Bi2424 Metody terénního výzkumu
Mgr. Mikoláš Jurda, Ph.D.
Pokročilá terénní dokumentace osteologických nálezů (fotogrammetrie,
letecká archeologie a dokumentace, 3D záznam nálezové situace,
dokumentace mimo viditelné spektrum)
Vyhledávání nálezů a nedestruktivní výzkum
Vyhledávání nálezů
„a“
nedestruktivní výzkum (také nazýván dálkový archeologický průzkum)
o vyhledání a analýza nálezu bez provedení destruktivního zásahu
o povrchový průzkum (prohlídka, povrchový průzkum reliéfních
tvarů, povrchový sběr, detektory kovů)
o dálkový průzkum (družicové snímky, letecké snímky)
o přírodní vědy (geofyzikální měření, detektory kovů, geochemie)
o omezený zásah do terénu (sondy)
Známky nálezů
povrchové nálezy, odkryté objekty
přímé doklady
o na povrch se dostává samotný objekt nebo jeho části
o způsobeno například erozí půdy
nepřímé doklady
o objekty jsou na povrchu zviditelněny na základě toho, jak ovlivňují
další prvky prostředí
o liší se od okolní půdy (obsah živin v těle, zkypřená půda, více nebo
méně vláhy)
– porostové příznaky
– vyprahlostní příznaky
– sněžné příznaky
– vlhkostní příznaky
Povrchové nálezy
(coronertalk.com)
Typy nálezů – nepřímé příznaky ve forenzní antropologii
(I̊şcan a Steyn 2013)
Pohřbení:
o přeorání zeminy
o výživa pro rostliny
o teplo (rozklad i působení
hmyzu)
Povrchové charakteristiky:
o vyšší vegetace
o jiná fáze kvetení
o jiné druhy (jiné pH)
o nebo naopak retardace růstu v
případě pevného zásypu nebo
zabalení těla (zrovna zásyp má
dlouhodobý efekt)(Hunter a Cox 2005)
Typy nálezů – nepřímé příznaky ve forenzní antropologii
(I̊şcan a Steyn 2013)
Povrchové charakteristiky:
o terénní nerovnosti
o jiné zbarvení hlíny
o kameny
Podpovrchové charakteristiky:
o geofyzikální podpis
Půdní příznaky
o zpravidla rozorávané horní vrstvy výplně a konstrukcí – nehomogenní složení, vizuálně
odlišitelné od rostlého podloží
o nejlépe pozorovatelné mimo vegetační období, v zimě a na jaře, kdy je zároveň více vlhko než
na podzim
Typy nálezů – přímé příznaky v archeologii
zahloubené objekty
tmavší
povrchové objekty
(valy, silnice, zdivo)
světlejší
(vesmir.cz)
Stínové příznaky
o zvýraznění nepatrných nerovností
povrchu půdy nízkým světlem
(podvečerním nebo ranním)
o osvícená strana je světlá, opačná je ve
stínu
Typy nálezů – přímé příznaky v archeologii
(webbaviation.co.uk)
Typy nálezů – přímé příznaky v archeologii
Vodní příznaky (povodňové)
o zviditelnění reliéfu povrchu různě ustupující
povodňovou vodou
o hodně vypovídají také o podobě
paleokrajiny
(Kuna 2004)
Typy nálezů – nepřímé příznaky v archeologii
Porostové příznaky (pozitivní a negativní)
o nejvýznamnější
o lokální změny v chemii -> změny vegetace nad
objektem
o pokud je vrstva hlíny silná, nemusí se nějaké
zahloubení projevit
vyprahlostní příznaky – na travnatých površích zpravidla v
průběhu velmi suchých let
(Kuna 2004)
zahloubené objekty
o více dostupných živin a
také více vody
o větší výška, větší hustota a
oddálení zralosti – zelené i
v předsklizňovém období
vyvýšené objekty
o méně zeminy, konstrukce
zasahující do kořenového
systému – dříve zralé
Porostové příznaky
o nejlépe na pěstovaných
obilovinách
o je to závislé na daném roku,
klimatických podmínkách – v
desetiletém cyklu
pozorovatelné v průměru 3–
4krát (Gojda 2017)
o síla projevu závisí na
mocnosti ornice a také na
vlastnostech substrátu –
projevují se tím víc, čím je
větší rozdíl v propustnosti
mezi podložím a danou výplní
Typy nálezů – nepřímé příznaky v archeologii
(Gojda 2017)
Typy nálezů – nepřímé příznaky v archeologii
(http://archaero.com/Arch%E9ologie-a%E9rienne.htm)
Typy nálezů – nepřímé příznaky v archeologii
(Gojda et al. 2010,
Archeologie krajiny a
sídel na Podřipsku)
Sněžné a mrazové příznaky (tenká vrstva
