РАН): а – исходная карта; б – преобразованная карта.

1 – раскопы.

Рис. 3 . Многозональная съёмка (координатная привязка – Р. П. Петров): а – исходная карта (канал green); б – преобразованная карта (к.т.н. В. Н. Милич, к.т.н. А. И. Назмутдинова, УдмФИЦ УрО РАН).

1 – раскопы.

При анализе данных аэрофотосъёмки необходимо учитывать, что участки мощного гумусированного слоя могут сформироваться как в результате природных процессов (например, постепенное накопление почвенного слоя в отрицательных формах рельефа), так и в результате антропогенной деятельности (культурный слой археологических памятников). Применение методов геофизики снижает неоднозначность интерпретации данных аэрофотосъёмки. Наибольшая эффективность достигается при последовательном многоуровневом наложении информации [2, 3]. В нашем случае применяются электропрофилирование (основной метод), магниторазведка и георадарная съёмка (уточняющие методы) и электротомография (детализирующий метод).

Бурение почв на месте геофизических аномалий и фоновых участков органично связанно с геофизическим направлением. Анализ состава и свойств почвенных материалов в кернах позволяет доказать наличие конкретного археологического объекта или культурного слоя поселения. Таким образом, почвенное зондирование позволяет решить две существенные задачи: во-первых, «разделить» аномалии от природных и антропогенных неоднородностей в грунте, во-вторых, оценить структуру культурных напластований. Этим достигается качественно новый уровень интерпретации – на основе сравнительного анализа данных комплексной геофизической съёмки и ограниченного количества бурений возникает возможность прогнозировать планировку поселения.

Целенаправленные археологические раскопки участков геофизических аномалий являются завершающей стадией полевых исследований. С одной стороны, они необходимы для проверки прогноза, полученного на основании сравнительного анализа результатов БПЛА-съёмки, геофизических и почвенных исследований. С другой стороны, раскопки являются единственным способом получения археологических материалов, необходимых для историко-культурных реконструкций – определение типологии сооружений, их конструктивных особенностей, оценка хронологии развития поселения, реконструкция системы жизнеобеспечения и т.п. Именно сравнительный анализ всего комплекса естественнонаучных данных, дополненный результатами целенаправленных раскопок, позволяет доказать наличие и культурного слоя и сохранившихся сооружений.

Такая схема междисциплинарных исследований обеспечивает получение не только разноплановой, но и разномасштабной информации: аэрофотосъёмка охватывает десятки квадратных километров, геофизика и почвенные исследования – тысячи квадратных метров, а раскопки – сотни квадратных метров.

Учитывая территориально распределенный характер информации, основой камерального этапа является геоинформационная система (ГИС). Ввиду избирательной чувствительности каждого из методов необходим геоинформационный анализ всего комплекса данных. ГИС по средневековым финно-угорским памятникам региона [4] содержит не только традиционные слои топографической основы и тематические слои исходных карт междисциплинарных исследований, но и преобразованные и интерпретационные карты (см. табл.):

- исходные карты – тематические слои ГИС, содержащие координатно-привязанные данные междисциплинарных исследований;

- преобразованные карты – результат применения операторов преобразования к исходным картам с целью контрастного выявления областей с характерными свойствами;

- интерпретационные карты – результат сравнительного анализа наборов преобразованных карт, обеспечивающий детализацию границ, структуры и планировки памятников археологии.

В целом, ГИС-оценка корреляции данных различных методов, принцип последовательного уточнения информации и возможность разностороннего анализа свойств территории обеспечивают высокую степень достоверности интерпретации.

Геоинформационный анализ в археологических исследованиях

Геоинформационные системы является эффективным инструментом для обобщения картографической и исторической информации [5]. В археологии ГИС используются с середины 1980-х гг. [6, 7]. Практически сразу выделилось три основных направления их применения [8]:

1. Охрана археологического наследия и предиктивное моделирование;

2. Моделирование исторической ситуации на основе археологических источников;

3. Междисциплинарные исследования в рамках ландшафтной археологии.

