03.12.2016
лазерный сканер

Технологии лазерного сканирования Земли открывают новые возможности

Рейтинг:  0 / 5

Звезда не активнаЗвезда не активнаЗвезда не активнаЗвезда не активнаЗвезда не активна
 

Во все времена археологам приходилось брать в руки лопаты и копать. Но в наши дни они все чаще используют в своей работе новейшие технологии и приборы. В археологии произошла своя техническая революция. Теперь ученые ищут забытые города и богатые захоронения с помощью лазерных сканеров и беспилотных летательных аппаратов.

Что ж, ученым надо спешить. Наш мир сотрясают войны, и если не поторопиться и не приехать к забытым прежде руинам, то завтра их может там не остаться. Что же мы увидим там? Что поможет нам заглянуть в прошлое?

Еще сто лет назад первые пилоты, поднимавшиеся в небо, обращали внимание на то, что местность порой бывает расчерчена странными узорами: прямоугольниками, кругами.

Оказалось, это прошлое напоминает о себе. Люди, жившие здесь, возводили стены и рыли рвы, оставляя такие «зарубки и шрамы» в ландшафте, что они заметны и теперь, стоит только взмыть ввысь, чтобы увидеть «лицо земли». К примеру, там, где в земле покоятся обломки распавшейся стены, трава вырастает ниже, а к концу лета быстрее вянет, чем по соседству с ней. На зеленом ковре растений вдруг проступает, словно вдавленная кем-то, полоса.

В наши дни воздушная археология переживает новый расцвет. С использованием лазерной техники и самых современных летательных аппаратов - от беспилотников до спутников - перед учеными открылись удивительные возможности.

Принцип работы лазерного сканера похож на радиолокацию. Лидар (LiDAR - Light Detection and Ranging) излучает лазерные лучи; те отражаются от деревьев, кустов и грунта. Прибор измеряет промежутки времени, в течение которых вернулись отраженные сигналы. По ним определяется длина пути, пройденного световыми лучами. Все эти миллионы сигналов позволяют воссоздать точнейшую картину местности, причем то, что мешает разглядеть панораму во всех ее деталях, ближе всего к вертолету или самолету. Это - кроны деревьев, верхушки кустов. Их прибор отфильтровывает. Соседние лучи, проникая в просветы между ветвями, дают обрывочное представление о том, что деревьями скрыто. Как кляксы, те пятнают карту, но не мешают нам видеть то, что на самом дне, - объекты, расположенные близ земли: распавшиеся стены, руины домов, могильные холмы.

Лазер помогает ученым даже заглядывать на дно рек и озер. Правда, лучи света проникают всего на три-че-тыре метра вглубь воды, но зачастую и этого достаточно, чтобы обнаружить памятники прошлого. Как правило, остатки построек и другие предметы материальной культуры, со временем оказавшиеся под водой, еще и теперь находятся неподалеку от берега.

Лазерные сканеры, установленные на летательных аппаратах, быстро обследуют обширную территорию. С помощью этих приборов археологи могут заглядывать вглубь веков почти так же уверенно, как сто лет назад медики - вглубь человеческого тела благодаря таинственным Х-лу-чам. Компьютеры с помощью особых программ стирают с картинок лесную чащобу, создавая трехмерное изображение местности, где не видно ни деревца, ни куста, зато отчетливо заметны любые геометрические структуры. Они - словно тени, отброшенные руинами, погребенными в земле, выдают присутствие археологических объектов.

С помощью лазера можно увидеть не только неопознанные прежде объекты, но и подробно изучить весь культурный ландшафт, на котором, как на персидском ковре, вытканы - только невидимыми нашему глазу нитями — дороги, поля, сады, всё, что было украшением местности много веков назад. Ведь любую находку, сделанную археологами, можно понять, поясняют они сами, только зная, как жили те люди, как они работали, о чем думали.

При высокой разрешающей способности, которую обеспечивает лазер, на «чистом листе» местности можно прочитать много очень мелких сообщений - о деталях отдельных построек, о неприметных захоронениях, о той самой частной жизни людей прошлого, о которой еще не так давно в больших исторических трудах писалось в несколько строк петитом.

