Nyakig sárosan, bokáig egy békanyálas mocsárban állok, mellettem egy birkanyáj béget, a zsebeim sáros kerámiatöredékkel vannak tele, miközben telefonon egy angol pilóta kitartóan kérdezget a felhők magasságáról. Ráadásul a munka neve, amin éppen dolgozom, magyarul azt jelenti: fegyverkezési verseny.

Ez a szürreális élmény jut eszembe elsőként a nyáron elindult ARMSRACE projektről (Archaeological and Relief Modeling of the Sárvíz valley for Reconstruction of Ancient Climate Events [A Sárvíz-völgy régészeti és domborzati modellezése az régi klímaváltozások rekonstrukciójának vizsgálatához]).

Az Nemzeti Örökségvédelmi Központ Topográfiai Osztálya által indított kutatásról az alábbiakban szeretnénk röviden beszámolni.

Korábban már több hírportál is foglalkozott azzal, hogy a brit Natural Environmental Research Council [kb. Természeti-Környezeti Kutató Tanács] (NERC) egyik kutató repülőgépe augusztusban 10 napig több helyszínen távérzékelési feladatokat végzett Magyarországon. Elsődlegesen a Balaton vizsgálata volt a cél, de emellett pályáztunk mi is egy régészeti programmal az európai távérzékelési intézet, az EUFAR által biztosított pályázati lehetőség keretén belül a Sárvíz völgye északi részének vizsgálatára.

A NERC egyik fontos vizsgálati ága a távérzékelés, kutatási projektjei Ausztráliától Izlandig terjednek. Pályázatunk a kutatóintézet Nagy-Britannián kívüli első lerepült régészeti projektje.

Ennek során lézerszkennerrel (LiDAR) és hiperspektrális felvételekkel vizsgálták a Sárvíz völgyének Fejér megyei szakaszát, mintegy 500 km² nagyságú területen. Bár mindkét módszerrel történtek már régészeti célú repülések, a kettő együttes, kifejezetten régészeti célú alkalmazására ekkora területen tudomásunk szerint még sehol nem volt példa.

A projekt területe

 Lézerszkenner (LiDAR)

 

A digitális domborzatmodellek előállításának jelenleg legelterjedtebb távérzékelési módja a lézerszkenneres távmérés, másnéven LiDAR (Light Detection And Ranging). A jellemzően repülőre/helikopterre szerelt műszer másodpercenként több ezer lézersugár kibocsátásával igen rövid idő alatt nagy területek pásztázására képes. Egyik legnagyobb előnye, hogy belát a növényzettel borított területek alá is. További információk (angolul): itt.

 

 

Hiperspektrális felvételek

 

A jellemzően repülőről, műholdról végzett passzív távérzékelési eljárás lényege, hogy a vizsgált területről/objektumról a bejutó fénysugarat a műszer nem három színre bontja (mint egy hagyományos fényképezőgép), hanem annál jóval több, esetenként több száz, néhány nanométernyi hullámhossz-tartományt képes megkülönböztetni a látható fény határain kívül is. Így akár több száz réteg vastagságú ún. „adatkocka” előállítására van lehetőség, mellyel a felszín speciális tulajdonságait (pl. talajnedvesség, növényzet állapota, ásványtartalom stb.) hatékonyan lehet vizsgálni. További információk (angolul) itt.

A vizsgálat során 2000 méteres magasságból egy időben három különböző felvételt készítettek a Sárvíz völgyének északi szakaszáról, mintegy 50x10 km-es területről. A repülőt ennek megfelelően háromféle műszerrel szerelték fel: számunkra a legfontosabb talán a Leica ALS 50-II LiDAR (lézerszkenner) a terepmodellhez, a nagyfelbontású légifotókat egy Leica RCD-105 39 megapixeles digitális kamera készítette, a hiperspektrális képeket pedig egy Specim Eagle&Hawk (AISA Dual) 498 csatornás kamera állította elő. A lézerszkennerrel elérhető legnagyobb felbontás 30 cm körüli, a digitális kameráé 10 cm, a hiperspektrális, párba kötött kameráé pedig 1-2 méter.

