Авторизация

Логин:
Пароль:
Восстановить пароль
Регистрация
  • Форум
  • Блоги
  • Контакты
  • Новости
  • Продукты
  • Отрасли
  • Обучение
  • Поддержка
  • События
  • О компании
  • 4 (51) | 2009 Картирование местонахождения ископаемых остатков мамонтов с помощью ArcGIS

    По статье в журнале ArcUser, весна 2009 г.

     

    Ученые исследовательского центра в Южной Дакоте занимаются пересоставлением карт местонахождения костей мамонтов с помощью ГИС, чтобы сохранить полную информацию о находках и автоматизировать выполнение количественного анализа информации, полученной палеонтологами и другими учеными.

    Место раскопок мамонтов в Хот-Спрингсе, штат Южная Дакота, представляет собой закрытый слой плейстоценовых отложений, который содержит ископаемые остатки как минимум 56 мамонтов и многих других животных Ледникового периода. Около 26 тыс. лет назад здесь в карстовой воронке находился теплый пруд с крутыми склонами. Теплая вода и круглогодичная растительность вдоль краев обрыва привлекали мамонтов, но, оказавшись у пруда, они не могли выбраться назад из этой естественной западни. Хотя животные, вероятно, попадали в нее довольно редко, но за 300-700 лет существования этой ловушки в ней накопилось большое количество их останков.


    Захоронение костей Mammoth Site имеет длину 150 футов, ширину 75 и глубину 67 футов.

     

    Это место естественного захоронения ископаемых животных было обнаружено в 1974 г. при рытье котлованов под жилищное строительство. В течение первого сезона раскопок было найдено три мамонта. И с самого начала исследований высокоприоритетной являлась задача подробного картографирования. Оно включало определение точного места расположения каждой кости с описанием того, где и как она была найдена. Изучая тафономию захоронения (то есть, изучая, что происходило с организмом с момента смерти до времени его извлечения из земли), исследователи могут определять условия среды обитания в момент, когда сформировалось отложение, и получать более четкое представление о мире мамонтов. [Для справки: ТАФОНОМИЯ от греч. taphos могила и omos закон, раздел палеонтологии и исторической геологии, исследующий все стадии и закономерности процесса захоронения организмов и образования местонахождений их ископаемых остатков. Эти исследования имеют значение для восстановления палеобиоценозов, а через них и биоценозов прошлого, условий обитания организмов и процессов осадконакопления в районе местонахождений ископаемых животных и ископаемых растений].

    Ранние методы картографирования

    Первоначально для картографирования Местонахождения мамонтов (Mammoth Site) использовалась координатная сетка, на основе которой карты (вернее схематические чертежи) полностью рисовались от руки. Однако, разыскивание костей по этим картам напоминало охоту за сокровищами. И, что еще более важно, любой количественный анализ по созданной бумажной карте также приходилось осуществлять вручную, и это была очень кропотливая и длительная работа.

    Ранние попытки компьютеризировать процесс составления карт с помощью программных пакетов САПР и цифровой камеры Nikon имели переменный успех. Программное обеспечение не очень хорошо подходило для нужд картографирования, а камеру было трудно использовать в специфических условиях места захоронения костей. Полученная карта позволила частично автоматизировать каталогизацию находок, но была менее точной и детальной, чем старая координатная сетка.


    Фотография черепа колумбийского мамонта 79HS217, получившего прозвище Красавчик за отличный уровень сохранности.

     

    Внедрение ArcGIS

    Не так давно исследователи Mammoth Site инициировали проект по полному пересоставлению карт захоронения с использованием новейших технологий. Центр обновил имевшееся программное обеспечение ГИС до ArcGIS 9.2, приобрел роботизированный теодолит Trimble и повысил качество фотографий места раскопок. Эти обновления в значительной мере улучшили качество карты и распахнули двери невозможным прежде исследованиям.

    Сейчас здесь используется комплексный метод фотосъемки для построения карт с привязкой к реперным точкам. На практике эти точки представляют собой четыре или более металлические шайбы, которые размещаются вокруг кости перед ее картированием. Для крупных костей требуются больше реперов. Шайбы хорошо видны на фотографиях, а их точные координаты фиксируются тахеометром.