Технология продолжает улучшаться. Следы древних стен, например, еще отчетливее вырисовываются, если фотографировать местность при помощи так называемых гиперспектральных сенсоров. Ведь на таких снимках мы видим то, что недоступно нашему глазу - что проступает только в инфракрасном и ультрафиолетовом диапазонах. На фотографиях заметны тончайшие оттенки в окраске почвы - как и то, где растительность гуще, а где растет реже обычного. Подобную технологию начали использовать лишь недавно, а потому археологи только учатся истолковывать по этим необычным узорам, что еще может таиться в почве - в этой «пыли веков».

После того, как археологи с помощью лазерного сканера составят точную карту местности, можно приступать к ее подробному обследованию, применяя геофизические методы.

Самый известный из них - геомагнитный метод. Прибор измеряет характеристики магнитного поля Земли в верхнем слое почвы (на глубине до двух метров). Если там есть неоднородности - предметы материальной культуры, - на магнитограмме всё будет видно. Четкость магнитных снимков неуклонно растет. Их получают всё быстрее. Новейшие приборы позволяют обследовать за час территорию площадью 6,5 гектаров. Машина, оснащенная зондами, методично объезжает ее. По словам археологов, сегодня за день можно сделать столько, сколько раньше - за три месяца.

При исследовании небольших участков все чаще пользуются специальным радиолокатором («геолокатором»), который «просвечивает» грунт. Его разрешающая способность необычайно высока. С его помощью можно обнаруживать материальные объекты, утаенные под толщей глины и песка на глубине в несколько метров.

Недавно арсенал ученых пополнил электромагнитный метод. Он позволяет заглянуть еще глубже.

Пока многие археологи - даже в ведущих западных странах - могут лишь мечтать о таких приборах. Гиперспек-тральное сканирование применяется очень редко. И все-таки каждый ученый должен хотя бы знать, какие технологии появились в распоряжении его коллег, какие данные можно собрать с их помощью и как их интерпретировать. Ведь ручеек новой техники, едва просочившись в археологию, рано или поздно, сметет на своем пути все старое, ветхое. Так, тот же геомагнитный метод широко вошел в обиход археологов, пусть многие и используют устаревшие модели магнитометров (новые стоят порядка 120-130 тысяч евро).

Новейшие технологии позволяют восстановить облик исчезнувших зданий и даже целых городов, вообще не приступая к раскопкам. Так произошло со школой гладиаторов, которая находилась когда-то в римском городе Карнунт, что лежал в полусотне километров от Вены (в императорскую эпоху Карнунт был столицей провинции Верхняя Паннония).

Сегодня на месте бывшей школы видны лишь остатки амфитеатра. Вокруг тянется пустырь, кое-где поросший кустарником и деревьями. Летом 2011 года по нему принялся ездить трактор, оснащенный мультиканальным радиолокатором - излучаемые им волны проникают сквозь толщу грунта. С его помощью была обследована территория площадью более 11 тысяч квадратных метров. Радиоволны замечали любые неоднородности в почве, а специальная компьютерная программа воссоздавала по ним двумерные и трехмерные изображения.

После этой работы, проделанной сотрудниками Института археологической разведки и виртуальной археологии имени Людвига Больцмана, на экране компьютера возникло римское здание. Круглая каменная арка возвышалась над входом. Во внутреннем дворе виднелась деревянная арена. Когда-то здесь упражнялись гладиаторы, прежде чем выйти на поединок. Итак, всего несколько часов потребовалось, чтобы восстановить облик исчезнувших построек. Увидеть фундаменты зданий и колонн, фрагменты стен, остатки напольных покрытий. Теперь, пожалуй, отпала надобность раскапывать школу гладиаторов, раз археологи уже знают всё о ней. На очереди - виртуальные раскопки самого римского городка.

Augmented reality, «приращенная реальность» - так стали называть эту технологию, позволяющую увидеть постройки, находившиеся на месте нынешнего пейзажа. Увидеть, ничего не разрушая вокруг. Увидеть сквозь землю.

Стремление изучать прошлое, не вредя настоящему, отвечает многим чаяниям, в том числе законам о защите культурного наследия ряда государств. Ведь руины древних цивилизаций - дабы избежать их разрушения и разграбления -лучше оставлять в земле. Да упокоятся они с миром! Мы же сохраним по возможности полное представление о них. Средства виртуальной археологии уже сейчас позволяют сделать это. Очевидно, со временем археологические раскопки станут чем-то исключительным. Их будут проводить разве что при строительстве автострад, железных дорог или подземных гаражей.

