Archeologia lotnicza
Archeologia lotnicza, zwana też czasem "archeologią zdjęć lotniczych” gałąź archeologii, polegająca na obserwacji i analizie powierzchni ziemi z powietrza w celu wykrycia i udokumentowania śladów stanowisk archeologicznych, jak również na analizie i interpretacji zdjęć lotniczych wykonanych w innych celach i poszukiwaniu zawartych w nich informacji przydatnych archeologom.
Cele archeologii lotniczej
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 krajobrazu historycznego.
dokumentacja stanowisk archeologicznych o własnej formie terenowej (np. grodzisk czy kurhanów),
rozpoznanie przestrzennej struktury stanowisk archeologicznych bez badań wykopaliskowych,
monitorowanie stanu zachowania obiektów archeologicznych,
monitorowanie rozległych inwestycji (np. budowy autostrad czy gazociągów),
wybór reprezentatywnego stanowiska archeologicznego do badań wykopaliskowych,
opracowywanie planu prac wykopaliskowych i nadzór ich realizacji,
prezentacja wyników terenowych badań wykopaliskowych,
retrospektywna rekonstrukcja środowiska geograficznego,
analiza historycznych procesów rozwoju osadnictwa miejskiego i wiejskiego,
dokumentacja krajobrazu kulturowego w skali regionalnej,
odkrywanie wiedzy archeologicznej w bazach danych zawierających zdjęcia lotnicze,
dokumentowanie zabytków architektury, historycznych układów urbanistycznych i zabytkowych wsi,
tworzenie narracji historycznej w procesie opowiadania lokalnej i regionalnej historii
Archeologia lotnicza miała wielu pionierów. Pierwsze zdjęcie archeologiczne wykonano w 1906 przez P.H. Sharpe'a, z wojskowego balonu sfotografował stanowisko megalityczne Stonehenge w Wielkiej Brytanii i otaczających go konstrukcji ziemnych.. Działający w czasie I wojny światowej na terenie Mezopotamii G. A. Beazeley, Osbert G. S. Crowford zajmował się starożytnymi podziałami pól, sposobem ich użytkowania. W latach 1917-1918 podczas wielokrotnych lotów nad równiną Tygrysu i Eufratu dostrzegł pozostałości starożytnych systemów irygacyjnych, rozległych układów urbanistycznych i fortyfikacji. Jednym z jego największych odkryć były ruiny Samarry - miasta z IX w., położonego na północny zachód od Bagdadu na brzegu Tygrysu. W Polsce metodę dokumentacji stanowisk przy wykorzystaniu fotografii lotniczej wprowadził pod koniec lat 30-tych XX wieku Józef Kostrzewski podczas badań późno neolitycznej osady w Rzucewie i właśnie on był prekursorem tych badań interdyscyplinarnych, zorganizował zespół specjalistów do badań w Biskupinie. Jego zasługą jest to, że badania archeologiczno-przyrodnicze w okresie powojennym rozwinęły się najbardziej w Poznaniu.
Na dużą skalę wykorzystywano zdjęcia z powietrza podczas badań w Biskupinie do dokumentacji odkrytych konstrukcji. Używano balonu na uwięzi z aparatem i samolotu, sporadycznie balonu wodnego.
W 1935 r. Zdzisław Rajewski i Wojciech Kóčka zaprojektowali mały balon kulisty o śr 3m. Był to balon na uwięzi przeznaczony do zdjęć pionowych z wys. 5- 150 m. Migawka aparatu fotograficznego podwieszonego pod balonem była zwalniana wyzwalaczem elektrycznym połączonym przewodem z baterią na ziemi, po każdym zdjęciu trzeba było balon z aparatem ściągnąć na ziemię. Od 1937 r. balon obserwacyjny na uwięzi zaopatrzony był w duży kosz dla załogi. Zdjęcia wykonywano z ręki z aparatu na płytkach szklanych, obejmowały znacznie większą powierzchnię odkrytej konstrukcji. Od 1958 r. z inicjatywy prof. Rajewskiego podjęto na nowo akcję wykonywania zdjęć z powietrza wykorzystując helikopter
pole bitwy pod Grunwaldem
pole bitwy pod Legnicą
Fotografie wykonywał Tadeusz Biniewski.
1960-1961 i 1967 Zygfryd Ratajczak fotograf poznańskiego MA wykonał 345 zdjęć najważniejszych stanowisk wielkopolskich widocznych na powierzchni. Były to zdjęcia ukośne z helikoptera.
