Chronić i służyć – zastosowanie dronów…

Chronić i służyć – zastosowanie dronów w projektach ochrony dziedzictwa archeologicznego


Kasper Hanus

O tym, że archeolodzy ścigają się z czasem w związku z ochroną dziedzictwa kulturowego pisano już na łamach Biografii Archeologii (np. Szalast 2015). Są jednak stanowiska, które ze względu na swoją rangę wymagają szczególnej troski, co czasem skutkuje zastosowaniem nowych metod dokumentacji i konserwacji. Jednym z takich stanowisk, na których miałem okazję pracować w 2015 roku jest Tilaurakot w Nepalu, niedaleko granicy z Indiami. Stanowisko to utożsamiane jest z Kapilavastu, miejscem urodzin Siddhārth’y, ziemskiego Buddy (Coningham, Acharya, Manuel 2014). To szczególne miejsce dla wyznawców buddyzmu z całego świata. Jednak ciągły rozwój współczesnego Tilaurakot, związany z obsługą ruchu pielgrzymkowego, zagraża pozostałościom tego wczesnohistorycznego miasta. Dlatego też w celu zapewnienia jego ochrony powołany został interdyscyplinarny zespól badawczy, pracujący pod egidą UNESCO. W ramach prac archeologicznych zastosowane zostało na szeroką skalę mapowanie przy użyciu drona, a podstawy tego typu prospekcji i jej zalety zostaną przedstawione w tym artykule.

Badania archeologiczne z wykorzystaniem drona

Tilaurakot-Kapilavastu otoczone jest murem, który wyznacza granicę obszaru parku archeologicznego. Wymiary tego ufortyfikowanego obszaru wynoszą około 500 metrów na osi północ-południe i 390 metrów na osi wschód-zachód. Jednak prowadzone od dwóch sezonów przez archeologów z Uniwersytetu w Durham (Wielka Brytania) prace badawcze wykazały, że krajobraz miejski rozciągał się daleko poza jego mury. Prospekcja, prowadzona między innymi przy użyciu georadaru wykazała istnienie stup – potężnych budowli religijnych, na wschód i północ od murów miejskich, jak również strefy, w której obrabiano żelazo za południową fosą (jedyny odcinek fosy, który jest zachowany w krajobrazie do dnia dzisiejszego). W związku z tym podjęta została decyzja o zastosowaniu drona (poprawną nazwą jest UAV – Unmanned Aerial Vehicle, czyli bezzałogowy aparat latający, ale słowo dron jest szeroko stosowane w polskiej literaturze, więc będę go używał w tekście) w celu opracowania dokładnych ortofotomap, na podstawie których możliwe byłoby oszacowanie zagrożenia dla elementów krajobrazu archeologicznego ze strony współczesnej zabudowy i rolnictwa. Zadanie to zostało powierzone Wojtkowi Ostrowskiemu z Politechniki Warszawskiej i autorowi tego tekstu. Pierwszym poważnym problemem, z którym musieliśmy się zmierzyć był sam transport drona na miejsce (ryc. 1).

1

Rycina 1. Transport drona na stanowisko (fot. Kasper Hanus).

Używany przez nas sprzęt to skonturowany przez firmę Robosklep z Olsztyna heksakopter, oparty o kontroler Naza Lite i kamerę GoPro Hero 3 Black Edition. Mimo że kamera jest stosunkowo lekka, używany przez nas dron jest relatywnie duży, jego średnica to około 70 cm. Oryginalnie projektowany był do lotów w Kambodży, gdzie silne wiatry mogą uniemożliwić loty lżejszymi maszynami. Jako że pudło naszego drona przekracza wymiary standardowego bagażu (warto zapamiętać x+y+z nie więcej niż 158 cm) musieliśmy nadawać je jako specjalny bagaż gabarytowy, co oczywiście wiązało się z dodatkową dopłatą. Walizka oklejona nalepkami FRAGILE za każdym razem pozwoliła nam dowieźć sprzęt w jednym kawałku (a oprócz Nepalu leciał już dwa razy do Kambodży i raz na Cypr). Na miejscu dron jeździł już w bagażniku, bądź na dachu samochodu. Kolejnym krokiem, któremu musieliśmy stawić czoła było przygotowanie punktów kontrolnych. Planowany obszar prospekcji wynosił około 8 kilometrów kwadratowych (ryc. 2-4); co oznaczało długotrwałą i żmudną pracę z tachimetrem elektronicznym. Na przyszłość: na pewno dobrze byłoby mieć GPS z RTK, który umożliwiałby natychmiastowy pomiar bez potrzeby czasochłonnego rozstawiania tachimetru.

2

Rycina 2. Praca z dronem na stanowisku (fot. Emilia Smagur).

3

Rycina 3. Praca z dronem na stanowisku (fot. Emilia Smagur).

4

Rycina 4. Praca z dronem na stanowisku (fot. Emilia Smagur).