Ведь, если говорить начистоту, то, как бы профессионально ни работали археологи, описывая всякую мелочь среди находок, как бы ни ценны были результаты их работы, они, как переруганный всеми Шлиман, все равно культурный слой разрушают непоправимо. Натуралисты дней давно минувших, взяв ружьецо, пополняли коллекции черепов и чучел. А потом модель поведения сменилась. С фотоаппаратами, кинокамерами стали отправляться на своего рода «тихую охоту». Может, и археологи будут все чаще заниматься «тихими раскопками»? Лишь с помощью лазеров и локаторов описывая руины, лежащие в земле, но не тревожа их. Щадя.

Венский Институт имени Больцмана в Европе сейчас, пожалуй, лидер в разработке новейших дистанционных методов исследования археологических объектов. Локаторы, разработанные здесь, видят сквозь землю, сквозь снег и лед. Так, недавно в Норвегии им удалось рассмотреть погребальную камеру, в которой много веков назад упокоился вождь викингов.

Но прежде чем археологи принимаются просвечивать почву или лед с помощью радиоволн, они обследуют территорию с воздуха. И наибольшие успехи связаны у них с лидаром. Блестящий пример использования подобной техники - Ангкор, столица и религиозный центр средневековой Камбоджи, Кхмерского царства. Размеры Ангкора и поныне можно оценить лишь приблизительно, признавались историки. Значительная его часть, вероятно, скрывается среди тропического леса.

Ангкор-Ват - самый величественный храм страны кхмеров, одна из главных туристических жемчужин Азии. Но у туристов, приезжающих сюда, неизменно возникают вопросы: «Где жили люди, строившие этот город-храм? Где жили сами служители храма? Где пролегали дороги, по которым передвигались горожане и гости кхмерской столицы? Где крестьяне возделывали рис, чтобы прокормить горожан?» Ведь без людей храмы мертвы. Боги требуют, чтобы рядом с храмами были их ревностные почитатели. Опустевшие города, чему примером и сам Ангкор, немедля покидают и боги.

Ученые давно предполагали, что в окрестностях Ангкора были разбросаны поселения, об этом говорили надписи, которые они встречали на стенах здешних построек. Однако непролазный лес не давал взяться за работу. Кроме того, в отличие от храмовых построек, жилища кхмеров сооружались не из камня. Они после того, как были оставлены, превратились в груды глины.

В густом лесу эти холмики глины, из которых сложен город, на общей панораме Ангкора не разглядеть. Он остается невидим для человеческого глаза даже, когда поднимешься в воздух на самолете. Лишь с помощью та кого лазерного сканера, как лидар, удалось увидеть остатки строений.

Чтобы найти следы исчезнувшего города, ученые из Сиднейского университета (руководитель - Дэмиан Эванс) пару лет назад обследовали окрестности Ангкора с воздуха. Традиционно археологи очень медленно восстанавливают облик исчезнувших городов, раскапывая их пядь за пядью. С лидаром не так. «Этот прибор произвел фурор, - к такому выражению прибег Эванс. - Внезапно мы увидели перед собой целый город». По его словам, технология лазерного сканирования так развилась за последние годы, что «теперь ее стало выгодно применять в археологических исследованиях». Разрешающая способность сканера настолько высока, что можно разглядеть объекты величиной в пару сантиметров. Без него обследование местности затянулось бы на много лет, если бы вообще состоялось.

В окрестности Ангкора следы человека обнаруживались всюду: пятна построек, дороги, каналы. Этот храм и поныне поражает своим величием. Но насколько же громадным был город, выросший вокруг него! Археологи убедились, что столица кхмеров, в самом деле, была в несколько раз больше, чем считалось прежде. Постройки и поля раскинулись на площади, по меньшей мере, в 370 квадратных километров. Это был один из крупнейших городов доиндустриальной эпохи.

Строгая геометрическая планировка этого города-призрака невольно заставляла вспомнить Нью-Йорк. Каждая группа построек была отделена одна от другой улицей или каналом. В каждом таком квартале имелся свой пруд -свой огромный резервуар с водой.

Любопытно было и открытие, сделанное к северу от центральной части Ангкора. Там - опять же с помощью лазера, - на горе Пном-Кулен, нашли неизвестный прежде город. По-видимому, это - Махендрапарвата, город, который построил еше основатель Кхмерского царства. Произошло это примерно за триста лет до начала строительства Ангкора. Об этом городе нам известно лишь из надписей, но точное его положение, как и его размеры, оставались неизвестны ученым.

