Verwendung von Global Mapper zum Auffinden bisher ungesehener Strukturen in archäologischen Stätten

Die Überreste von Gebäuden und anderen Stätten sind aus Luftbildern allein oft kaum zu erkennen. Schuld daran ist der Zahn der Zeit und die Natur, die alte Mauern und Fundamente durch Bäume, Vegetation, Wasser und mehr verdecken kann. Hochauflösende DEMs (digitale Höhenmodelle), die mit Hilfe von Lidar erstellt wurden, sind ein sehr wertvoller Bestandteil der Überprüfung und Erkundung potenzieller archäologischer Merkmale in einer Landschaft geworden. Lidar, eine Methode der lichtbasierten Fernerkundung, kann durch die Vegetation hindurch sehen und so Merkmale im Gelände wie Grabhügel, lineare und kreisförmige Erdwerke, versunkene Straßen, landwirtschaftliche Terrassen, Furchenfelder und vieles mehr aufdecken.

Lidar wird aus der Ferne erfasst und kann an unzugänglichen Orten eingesetzt werden, z. B. in Gebieten, die zu tief oder zu steil sind oder hinter versperrten Zugängen liegen. Es kann das dichte Blätterdach eines Regenwaldes durchdringen und das Terrain mit hoher Genauigkeit kartieren. Im Vergleich zu einer archäologischen Ausgrabung ist die Erstellung eines DEM mit LiDAR effizienter und weniger kostspielig.

Global Mapper Pro ist bei Geländespezialisten und Archäologen sehr beliebt. Im Hintergrund von Fernsehsendungen über die Entdeckung verborgener archäologischer Stätten kann man oft sehen, wie Global Mapper zur Anzeige und Bearbeitung von Daten verwendet wird. Auf unserem YouTube-Kanal finden Sie Interviews mit echten Global Mapper-Benutzern über die Verwendung von Lidar für archäologische Forschungen oder die antike Maya-Pyramide in Uxmal.

Die archäologische Stätte, die in diesem Szenario als Beispiel dient, ist eine kürzlich entdeckte Maya-Ruine namens Aguada Fénix in Tabasco, Mexiko. Weitere Informationen über die Stätte selbst und einen Link zu den öffentlich verfügbaren Lidar-Daten finden Sie hier. Bei den Daten handelt es sich um eine hochauflösende Lidar-Vermessung des National Center for Airborne Laser Mapping (NCALM) und eine niedrigauflösende Lidar-Vermessung des Instituto Nacional de Estadística y Geografía (INEGI). Probieren Sie es selbst mit einer kostenlosen zweiwöchigen Testlizenz von Global Mapper Pro!

Global Mapper Pro ist eine einfach zu bedienende GIS-Software, die sich durch die Verarbeitung, Erstellung und Analyse von Höhendaten auszeichnet. In diesem Szenario wird anhand einiger Beispiele gezeigt, wie Global Mapper verwendet werden kann, um eine nackte Bodenschicht aus Lidar zu erzeugen und eine Vielzahl von Visualisierungstechniken anzuwenden, um Archäologen bei der Suche nach potenziellen archäologischen Merkmalen zu unterstützen. Sobald die Daten in Global Mapper geladen sind, werden Sie in der Lage sein zu sehen, was die Vegetation verbirgt.

Die Lidar-Klassifizierung ist der erste Schritt bei der Reinigung und Verarbeitung von Punktwolken. Dadurch werden fehlerhafte Rauschpunkte entfernt und der Computer erhält einen Kontext für die Daten, die er betrachtet. Die Lidar-Klassifizierungstools von Global Mapper funktionieren mit nahezu jeder Punktwolke, einschließlich Luft-Lidar, terrestrischem Lidar oder photogrammetrischen Punktwolken.