Отличительной особенностью таких ГИС-проектов является направленность на региональные исследования. Каждый археологический памятник представлен на карте точечным объектом с заданными координатами. При этом рассматриваются тенденции их взаимного расположения, проводится классификация с точки зрения типологии и хронологии и т.п. Включение цифровой модели местности (обычно – рельеф и гидросеть), позволяет расширить возможности пространственного анализа: определение зон «влияния» на основе полигонов Тиссена; моделирование структуры расселения в соответствии с теорией центральных мест Кристаллера (W. Christaller) и Лёша (A. Losch); палеоэкономические реконструкции, основанные на модели фон Тюнена (J.H. Von Thunen); моделирование вероятных путей коммуникации на основе гравитационной модели (оптимизация пути на основе баланса протяженности и трудозатрат) и пр. Возможности пространственного анализа постоянно расширяются за счёт привлечения новых математических методов. Тем не менее, абсолютное большинство научных и прикладных работ вписываются в рамки, заданные в 1990-х [9-11]. В отечественной науке наблюдаются аналогичные тенденции. В рамках направления «охрана археологического наследия» выделяется глобальный проект создания национальной ГИС «Археологические памятники России», включающий информацию более чем о 15000 объектах археологического наследия [12]. Аналогичные ГИС ранее были созданы для Ставропольского и Краснодарского краёв, Чукотки, Удмуртской Республики и Республики Калмыкия и других регионов, а также исторических областей (например, средневековые памятники Кисловодской котловины; памятники первых веков нашей эры Азиатского Боспора). Общей чертой всех указанных работ является их региональная направленность – объекты историко-культурного наследия рассматриваются как точечный объект карты без анализа его внутренней структуры. Такой подход не предполагает оценку границ и планировки памятников археологии.

Другим направлением применения ГИС-технологий в археологии являются комплексные проекты. Это предполагает объединение в полевом и камеральном исследовании результатов дистанционного зондирования, геофизического обследования, археологического почвоведения и археологических раскопок памятника, которое происходит на базе ГИС. Таким образом, геоинформационная система, по сути, выступает в роли базы данных, обеспечивающей координатную привязку набора изображений. Это позволяет сопоставить расположение аномальных областей, выявленных разными методами (например, [13]). Аналогичный проект исследования разноплановых памятников археологического и культурного наследия реализуется Archaeometry Branch Ancient Monuments Laboratory, English Heritage [14]. Лаборатория проводит масштабные геофизические исследования памятников Великобритании и c 1995 г. формирует базу данных планировок. Кроме планировки содержатся общие сведения о географическом положении объекта, административной привязке, методиках геофизических измерений, геологических условиях и пр. К концу 2011 года в базе данных содержались материалы более 2700 комплексных геофизических обследований, которые проводились с конца 1960-х годов. Исследования нацелены на мониторинг состояния объектов наследия, дают возможность определения их охранных зон, но не предполагают детальное изучение планировки и отдельных объектов на территории памятника. При таком подходе реализуется стратегия управления историко-культурным наследием без учета исследовательской компоненты. В зарубежных исследованиях комплексные проекты являются принятой нормой, однако, в отечественной научной практике – скорее исключением, чем правилом (например, [3, 15, 16]). В целом, комплексные проекты ориентированы на определения стратегии дальнейшего археологического изучения памятника. Следовательно, во главу угла ставится именно междисциплинарность и недеструктивность методов исследования. Таким образом, создаваемые геоинформационные системы являются лишь программной средой для объединения разноплановых исходных данных и практически не используют огромный потенциал ГИС-технологий.

Принципы, реализуемые при изучении средневековых финно-угорских памятников чепецкой культуры, объединяют достоинства обоих описанных подходов и существенно дополняют их за счёт разработки новых операторов преобразования исходных карт, адаптированных к физическим параметрам объектов поиска, ландшафтным и геологическим условиям региона, и новых методов математико-картографического моделирования, обеспечивающих детализацию границ, структуры и планировки средневековых поселений. Эффективность предложенного алгоритма доказана при изучении Кушманского городища Учкакар IX-XIII вв.

Определение границ и оценка степени сохранности культурного слоя (сравнительный анализ данных)

Комплекс работ по аэрофотосъемке региона чепецкой культуры (общая площадь – более 70 кв. км), созданию ортофотопланов в системе координат МСК-18 (местная система координат Удмуртской Республики) выполнен специалистами ООО «Финко» [17]. Фотограмметрическая обработка данных съёмки в видимом диапазоне проведена в программах Agisoft PhotoScan и Photomod. Полученные материалы соответствуют точности съёмки масштаба 1:500. На основе фотограмметрической модели построена цифровая модель рельефа на участки местности в границах предполагаемых археологических комплексов. Геоботанические исследования на участке Кушманского городища и прилегающей территории, топогеодезическая привязка реперных точек раскопов и полигонов геофизической съемки позволили построить цифровую модель местности (рис. 4).

Рис. 4. Цифровая модель местности участка Кушманского городища Учкакар (основа – ООО «Финко», корректировка и дополнение – Р. П. Петров). Горизонтали проведены через 0.5 м, система высот условная.

1 – раскопы; 2 – границы участка электропрофилирования.

Ортофотоплан (рис. 1) и цифровая модель местности наглядно демонстрируют ландшафтные рубежи, определяющие границы поселения с юга, северо-запада и запада – обрывистый склон береговой террасы р. Чепцы и глубокая долина р. Кушман, правого притока р. Чепцы. Кроме того, выявляются сохранившиеся валы двух линий укреплений – средней и внешней. Ров внешний линии на аэрофотоснимке фрагментарно проявляется по расположению участков влаголюбивой растительности. Также по растительным признакам фиксируются раскопы.