Loty same w sobie też były dużym wyzwaniem, ponieważ nasz dron niestety nie posiadał kontrolera umożliwiającego wcześniejsze programowanie trasy. Zasięg kontrolera to promień około 700 m, dodatkowo jest on skutecznie ograniczany przez drzewa. Zatem zaplanowanie przelotu, który z jednej strony obejmowałby odpowiednią liczbę punktów kontrolnych, a z drugiej strony nie groził utratą kontroli nad dronem wymagał dużego nakładu pracy i kreatywnego myślenia. Kolejną “techniczną” kwestią, często pomijaną w publikacjach o dronach (np. Campana et al. 2008), ale o której warto powiedzieć, jest fakt, że do zrobienia wartościowej z archeologicznego punktu widzenia prospekcji wymagane są co najmniej dwie osoby: pilot i “nawigator”. Pilot zajmuje się tylko i wyłącznie pilotowaniem i bezpieczeństwem lotu, a “nawigator” monitoruje parametry związane z pozyskiwaniem danych: odpowiednim kadrowaniem czy przelotem nad kolejnymi naziemnymi punktami kontrolnymi (por. ryc. 2-4). Osobiście uważam, że warto wspominać o takich praktycznych aspektach wykorzystania drona w prospekcji archeologicznej ponieważ większość publikacji skupia się jedynie na wynikach samych badań. Tekst ten z kolei pomyślany jest jako krótkie, techniczne wprowadzenie dla osób, które dopiero planują swoją pierwszą prospekcję z dronem.

Po siedmiu dniach lotów, z których prawie każdy zaczynał się od nerwowego oczekiwania czy mgła opadnie o 9 rano czy w południe, i wyprodukowaniu prawie 50 gigabajtów zdjęć, przeszliśmy do etapu obróbki i interpretacji danych. Jako że taki ogrom informacji jest zbyt dużym wyzwaniem dla zwykłego PC-ta, dzięki uprzejmości Politechniki Warszawskiej, wykorzystaliśmy serwer obliczeniowy, który w dwa tygodnie zrobił to, co PC liczyłby przez ponad rok. Końcowym produktem była ortofotomapa o rozdzielczości 10 cm (ryc. 5) i numeryczny model pokrycia terenu (NMPT) o rozdzielczości 20 cm (ryc. 6).

5

Rycina 5. Ortofotomapa stanowiska Tilaurakot (autorzy: Wojciech Ostrowski, Kasper Hanus).

6

Rycina 6. Numeryczny model pokrycia terenu dla stanowiska Tilaurakot (autorzy: Wojciech Ostrowski, Kasper Hanus).

Z metodycznego punktu widzenia interesujące jest przygotowanie NMPT, ponieważ podobny wynik można uzyskać używając tachimetru. W tachimetrze wykonuje się tysiące pomiarów, co zazwyczaj zajmuje kilka miesięcy, a następnie interpoluje się chmurę punktów. Natomiast w przypadku zdjęć z drona używamy technik fotogrametrycznych, które pozwalają tworzyć trójwymiarowe modele na podstawie serii zachodzących na siebie zdjęć lotniczych. Biorąc pod uwagę, że Teraj – południowa prowincja Nepalu, w której znajduje się Kapilavastu, był objęty do 2006 roku powstaniem marksistów, a w całym kraju do dnia dzisiejszego nie ma konstytucji ani rządu (władza należy do Zgromadzenia Konstytucyjnego składającego się ze skłóconych partii, a przedterminowe wybory odbywają się mniej więcej każdego roku), uzyskanie aktualnych map katastralnych jest niemożliwe. Dlatego też nasza ortofotomapa jest tak ważna, ponieważ po raz pierwszy konserwatorzy mają wgląd we współczesną zabudowę i układ pól uprawnych, co pozwala im ocenić ryzyko dla stanowiska archeologicznego. Oczywiście prospekcje tego typu można byłoby zrobić z użyciem tachimetru, jednak dron jest w stanie uzyskać taki efekt szybciej i bardziej precyzyjnie (ryc. 7). Nie bez znaczenia jest fakt, że lokalna społeczność, mimo wielu spotkań organizowanych przez UNESCO, obawia się wywłaszczeń, a ekipa geodetów w czyimś ogródku mogłoby jeszcze bardziej podsycić te obawy.

7

Rycina 7. Mimo lotów na dużej wysokości, około 80 metrów, udało się uzyskać szczegółowe dane (autorzy: Wojciech Ostrowski, Kasper Hanus).

Wyniki badań

Wstępna analiza pozyskanych danych wykazała, że zachodnia strona stanowiska jest poważnie zagrożona przez zabudowę, która “podchodzi” prawie pod płot otaczający chronioną część stanowiska. Zabudowa ta to w większości jednopiętrowe domy. Niewątpliwie mapa wykazała, że obszar dawnej zabudowy potencjalnie wychodzi poza obszary murów miejskich, tak więc pierwotny plan usytuowania parkingu dla autobusów bezpośrednio w pobliżu wejścia na stanowisko, od strony zachodniej, należy zrewidować. Niestety wspomina wcześniej współczesna zabudowa mieszkalna mogła już uszkodzić dawna tkankę miejską (ryc. 8). Dużo bardziej optymistyczny obraz wyłania się z analizy strony południowej i północnej, gdzie elementy krajobrazu archeologicznego, takie jak miejsce produkcji metalurgicznej czy “Bliźniacze Stupy” (Twin Stupas), wydają się być niezagrożone. Jednak warto na etapie planowania wykupu ziemi dla powiększenia parku archeologicznego zabezpieczyć te obiekty odpowiednim buforem, który może zostać precyzyjnie wytyczony dzięki ortofotomapie.

