Metoda prospekcji terenowej.doc

Metoda prospekcji terenowej- fotografia lotnicza.

I. Historia fotografii lotniczej w archeologii.

Pierwsze zdjęcia lotnicze stanowisk archeologicznych, wyznaczające rzeczywisty początek archeologii lotniczej, wykonano z balonu, chociaż samoloty były już wówczas znane. W czasie ćwiczebnych lotów balonami wojskowymi w Anglii porucznik P.H. Sharpe w roku 1906 wykonał zdjęcie megalitycznego kromlechu Stonehenge oraz otaczających go konstrukcji ziemnych. I wojna światowa przyniosła znaczący rozwój lotnictwa i fotografii oraz roli lotniczego rozpoznania terenowego i związanej z tym interpretacji zdjęć. Zaowocowało to sformułowaniem pierwszych programów dokumentowania stanowisk archeologicznych z powietrza. [Do pionierów na tym polu należeli: Theodor Wiegand, Leon Rey, Antoine Poidebard i płk G. A. Beazeley. Swe zdjęcia wykonywali, głównie w południowej Europie, na Bliskim Wschodzie i w północnej Afryce.] Za ojca metody uznawany jest powszechnie brytyjski archeolog i geograf Osbert Guy Stanhope CRAWFORD. To właśnie on sformułował zasady metody zdjęć lotniczych w archeologii i opublikował je w 1923 i 1924 roku. W swoich pracach często korzystał z pionowych zdjęć wykonywanych przez wojsko (ogniskowa prostopadła do powierzchni ziemi). Jego fascynacja możliwościami tej metody udzieliła się również innym archeologom. W Polsce tę metodę wprowadził Józef Kostrzewski, który w 1929r rozpoczął badania osady z późnego neolitu w Rzucewie, a piloci z morskiego dywizjonu w Pucku wykonali kilka zdjęć osady z powietrza. Na dużą skalę wykorzystywano zdjęcia z powierzchni podczas badań w Biskupinie do dokumentacji odkrytych konstrukcji. Rozległa przestrzeń eksploracji zmuszała do zastosowania tej metody, gdyż fotografie z poziomu ziemi były niewystarczające, bo zbyt ukośne, zaś wykonanie z drabiny zajmowały zaledwie około 40m kwadratowych powierzchni. Zdjęcia były wykonywane na balonach, oraz samolotach najczęściej wojskowych.

II.                     Cele i możliwości wykorzystania archeologii lotniczej.

Człowiek działający w przeszłości pozostawił po sobie ogromną gamę różnorodnych obiektów: budynki, osady, groby, drogi, miejsca eksploatacji surowców itp. Część z nich może być jeszcze dziś czytelna na powierzchni ziemi, ale większość została zniwelowana i przykryta warstwą gleby. Te pierwsze mogą być czytelne dzięki temu, że ich forma terenowa może rzucać cienie. Im niższe jest położenie słońca, tym cienie są wyraźniejsze, pozwalając na interpretację formy, funkcji i układu przestrzennego obiektu. Zarysy obiektu mogą być dodatkowo podkreślone dzięki jego podtopieniu lub zalegającej na jego powierzchni cienkiej warstwie śniegu. Pozostałości drugiego rodzaju - przykryte warstwą gleby - mogą być rejestrowane na zdjęciach lotniczych poprzez tzw. wyróżniki glebowe lub roślinne. Wyróżniki glebowe zdradzają obecność obiektów archeologicznych dzięki temu, że w wyniku orki prowadzonej przez rolnika, na powierzchnię zostały wyrzucane warstwy o zróżnicowanej kolorystyce. Obecność obiektów archeologicznych wpływa również na wzrost i kolorystykę roślinności. Zalegające pod powierzchnią ziemi pozostałości działalności człowieka mogą sprzyjać wzrostowi roślinności i wówczas można obserwować wyższe, dłużej zielone, później dojrzewające rośliny. W sytuacji odwrotnej, gdy obiekty pod ziemią utrudniają wzrost upraw, obserwować można rośliny niższe, szybciej dojrzewające lub wręcz usychające. Zdjęcia lotnicze dostarczają archeologom ogromu informacji o obiektach archeologicznych. W pierwszej kolejności pozwalają one odkrywać nowe, nieznane dotąd stanowiska. Przy pomocy rekonesansu lotniczego możliwe jest też dokumentowanie znanych już stanowisk oraz monitorowanie stanu ich zachowania. Dokumentacja fotograficzna stanowi ważną podstawę dla analiz rozplanowania obiektów na stanowisku, jego oceny, określenia relacji do elementów środowiska przyrodniczego i kulturowego.

