Авторизация

Логин:
Пароль:
Восстановить пароль
Регистрация
  • Форум
  • Блоги
  • Контакты
  • Новости
  • Продукты
  • Отрасли
  • Обучение
  • Поддержка
  • События
  • О компании
  • 3 (62) | 2012 Создание историко-культурной геоинформационной системы Болгарского городища

    Чернова И.Ю. (inna.chernova@ksu.ru), Старовойтов А.В. (aldanstar@mail.ru), Лунева О.В. (olunjova@yandex.ru)
    Кафедра геофизики и геоинформационных технологий, Казанский (Приволжский) федеральный университет, г. Казань, Web: www.ksu.ru/f3/gis_center


    Historico-cultural GIS of the ancient settlement in Tatarstan Republic


    В 2011 году Казанский федеральный университет (КФУ) стал участником грандиозного проекта по возрождению памятников истории и культуры Республики Татарстан. С 2010 года по инициативе и при попечительстве первого президента Татарстана Минтимера Шариповича Шаймиева началась широкомасштабная реализация программы республиканского Фонда «Возрождение», включающая реставрацию и реконструкцию исторических достопримечательностей и строительство новых объектов культуры и инфраструктуры. Одним из ключевых объектов деятельности Фонда является Болгарский государственный историко-архитектурный музей-заповедник, который планируется к присвоению статуса федерального, а также к включению в число объектов Всемирного наследия ЮНЕСКО. Предполагается, что Булгарское городище и город Болгар станут новым федеральным туристическим центром.

    Современный город Болгар расположен на левом берегу Волги, в 200км от Казани, а около него расположено городище Булгар (рис. 1, 2). За 150 лет исследований Волжской Булгарии и города Булгар о них написано немало научных трудов. Остатки строений Великого Булгара свидетельствуют о его былом значении и величии. Но и в наши дни Соборная мечеть, Малый минарет, Черная палата, Ханская усыпальница и каменные надгробья и огромный археологический материал из раскопок, в которых много предметов подлинного искусства, производят неизгладимое впечатление. С объектами Булгарского городища сейчас работают многие специалисты Казанского университета: археологи, геологи, биологи, физики, генетики. Каждая группа решает конкретную задачу.

    Главной задачей нашей группы (специалистов Центра геоинформационных технологий КФУ) является информационная поддержка археологического проекта на всех этапах его реализации, обеспечение возможности объединения современных полевых и архивных материалов для совместного анализа, а также принятия решений по планированию и проведению поисковых работ, наглядное представление текущих и окончательных результатов этих работ. В настоящее время в работах по проекту участвует аспиранты, молодые сотрудники, а также группа студентов.

    Базовым программным обеспечением проекта является ГИС – геоинформационная система ArcGIS 10. Работы по реализации проекта идут полным ходом, и мы пытаемся адаптировать к нуждам проекта два основных потока разнородной информации: информации о современном состоянии территории Булгарского городища и информации из исторических архивов и научных отчетов археологов.

    Сбор информации о современном состоянии территории городища практически завершен. Пилотный проект в настоящее время имеет все необходимые базовые слои: растровые – мозаику ортотрансформированных снимков, ЦМР по данным наземной геодезической съемки, ЦММ по данным аэрофотосъемки; векторные – кадастровые участки, здания и жилые дома, линии ЛЭП, газопровод, водопровод, дороги (проектные), проектные здания и сооружения. Внутри ГИС-проекта данные из различных источников проецировались в систему координат СК-42 зона 9 и экспортировались в файловую базу геоданных. Для верификации и уточнения местоположения наземных объектов, а также для получения новых данных в августе 2011 года были проведены полевые геодезические работы. Комплекс работ включал субмиллиметровую GNSS-съемку, тахеометрическую съемку, рекогносцировочные и картографические работы. С помощью GNSS-съемки уточнялось местоположение объектов и триангуляционной сети данных САПР "Генеральный план города Болгар", проводилась независимая привязка памятников архитектуры, объектов инфраструктуры городища, создавалась новая сеть для последующей более точной фотограмметрии.

