LiDAR research

Pierwsza trudność, z jaką mierzą się naukowcy, planujący przeprowadzenie badań archeologicznych w Izniku-Nikaia, jest brak dobrej mapy miasta i terenu. Jest ona niezbędna do analiz topografii, organizacji przestrzennej, struktury zabytkowej i osadniczej, rozplanowania obszarów przyszłych badań oraz dokumentowania miejsc znalezisk. W literaturze naukowej dominuje wyłącznie schematyczna prosta mapka, oparta na szkicu autorstwa Foss i Winfield z 1986 r., na którą naniesiono: wycinek wschodniej części linii brzegowej jeziora, zarys murów fortecznych, bramy, dwie główne krzyżujące się ulice, oraz lokalizacje pojedynczych ważniejszych obiektów zabytkowych. Istnieją ponadto mapy geodezyjne miasta obrazujące jego współczesny układ urbanistyczny oraz siatkę ulic. Dysponujemy ponadto interesującą mapką autorstwa C. Texier z lat 30. XIX w., opublikowaną w 1939 r., obrazującą obszar zasiedlenia miasta w tamtym okresie wraz z ówczesną siatką ulic (różniącą się w znacznym stopniu od współczesnej), dość precyzyjnym zarysem murów miejskich wraz z bastionami i bramami, a także teatr. Powyższe dane dotyczące dokumentacji topografii i rozplanowania miasta uzupełniają obrazy satelitarne. Schematyczny charakter powyższych opracowań kartograficznych nie przystaje jednak do oczekiwań naszych obecnych badań.
W związku z powyższym, jednym ze wstępnych celów realizacji projektu „NIKAIA 325”, jest stworzenie wielowarstwowej dokumentacji miasta Nicea i jego okolic, a zwłaszcza obszarów wytypowanych do badań pod kątem problematyki projektu. W tym celu zastosowano współczesne zaawansowane technologicznie funkcje mapowania i pomiarów, tj. fotogrametrię, LiDAR, metodę termowizyjną oraz obrazowanie wielospektralne. Ich podstawą jest wykorzystanie dronów z wymiennymi komponentami (kamera RGB, skaner, kamera termowizyjna, kamera multispektralna), które pozwalają na wykonanie z pułapu lotniczego szybkiego i efektywnego przeszukania dużych obszarów, dokumentację terenu oraz kompleksowość działań.
Fotogrametria to dziedzina nauki i technologii pomiarów przestrzennych, opierająca się na analizie fotografii i obrazów rastrowych terenu w celu odtworzenia jego kształtu, wielkości i koloru. Jest ona również bardzo pomocna do obrazowania dużych struktur zabytkowych jak np. miasta. Zdjęcia lotnicze wykonane z pułapu lotniczego pozwoliły nam na wykonanie ortofotomapy i numerycznego modelu terenu dużego obszaru zachodniej części miasta oraz przylegającego do niego wschodniego brzegu jeziora wraz ze znajdującymi się na tym terenie strukturami zabytkowymi (ryc. 1). Udokumentowano również szczególny obiekt położony w wodzie bezpośredni przy brzegu – ruiny zatopionej bazyliki (ryc. 2). Na podstawie powyższej formy dokumentacji możliwe było odkrycie szeregu nieznanych dotychczas zatopionych obiektów archeologicznych oraz ruin niezidentyfikowanych budowli (ryc. 3, 4, 5, 6).
LiDAR (Light Detection and Ranging) to metoda pomiaru odległości polegająca na oświetleniu celu światłem lasera i dokonaniu pomiaru obiektu za pomocą czujnika mierzącego różnice w czasie powrotu wiązki i zmianach długości fali. Metoda ta umożliwia odwzorowanie trójwymiarowego modelu terenu. Za jej pomocą zobrazowano zachodnią część miasta, analogicznie jak wszystkimi pozostałymi zastosowanymi rzez nas metodami (ryc. 7 i 8).
Termowizja to metoda rejestracji, przetwarzania i obrazowania promieniowania podczerwonego niewidocznego gołym okiem. Źródłem tego promieniowania jest każdy obiekt, którego temperatura jest wyższa od zera absolutnego. Wykrywa i obrazuje różnice temperatur pomiędzy obiektem a jego otoczeniem – na przykład ścianą z cegły lub kamienia a otaczającym ją gruntem. W tym celu wykorzystano kamerę termowizyjną, która na podstawie tych różnic temperatur generuje obrazy wykorzystując promieniowanie podczerwone w wybranym zakresie fal elektromagnetycznych detektora podczerwieni zainstalowanego w kamerze (ryc. 9-10).

Obszar zachodniej części miasta i przyległej do niego części jeziora został zobrazowany również za pomocą kamery RGB (ryc. 11-12).
Obrazowanie wielospektralne (multispektralne) to metoda pozwalająca na rejestrację obrazów nie tylko w zakresie światła widzialnego (jak w fotografii kolorowej), ale także w zakresie mikrofal, podczerwieni i ultrafioletu, czyli rejestruje informacje niewidoczne dla użytkownika. Za pomocą tej metody zobrazowaliśmy teren przylegającej bezpośrednio do ruin zatopionej bazyliki (ryc. 13) oraz okolice Bramy Północnej-Stambulskiej (ryc. 14). Powyższa dokumentacja została wykonana w strefie GPS UTM 35N, na elipsoidzie WGS84, geoidzie TM ED50, w programie QGIS. Dane uzyskane powyższymi metodami stanowią elementy jeszcze bardziej rozbudowanego Systemu Informacji Geograficznej, który sukcesywnie rozwijamy w kilku etapach. Będzie stanowić podstawę naszej dokumentacji danych, rozszerzonej o historyczne źródła kartograficzne, archiwalne i współczesne zdjęcia lotnicze i satelitarne; wyniki archeologicznych badań powierzchniowych, wykopaliskowych i podwodnych; dokumentacja cyfrowa za pomocą modeli 3D oraz fotogrametria zabytków architektury i zabytków ruchomych wraz z ich mikroplanigrafią; dane środowiskowe – geologiczne, geomorfologiczne, palinologiczne i hydrologiczne). Zamierzamy w ten sposób stworzyć szeroką bazę danych, na podstawie której będzie można dokonać wieloaspektowej analizy funkcji odkrytych obiektów architektonicznych i całego zespołu osadniczego miasta.