·         poszukiwanie nieznanych dotąd stanowisk archeologicznych (zwiad lotniczy lub rekonesans lotniczy);

·         poznanie zasięgu i przestrzennej struktury znanych stanowisk archeologicznych;

·         monitorowanie zagrożeń dla stanowisk archeologicznych;

·         dokumentowanie przebiegu procesu wykopalisk archeologicznych;

·         dokumentowanie i zrekonstruowanie środowiska danej osady.

Możliwości wykorzystania:

·         W rekonesansie archeologicznym (dokonanie wstępnego rozeznania terenu)

·         W trakcie inwentaryzacji powierzchniowych znalezisk

·         W typologii, klasyfikacji i systematyce obiektów archeologicznych

·         W inwentaryzacji faktów archeologicznych występujących na dużym obszarze

·         Przy opracowywaniu planu prac wykopaliskowych

·         W nadzorze stanowisk wpisanych do rejestru zabytków

·         W procesie fotogrametrycznego opracowania obiektów

·         W prezentacji wyników prac technicznych

·         W rekonstrukcji środowiska geograficznego

III.                  Trzy etapy kampanii zdjęć lotniczych:

1.      Planowanie kampanii zdjęć lotniczych.

Do najważniejszych elementów składowych tej fazy należą:

ü       określenie terenu, który ma zostać sfotografowany z powietrza

Zanim przystąpi się do określania terenu, należy przedtem ustalić założenia, które pozwolą zaoszczędzić czas, zmniejszyć jednostkowy koszt zdjęcia i ustalić informacje dotyczące skali zdjęć i wysokości z jakiej będą wykonywane. Trzeba również zwrócić uwagę na partie terenu w sąsiedztwie, istotne z punktu widzenia późniejszych badań np. zbiorniki wodne, elementy rzeźby terenu. Z wielkością powierzchni terenu wiąże się skala zdjęć. Określa ja zależność wysokości i długości ogniskowej użytego aparatu, zaś skalę odbitki zdjęci można dowolnie dostosować do założonych celów poprzez powiększenie. Skalę zdjęcia można zmienić przez zmianę wysokości fotografowania lub zmianę długości ogniskowej obiektywu. Jednak zmiana tych parametrów niesie ze sobą istotne skutki uboczne i ograniczenia np.

-zwiększenie fotografowanej powierzchni powoduje duże deformacje obrazu w częściach oddalonych od centrum,

-fotografowanie z wysokości powyżej 800m wiąże się z niekorzystnym wpływem zachmurzenia i spadku przejrzystości atmosfery

-zbyt niska wysokość fotografowania może spowodować rozmazanie szczegółów obrazu wskutek dużej szybkości kątowej samolotu

Określenie optymalnej wysokości fotografowania może być trudne, najlepsze wyniki uzyskuje się z wysokości od 100m do 1200m.

ü       wybór środka transportu kamer fotolotniczych

Do wykonywania zdjęć lotniczych wykorzystuje się przede wszystkim samoloty i śmigłowce. Warto zwrócić uwagę na zalety śmigłowca :posiada dużą szybkość przelotową ,pułap 50-100m do kilkunastu tysięcy metrów, możliwość zawiśnięcia w powietrzu, a co za tym idzie możliwość zrobienia zdjęć tego samego odcinka terenu z różnych wysokości, nieograniczone możliwości wykonywania zdjęć pionowych i ukośnych. Niestety koszty takiego lotu są 2 razy większe niż lotu samolotem.