sněhu nebo jinovatka)
Typy nálezů – nepřímé příznaky v archeologii
o samotný reliéf
o odlišná struktura
o zahloubené objekty
o rychlejší odtávání v důsledku vyšší teploty (až o 1 °C)
o nebo naopak pomalejší odtávání ve zkypřených a
zavodněných výplních
(www.coflein.gov.uk)
Vyhledávání pozůstatků – povrchový průzkum
o v případě rozkládajících se pozůstatků trénovaní psy
(vliv posmrtný interval, počasí, tlak, denní doba, teplota
a srážky)
o analýza hornin
o detektory kovů
o geofyzikální metody (většinou ale jen pro recentní
hroby, archeologické pouze GPR, odpor a
magnetometrie, a to za výhodných podmínek)
o Povrchový sběr
o naprostá většina lokalit v archeologickém
kontextu
o u nás pouze v zemědělsky obdělávané krajině
o destrukce nebo areály aktivit
Vyhledávání pozůstatků – magnetometrie
o sleduje lokální poruchy geomagnetického pole Země (resp. kontrast mezi nenarušenou
půdou a výsledky lidské aktivity) – absolutní a relativní magnetické pole, gradient,
+ feromagnetický materiál (strusky)
+ zahloubené objekty (výplň se od okolí odlišuje) a horniny prošlé žárem (topeniště, mazanice
atd.)
+ ploché kostrové hroby, v závislosti na typu výplně
(Ernenwein a Hargrave 2009)
Vyhledávání pozůstatků – geoelektrické metody – elektroodporové metody
o do země je zavedeno umělé el. pole elektrodami a je
měřen potenciálový rozdíl
o rozdíl odporu čerstvé výplně oproti okolí – zemina +
organický materiál z povrchu + písek + kameny + tělesné
pozůstatky
o dobré pro: duté prostory, zdi, příkopy a vrstvy, zděné
hrobky duté i zasypané
o špatně použitelné v suchých zeminách a tam, kde byl
povrch systematicky narušován (orba)
o ne pro jednoduché, ploché hroby v archeologickém
kontextu (musí být zděné anebo s třeba s náhrobní
deskou)
(Dirkmaat 2014)
Vyhledávání pozůstatků – georadar (GPR)
o vysílá silný EM impuls (25–1 000 MHz) do země a přijímání odezvy anténou přístroje
o vlny jsou pohlcovány prostředím a odráženy zpět přechody prostředí o různých
vlastnostech (hladina podzemní vody × půda; kompaktní zemina × nakypřená
zemina)
(Cheetham 2005)
o dobré pro – vyhledávání
zděných a kamenných
konstrukcí (zděné hrobky,
mohyly)
o detekuje asi do dvou metrů
o vytváří řezy nebo prostorové
mapy
Vyhledávání pozůstatků – georadar (GPR)
o pohřbená prasečí těla ve dvou různých úrovních
o v tomto případě málo rušivých objektů v okolí!!!
(Dirkmaat 2014)
Vyhledávání pozůstatků – georadar (GPR)
Vyhledávání pozůstatků – gravimetrie
o veličina: tíhové zrychlení, hustota
o sleduje změny v tíhovém zrychlení – rozložení hmot s rozdílnými hustotami v zemské kůře
o pro – duté prostory a nezaplněné objekty, geologický průzkum, hornictví…
Vyhledávání pozůstatků – detektory kovů (indukční hledače)
o detekují kovový předmět (resp. magnetické a elektricky vodivé nemagnetické
objekty)
o indukují primární magnetické pole a sledují změny sekundárního pole dané
kovovými předměty
Vyhledávání pozůstatků – termometrie
o speciálně v případě forenzní antropologie
o vyhledávání povrchově uložených těl na
základě tepla – rozklad, hmyz
o i v případě mělkých hrobů a relativně
čerstvých těl
o po rozkladu je pozorovatelné díky jiným
vlastnostem zásypu
(DesMarais 2014)
Vyhledávání pozůstatků – chemické analýzy
o zjišťování organických a anorganických látek spojených s rozkladem měkkých tkání
o z míst se skvrnami, zápachem nebo míst označených psy
organické látky: mastné kyseliny (kys.
propionová apod.), některé dokonce
specifické pro člověka (tetrachlormethan)
anorganické látky: chloridy, sulfáty,
čpavek, draslík, nitráty, fosfáty
Zvýšená koncentrace oproti kontrolnímu
vzorku ukazuje na proběhnuvší rozklad
měkkých tkání. Hořčík a draslík mohou
být v daném místě zvýšené i desetiletí.