    Все базовые слои описывают современное состояние территории и являются основой для географической привязки архивных материалов, а также материалов и данных, которые появятся в будущем. Таким образом, сейчас заложена система отсчета координат, которая в дальнейшем меняться не будет. Впрочем, взаимная увязка разнородных данных в географическом пространстве является тривиальной задачей ГИС, и ничего необычного в том, что нам удалось снизить погрешность плановой и высотной привязки до 10-20 сантиметров, нет. Но для данного проекта единая система координат и точное положение объектов являются наиболее значимыми компонентами, т.к. в специализированных слоях есть масса точечных и линейных объектов (находки в археологических раскопах, линейные элементы древних сооружений и т.п.), для которых смещение порядка 1м или более является критичным и крайне нежелательным.

    До проведения летних полевых исследований мы провели дешифрирование данных дистанционного зондирования (ДЗ) различной степени детальности. Наиболее полезным оказалось синтезированное изображение (разрешение 15 см), созданное с помощью инструмента CreatePansharpenedRasterDataset, где в качестве входных данных использовались ортофото аэросъемки 2007 года и 3-х канальный аэрофотоснимок 2011 года. В результате дешифрирования данных ДЗ были выявлены 12 объектов концентрической формы – предполагаемые развалины древних сооружений. Полевые исследования подтвердили перспективность 5 объектов, расположенных в южной части городища. На площадях двух объектов были проведены детальные измерения гравитационного и магнитного полей. Было выявлено наличие погребенного сооружения округлой формы, которое отчетливо проявилось на синтезированном снимке, на детальной ЦМР, а также в гравитационном поле (рис. 3).

    Привязка сетки геофизических работ выполнялась методом высокоточной тахеометрической съемки. Для определения положения современных раскопов также использовались данные GNSS-съемки, полученные в ходе полевых работ. В этих случаях посадка раскопа осуществлялась по угловым точкам, зафиксированным на месте проведения раскопок. Далее отснятые раскопы включались в ГИС-проект в виде нивелировочного плана. Все полевые работы сопровождались видео и фотосъемкой. Таким образом, все важные объекты не только получили точную географическую привязку, но и всестороннее описание. Впервые татарстанские археологи на территории Булгарского городища получили высокоточную топографию объектов своих исследований, впервые полевые археологические исследования были проведены и документированы на высоком техническом уровне, соответствующем мировому.

    Поскольку одной из дальних целей нашего проекта является создание виртуального города (точнее древнего городища), были проведены работы по съемке зданий и сооружений по периметру для последующей фотограмметрической обработки и созданию 3D моделей. Модели создавались в программных продуктах Autodesk 123D Catch и Google SketchUp. Затем модели конвертировались в классы базы геоданных с геометрией multipatch. Серия входных изображений и 3D-модель здания Восточного мавзолея представлены на рис. 4. Привязка и визуализация готовых моделей проводились с помощью инструментов приложения ArcGIS ArcScene. Ориентирование, масштабирование и указание плановых координат объектов в пространстве осуществлялась по набору векторных данных "Постройки и сооружения". Учет высотного положения проводился с помощью детальной ЦМР. Для увеличения скорости отображения данных и правильного наложения векторных объектов ЦМР была представлена в виде TIN модели. Кроме того, для Восточного мавзолея было смоделировано внутреннее помещение и объекты раскопа CXIX, расположенного внутри сооружения (рис. 5). Каждый элемент раскопа представляет собой класс пространственных объектов с Z-координатой, отвечающей за положение объекта относительно ЦМР. Эти классы представляют:

    • ситуационный план (полигоны), который характеризует положение раскопа на местности, его форму, включает основные данные о порядке раскопа, времени заложения и отработки, автора исследований, фонд хранения отчетности по нему и т.д.
    • общий план на уровне материкового слоя (полигоны) имеет информацию о форме, номере вскрытого культурного слоя, глубине залегания, составе, включениях.
    • стенки раскопа (полилинии) описывают простирание профиля по границе раскопа, включают информацию об экспозиции и изображение среза.
    • находки (точки) показывают место обнаружения, фотографию находки, ее описание.

    Классы послойных срезов дублируются TIN-моделями для визуализации в ArcScene.