Ортофотоплану поставлен в соответствие набор снимков тепловизионной и многозональной съёмки. Координатная привязка тепловизионных снимков выполнялась средствами ГИС MapInfo методом аффинных преобразований при минимизации суммы квадратов невязки. Точками привязки служили контрастные объекты на снимке, сопоставимые с объектами ортофотоплана – валы, раскопы, полевая дорога и пр. (рис. 2а). Предварительная обработка тепловизионных изображений выполнена сглаживающим фильтром Гаусса, а для построения преобразованных карт использовались методы кусочно-линейного преобразования, вычитания фона и полосовой фильтрации (рис. 2б).

Полученные данные демонстрируют хорошее согласие со съёмкой в видимом диапазоне. Глиняная насыпь валов обеих линий укреплений проявляется в виде дугообразных светлых областей, а участки внешнего склона вала, на которых дёрн практически отсутствует, отображаются на снимке контрастной полосой белого цвета. Протяжённой тёмной областью отображаются рвы, заполненные гумусированным слоем (участки дугообразной формы c внешней стороны валов). Дополнительно, по отношению к съёмке в видимом диапазоне, на тепловизионных снимках фиксируется отличия в мощности гумусированного слоя на всех структурных частях городища. В частности, наглядно проявляется зона аккумуляции культурного слоя перед валами средней и внешней линий укреплений – дугообразные тёмные полосы вдоль внутренней границы валов. Участкам со значительным культурным слоем соответствуют более тёмные области преобразованной карты. Соответственно, территория с гумусированным слоем меньшей мощности отображается более светлыми тонами. Эти особенности не выражены в рельефе, но были подтверждены геофизикой, почвенными бурениями и раскопками.

Многозональная съёмка позволяет получить информацию о мощности гумусированного слоя на основе иного признака – фитоиндикации (рис. 3а). Для классификации площадных объектов растительности использовано вейлет-преобразование на основе вейвлета Шеннона-Котельникова, а система признаков сформирована из средних значений и стандартных отклонений, рассчитанных по изображениям, полученным в результате двумерного дискретного вейвлет-преобразования [18, 19]. Изменение характера растительности может являться признаком более мощного гумусированного слоя – поверхностно-трансформированного или, в некоторых случаях, замещённого культурного слоя (рис. 3б). Таким участкам на преобразованных картах соответствуют зоны компактных контуров с локальными фитоиндикационными особенностями, а участкам с малой мощностью гумусированного слоя – зоны однородной структуры. Полученная оценка изменения фитоиндикационных особенностей согласуется с данными тепловизионной и геофизической съёмки [20] и результатами геоботанических наблюдений при развитой растительности.

Сравнительный анализ данных БПЛА-съёмки, дополненный результатами геоботанического обследования, позволяет получить первичное представление о возможных границах и внутренней структуре поселения. Очевидно, каждый из методов даёт лишь косвенную информацию о мощности гумусированного слоя. Поэтому для повышения достоверности интерпретации необходимо привлечение методов наземного обследования – геофизики, почвенных исследований и целенаправленных раскопок. Такой комплекс позволяет доказать наличие именно культурного слоя, а также оценить степень его сохранности на каждом из выделенных участков (поверхностно-трансформированный, замещённый и пр.).

В частности, геофизические исследования на внешней части Кушманского городища [21] выявили более мощные напластования в центральной и юго-восточной частях (зона повышенного сопротивления) (рис. 5а). Результаты электропрофилирования согласуются с данными аэрофотосъёмки. На тепловизионном снимке (рис. 2б) зоны гумусированного слоя большей мощности также регистрируются в центральной и юго-восточной частях. Там же выявлены неоднородные зоны компактных контуров изображений с локальными фитоиндикационными особенностями (рис. 3б).

Рис. 5 . Геофизические исследования внешней части Кушманского городища. а – исходная карта электропрофилирования; б – преобразованная карта (к.т.н. А. Г. Злобина, УдмФИЦ УрО РАН); вг – геоэлектрические разрезы по Профилям 1 (в ) и 2 (в ).

1 – раскоп; 2 – геоэлектрический профиль; 3 – точки почвенных бурений; 4 – классы 1 и 2; 5 – классы 3 и 4.