LABORADOR – pro snímání přítomnosti
rozkladných plynů (Larson et al. 2011)
o vizuální průzkum krajiny
o dokumentace a evidence
o interpretace obrazových pramenů
z výšky (metry až stovky kilometrů)
o prozkoumat krajinu a identifikovat neevidované památky – a také
vytvořit teoretické předpoklady (viz příznaky)
o dokumentovat krajinu a památky za účelem jejich ochrany
(systematický sběr)
o získat informace ze snímků, které nebyly pořízeny pro
archeologické účely
o evidovat a analyzovat všechna tato data
o čím starší a hlouběji uložené prvky jsou, tím zpravidla z větší dálky
jsou rozeznatelné
Dálkový archeologický průzkum
Dálkový archeologický průzkum - historie
Etapy podle Gojdy (2017)
pozorování z balonu (1.
pol. 19. stol.)
fotografie z balonu
(1858-1909)
letecká fotografie
(½ 20. století)
záznam z vesmíru
(2/2 20. století)
(Library of
Congress)
(Jubilejní zemská
výstava v Praze 1891)
(Nadar 1868) (Wright – Flyer )
Vynález fotografie (Joseph Nicéphore
Niépce 1765-1833; Jacques Daguerre
1787-1851)
Pohled z okna v Le Gras, cca 1826
Digitální fotografie
o v souvislosti s vesmírným programem od 70. let
o komerční dig. fotoaparát od 1988
Fujix DS-1
Dálkový archeologický průzkum - historie
Nejstarší snímky
z upoutaného balónu 60.
léta 19. století (Nadar)
Dálkový archeologický průzkum - historie
Gaston Tissandier
La Photographie en ballon (1886)
(C. V. Shadbolt)
Dálkovýarcheologický průzkumDálkový archeologický průzkum - historie
1906 – Philip Henry Sharpe
(Royal Engineers Ballon Section)
Dálkový archeologický průzkum - historie
Eduard Spelterini – 1904
Dálkový archeologický průzkum - historie
např. Georg Lawrence (1868 – 1938)
George Lawrence (1906) – soustava 17 draků a panoramatického fotoaparátu
Dálkový archeologický průzkum - historie
o konstantní pohyb v jedné
výšce a jedním směrem –
snadnější vytváření fotomap a
stereosnímků
Newhall 1969 – jedna z
prvních fotografií z letadla
(1909)
Dálkový archeologický průzkum - historie
o Böhm (1939) Letecká fotografie ve službách archeologie
Libušín, okres Kladno (1929)
(Kuna 2004)
Dálkový archeologický průzkum - historie
o 1946 V-2 No. 13 první snímky z
vesmíru (105 km n. m.)
o 1960 první snímky ze satelitu
(program CORONA)
Dálkový archeologický průzkum - historie
o interpretace obrazových pramenů
o vizuální průzkum krajiny
o dokumentace
Dálkový archeologický průzkum
letecký průzkum z malých výšek dálkový průzkum země
letadla družice
snímky radary laserové systémy
Letecký průzkum z malých výšek
o v ca 300 m výšce
o šikmé vůči zemskému povrchu
o snímkování z malých letadel, z ruky, obyčejným digitálním fotoaparátem nebo
dronem
o záměrné vyhledávání a dokumentace pohřbených i viditelných památek
o až do poslední třetiny 20. století jediný způsob
o donedávna bezkonkurenčně nejdůležitější
o velmi efektivní – v rámci hodin na velké ploše
Letecký průzkum z malých výšek
o výborný zdroj fotografií pro 3D modelování
– viz dále
o dobré pro rychlé vyhledání výrazných
objektů (větších částí těla)
Letecký průzkum z malých výšek
Letecký průzkum z malých výšek
Dálkový průzkum země – fotogrammetrické letecké snímkování
(Kuna 2004)
prostorové rozlišení – jak velkou plochu zaznamenává jeden pixel
spektrální rozlišení – počet a šířka použitých spektrálních intervalů
panchromatická – jeden kanál zachycující vše v rozsahu viditelného spektra (odpovídají normálním
čb snímkům) – zpravidla nejlepší rozlišení
monochromatická – jedna barva
multispektrální – ve více různých pásmech spektra (RGB; dají se více analyzovat materiály)