Obiekty archeologiczne można zidentyfikować z powietrza dzięki określonym śladom widocznym bezpośrednio lub pośrednio na powierzchni ziemi. Cztery kategorie śladów widocznych z powietrza:
znamiona cieniste (obiekty rzucające cień),
wygląd roślinności,
różnice w zabarwieniu wilgotności gleby,
wskaźnik wilgotnościowy.
Obiekty rzucające cień
Gra światłocienia wydobywa niewielkie zróżnicowanie rzeźby terenu. Niektóre ślady są niewidoczne z ziemi i można je zauważyć jedynie na zdjęciu lotniczym wykonywanym przy odpowiednim oświetleniu, przy najbardziej skośnym położeniu słońca we wczesnych godzinach rannych lub późnym popołudniem. Szczególnie dobre rezultaty osiąga się przy fotografowaniu grodzisk, kurhanów, rowów, fos. Często spojrzenie z góry daje całościowy i przejrzysty obraz. Nierówności terenu mogą uwidaczniać się podczas powodzi lub zalegania śniegu. Do interpretacji posługującej się wyróżnikiem światłocienia najlepiej nadają się zdjęcia nachylone i skośne bardziej podkreślające bryłowatość sfotografowanych form terenowych.
Wygląd roślinności (znamiona wegetacyjne)
Zróżnicowanie wysokości i zabarwienia roślinności, podłoże ma korzystny lub negatywny wpływ na wegetacje rośliny. Ponad niewidocznymi dziś rowami, fosami rośliny będą bujniejsze, na wiosnę ich zieleń będzie bardziej intensywna. Blisko powierzchni murów, dróg roślinność będzie miała zahamowany wzrost, mniej intensywne zabarwienie. Dobrze to widać, gdy pola porośnięte są zbożami: jęczmieniem, pszenicą, owsem. Odmienne niż wokół gatunki mogą rosnąć np. nad wapiennym murem, niektóre kwiaty polne wybierają powierzchnię nasypów.
Zróżnicowanie zabarwienia gleby i znamiona higroskopijne
Gleba w której są pozostałości archeologiczne może różnić się zabarwieniem od otoczenia fosy. Fosy, studnie, kurhany często zawierają wypełniska o innym odcieniu, kontrastującym z barwą nienaruszonego podłoża wokół. Rosa czy wilgoć po opadach deszczu może utrzymać się dłużej lub krócej nad murem czy wykopem powodując lokalną zmianę barwy lub jej intensywności (tzw. znamiona higroskopijne).
Wyróżnik wilgotnościowy
Na zdjęciach zróżnicowane jest przesiąkanie wód opadowych do gruntu w zależności od cech hydrologicznych i morfologicznych podłoża. W miejscach zaburzonych przesiąkliwość wody jest większa niż w miejscach o nienaruszonej strukturze wewnętrznej. Służy do obserwacji warunków hydrologicznych oraz analizy zróżnicowania gleb na stanowisku i w jej okolicy. Wyróżnik wilgotnościowy w połączeniu z obserwacją roślinności porastającej dany teren ma duże znaczenie w odtwarzaniu sieci hydrologicznej.
Wyróżniki śniegowe i szronowe
Kiedy na otwartej przestrzeni stały, silny wiatr rozprowadza pierwszy śnieg, odkłada się on po zawietrznej i nawietrznej stronie wzniesień i zagłębień, i w ten sposób podkreśla, nieraz w sposób bardzo wyrazisty, urzeźbienie terenu. Podobny obraz powstaje podczas roztopów, kiedy 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 i szronowe dzięki swej kontrastowości i wyrazistości są z reguły łatwe do fotografowania. Ponieważ często pokrywają one większe obszary i mogą się rozciągać - jak w przypadku rzymskich dróg - na odcinkach wielu kilometrów, wskazane jest wyszukiwanie i fotografowanie ich z większych wysokości. Dla perspektywicznego "zagęszczenia" obrazu słabo widocznych, lub na dłuższych odcinkach poprzerywanych śladów, wskazane może być wykonanie zdjęcia pod ostrym kątem, wzdłuż osi danego obiektu, z niewielkiej wysokości.
Wraki i archeologiczne stanowiska podwodne
Archeologiczne obiekty podwodne (wraki statków, ślady portów i osad) można przy sprzyjających warunkach zaobserwować z lotu ptaka do głębokości ok. 5 metrów przy odpowiedniej przejrzystości wody, która zależy od jej temperatury i wynikającej z niej obecności najdrobniejszych żyjątek i zawiesin - z tych względów okres letni i wczesnojesienny z reguły nie nadaje się do obserwacji. Drugim decydującym czynnikiem jest stan powierzchni wody - jedynie przy bezwietrznej pogodzie wyżowej fale ani mgły nie zakłócają możliwości obserwacji dna morskiego.