Электротомография позволила подтвердить и уточнить предварительную оценку. Минимальной мощности гумусированного слоя (замещённый культурный слой) соответствуют участки, характеризующиеся малым значением сопротивления – начало Профиля 1 (рис. 5в); участки между заглублённым объектами Профиля 2 (рис. 5г). В восточной части Профиля 1 мощность культурного слоя возрастает, что согласуется с границами юго-восточной зоны культурного слоя большей мощности. Впоследствии эта ситуация была подтверждена материалами Раскопа 2 (рис. 4, 5а). В юго-восточной части раскопа мощность гумусированных слоёв, перекрывающих материк (пахотный горизонт и остатки культурного слоя) достигает 0,4 м, а в северной и северо-западной частях раскопа уменьшается до 0,1-0,2 м [22]. Таким образом, уровень сопротивления областей, выявленных при площадном электропрофилировании, соотносится с мощностью культурного слоя. Следовательно, эта величина является достоверным признаком для детализации границ участков поверхностно-трансформированного и замещённого культурного слоя. Почвенные бурения на участках, контрастных с точки зрения сопротивления, также показали корректность этого признака [23]. В точке 1 (рис. 5а) мощность гумусированного слоя (пахотный слой и тёмно-серый суглинок с включениями углей) превышает 0,6 м, а в точке 2 уменьшается до 0,4 м.

Рис. 6 . Территория городища Учкакар по ландшафтным и рельефным признакам. Оценка сохранности культурного слоя поселения по результатам комплексных исследований.

1 – поверхностно-трансформированный культурный слой; 2 – замещённый культурный слой; 3 – участок «хозяйственной периферии».

Таким образом, в результате сравнительного анализа комплекса данных аэрофотосъёмки, геофизики и почвенных бурений создана интерпретационная карта степени сохранности культурного слоя на поселении (рис. 6). Для реконструкции планировки городища Учкакар наиболее информативными являются Участки 1-В, 1-З, 2 и 3-Ю – участки поверхностно-трансформированного и замещённого культурного слоя.

Реконструкция планировки (сравнительный анализ данных)

Детализация структуры выделенных участков предполагает локализацию основных объектов (остатки жилых, хозяйственных и производственных сооружений, ямы различного назначения и пр.) и оценку их геометрических параметров, состава грунтов (глина, суглинки, супеси и пр.). Реконструкция планировки в большей степени основана на данных геофизики, а для сравнительного анализа используются материалы почвенных зондажей и целенаправленных археологических раскопок (см. табл.).

В качестве оператора преобразования используется алгоритм нечёткой кластеризации fuzzy c-means [24]. Согласно этому алгоритму формируются матрицы нечеткого разбиения, значения элементов которых позволяют оценить степень принадлежности элементов массива данных к каждому классу. Дальнейшие преобразования позволяют восстановить 3D границ археологического объекта в грунте [25].

В результате сегментации исходной геофизической карты (рис. 5б) были конкретизированы границы участков замёщенного слоя (классы 1 и 2) и более мощного культурного слоя (возможно, поверхностно-трансформированного) (класс 3). Локальные аномалии, в пределах выделенных участков (класс 4), соответствуют объектам планировки. На внешней части Кушманского городища части выявлены только заглубленные объекты – около 80 ям, заполненных гумусированным слоем различного состава. Вероятно, наземная часть абсолютного большинства сооружений уничтожена многолетней распашкой. Электроразведка позволила выделить ямы двух основных типов – диаметром 3,0-4,0 м (Профиль 1, рис. 5в) и 1,5-2,0 м (Профиль 2, рис. 5г). Магниторазведка дополнила предварительные представления. В общем случае, заполнение ям большего размера содержит значительное количество материалов, подвергавшихся термическому воздействию (шлак, керамика, выбросы из очагов и т.п.). Вероятно, это ямы производственного характера. Ямы меньшего размера заполнены гумусированным слоем – условно, хозяйственные ямы.

На основе сравнительного анализа комплекса геофизических данных для целенаправленных раскопок был выбран участок, включающий разноплановые объекты (Раскоп 2, рис. 4, 5а). Полностью изучены конструкции двух ям различных типов, а две небольшие хозяйственные ямы вскрыты частично (рис. 7). Раскопки «большой» ямы (Профиль 1, диапазон 11-15 м, рис. 5в) позволили выделить два этапа её эксплуатации – поздняя округлая яма, перекрывает яму квадратной формы с обшивкой из досок, которые прижимались столбами, стоявшими по углам. Подобные прямоугольные хозяйственные ямы с деревянной обшивкой стенок и деревянной крышкой исследованы на другом средневековом финно-угорском укреплённом поселении чепецкой культуры – городище Иднакар [26, рис. 22]. Найденные многочисленные куски шлаков, обмазки, фрагменты бронзовых предметов, а также наличие льячки, трехсторонней литейной формы не исключают локализации здесь литейного производства. Другая яма меньшего размера (Профиль 2, диапазон 3,5-5,5 м, рис. 5г) и подпрямоугольной формы. Внутри находится завал из крупных камней со следами сильного прокала. Вероятно, этот объект представляет собой остатки наземной постройки, внутри которой находилось отопительное устройство.

image description

Рис. 7 . Обобщенная прорисовка планиграфии Раскопа 2 и стратиграфии объекта.