hyperspektrální – desítky až stovky úzkých spekter
termínové rozlišení – časový rozestup mezi jednotlivými záznamy
o automatické snímkování povrchu Země z družice nebo letadla
o zpravidla pro úplně jiné než archeologické použití
o a činnosti spojené s využitím dat, která nebyla pořízena pro archeologické účely
Dálkový průzkum země – letadla a drony
o nalétává se východ západ
o snímky s podélným (60 %) i příčným (30 %)
překryvem
Dálkový průzkum země – družicové snímky
o z družic na oběžných drahách 600–1 000 km
o kamery minimálně, většinou radiometry (měřiče záření)
o do 90. let rozlišení 10–20 metrů, tedy málo použitelné
LANDSAT
o americký civilní systém
o multispektrální 30 m/pixel,
černobílé 15 m/pixel (šířka
záběru 185 km)
o pro většinu povrchu Země je
možné sestavit časové řady
CORONA 1960–1980
o černobílé snímky ve viditelné
části spektra (až 0,6 m/pixel
až po roce 2000)
o vojenské – odtajněno až v
polovině 90. let
o je možné si objednat z US
o nyní zdroj historických dat
WorldView a GeoEye
o 31 cm/px!!!
Dálkový průzkum země – zobrazovací radary
o na letadlech a také na
vesmírných nosičích
o vysílají nízkofrekvenční pulzy (za
infračerveným světlem) směrem
k povrchu Země a pomocí antén
měří sílu energie a dobu mezi
vypuštěním a návratem
o na rozdíl od viditelného světla –
za tmy, skrz oblačnost a někdy
také porostem a některými
povrchy (písek)
o dříve nedostatečné rozlišení,
aktuálně i 1 m/px (TerraSAR-X)
(jpl.nasa.gov/radar/sircxsar)
Dálkový průzkum Země – zobrazovací radary
Angkor – vodní nádrž a
chrám, zčásti „pohřbené“ ve
vegetaci (Moore et al. 2007)
Dálkový průzkum Země – LiDAR / ALS
o LiDAR (Light Detection And Ranging); ALS
(Airborne Laser Scanning)
o aktivní skenování – měří čas mezi vysláním
laserového paprsku a jeho návratem do
snímače
o kontinuálně emituje laserové impulzy (200 kHz;
1064–1540 nm) a zachycuje jejich odrazy (jeden
a více, nejen od země, ale také od zvířat, rostlin
atd.)
o výšková chyba 20–30 cm (u letadel 2–10
bodů/m2, při použití vrtulníků větší rozlišení,
20–100 bodů/m2)
o snímá se opět ve vzájemně se překrývajících
pásech
o pokud sleduje i vlnovou délku odraženého
světla (tzv. full-wave) dokáže do jisté míry
detekovat, od čeho se odrazil
LiDAR / ALS
o částečně možné použít i v zalesněném terénu
o množství záření, které se odrazí, také může
napovědět o vlastnostech daného materiálu
(Ferraz et al. 2009, The
Role of Lidar Systems in
Fuel Mapping)
o ČR kompletně zdokumentovaná
poslední generací (DMR5G; výšková
přesnost 0,18 m; 1,6 bodů na metr)
LiDAR / ALS
o DSM – model povrchu, tedy první odrazy bez ohledu na to, co se odrazilo
o DTM – model posledních odrazů, je klidně možné, že je těchto odrazů třeba jen jedno
procento oproti DSM a hodně se interpoluje, navíc nemusí jít o pevnou zem, ale třeba i o
kmeny
(Crutchley 2010; Savernake forest)
LiDAR / ALS
o ČR kompletně
zdokumentovaná poslední
generací (DMR5G; výšková
přesnost 0,18 m; 1,6 bodů
na metr)
LiDAR / ALS
Zdroje snímků
GoogleEarth
o podle místa 0,3–30 m
o barevné, bezešvé a 3D zobrazení
NASA World Wind
o obdobné
o vyšší rozlišení (na území USA až 10–100 cm), ale méně intuitivní
TopGis – mapy.cz
o objednatelné až 20 cm/pixel
Lidarová data
https://geoportal.cuzk.cz/geoprohlizec/?wmcid=22517
3D modelová dokumentace – výhody
o dokumentace bez ztráty hloubkové
informace
o a bez distorze, která je spojená s 2D
technikami
o větší množství informací, dovolujících lépe
rekonstruovat původní situaci (mnohdy