В принципе, нас не должны удивлять размеры города, выросшего вокруг Ангкора. Ведь хозяйство кхмеров было экстенсивным. Чем больше людей проживало в городе, тем больше земель в округе отводилось под рисовые поля. Но с последними открытиями, сделанными в окрестности Ангкора, ученым стало понятно, почему могла погибнуть цивилизация кхмеров. Чтобы выжить в таком мегаполисе, этом индокитайском «Вавилоне» (он и впрямь напоминал великие города Древнего мира), кхмерам пришлось соорудить изощренную оросительную систему. Ведь ливневые дожди выпадают в стране от случая к случаю, в другое же время поля здесь страдают от засухи. Лишь вовремя отводя и накапливая воду, а затем подавая ее на поля, можно сохранить урожай. Земледельческое хозяйство кхмеров, как и жителей Месопотамии, было основано на ирригации. Однако города в таких культурах не могут расти бесконечно. Чем громаднее становился Ангкор, тем труднее было подавать воду к его окраинам, тем большие резервуары воды требовались повсюду. Каналы засорялись, их надо было поддерживать в порядке, чистить - это было все труднее.

Город же наступал на лес. Люди вырубали деревья, отвоевывая землю под поля и каналы. От этого лишь острее чувствовалась нехватка воды. Местность превращалась в пустыню. Результаты лазерного сканирования, проведенного археологами, впервые показывают, какой опустошительной эрозии подверглась тогда эта местность. Только искусственное орошение оживляло ее.

На протяжении столетий жители Ангкора успевали справиться с ремонтом оросительной системы. Но вот в XIV-XV веках на страну кхмеров обрушились страшные засухи, они продолжались десятилетиями. Неурожаи заставляли город бурлить, сгоняли людей с места, готовили скорый упадок и храмовому хозяйству, и всей столице кхмеров. Отныне их города и деревни располагались в основном по берегам рек. Грандиозный храмовый комплекс Ангкор, чудо средневековой инженерной мысли, был окончательно покинут. К XVI веку цивилизация кхмеров погибла.

А города майя, затерянные в тропических лесах Центральной Америки? Насколько велики в действительности были они? Долгое время археологам оставалось лишь спорить об этом, ведь здешние руины тоже буквально утопают среди растительности, поглотившей их.

Когда несколько лет назад американские археологи, работавшие в Белизе, обследовали окрестности древнего города Караколь с борта самолета, используя лазерный сканер, лидар (см. «3-С», 4/11), они убедились, что одиннадцать веков назад здесь могло проживать не менее ста тысяч человек. Ведь город (или может быть, ряд слившихся друг с другом городов) раскинулся на территории площадью более 200 квадратных километров. Вся местность была покрыта густой сетью дорог и площадей. До этого археологи почти четверть века работали в Караколе и за это время сумели расчистить руины на территории площадью примерно в 20 квадратных километров. В отчете, опубликованном в журнале Archaeology, говорится: «Джунгли слишком долго ослепляли нас, археологов, занимающихся историей майя. Сведения, полученные благодаря лазерной технике, побуждают нас окончательно отбросить некоторые предрассудки, касающиеся тропических цивилизаций, например, представления о том, что их поселения были, пожалуй, не очень большими и не очень сложно устроенными».

Камбоджа и Центральная Америка - не единственные регионы нашей планеты, где археологи при помощи лазера сканируют местность с самолета или вертолета. Например, участники проекта Giza Plateau Mapping Project заняты составлением карты окрестностей плато Гиза, где расположены величайшие пирамиды Египта. На эту карту археологи наносят поселения и города, лежавшие в древности вокруг плато.

Со временем лазерные сканеры станут одним из главных рабочих инструментов в археологии. В Европе с их помощью тоже сделан ряд интересных открытий.

• Вот один из объектов, который привлек внимание исследователей: долина реки Бойн в Ирландии, включенная в список Всемирного наследия ЮНЕСКО. Здесь, к северу от Дублина, на территории площадью 780 гектаров высится ряд курганов, под которыми скрываются княжеские захоронения и святилища. К примеру, в местечке Наут, в кургане высотой в сотню метров, сохранилась княжеская гробница IV тысячелетия до новой эры. Поблизости расположены еще полтора десятка небольших холмов, где могут находиться другие гробницы. Группа ирландских археологов сканировала эту местность при помощи лазера. На ее трехмерной модели проступили незамеченные прежде холмы - возможно, там тоже упокоены останки древних воинов или вождей. Карта местности пестрит подобными объектами, которые предстоит изучить.