1 – граница раскопа; 2 – граница объектов; 3 – темно-серый гумусированный суглинок с включением угля и золы; 4 – рыжая и бледно-рыжая глина; 5 – темно-коричневый и белесовато-коричневый суглинок; 6 – перемешанный слой (светлый суглинок с рыжей глиной, с включением угля и древесного тлена); 7 – красная рыхлая глина с небольшим включением серого суглинка и угля; 8 – почвенный слой, сформировавшийся в условиях свободного заполнения на дне позднего сооружения; 9 – серый золистый суглинок; 10 – материк.

Рис. 8 . Реконструкция планировки Кушманского городища Учкакар.

1 – планшет электропрофилирования; 2 – глиняная площадка; 3 – яма; 4 – объекты, наличие которых зафиксировано при геофизической съемке и подтверждено раскопками; 5 -8 – объекты, выявленные геофизическими методами: электро- и магниторазведка (5); электропрофилирование и электротомография (6); магниторазведка (7); электропрофилирование (8); 9 – глиняная насыпь и ров внутренней линии укреплений; 10 – траншея А.П. Смирнова, 1930 г.; 11 – возможная ориентация линий сооружений.

В целом, геометрические параметры и выявленные особенности заполнения объектов хорошо соотносятся с данными геофизики. Раскопки разноплановых объектов, определяющих структуру городища, проведены и на других частях поселения (рис. 4). Изучены внутренняя линия укреплений, сооружения на средней части поселения и группа ям на внешней и напольной частях. Соотнесение результатов раскопок со сводной геофизической картой позволило уточнить классификацию геофизических аномалий и обосновать реконструкцию планировки и структуры поселения в целом (рис. 8).

Заключение

Комплексные исследования археологических памятников и геоинформационный анализ междисциплинарных данных позволяют реализовать эффективный алгоритм изучения и сохранения археологических памятников. Сравнительный анализ материалов аэрофотосъёмки беспилотными летательными аппаратами, результатов геофизики, свойств почвенно-грунтового материала и данных раскопок позволил обосновать границы объекта историко-культурного наследия, выделить участки культурного слоя различной сохранности и выявить объекты планировки Кушманского городища Учкакар. Необходимость комплексных междисциплинарных исследований определяется тем, что каждый из методов (за исключением раскопок) даёт лишь косвенную информацию о состоянии и структуре культурного слоя. Сопоставление данных различных методов в геоинформационной системе, принцип последовательного уточнения информации и возможность разностороннего анализа археологических объектов обеспечивают высокую степень достоверности интерпретации.

Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 18-49-180007 р-а

Схема преобразования данных междисциплинарных исследований при геоинформационном анализе

Методы исследований

Исходные карты и данные

Преобразованные карты

Интерпретационные карты

Методы преобразования

Результат преобразования

Полученная информация

Полученная информация

БПЛА-съёмка

Съёмка в видимом диапазоне

Фотограмметри-ческая и стереофото-грамметрическая обработка

Цифровая модель рельефа

Ландшафтные рубежи поселения, оценка его границ и выявление объектов планировки по рельефным признакам

Выявление археологического памятника, определение его границ и оценка степени сохранности культурного слоя

Тепловизионная съёмка

Фильтр Гаусса, кусочно-линейное преобразование, вычитание фона и полосовая фильтрация

Карта распределения температуры земной поверхности

Расположение и конфигурация участков гумусированного слоя значительной мощности

Многозональная съёмка

Двумерное дискретное вейвлет-преобразование на основе вейвлета Шеннона-Котельникова

Карта участков с характерными свойствами на основе фитоиндикации

Наземное натурное обследование

Топогеодези-ческие работы

Геокодирование реперных точек, границ раскопов, полигонов геофизической съемки и т.п.

Цифровая модель местности

Оценка ландшафтной ситуации. Определение взаимного положения участков исследований. Планирование дальнейших исследований

Определение структуры и планировки памятника, построение карты расположения археологических объектов

Карта современной растительности

Геокодирование изменения растительного покрова на участке поселения и прилегающей территории

Геофизика

Площадная съёмка (электропрофи-лирование)

Методы нечёткой кластеризации и фильтрации

Сегментированное изображение

Оценка границ участков поверхностно-трансформированного и замещённого культурного слоя. Восстановление планировки поселения.

Уточняющая съёмка (магниторазведка, георадар)

Детализирующая съёмка (электротомо-графия)

Сегментированное изображение

Оценка структуры культурного слоя и пространственных параметров объектов планировки

Почвенные исследования

Гранулометри-ческий состав и морфологические свойства

Картографирова-ние точек зондажей

Литологическое строение кернов из зондажей

Уточнение структуры культурного слоя. «Разделение» геофизических аномалий от природных и антропогенных неоднородностей в грунте

Историко-культурные реконструкции: хронология памятника и его частей; функциональное зонирование планировки; система жизнеобеспечения и пр.

Геохимичес- кие и микробиологи-ческие свойства

Графическое представление изменения химических и микробиологических свойств почв в кернах зондажей

Выявление особенностей функционирования объектов планировки и уточнение технологии их формирования. Оценка границ участка «хозяйственной периферии» поселения.