Próbą modyfikacji jest posługiwanie się przez archeologów fotografią lotniczą. Archeologów interesuje tylko ten fragment przyrody obiektywnej który podlegał ludzkiej działalności praktycznej, który uczestniczył w kontaktowaniu się danej społeczności z przyrodą w sposób określony historycznie. Zaletą zdjęć lotniczych jest możliwość wychwycenia różnic w ilości faktów przyrodniczych rejestrowanych na mapach topograficznych. Zdjęcia fotograficzne rejestrują więcej elementów niż najbardziej szczegółowe mapy topograficzne. Chodzi o jakość rejestrowanych informacji.
Na fotografiach lotniczych powinniśmy poszukiwać tych składników środowiska przyrodniczego, które usprawnią badania przemian zasiedlenia. Na zdjęciach lotniczych mamy do czynienia z trzema różnymi płaszczyznami odniesienia nałożonymi na siebie w jednym obrazie:
płaszczyzna wód gruntowych do zmian poniżej powierzchni Ziemi,
płaszczyzna powierzchni morfologicznej terenu,
płaszczyzna szaty roślinnej o różnej wysokości nad powierzchnią terenu.
Nakładanie się płaszczyzn różnie reagujących na oświetlenie promieniami słonecznymi utrudnia lub uniemożliwia poprawne ich odczytanie zwłaszcza na czarnobiałych zdjęciach. Zdjęcia lotnicze wykonywane w podczerwieni lub na błonie spektroskopowej, dwubarwnej pozwalają na określenie poziomu zalegania wód gruntowych i ułatwiają ich rozpoznanie, wykorzystując zasadę mniejszej lub większej przepuszczalności gruntu, co jest wykładnikiem litologii podłoża terenu.
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
Zasadniczo zabytki archeologiczne dokumentować można prawie wszystkimi popularnymi aparatami fotograficznymi, za pomocą których wykonuje się z powietrza zdjęcia ukośne. W fotografii lotniczej stosuje się film o podwyższonej czułości i zazwyczaj większej kontrastowości niż w innych działach fotografii. Wykorzystywane są zdjęcia czarnobiałe i barwne.
Fotografia umożliwia odnalezienie i lokalizację obiektów dobrze zachowanych jak i takich które są trudne do interpretacji lub zupełnie niewidoczne z powierzchni ziemi. Wykonuje się trzy rodzaje zdjęć:
zdjęcia pionowe wykonywane z wysokości kilku tysięcy metrów, służą przede wszystkim do celów kartograficznych, wykonanie zdjęć tych wymaga dużej precyzji, oś optyczna aparatu musi być idealnie prostopadła do powierzchni ziemi. Dają widok zbliżony do planu, można je wykorzystywać do sporządzania map,
zdjęcia ukośne lepiej widoczne są ślady stanowisk archeologicznych (150-1200m), trójwymiarowy obraz rzeźby terenu jest dobrze widoczny,
zdjęcia nachylone- wykonywane pod kątem większym niż 3 stopnie, ale bez widocznej linii horyzontu
Terem można pokryć zdjęciami nachylonymi, ukośnymi, na których widoczna jest linia horyzontu oraz zdjęciami pionowymi. Do zalet zdjęć nachylonych czy ukośnych należy łatwość ich wykonywania, łatwość rozpoznawania szczegółów topograficznych, możliwość szybkiej orientacji zdjęcia w terenie i walory estetyczne. Zdjęcia nachylone lub ukośne gwarantują większe pokrycie. Zdjęcia pionowe, których kąt nie przekracza trzech stopni wykonywane są na użytek geomorfologów, agrotechników, archeologów. Można je podzielić na zdjęcia pojedyncze, szeregi zdjęć, zespoły zdjęć.
Podczas wykonywania szeregu zdjęć należy zadbać aby pokrycie podłużne kolejnych zdjęć wynosiło ok. 60%, natomiast w trakcie wykonywania zespołu zdjęć istotne jest zachowanie pokrycia podłużnego zdjęć w szeregu, sąsiadujące szeregi powinny nakładać się w ok. 35% pokrycia poprzecznego.
Fotogrametria na zdjęciach lotniczych i naziemnych.