krátce nato zničenou)
o na rozdíl od totální stanice není výběrová
o měření na digitálním modelu je méně přesné
ale preciznější
o na záznamu nemusí být všechno patrné
3D dokumentace – Time-of-Flight skenery
o podobně jako LiDAR – snímá vzdálenost bodů v prostoru
na základě času letu laserového paprsku
o vhodné právě pro větší objekty (přesnost v řádu mm)
o uzpůsobené na snímání ve venkovním prostoru
o závislost na podmínkách (obraz paprsku musí být vidět)
o produktem je mrak bodů z jednoho místa
3D dokumentace – další typy skenerů – aktivní i pasivní
o stolní skenery nejsou vhodné
(Subsol et al. 2015)
3D dokumentace – structure(shape)-from-motion jednokamerová
fotogrammetrie
o 3D model scény z jejích digitálních
snímků
o z pohybu prvků obrazu při pohybu
objektu -> hloubková mapa objektu
(theia-sfm.org/)
nafocení dané
scény z více úhlů
pohledu
rozeznání prvků
ztotožnění
výpočet polohy
prvků a kamer
vytvoření
digitálního
modelu
3D dokumentace – structure(shape)-from-motion jednokamerová
fotogrammetrie
3D dokumentace – structure(shape)-from-motion jednokamerová
fotogrammetrie
o stačí jen software a fotoaparát a
počítač
o co lze dobře nafotit, to lze
zpravidla také namodelovat
o ne průhledné objekty, objekty bez
textury a pohyblivé scény
3D dokumentace – structure(shape)-from-motion jednokamerová
fotogrammetrie
3D dokumentace – structure(shape)-from-motion jednokamerová fotogrammetrie
3D dokumentace – structure(shape)-from-motion jednokamerová fotogrammetrie
o zákopy
3D dokumentace – structure(shape)-from-motion jednokamerová
fotogrammetrie
o zákopy
3D dokumentace – structure(shape)-from-motion jednokamerová
fotogrammetrie
o venkovní scény
3D dokumentace – structure(shape)-from-motion jednokamerová
fotogrammetrie
o Přibice 2018 – perspektivní zobrazení
3D dokumentace – structure(shape)-from-motion jednokamerová fotogrammetrie
o Přibice 2018 – orthomapa
Dokumentace mimo viditelné spektrum
Dokumentace mimo viditelné spektrum
citlivost lidského oka
pronikavost světla
zdravotní riziko
Dokumentace mimo viditelné spektrum – jak?
Dokumentace mimo viditelné spektrum – jak?
za tmy, pouze s UV osvětlením
Dokumentace mimo viditelné spektrum – jak?
za světla, s UV osvětlením
filtr propouštějící pouze UV
Dokumentace mimo viditelné spektrum – jak?
pouze se zdrojem IR
Dokumentace mimo viditelné spektrum – jak?
za světla, s IR osvětlením
filtr propouštějící pouze IR
Dokumentace mimo viditelné spektrum – proč vůbec?
světla o různých vlnových délkách se liší ve své schopnosti pronikat
některými materiály
kontrast mezi materiály je v UV a IR jiný než ve viditelném spektru
Dokumentace mimo viditelné spektrum – proč vůbec?
UVIR
o dokumentace reliéfu kůže anebo podkožních cév
Dokumentace mimo viditelné spektrum – proč vůbec?
UVIR
o dokumentace reliéfu kůže anebo podkožních cév
Dokumentace mimo viditelné spektrum – proč vůbec?
UVIR
o dokumentace povrchu kostí
Dokumentace mimo viditelné spektrum – proč vůbec?
UVIR
o dokumentace zubních náhrad
Dokumentace mimo viditelné spektrum – proč vůbec?
UVIR
o dokumentace tetování
Dokumentace mimo viditelné spektrum – proč vůbec?
IR
(Rost et al. 2017)
o dokumentace tetování
Dokumentace mimo viditelné spektrum – proč vůbec?
o dokumentace prachová tatováže
Dokumentace mimo viditelné spektrum – proč vůbec?
o materiálů pohlcujících IR na tmavých látkách - krev
viditelné světlo IR
Dokumentace mimo viditelné spektrum – proč vůbec?
o materiálů pohlcujících IR na tmavých látkách – otisky automobilu
IR