Археологи-ческие раскопки

Стратиграфия и планиграфия

Геокодирование графических материалов раскопок

Набор карт планиграфии и стратиграфии участков раскопок

Типология и конструкция сооружений, оценка этапов их функционирования

База данных находок

Расчёт статистических параметров с учётом контекста формирования культурного слоя

2D ареальные карты и карты плотности расположения находок; 3D кластеры распределения

Хронология и функциональное зонирование территории поселения

Соответствие между наборами преобразованных карт и интерпретационными картами

Библиография
1.
Иванов А. Г., Иванова М. Г., Останина Т. И., Шутова Н. И. Археологическая карта северных районов Удмуртии / Под общ. ред. А. Г. Иванова. Ижевск: УИИЯЛ УрО РАН, 2004. 276 с.
2.
Geophysical Survey in Archaeological Field Evaluation. – English Heritage, 2008. – 60 pр. [Электронный ресурс]. Режим доступа http://www.english-heritage.org.uk/publications/. Дата обращения 07.12.2014.
3.
Чича – городище переходного от бронзы к железу времени в Барабинской лесостепи / В. И. Молодин, Г. Парцингер, Ю. Н. Гаркуша, Й. Шнеевайсс, А. Е. Гришин, О. И. Новикова, М. А. Чемякина, Н. С. Ефремова, Ж. В. Марченко, А. П. Овчаренко, Е. В. Рыбина, Л. Н. Мыльникова, С. К. Васильев, Н. Бенеке, А. К. Манштейн, П. Г. Дядьков, Н. А. Кулик. Новосибирск: Изд-во ИАЭт СО РАН, 2004. Т. 2. 336 с. (Материалы по археологии Сибири. Вып. 4).
4.
Петров Р. П., Журбин И. В., Воробьёва Н. Г., Князева Л. Ф. Интегрированная информационная система для региональных археологических исследований: источники, структура и принципы сравнительного анализа // Исторические исследования в цифровую эпоху: информационные ресурсы, методы, технологии: Материалы XV Международной конференции ассоциации «История и компьютер»: Москва-Звенигород, 7-9 октября 2016 г. – М.: МАКС Пресс, 2016. (Информационный бюллетень Ассоциации «История и компьютер». № 45. Спецвыпуск). С. 196-197.
5.
Владимиров В. Н. Историческая геоинформатика: геоинформационные системы в исторических исследованиях: монография. – Барнаул: Изд-во Алт. ун-та, 2005. 192 с.
6.
Kvamme K. L. Geographic Information System techniques for regional archaeological research // UISPP Comission IV Symposium on Data Management and Mathematical Methods in Archaeology. Denver, 1985.
7.
Gill S. J., Howers D. A. Geographical Information System approach to use of surface samples in intra-site distributional analysis // UISPP Comission IV Symposium on Data Management and Mathematical Methods in Archaeology. Denver, 1985.
8.
Savage S. H. GIS in archaeological research // Interpreting Space: GIS and archaeology. L.; N.Y., Philadelphia, 1990. Pp. 22-32.
9.
Wheatley D., Gillings M. Spatial Technology and Archaeology. The archaeological applications of GIS. L.; N.Y., Taylor & Francis, 2002. 234 p.
10.
Conolly J., Lake M. Geographical Information System in archaeology. Cambridge University Press. 2006.
11.
Verhagen, J. W. H. P. Case Studies In Archaeological Predictive Modelling. Doctoral thesis. Leiden University Press, 2007
12.
Россия как археологическое пространство. М.: ИА РАН, 2016. 152 с.
13.
Eder-Hinterleitner A., Melichar P., Neubauer W., Doneus M. and Seren S. The city map of ancient Carnuntum-combining archaeological prospection, photogrammetry and GIS // Archaeologia Polona, 41, 2003, 156-157.
14.
The Geophysical Survey Database Historic England, http://archaeologydataservice.ac.uk/archives/view/ehgsdb_eh_2011//
15.
Reinhold S., Belinskij A. B., Korobov D. S. Landschaftsarhäologie im Nordkaukasus // Eurasia Antiqua. Zeitschrift für Arhäologie Eurasiens. Band 13. Mainz am Rhein. 2007. S. 139-180.
16.
Крепость Пор-Бажин. Научный альманах М., 2008. 48 с.
17.
Воробьева Н. Г., Журбин И. В., Князева Л. Ф. Исследование возможностей БПЛА Supercam S350-f в задачах изучения и сохранения археологического наследия // Известия Высших учебных заведений. Геодезия и аэрофотосъёмка. 2016. Том 60. № 2. С. 83-90.