• На западе Румынии, в местечке Корнешты, близ Клужа, обнаружена огромная крепость, сооруженная из земли, предположительно, в бронзовом веке, около 3500 лет назад. Только ее центральная часть (а состояла крепость из четырех концентричных сооружений) достигала в поперечнике почти трех километров; ширина ее равнялась двум километрам. Невидимая с земли, она открывается во всех деталях, когда поднимаешься в воздух. Тогда видны все эти валы и рвы, оборонявшие здешних жителей от врагов.

• Крепости викингов, имеющие в плане форму круга, редки. В основном они возводились во второй половине X века, когда Данией правил Ха-ральд Синезубый, подчинивший себе также Норвегию и покоривший большую часть северного побережья Германии, Франции и Нидерландов. И именно такая крепость была обнаружена в прошлом году в Кёге на острове Зеландия. Это - первая крепость викингов, найденная в Дании за последние 60 лет. Обнаружить ее удалось лишь благодаря лазерному сканеру, поскольку невооруженным глазом практически не заметить это небольшое кольцевое возвышение. Местность здесь словно чуть вспучилась. Затем с помощью магнитометров на этой территории были найдены давно засыпанные рвы, распавшиеся валы, остатки зданий.

• Вот еще пример, показывающий, насколько полезен лазерный сканер. Детально обследовав один из районов Германии - Шварцвальд, занимающий территорию около 2000 квадратных километров, - ученые выявили примерно три тысячи археологических объектов. Сканируя же эту местность, они выявили свыше 36 тысяч объектов, которые заслуживают внимания археологов. На экране компьютера проступили взрытые когда-то пашни, остатки костров, земляные валы, могильные холмы, ямы, вырытые рудокопами.

В ближайшие годы лазерная техника должна стать незаменимым орудием археологов. Это позволит значительно сократить расходы на экспедиции, ведь копать будут только там, где неминуемо обнаружат памятники прошлого. У каждой «иголки в стоге сена», каковыми и являются археологические объекты, затерянные где-то в земле, найдется свой точный адрес.

Еще несколько лет назад археологи, надеясь отыскать следы древних построек, поднимались на борт самолета и облетали местность. Теперь этим все чаще занимаются беспилотники, к тому же совершающие полеты на гораздо более низкой высоте. В сочетании с лазерной техникой и компьютерными методами обработки изображений это открывает перед археологами фантастические возможности.

Разумеется, и новейшие технологии имеют свои пределы. В городах, где толщина культурного слоя достигает многих метров, приборы не могут всмотреться в это нагромождение артефактов. Радиолокатор ничем не поможет, если влажность почвы чересчур высока. И даже, когда на экране компьютера возникает геометрически четкий план «чего-то», ученым не всегда удается угадать, что именно погребено там, в земле. Случай со школой гладиаторов в Карнунте можно считать исключением, потому что историкам очень хорошо известно, по какому плану строились подобные школы в Древнем Риме. Истолковать схему, полученную прибором, не составило труда. На экране из этих разрозненных штрихов возникла античная постройка.

Но недостатки новых технологий не могут отменить главного. Повторюсь, раньше, чтобы узнать, что было на этом месте, археологи перелопачивали (порой понапрасну) груды земли. Но с тех пор, как в их распоряжении появились новейшие приборы, рухнула стена - стена земли, разделявшая нас и мир пращуров. Теперь археологам уже нетрудно увидеть, как выглядела местность много веков назад. Прошлое всегда рядом. Прежде оно незримо покоилось у нас под ногами, теперь возникает перед нами. Смотрит с экранов компьютеров. Ждет своего воскрешения.

Источник: Знание сила 2/2015

  1. Последние
  2. Популярные
Загрузка...

Новости технологий сегодня

Наш сайт посвящен новостям в сфере высоких технологий, а также инноваций в мире интернета, автопромышленности.

Представлены материалы по развитию технологических компаний и стартапов. Интересным будет информация по настройке и хакингу гаджетов и устройств на Android, Apple iOS и прочее. Покажем как правильно выбирать устройства для покупок.

В процессе наших экспериментов с сайтами по оптимизации и настройке, в рубрике Вебмастер Мы делимся своим опытом в том как создать свой сайт на популярных платформах Joomla, Wordpress, настроить его и оптимизировать.

Самые популярные метки