    С обработкой архивной историко-археологической информации мы имеем гораздо больше сложностей, чем с современной, т.к. информация о местоположениях ранних находок и раскопов скудная, часто условная и недостаточная для нашего проекта с его высокими требованиями к точности входных данных. Источником информации о местоположении раскопов являлись текстовые данные отчетов, в которых описывалось отношение "нулевой" точки раскопа к близлежащим объектам, а также схемы расположения раскопов Булгарского городища. Схемы и описания не определяют точное положение раскопов, но дают информацию о местонахождении раскопов в первом приближении. Данные о местонахождении отдельных находок также определялись по картопланам и описям находок. В половине случаев избежать серьезных погрешностей в привязке ранних раскопов нам помогли инструменты ArcGIS. Дело в том, что очень часто один план раскопа привязывается к другому, а третий к предыдущему и т.д. В итоге получается целое «поле» раскопов, и если хотя бы один из планов раскопов удается привязать удовлетворительно, то остальные подтягиваются автоматически. План раскопа – это прямоугольная сетка, которую легко сгенерировать, используя инструмент CreateFishnet, так как в археологических отчетах обычно приводятся данные об ориентации раскопа (азимут сетки) и размерах сетки планов. Для автоматического индексирования квадратов раскопа в соответствии с методикой создания планов на языке Python был написан собственный инструмент. В дальнейшем планируется расширение набора археологических инструментов.

    В некоторых случаях визуальное дешифрирование участков предполагаемого нахождения раскопов по прямым и косвенным признакам позволяло довольно точно определять границы и крайние точки раскопа. Такими дешифровочными признаками являлись непосредственно границы свежих или незакопанных раскопов, сооружений внутри них; биоиндикационные признаки; характер рельефа поверхности, когда спектральная яркость или характер проседания почв повторяют формы раскопов. В итоге, форма раскопа, представленная в отчетах в виде нивелировочной сетки или ситуационного плана, приводилась к выявленной на снимке и ЦМР площадке (рис. 6).

    Еще одним важным направлением нашей работы является разработка технологии документирования современных раскопов с использованием ГИС, позволяющей регистрировать материалы раскопов в географическом пространстве с точностью до первых сантиметров в плане и по высоте, выявлять и исправлять описательные и пространственные характеристики объектов, создавать 2D и 3D модели объектов и элементов раскопа. Сейчас созданы пилотные проекты документации раскопов, включающие растровые изображения планов раскопов на всех уровнях, векторные модели планов раскопов на всех уровнях, 3D модели планов раскопов, 3D модели сооружений, описания всех элементов и объектов раскопов, включая фотографии находок, тексты. Возможно также подключение видео, выход на Web-страницы, подключение к внешним приложениям и т.д. Археологам, историкам и работникам музея-заповедника совместно с ГИС-специалистами еще предстоит выбрать наиболее эффективный способ документации раскопов. Этот вопрос на сегодняшний день является ключевым, так как представление данных в проекте должно быть не только наглядным и визуально привлекательным, но и пригодным для анализа. В ходе реализации проекта у археологов появилась новая, ранее недоступная возможность получить доступ ко всем результатам многолетних исследований одновременно, взглянуть на свои данные с высоты птичьего полета и вблизи, в разных масштабах. Несомненно, совместный анализ ранее разрозненных данных даст толчок к формированию новых представлений об объектах исследований, возникновению новых идей и гипотез.

    Дальнейшее развитие проекта связано с созданием многопользовательской базы геоданных и использованием серверных технологий ArcGIS. Планируется создание интерактивного интернет-приложения для ArcGIS Server с использованием технологии Flex, что даст возможность обновлять и корректировать данные проекта непосредственно в поле. Другим аспектом использования ArcGIS Server будет разработка картографического Веб-приложения – путеводителя по музею-заповеднику, предназначенного для рядовых пользователей: туристов, школьных учителей, студентов и школьников, и всех, кому интересна и дорога история родного края.

    Думаем, что накопленный нами опыт может быть полезен и при проведении других археологических и подобных им по тематике исследований.


     
    Рис. 1. Обзорная карта с указанным местом проведения исследований. 

    Рис. 2. Обзорный план Булгарского городища с врезками. 

    Рис. 3. Обнаружение погребенных сооружений дистанционными и геофизическими методами. 

    Рис. 4. Создание 3D моделей архитектурных памятников.

    Рис. 5. 3D моделирование раскопа и его представление в ArcScene: а) бумажный оригинал плана раскопок, б) модель элементов раскопа, включающая фрагменты древних сооружений и находки.

    Рис. 6. Дешифрирование аэрофотоснимка с целью уточнения местоположения и формы раскопа.



    Версия для печати