18.
Назмутдинова А. И., Милич В. Н. Исследование зависимости результатов классификации многозональных изображений лесной растительности от параметров вейвлет-преобразования // Автометрия. 2016. Т.52. № 3. С. 20–27.
19.
Назмутдинова А. И., Милич В. Н., Журбин И. В. Метод и признаки выявления культурного слоя археологических памятников по данным многозональной съёмки // Геоинформатика. 2017. № 1. С. 52-58.
20.
Журбин И. В., Милич В. Н., Назмутдинова А. И., Петров Р. П., Воробьева Н. Г. Комплексное применение низковысотной аэрофотосъёмки и геофизических методов в археологических исследованиях // Инженерная физика. 2016. № 12. С. 74-81.
21.
Журбин И. В., Иванова М. Г. Геофизические исследования Кушманского городища Учкакар в Прикамье // Археология, этнография и антропология Евразии. 2018. Т. 46, № 1. С. 76-85.
22.
Иванова М. Г. Отчет об исследованиях на Кушманском городище Учкакар в Ярском районе Удмуртской Республики в 2013 г. НОА УИИЯЛ УрО РАН, оп. 2-н. Д-1630. 304 л. СD № 84.
23.
Журбин И. В., Борисов А. В. Геофизические и почвенные исследования поселений Кушманского комплекса // Иванова М. Г. Отчет об исследованиях на Кушманском городище Учкакар, Кушманском III селище и Кушманском II селище в Ярском районе Удмуртской Республики в 2016 г. Том I. Приложение 3. С. 73–112. НОА УИИЯЛ УрО РАН. РФ. Оп. 2. Д. 1693. СD 104.
24.
Злобина А. Г., Журбин И. В. Восстановление границы объекта по данным малоглубинной электроразведки методом нечёткой кластеризации // Геоинформатика. 2015. № 3. С. 19-25.
25.
Немцова О. М., Журбин И. В., Злобина А. Г. Векторный анализ геофизических данных малоглубинной электроразведки с целью определения 3D границ объекта с аномальным сопротивлением // Инженерная физика. 2017. № 1. С. 76-87.
26.
Иванова М. Г. Иднакар: Древнеудмуртское городище IX–XIII вв. Ижевск: УИИЯЛ УрО РАН, 1998. 294 с.
References (transliterated)
1.
Ivanov A. G., Ivanova M. G., Ostanina T. I., Shutova N. I. Arkheologicheskaya karta severnykh raionov Udmurtii / Pod obshch. red. A. G. Ivanova. Izhevsk: UIIYaL UrO RAN, 2004. 276 s.
2.
Geophysical Survey in Archaeological Field Evaluation. – English Heritage, 2008. – 60 pr. [Elektronnyi resurs]. Rezhim dostupa http://www.english-heritage.org.uk/publications/. Data obrashcheniya 07.12.2014.
3.
Chicha – gorodishche perekhodnogo ot bronzy k zhelezu vremeni v Barabinskoi lesostepi / V. I. Molodin, G. Partsinger, Yu. N. Garkusha, I. Shneevaiss, A. E. Grishin, O. I. Novikova, M. A. Chemyakina, N. S. Efremova, Zh. V. Marchenko, A. P. Ovcharenko, E. V. Rybina, L. N. Myl'nikova, S. K. Vasil'ev, N. Beneke, A. K. Manshtein, P. G. Dyad'kov, N. A. Kulik. Novosibirsk: Izd-vo IAEt SO RAN, 2004. T. 2. 336 s. (Materialy po arkheologii Sibiri. Vyp. 4).
4.
Petrov R. P., Zhurbin I. V., Vorob'eva N. G., Knyazeva L. F. Integrirovannaya informatsionnaya sistema dlya regional'nykh arkheologicheskikh issledovanii: istochniki, struktura i printsipy sravnitel'nogo analiza // Istoricheskie issledovaniya v tsifrovuyu epokhu: informatsionnye resursy, metody, tekhnologii: Materialy XV Mezhdunarodnoi konferentsii assotsiatsii «Istoriya i komp'yuter»: Moskva-Zvenigorod, 7-9 oktyabrya 2016 g. – M.: MAKS Press, 2016. (Informatsionnyi byulleten' Assotsiatsii «Istoriya i komp'yuter». № 45. Spetsvypusk). S. 196-197.
5.
Vladimirov V. N. Istoricheskaya geoinformatika: geoinformatsionnye sistemy v istoricheskikh issledovaniyakh: monografiya. – Barnaul: Izd-vo Alt. un-ta, 2005. 192 s.
6.
Kvamme K. L. Geographic Information System techniques for regional archaeological research // UISPP Comission IV Symposium on Data Management and Mathematical Methods in Archaeology. Denver, 1985.
7.