A kutató repülőgép (Do-228-NERC-ARSF) a sármelléki repülőtéren

A kutatás céljai

Miért is jó ez nekünk? Régészeti szempontból a távérzékelés többféle lehetőséget nyújthat a számunkra. Az egyik, leginkább nyilvánvaló a lelőhely-felderítésben rejlik; olyan lelőhelyeket figyelhetünk meg a levegőből, amik máshogyan rejtve maradnának. Új adatokat várunk a Sárvíz völgyének azokról az alacsonyan fekvő területeiről, amelyeket eddig legelőként használtak és nem voltak még szántva - így hatékony terepi kutatásra gyakorlatilag eddig nem volt mód. Mivel azonban nem látszik minden a levegőből, ezek az adatok esetlegesek, másrészt pedig a domborzatmodellnek ebből a szempontból kevés hasznát vesszük szántott területeken.

A dédesi földvár vár képe ortofotón és lézerszkenneres felvételen. Ilyen területen az ortofotónak régészeti szempontból nem sok hasznát vesszük, a lézerszkenner azonban átlát az erdővel borított területen is.

A másik, talán kevésbé ismert lehetőség a lelőhelyek helyzetének modellezésével függ össze. Ha pontosan meg tudjuk ismerni a lelőhelyek környezeti jellemzőit, akkor megérthetjük, hogy mi alapján választották ki épp ezeket a területeket tevékenységük helyszínéül az emberek. A tágabb környezet megfigyelése alapján azonban már azt is vizsgálhatjuk, hogy melyek azok a területek, amelyek az emberi megtelepedés helyszíneként még szóba jöhetnek. A táj pontos ismerete azzal az eredménnyel kecsegtet, hogy képesek lehetünk modellezni a megtelepedést, bizonyos valószínűséggel előre meghatározni azok helyzetét. A szakirodalom ezeket a modelleket összefoglalóan régészeti prediktív modelleknek nevezi. Anélkül, hogy ezek kialakulásának, fajtáinak részletes ismertetésébe kezdenénk, röviden érdemes kitérni arra, hogyan lehet létrehozni ilyen modelleket.

Régészeti prediktív modellek

Minden ilyen modell alapja egy domborzatmodell. Ez a munkaasztal, erre kerül rá minden más: vízrajzi térképek, talajtani térképek, régi katonai felmérések adatai, a már ismert lelőhelyek kiterjedése, összességében minden olyan adat, amiről azt gondoljuk, hogy segíthet bennünket. Mindezen bevitt adatokból aztán különböző térinformatikai szűrések, geostatisztikai vizsgálatok stb. segítségével a modell felállítható.

A paraméterek finomhangolásával, esetenként súlyozással pedig tovább lehet növelni a pontosságot attól függően, mire szeretnénk használni modellünket. A legelterjedtebb induktív modellek a már ismert lelőhelyek adatai alapján adnak előrejelzést arról, hogy hol kell még számítanunk lelőhelyekre, vagy kereshetünk lehetséges helyszíneket kizárásos alapon (boolean overlay), mondjuk földvárak számára. Léteznek óriási méretű modell-együttesek is, Hollandiában például egy, az egész országra kiterjedő második generációs prediktív modell (IKAW) az örökségvédelmi közigazgatási eljárások alapja.
 

A dédestapolcsányi földvár LiDAR felvételének 3D-s képe.  Az adatok felhasználásával ehhez hasonló digitális domborzatmodelleket lehet előállítani. Érdekesség, hogy jól láthatóak a földvár területén kialakított teraszok. Ezek valószínűleg egyidősek a földvárral, mivel a sáncok által határolt területre korlátozódnak.

A prediktív modelleket pontatlanságaik miatt rengeteg kritika éri. Figyelembe kell azonban vennünk, hogy nem lehet tökéletesen modellezni olyan bonyolult dolgot, mint az emberi környezet. A prediktív modellek ráadásul nagyon messze vannak a tökéletestől, hiszen alapvető kulturális faktorok (utak, kultúrára jellemző preferenciák, anomáliák stb.) sokszor nem is szerepelnek ezekben a modellekben. Általában igaz azonban, hogy minél pontosabbak és sokrétűbbek a bevitt adatok, annál pontosabb lesz a modell is.