Aparaty latające wykorzystywane w archeologii lotniczej

W archeologii lotniczej wykorzystywane być mogą wszelkiego rodzaju załogowe i bezzałogowe aparaty latające:

·          balony- wolne i na uwięzi, załogowe i bezzałogowe

·          lotnie i motolotnie

·          małe samoloty, awionetki

·          modele samolotów sterowane radiowo

·          latawce

·          satelity

Jednak wykorzystanie w archeologii zdjęć satelitarnych ma swoje ograniczenia. Rozdzielczość obrazów satelitarnych udostępnionych za darmo do zastosowań cywilnych, np. pochodzących z satelity Landsat, wynosi na poziomie gruntu 15 metrów. Wynika z tego w oczywisty sposób zakres możliwości zastosowań zdjęć satelitarnych w archeologii. Nie nadają się one – przynajmniej jeszcze obecnie – do wykrywania stanowisk archeologicznych, w skład których wchodzą niewielkie obiekty osadnicze, natomiast mogą być przydatne do identyfikacji, zwłaszcza na rozległych i niezbadanych innymi metodami prospekcji obszarach np. stepowych czy pustynnych, takich stanowisk archeologicznych, które obejmują dzieła ręki ludzkiej większych rozmiarów.

ü       dobór pory roku i pory dnia wykonania zdjęć

Pora fotografowania jest czynnikiem, który wpływa na jakość zdjęć.

NAJKORZYSTNIEJSZE WARUNKI DLA FOTOGRAFOWANIA Z POWIETZRA

W okresach przedstawionych na schemacie decydujące znaczenie mają stosunki wilgotnościowe w glebie, gdyż wpływają bezpośrednio na stan roślinności, oraz terminy orki i nawożenia. Przy wyborze pory wykonywania zdjęć bardzo pomocne okazać mogą się dodatkowe informacje, dotyczące takich czynników jak: długotrwałe anomalie klimatyczne (susze i obfite opady), struktura uprawianych roślin, stosowane zabiegi agrotechniczne. Przykładowo, długo trwająca susza zakłóca naturalne stosunki wilgotnościowe w glebie, dzięki czemu ulegają uwypukleniu pewne cechy, rozpoznawane na zdjęciach lotniczych. Należy do nich różnica we wzroście roślin na terenach o zaburzonych układach glebowych na skutek działania czynników antropogenicznych, co powoduje, ze stanowiska archeologiczne staja się dobrze czytelne. Po deszczach obserwowane poprzednio szczegóły nie są już tak wyraźne. Wybierając porę fotografowania, należy zapoznać się z gatunkami roślin uprawianych na fotografowanych stanowiskach. Kukurydza i bobik mogą być świetnymi wyróżnikami zaburzeń struktur glebowych o genezie antropogenicznej. Ich rozpoznanie na zdjęciach może być dowodem istnienia stanowiska archeologicznego. Inne uprawy jak np. ziemniaki, buraki cukrowe lub rzepak, mogą wyłączyć teren spod obserwacji, przykrywając go na dłuższy czas zwarta pokrywą zieleni.

ü       Wybór techniki (jednej lub wielu) rejestracji obrazu

W archeologii lotniczej, do rejestracji obrazu wykorzystuje się promieniowanie widzialne (światło odbieranie przez siatkówkę ludzkiego oka) oraz bliskie promieniowanie podczerwone (światło pomiędzy promieniowaniem widzialnym a falami radiowymi). Można przeprowadzić rejestrację na barwnych materiałach panchromatycznych oraz na materiałach do fotografii w bliskiej i środkowej podczerwieni ze względu na ich taniość i łatwość posługiwania się nimi. W szczególnych przypadkach wykonuje się zdjęcia w poszczególnych zakresach promieniowania widzialnego (zdjęcia spektrostrefowe- zdjęcia barwne w barwach umownych - nienaturalnych, często stosowane dla potrzeb inwentaryzacji obiektów o dużej przestrzennej zmienności przyrodniczej. Rejestrują z reguły dwa lub jeden z zakresów widzialnych promieniowania i zawsze rejestrują zakres promieniowania podczerwonego, do długości fal rzędu 0,8 - 0,9 mikrometra. Zielone części roślin są odwzorowywane w barwach czerwonych z uwagi na silne odbicie promieniowania podczerwonego od organów asymilacyjnych. zdjęcia spektrostrefowe zwane są też  zdjęciami barwnymi z zakresem podczerwieni.)