    Использование фотографий для построения карт и документирования находок

    В соответствии с принятой методикой, фотографии, которые исследователи используют для документирования костей, являются неотъемлемой частью процесса картографирования. Поскольку очертание кости становится частью карты, фотография кости должна быть сделана с точки, расположенной непосредственно над костью на некоторой высоте, что уменьшает искажения.

    Хорошие фотографии небольших костей могут быть сделаны при установке прибора строго в горизонтальной плоскости (по пузырьку уровня на камере), но крупные фрагменты, такие как бедренная кость или череп мамонта, не помещаются на одном снимке, сделанном с небольшой высоты. Поскольку программные пакеты для сшивки снимков не позволяют избежать искажений, связанных с изменениями перспективы съемки, наилучшим решением является фотосъемка с досточно большой высоты над поверхностью земли.


    Оцифрованная форма Красавчика.

     

    К счастью, в месте захоронения костей установлен кран, который используется для удаления костей и грунта. Он и служит в качестве мобильного крепления цифровой камеры на большой высоте. Им можно управлять дистанционно с ноутбука Panasonic CF-30 Toughbook через порт USB.

    Как только фотография сделана, наступает момент использования съемочного прибора Trimble 5600 Robotic Total Station for Surveying для сбора информации о координатах. Сама кость при этом не затрагивается. Теодолит направляется на реперные точки (шайбы), размещенные вокруг кости, и их координаты сохраняются в памяти прибора.

    Создание идеальной карты

    Нанесение линий проверяется с помощью Adobe Photoshop. На карту накладывается снимок кости. Отдельные полилинии ее очертания объединяются, и сформированный шейп-файл добавляется к слою Remap08 карты.

    Фотография каждой кости подгоняется по масштабу и выводится на печать для оцифровки вручную. Касанием кончика пера дигитайзера на каждой из реперных точек определяются их оцифрованные координаты.


    Цифровая карта Красавчика, наложенная на исходный фотоснимок, применявшийся для ее создания.


    Карта, демонстрирующая все кости, вырытые с 1974 года. Степень детализации для костей, нанесенных на карту до 2007 года, невысока.


    Карта, демонстрирующая все заново нанесенные на карту кости с момента начала проекта в 2007 году. Степень детализации для костей на этой карте выше, но данная карта пока не завершена.

     

    Затем реперным точкам, оцифрованным в ArcMap, приписываются координаты, определенные теодолитом. И в ArcCatalog создается шейп-файл с полилиниями, которому присваивается тот же номер, что и наносимому на карту образцу. Далее этот шейп-файл открывается для редактирования в ArcMap, и на карту в соответствующем месте наносится точное отображение кости. К слою в виде атрибутов добавляются дополнительные данные по кости, собранные во время раскопок. Записывается как пространственная информация (высота, азимут, наклон поверхности), так и пояснительное описание: таксон, часть скелета, сохранность и пр. Программа также хранит имя первооткрывателя и комментарии, сделанные относительно кости во время раскопок. Всего в таблице атрибутов Remap08 имеется 30 полей.

    Накапливаемая информация позволяет исследователям сортировать данные по многим параметрам и методикам, что упрощает анализ и получение ответов на такие вопросы, как:

    • Есть ли тенденция накопления определенных таксонов в определенных зонах захоронения?
    • Есть ли тенденция расположения определенных элементов скелета в конкретных направлениях?
    • Уменьшается ли сохранность останков с приближением к поверхности?

    Полные ответы на эти и другие вопросы могут быть получены после завершения проекта по пересоставлению карт.

    Обнаруженные кости в основном принадлежат так называемому Колумбийскому мамонту (лат. Mammuthus columbi), со среднего плейстоцена обитавшему на широких просторах Северной Америки. Это был одним из наиболее крупных представителей семейства слоновых, которые когда-либо существовали. Высота в холке у взрослых самцов достигала 4 м, а их вес составлял около 10 тонн.

    Дополнительную информацию можно получить на сайте http://www.mammothsite.com, или у куратора ведущихся исследований Дональда Энтони Эскера (Donald Anton Esker, E-mail: done@mammothsite.org).




    Версия для печати