A hosszú, és talán nehezen érthető kitérőre azért volt szükség, hogy érthető legyen, miért fontos a lelőhely-modellezés számára a most végzett vizsgálat

Távérzékelés és modellezés

A LiDAR felvételek segítségével ugyanis kb. 30 cm-es(!) pontosságú domborzatmodell előállítására vagyunk képesek. Összehasonlításul: a legtöbb prediktív modell 21-45 m-es pixeltávolságú műholdas domborzati adatokkal működik. Szóba jöhet még a Földmérési és Távérzékelési Intézet (FÖMI) által generált, megvásárolható 5 m-es pixeltávolságú DDM-5, azonban, mivel ez szintvonalakból generált adatokat használ, bizonyos mértékű pontatlanság elkerülhetetlen. Tehát a jelenleg elérhető legpontosabb domborzatmodell létrehozására alkalmas adataink vannak egy lelőhelyekben rendkívül gazdag területről. Ez persze önmagában nem elegendő.

Második lépésként szükség van arra, hogy pontos adatokkal rendelkezzünk lelőhelyekről is. A lépték miatt ezek elsősorban terepbejárásokból származnak. A vizsgált területen tehát kiterjedt terepbejárásokat végeztünk (ez a munka most is tart), több száz új lelőhelyet azonosítva a neolitikumtól a későközépkorig.

Leletek a terepbejárásból

Nyilvánvalóan soha nem fogjuk megtalálni az összes lelőhelyet. A domborzatmodell, mint terepasztal birtokában azonban már kísérletet tehetünk arra, hogy a lelőhelyek adatait felhasználva minél pontosabb modellt készítsünk. Harmadik lépésként újabb terepbejárásokkal, kontrollterületek bejárásával meg kell vizsgálnunk, hogy ez mennyire pontos. Ez jelzi a modell használhatóságát.

A kutatás eredményeként viszonylag nagy területre vonatkozóan érthetjük meg az emberi megtelepedés és a környezet szabályait, változásait is. Tapasztalt régész számára a legtöbb régészeti lelőhely esetében rövid helyszíni vizsgálattal eldönthető, hogy miért oda telepedett meg az adott népesség.

A vízfolyások jelentősége még a laikusok számára is nyilvánvaló. A lelőhelyek komplex vizsgálatánál azonban a lelőhelyek olyan nagy számairól van szó, ami már csak a térinformatika segítségével értelmezhető. Másrészről lényeges az is, hogy a tudományos felhasználáshoz statisztikailag elegendő számú, mérhető adatra van szükségünk. Tudjuk, hogy a lelőhelyekre a vízfolyások mellett kell számítanunk. De pontosan mennyi lelőhelyre, milyen messze a vízfolyásoktól, milyen vízfolyásoktól, milyen talajon (számít-e ez egyáltalán?), milyen lejtésű területen? Mérhető, statisztikailag felhasználható adatokra van szükségünk, és akkor talán kiderül, hogy a nyilvánvaló nem is olyan nyilvánvaló.

A prediktív modellek felhasználhatósága

Egyrészt gyakorlati haszna van: egy beruházó úgy kaphat pontos információt a lelőhelyek előfordulásának valószínűségéről, hogy közben semmilyen konkrét, lelőhelyekre vonatkozó információ nem válik „közkinccsé”, hiszen csak valószínűségi térképet kap, alapadatot nem. A lelőhely-állomány adatainak kiadása ugyanis állandó visszatérő probléma a régészek között, többek között a fémkeresőzés miatt. A másik oldalról a beruházónak sem kell elárulnia a beruházás helyszínét, hiszen egy ilyen térkép ismeretében a régész már csak arra kíváncsi, hogy mekkora valószínűség jelentkezik a kiválasztott területen. Hollandia példája mutatja, hogy nem lehetetlen az egész országra kiterjedő modellt készíteni, csak hatalmas feladat. Ez a projekt jelentheti az első alapkutatást ebben az irányban.