Gill S. J., Howers D. A. Geographical Information System approach to use of surface samples in intra-site distributional analysis // UISPP Comission IV Symposium on Data Management and Mathematical Methods in Archaeology. Denver, 1985.
8.
Savage S. H. GIS in archaeological research // Interpreting Space: GIS and archaeology. L.; N.Y., Philadelphia, 1990. Pp. 22-32.
9.
Wheatley D., Gillings M. Spatial Technology and Archaeology. The archaeological applications of GIS. L.; N.Y., Taylor & Francis, 2002. 234 p.
10.
Conolly J., Lake M. Geographical Information System in archaeology. Cambridge University Press. 2006.
11.
Verhagen, J. W. H. P. Case Studies In Archaeological Predictive Modelling. Doctoral thesis. Leiden University Press, 2007
12.
Rossiya kak arkheologicheskoe prostranstvo. M.: IA RAN, 2016. 152 s.
13.
Eder-Hinterleitner A., Melichar P., Neubauer W., Doneus M. and Seren S. The city map of ancient Carnuntum-combining archaeological prospection, photogrammetry and GIS // Archaeologia Polona, 41, 2003, 156-157.
14.
The Geophysical Survey Database Historic England, http://archaeologydataservice.ac.uk/archives/view/ehgsdb_eh_2011//
15.
Reinhold S., Belinskij A. B., Korobov D. S. Landschaftsarhäologie im Nordkaukasus // Eurasia Antiqua. Zeitschrift für Arhäologie Eurasiens. Band 13. Mainz am Rhein. 2007. S. 139-180.
16.
Krepost' Por-Bazhin. Nauchnyi al'manakh M., 2008. 48 s.
17.
Vorob'eva N. G., Zhurbin I. V., Knyazeva L. F. Issledovanie vozmozhnostei BPLA Supercam S350-f v zadachakh izucheniya i sokhraneniya arkheologicheskogo naslediya // Izvestiya Vysshikh uchebnykh zavedenii. Geodeziya i aerofotos''emka. 2016. Tom 60. № 2. S. 83-90.
18.
Nazmutdinova A. I., Milich V. N. Issledovanie zavisimosti rezul'tatov klassifikatsii mnogozonal'nykh izobrazhenii lesnoi rastitel'nosti ot parametrov veivlet-preobrazovaniya // Avtometriya. 2016. T.52. № 3. S. 20–27.
19.
Nazmutdinova A. I., Milich V. N., Zhurbin I. V. Metod i priznaki vyyavleniya kul'turnogo sloya arkheologicheskikh pamyatnikov po dannym mnogozonal'noi s''emki // Geoinformatika. 2017. № 1. S. 52-58.
20.
Zhurbin I. V., Milich V. N., Nazmutdinova A. I., Petrov R. P., Vorob'eva N. G. Kompleksnoe primenenie nizkovysotnoi aerofotos''emki i geofizicheskikh metodov v arkheologicheskikh issledovaniyakh // Inzhenernaya fizika. 2016. № 12. S. 74-81.
21.
Zhurbin I. V., Ivanova M. G. Geofizicheskie issledovaniya Kushmanskogo gorodishcha Uchkakar v Prikam'e // Arkheologiya, etnografiya i antropologiya Evrazii. 2018. T. 46, № 1. S. 76-85.
22.
Ivanova M. G. Otchet ob issledovaniyakh na Kushmanskom gorodishche Uchkakar v Yarskom raione Udmurtskoi Respubliki v 2013 g. NOA UIIYaL UrO RAN, op. 2-n. D-1630. 304 l. SD № 84.
23.
Zhurbin I. V., Borisov A. V. Geofizicheskie i pochvennye issledovaniya poselenii Kushmanskogo kompleksa // Ivanova M. G. Otchet ob issledovaniyakh na Kushmanskom gorodishche Uchkakar, Kushmanskom III selishche i Kushmanskom II selishche v Yarskom raione Udmurtskoi Respubliki v 2016 g. Tom I. Prilozhenie 3. S. 73–112. NOA UIIYaL UrO RAN. RF. Op. 2. D. 1693. SD 104.
24.
Zlobina A. G., Zhurbin I. V. Vosstanovlenie granitsy ob''ekta po dannym maloglubinnoi elektrorazvedki metodom nechetkoi klasterizatsii // Geoinformatika. 2015. № 3. S. 19-25.
25.
Nemtsova O. M., Zhurbin I. V., Zlobina A. G. Vektornyi analiz geofizicheskikh dannykh maloglubinnoi elektrorazvedki s tsel'yu opredeleniya 3D granits ob''ekta s anomal'nym soprotivleniem // Inzhenernaya fizika. 2017. № 1. S. 76-87.
26.
Ivanova M. G. Idnakar: Drevneudmurtskoe gorodishche IX–XIII vv. Izhevsk: UIIYaL UrO RAN, 1998. 294 s.
Ссылка на эту статью

Просто выделите и скопируйте ссылку на эту статью в буфер обмена. Вы можете также попробовать найти похожие статьи


Другие сайты издательства:
Официальный сайт издательства NotaBene / Aurora Group s.r.o.
Сайт исторического журнала "History Illustrated"