2.                                                                          Wykonanie zdjęcia

Wybrany teren można pokryć zdjęciami nachylonymi, zdjęciami ukośnymi, na których widoczna jest linia horyzontu, oraz zdjęciami pionowymi (takimi, których kąt nachylenia nie przekracza 3º). Największe pokrycie gwarantują zdjęcia nachylone i ukośne, lecz dzieje się to kosztem znacznych deformacji zobrazowanego terenu. Te zniekształcenia nie pozwalają na wykonywanie na zdjęciach pomiarów i przenoszenia ich treści na podkład kartograficzny. Do zalet zdjęć nachylonych czy ukośnych, należy łatwość ich wykonania, łatwość rozpoznawania szczegółów topograficznych, możliwość szybkiej orientacji zdjęcia w terenie a także walory estetyczne, zwłaszcza, gdy fotografuje się grodziska, kurhany, układy urbanistyczne czy pojedyncze budowle. Zdjęcia nachylone i ukośne znajdują zastosowanie tam, gdzie nie przewiduje się szczegółowych opracowań fotogrametrycznych fotointerpretacyjnych. Zdjęcia pionowe dają możliwość dalszych prac fotointerpretacyjnych i fotogrametrycznych. Z uwagi na technikę wykonania można je podzielić na zdjęcia pojedyncze, szeregi zdjęć i zespoły zdjęć. Podczas wykonywania szeregu zdjęć, należy zadbać, aby pokrycie podłużne kolejnych zdjęć wynosiło ok. 60%, natomiast podczas wykonywania zespołu zdjęć, istotne jest zachowanie pokrycia podłużnego zdjęć w szeregu, zaś sąsiadujące szeregi powinny nakładać się w ok. 35% pokrycia poprzecznego. Największa zaletą takich zdjęć jest możliwość trójwymiarowej obserwacji sfotografowanego terenu pod stereoskopem.( przyrząd optyczny, służący do obserwowania fotografii stereoskopowych).

3.                                                                          Proces fotointerpretacji

Interpretacja zdjęć lotniczych jest wieloetapowym procesem modelowania rzeczywistości, dokonywanym na podstawie analiz obrazu powierzchni ziemi. Zdjęcie lotnicze powierzchni terenu przypomina mapę kompleksową na której zarejestrowane są morfologia i pokrywa roślinna oraz poziom wód gruntowych. W przypadku interpretacji zdjęć pod kątem identyfikacji obiektów archeologicznych, pierwszym krokiem powinno być wydzielenie cech rozpoznawczych, wyróżników obiektów, które powstały w wyniku działalności człowieka. Oddzielenie cech antropogenicznych od cech środowiska naturalnego dokonuje się podczas analizy następujących składników obrazu fotograficznego: fototon lub barwa, struktura obrazu(oddanie charakteru powierzchni) oraz kształt i wielkość obiektu. Do cech rozpoznawczych obiektów archeologicznych (pod powierzchnią ziemi) należą następujące wyróżniki:

Wyróżnik wegetacyjny: podstawową cechą różniącą obiekty archeologiczne (warstwy kulturowe, konstrukcje ziemne, kamienne i ceglane) jest zmiana w wysokości porastających je upraw rolniczych w porównaniu z otaczającym tłem. Rozróżnia się dwie odmiany tego wyróżnika: pozytywną i negatywną. Bujniejszy wzrost osiąga roślinność w miejscach dawnych zagłębień terenu, jest to wyróżnik wegetacyjny pozytywny. Natomiast słabszy wzrost upraw może być sygnałem na istnienie w tym miejscu śladów różnorodnych konstrukcji.

Wyróżnik glebowy: jest to rejestracja na powierzchni gleby śladów wyorywanych warstw, występujących bezpośrednio pod powierzchnią gruntu. Różnice w fototonie i kolorze przypowierzchniowej warstwy gleby, występujące na świeżo zaoranej ziemi najczęściej w połączeniu z regularną teksturą, wskazują na antropogeniczne pochodzenie zaburzeń, zatem istnieje w tym miejscu pozostałość obiektu.