Fotogrametria- dziedzina, która określa kształt i wielkość przedmiotów terenowych na podstawie ich zdjęć fotograficznych w oparciu geometryczne zależności wynikające z rzutu środkowego. Zdjęcia fotogrametryczne wykonuje się w zależności od rodzaju prac projektowych lub wielkości obiektu. Zdjęcia lotnicze są najkorzystniejsze, gdy interesuje nas większy obszar terenu, zdjęcia służą do opracowania map kreskowych- informacje o przestrzennym użytkowaniu obiektów ogólno geograficznych oraz elementów uzbrojenia terenów i ewidencji gruntów. Pojedyncze zdjęcie pokrywa niewielką powierzchnię obszaru, ale można zmontować ich wiele i tak powstaje tak zwany fotoszkic- charakteryzuje się zniekształceniami i deformacją.
Ortofotomapa- powstaje z pasmowego przetwarzania zdjęć. Można je uzupełnić o elementy kreskowe zwiększające jej czytelność. Ortofotomapa i mapa kreskowa mogą być zrobione z tych samych zdjęć.
Zdjęcia fotogrametryczne stosuje się przy inwentaryzacji architektonicznej budowli zabytkowych. Zdjęcia stereo fotogrametryczne wykonane w terenie opracowuje się na autografach. Fotogrametria znajduje zastosowanie w archeologii przy prowadzeniu badań na dużych obszarach w celu wykrycia na zdjęciach, głównie podczerwonych śladów obiektów znajdujących się na powierzchni ziemi.
Fotogrametrię naziemną stosuje się w inwentaryzacji i rekonstrukcji dawnych obiektów.
Fotogrametria jednoobrazowa może być stosowana w odniesieniu do obiektów płaskich fresków na ścianach lub płyt nagrobnych.
Zdjęcia satelitarne informują o zjawiskach występujących na danych obszarach w skali 1: 1000000 w czterech pasmach światła białego. 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, np. kopce i kurhany grzebalne, wały i mury obronne, rowy i fosy, budowle kamienne czy ceglane.
Archeologiczne zdjęcie Polski- jest to program badań powierzchniowych, rozpoznano ponad 95% powierzchni województwa poznańskiego w granicach z 1975 r. - ponad 20 tys. stanowisk.
Próbę koncepcji metody wykonywania zdjęć lotniczych podjęto w poł. 1992 r. w Muzeum Archeologicznym w Poznaniu. Korzystano z wiedzy i doświadczeń geografii i archeologii. Uzyskano zbiór ponad 200 fotografii pionowych, ukośnych, nachylonych z ekspedycji biskupińskiej i 345 zdjęć najważniejszych wielkopolskich obiektów archeologicznych.
Kampania Fotograficzna
Podstawowy cel przed akcją zdjęć lotniczych był opracowaniem założeń do klucza fotointerpretacyjnego dla obszarów, na których jednymi wyróżnikami stanowisk archeologicznych są ślady zaburzonych układów glebowych rejestrowane na zdjęciach. Wybrano rejony wielkopolski.
Akcję zdjęć lotniczych można podzielić na trzy etapy:
planowanie,
wykonywanie zdjęć,
opracowanie fotointerpretacyjne.
Planowanie kampanii zdjęć lotniczych:
określenie powierzchni terenu, który ma zostać sfotografowany w powietrza,
wybór środka transportu kamer fotolotniczych,
dobór pory roku i pory dnia wykonywania zdjęć,
wybór techniki rejestracji obrazu.
Wybór techniki do fotografii lotniczej: należy najpierw ustalić założenia, których sprecyzowanie zaoszczędzi czas, zmniejszy koszt zdjęcia i zapewni najlepsze wyniki całej akcji:
ustalenia dotyczące skali zdjęć i wysokości, z jakiej będą wykonywane,
partie terenu w sąsiedztwie istotne z punktu widzenia późniejszych studiów osadniczych.
Skala zdjęć- określa ją zależność wysokości i długości ogniskowej użytego aparatu, skalę odbitki zdjęcia można dowolnie dostosować do założonych celów poprzez powiększenie. Skalę zdjęć można zmieniać przez zmianę wysokości fotografowania lub zmianę długości ogniskowej obiektywu.
Wybór środka przenoszenia kamer fotograficznych
Do wykonywania zdjęć lotniczych wykorzystywane są samoloty i śmigłowce
śmigłowce- duża szybkość przelotowa, pułap od 50-100 do kilku tys. m. możność zawiśnięcia w powietrzu, wysoki koszt godziny lotu.