8

Rycina 8. Ortofotomapa ukazująca współczesną zabudową, wliczając obecny parking koło wejścia na stanowisko i sam obszar parku archeologicznego (zadrzewiony teren po prawej stronie ilustracji) (autorzy: Wojciech Ostrowski, Kasper Hanus).

Nieco inny problem został zidentyfikowany we wschodniej części stanowiska. Poza murami znajduje się stupa, której duża część w dalszym ciągu jest dobrze zachowana w krajobrazie, a liczne podziemne struktury zostały ujawnione w czasie prospekcji geofizycznej, wykonanej przez pracowników University of Durham Archaeological Services. Ochrona tej stupy ma szczególne znaczenie ponieważ ma ona upamiętniać miejsce, w którym Budda miał po raz ostatni spojrzeć na swoje rodzinne miasto, w czasie kiedy zdecydował się podążać ścieżką ku oświeceniu. Dlatego też już w latach wcześniejszych tereny wokół tego miejsca zostały objęte ochroną. Niestety porównanie lokalizacji betonowych słupków wyznaczających strefę chronioną i zasięgu obecnych pól uprawnych jednoznacznie wykazuje, że stanowisko to jest podorywane (ryc. 9). Pokazuje to, że powinno podjąć się natychmiastowe działania mające na celu egzekwowanie prawa o ochronie zabytków. Dalsza, bardziej dokładna analiza danych będzie wykonana przez specjalistów w zakresie planowania przestrzennego z Uniwersytetu Tokijskiego.

9

Rycina 9. NMPT przedstawiający współczesne pola uprawne i ich relacje do stanowiska (autorzy: Wojciech Ostrowski, Kasper Hanus).

Podsumowanie

Zastosowanie drona na potrzeby dokumentacji i monitoringu stanowisk archeologicznych ma dużo plusów, które skutecznie przekonują do używania tej metody obserwowania krajobrazu. Przede wszystkim duże znaczenie ma szybkość działania. Pomiary z tachimetrem mogą mieć podobną dokładność, jednak ich wykonanie zajmuje dużo więcej czasu. Dodatkowo jedynym „produktem” pomiarów z tachimetrem jest chmura punktów, która następnie przetwarzana jest w Numeryczny Model Terenu (NMT). W przypadku obróbki zdjęć z drona, otrzymujemy nie tylko NMT powstały w wyniku użycia oprogramowania fotogrametrycznego, ale też ortofotomapę.  Dobrym rozwiązaniem wydaje się być także monitorowanie stanowisk w równych interwałach czasowych, np. raz na pół roku i śledzenie ewentualnych zmian. Moim zdaniem zdecydowanym impulsem dla rozwoju tego typu prospekcji jest ciągle spadająca cena dronów, jak i oprogramowania fotogrametycznego. Należy również podkreślić fakt, iż potencjalne zastosowanie dronów jest dużo szersze, gdyż oprócz dokumentacji na potrzeby projektów skupiających się na zarządzaniu dziedzictwem kulturowym, mogą służyć całej gamie dokumentacji i prospekcji archeologicznej, zarówno w skali stanowiska, jak i całego lokalnego krajobrazu.


  1. Z miłą chęcią podyskutuję na temat dronów, jak również wysłucham komentarzy dotyczących tego artykułu (kasper.hanus@amu.edu.pl).

Podziękowania

Chciałbym przede wszystkim podziękować Wojtkowi Ostrowskiem za wspólną pracę w Nepalu, bez którego prospekcja ta nie byłaby możliwa. Podziękowania należą się również Emilii Smagur, która dzieliła z nami trudy ekspedycji wykopaliskowej w Nepalu. Ten artykuł nie powstałby również bez wsparcia prof. Robina Coninghama i jego zespołu z Uniwersytetu w Durham.


Bibliografia

Campana S., Sordini M., Remondino F. 2008. Integration of geomatics techniques for the digital documentation of heritage areas, [w:] R. Lasaponara, N. Masini (red.), Remote Sensing for Archaeology and Cultural Heritage Management. Proceedings of the 1st International EARSeL Workshop, CNR. Rome, s. 309-312.

Coningham R.A.E., Acharya K.P., Manuel, M. J.  2014. Strengthening the Conservation and Management of Lumbini, the Birthplace of the Lord Buddha, World Heritage Property (Phase II): Final Report of the First (Jan-Feb 2014) Season of Field Activities, Kathmandu.

Szalast G. 2015. Znikające transzeje – wyścig archeologii z czasem. Biografia archeologii. Dostępne na http://biografiaarcheologii.pl/2015/02/znikajace-transzeje-wyscig-archeologii-z-czasem/ (wgląd 23.04.2015)

1 Comment

Leave a Reply

Your email address will not be published.


*