Tudományos oldalról másrészt reménykedünk abban, hogy ez a lépték és ez a pontosság már nem csak egyszerűen a megtelepedés helyszíneinek előrejelzésére, hanem valamilyen szinten a lelőhelyek közötti kapcsolatrendszerek kérdésének vizsgálatára is alkalmas. Ez a topográfiai kutatások végső célja: nem egyszerűen adatokat szerezni arról, hogy egy helyen van-e lelőhely, vagy nincs, hanem képet adni arról, hogy a tájban megjelenő összes lelőhely között milyen kapcsolatrendszer létezett. Természetesen azonban ettől még nagyon-nagyon messze vagyunk.

A most elvégzett repülés haszna az, hogy olyan alapadatokhoz juttat bennünket, amelyek nélkül csak kezdetleges és pontatlan modellekkel tudnánk dolgozni. Hogy milyen következtetések levonására lesz alkalmas ez a lehetőség, csak az adatok feldolgozása után fog kiderülni.

Hiperspektrális felvételek

A kutatásban még egy további módszer is kipróbálásra kerül, Magyarországon ilyen nagy területen még önmagában erre sem volt példa. A hiperspektrális felvételek régészeti célú alkalmazása gyerekcipőben jár, de a kezdeti eredmények - leginkább Egyesült Államokban, Nagy-Britanniában, Olaszországban és Kínában - nagyon bíztatóak.

Hiperspektrális felvételből készített hamisszínes kép (A kép Maroslele közelében készült). Jól megfigyelhetőek a betemetődött vízfolyások. A különböző színű parcellák más-más növényzeti fedettséget jeleznek.

Az érzékelt hullámhossz-tartományok száma szerint megkülönböztetünk multispektrális és hiperspektrális érzékelési módot. Multispektrális képérzékelés esetén kettő vagy több, viszonylag széles, diszkrét spektrális sávon történik a képadatok egyidejű vagy sorozatos érzékelése, míg hiperspektrális érzékelés esetén több mint húsz – akár több száz – egymás melletti, néhány nanométer keskeny hullámhosszsávon történik az érzékelés.

A repülés során használt fényképezőgép, az AISA Dual Sensor egyidőben azonos földi sávról képes szinkronizálva adatot gyűjteni, a 400-2450 nm spektrális tartományban, maximum 498 sávban. Ez azt jelenti, hogy az adatgyűjtés nemcsak a látható színtartományban (0,4-0,7 μm) történik, hanem a közeli infravörös (0,7-1,3 μm), és a közepes infravörös (0,3-3 μm) színtartományban is készülnek felvételek. A sávok kombinálásával, illetve a különböző képfeldolgozási eljárások segítségével (korrekciók, szűrés, osztályozás stb.) ez a nagytömegű adat olyan eredményeket hozhat, amely az eddig használt légifelvételeken túlmutat.
 

Hiperspektrális adatkocka (DAIS)

Régészeti jelenségeket elsősorban a talajnedvesség és a növényzeti borítottság változása alapján ismerhetjük fel. Ezeket a változásokat az eltemetett, betemetődött objektumok okozzák. Ezek felismerését segíti, hogy minden anyagnak megrajzolható – így a különböző talajoknak is – az egyedi visszaverődési (reflektancia) vagy spektrális görbéje. Ezen „spektrális ujjlenyomatok” segítségével a talajok, illetve azok nedvességtartalmának változása, valamint a növényzetben megfigyelhető anomáliák jól azonosíthatóak és kimutathatóak a képeken.
 

Spektrális görbék (víz, vegetáció, talajok)

Összességében tehát ez a repülés olyan alapadatokhoz juttat bennünket, amelyre ilyen nagy területen még nem volt példa. Mivel pedig nem volt rá példa, többé-kevésbé ismeretlen területen mozgunk, nem tudhatjuk előre azt sem, hogy a feldolgozás lehetőségei meddig terjedhetnek, mire vagyunk képesek az adatok összeillesztésével. Úgy láthatjuk a tájat, ahogyan a valóságban soha nem láthatjuk, így feltárulhat előttünk egy terra incognita, Magyarország közepén.