Wybór pory fotografowania
Pora należy do najważniejszych czynników wpływających na jakość zdjęć. Najkorzystniejsze warunki:
wczesna wiosna- wcześnie rano,
przełom czerwca i lipca- koło południa,
wczesna jesień- późne popołudnie.
Przy wyborze pory wykonywania zdjęć bardzo pomocne mogą okazać się dodatkowe informacje dotyczące tj. czynników: długotrwałe anomalia klimatyczne, struktura uprawianych roślin, stosowane zabiegi agrotechniczne- ulegają uwypukleniu pewne cechy rozpoznawcze na zdjęciach lotniczych. Intensywne nawożenie powoduje, że w początkach maja uprawy mają tendencję do silnie zróżnicowanego wzrostu w miejscach o naruszanych stosunkach glebowych.
Ich większy wzrost w miejscach gdzie zalegają grubsze pokłady próchnicy. Zmiany wzrostu można zauważyć późną jesienią w początkowych fazach wzrostu zbóż ozimych- decydującą rolę odgrywają stosunki wilgotnościowe w glebie.
Wybór techniki rejestracji obrazu
Wykorzystywane jest promieniowanie widziane i promieniowanie podczerwone. Wykonuje się zdjęcia w poszczególnych zakresach promieniowania widzianego oraz na materiałach wielospektralnych.
Proces fotointerpretacji
Fotointerpretacja zdjęć jest wieloetapowym procesem modelowania rzeczywistości na podstawie analiz obrazu powierzchni ziemi. Zdjęcia lotnicze powierzchni przypominają mapy kompleksowe. W przypadku interpretacji zdjęć lotniczych pod kątem identyfikacji obiektów archeologicznych pierwszym krokiem powinno być wydzielenie cech rozpoznawczych, wyróżników obiektów. Wyróżniki fotointerpretacyjne: wegetacyjne, światłocieniowe, glebowe, wilgotnościowe.
Zdjęcia lotnicze wykorzystywane są w szerokim zakresie w geografii w badaniach procesów korytowych rzek- określa się poszczególne typy, zmiany warunków hydrograficznych przy różnych stanach wody. Dokładna skala zdjęć pozwala na dokonanie analizy morfometrycznej tej formy terenowej, jaką jest koryto rzeki. Umożliwia to przeprowadzenie typologii tych form. Dzięki wykorzystaniu powtarzalnych zdjęć lotniczych można określić batymetrię dna kryta rzeki, jeziora.
Możliwości wykorzystania fotografii lotniczej w archeologii:
w rekonesansie archeologicznym,
w inwentaryzacji faktów archeologicznych występujących na dużym obszarze,
w procesie fotogrametrycznego opracowania obiektów
w trakcie inwentaryzacji powierzchniowych znalezisk, przy opracowaniu planu prac wykopaliskowych,
w prezentacji wyników prac terenowych,
w klasyfikacji i systematyce obiektów archeologicznych,
w nadzorze stanowisk wpisanych do rejestru zabytków,
w rekonstrukcj środowiska geograficznego.
Zakres zastosowań zdjęć lotniczych:
wykonane wzdłuż projektowanej trasy komunikacyjnej,
do określenia objętości i przemieszczeń mas ziemnych zwałowisk,
naloty wykonywane cyklicznie umożliwiają szybką rejestrację budowy czy przebudowy tras komunikacyjnych.
Obecnie archeologia lotnicza, rozumiana jako metoda niedestrukcyjnego rekonesansu, rozwija się w Polsce przede wszystkim w dwóch ośrodkach badawczych: na Uniwersytecie im. Adama Mickiewicza w Poznaniu (prof. UAM Włodzimierz 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 - Ptolemais przy współpracy z Pracownią Fotograficzną Instytutu Archeologii. Wykonywane są tam zdjęcia pionowe i ukośne z latawca. Fotografie te wykorzystywane są do badań topograficznych i dokumentowania stanu prac archeologicznych.
Ograniczenia archeologii lotniczej:
brak nowoczesnej standaryzacji,
brak rozeznania w zasobach dokumentacji Państwowej Służby Ochrony Zabytków,
brak warunków do przechowywania materiałów dokumentacji mechanicznej,
brak odpowiedniego sprzętu,
duży koszt ponoszony na wynajęcie samolotu lub helikoptera do robienia zdjęć,
muszą zaistnieć odpowiednie warunki by móc zrobić dobre zdjęcie, inaczej zabytki nie będą możliwe do wykrycia.
1