Wyróżnik wilgotnościowy: ten wyróżnik zaznacza się na zdjęciach lotniczych zróżnicowaniem przesiąkania wód opadowych do gruntu w zależności od cech hydrologicznych i morfologicznych położenia. W miejscach zaburzonej przesiąkliwości wody, przesiąkliwość jest z reguły większa niż w miejscach o nienaruszonej strukturze wewnętrznej. Ten wyróżnik jest rzadko wykorzystywany do bezpośredniego ujawniania śladów obiektów archeologicznych, gdyż wybór odpowiedniej pory dla wykonania zdjęć natrafia na znaczne trudności. Najczęściej służy on do obserwacji warunków hydrologicznych oraz analizy zróżnicowania gleb na stanowisku i w jego okolicy. Gleby o większej wilgotności, na przykład zalegające w obniżeniach terenu, charakteryzują się na zdjęciach ciemniejszą tonacją niż gleby suchsze, zalegające na wzniesieniach.

Wyróżnik światłocienia: rezultaty interpretacji zdjęć lotniczych obiektów archeologicznych zależą od odpowiednio kontrastowego oświetlenia, które podkreśla nierówności terenu. Najkorzystniejsze oświetlenie powstaje przy najbardziej skośnym położeniu słońca, a więc w godzinach rannych i popołudniowych. Dobre warunki świetlne trwają z reguły bardzo krótko, zatem nalot na stanowisko musi być doskonale zaplanowany. Zdjęcie wykonane przy skośnym oświetleniu nadaje się najbardziej do poszukiwań stanowisk tworzących własne formy terenowe, takie jak grodziska, czy kurhany. Główną cechą rozpoznawaną są elementy stanowiące o wyrazistości obiektu, jak fosy, wały i nasypy.

Ślady stanowisk archeologicznych w rzeźbie terenu

Dostosowując środowisko naturalne do swoich potrzeb, człowiek przeszłości dokonywał trwałych zmian w morfologii powierzchni ziemi, tworząc formy wypukłe lub wklęsłe. Jednakże wskutek opuszczenia i sukcesywnego zawalenia się lub celowego zburzenia tych konstrukcji, a następnie ich niwelacji i trwającej niekiedy tysiące lat działalności rolniczej, te dzieła człowieka pozostawiły dziś w większości przypadków jedynie nikłe ślady w morfologii powierzchni. Ślady te najczęściej nie mogą być już zauważone przy obserwacji z powierzchni ziemi, natomiast można je w sprzyjających okolicznościach zauważyć z powietrza, zwłaszcza jeśli zostaną w jakiś sposób podkreślone i uwydatnione.

Takie uwydatnienie może nastąpić:

·         Jeśli ostre, ukośne światło pada w ten sposób, że za wzniesieniami powstają cienie, a powierzchnie lekko nachylone w kierunku promieni słonecznych odbijają je. (wyróżniki cieniowe);

·         gdy pędzone stałym wiatrem płatki śniegu ułożą się w zaspy po zawietrznej stronie wypukłości terenowych, podkreślając urzeźbienie terenu, albo też kiedy podczas roztopów promienie słoneczne roztapiają cienką pokrywę śnieżną (albo szadź) na lekko wznoszących się powierzchniach, zwróconych w ich stronę, podczas gdy miejsca za wałami lub w zagłębieniach pozostają w cieniu i śnieg utrzymuje się tam dłużej (wyróżniki śniegowe);

·         gdy w czasie wiosennych roztopów lub powodzi wierzchołki takich śladowo zachowanych obiektów archeologicznych będą wystawały ponad poziom wody, dzięki kontrastowi wysokości w stosunku do otaczającego terenu (wyróżniki zalewowe).

IV. Archeologia lotnicza w Polsce:

Obecnie archeologia lotnicza, rozumiana jako metoda niedestrukcyjnego rekonesansu, rozwija się w Polsce przede wszystkim w dwóch ośrodkach badawczych: na Uniwersytecie A.Mickiewicza w Poznaniu (prof. UAM W. Rączkowski – m.in. odkrywca opuszczonego miasta średniowiecznego w Szamotułach – i mgr Lidia Żuk) oraz w Instytucie Archeologii i Etnologii PAN w Warszawie (prof. UKSW Zbigniew Kobyliński i Dariusz Wach), natomiast w Instytucie Archeologii Uniwersytetu Warszawskiego rozwijany jest "biskupiński" kierunek zastosowań fotografii lotniczej jako metody dokumentacyjnej (zdjęcia z balonów i latawców). Najlepiej zadokumentowanym pod tym względem jest stanowisko Ptolemais w Libii badane przez Pracowanię Badań Archeologicznych w Libii.