Da Archäologen in erster Linie am Boden und nicht an der rezenten Vegetation interessiert sind, müssen nur die Bodenpunkte klassifiziert werden. Mit dem Bodenklassifizierungswerkzeug können Bodenpunkte unabhängig von der Vegetation und anderen Merkmalen identifiziert werden. Mit der Einstellung "Höhenabweichung" können Sie festlegen, wie dick die Schicht der Bodenpunkte sein soll. Diese Einstellung ist besonders in Gebieten mit Gras nützlich, da sie dem Tool hilft, kurze Vegetation von Bodenpunkten zu trennen. Weitere Informationen zur Klassifizierung von Bodenpunkten in Global Mapper finden Sie in diesem Blog.

Abhängig von Ihrem Sensor können gesammelte Lidar-Punktwolken sehr dicht sein, was die Lidar-Verarbeitung ressourcen- und zeitintensiv macht. Das Werkzeug 3D Thin von Global Mapper kann verwendet werden, um die Daten auf intelligente Weise zu verdünnen, indem redundante Punkte entfernt werden, um die Integrität der Daten und die hohe Auflösung an Orten mit großen Höhenunterschieden zu erhalten. In einem Datensatz, der beispielsweise ein flaches Feld und ein Bauernhaus enthält, wird das Feld stärker ausgedünnt als das Bauernhaus, da die Höhenunterschiede auf dem Feld sehr gering sind, was zu mehr redundanten Punkten pro Gebiet führt.

Nach der Klassifizierung des Lidars kann das Werkzeug Höhenraster erstellen verwendet werden, um die Punkte einfach in eine feste Oberflächenschicht zu interpolieren. Digitale Höhenmodelle (DEMs) sind Rasterschichten, die den Boden unter Auslassung von Vegetation und Gebäudemerkmalen darstellen. Dazu wird ein Raster überlagert, in dem jede Zelle einen einzigen Wert erhält, der das Lidar in dem Gebiet repräsentiert, und der niedrigste Punkt wird für jede Zelle ausgewählt. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die Bodenschicht ohne die Beeinträchtigung durch die Vegetation dargestellt wird.

Die Erkennung potenzieller archäologischer Merkmale kann visuell mit Hilfe von Shadern und Beleuchtungsmodellen erfolgen oder mit Hilfe von Filtern und Bruchkanten abgegrenzt werden. Filter können auf das DEM angewendet werden, um Restpunkte der Vegetation zu glätten oder kleine Variationen im Gelände hervorzuheben. Hier sind einige Beispiele für die vielen Werkzeuge, die in Global Mapper Pro enthalten sind, um Merkmale in Ihren Daten hervorzuheben.

Schatteneffekte, manchmal auch als Reliefschattierung bezeichnet, veranschaulicht Höhenunterschiede durch künstliche Schatten. Hillshading ist ein Effekt, der direkt auf eine in Global Mapper angezeigte Geländeschicht angewendet werden kann, ohne dass eine neue Schicht erstellt werden muss. Die Tiefe und Richtung der Schatten kann mit dem Werkzeug Dynamische Schattierung eingestellt werden. Die vertikale Übertreibung kann auch verwendet werden, um kleine Details und Muster im Gelände hervorzuheben, ohne die Höhendaten zu verändern.

Eine Neigungs-Schattierung ändert den Wert von Zellen in einem DEM, so dass die Zellen nun den Grad der Neigung anstelle des Z- oder Höhenwerts anzeigen. Durch die Einfärbung der Werte mit einem invertierten Graustufenschema behält die endgültige Ebene die Reliefdarstellung bei, während sie weiterhin die Neigung unabhängig vom Aspekt vermittelt. Jede Analyse, die in Global Mapper mit einem DEM durchgeführt wird, auf das der Neigungs-Shader angewendet wurde, verwendet die Neigungswerte, einschließlich der Raster-zu-Vektor-Tools und der Rasterklassifizierung.

Eine der vielen Möglichkeiten, wie Filter eingesetzt werden können, ist die Hervorhebung und Erkennung von Variationen in Höhenschichten. Im Gegensatz zu Hillshade sind Filter nicht auf eine bestimmte Lichtquelle oder einen bestimmten Winkel angewiesen. Einige Filter wurden speziell für die Kantenerkennung entwickelt, z. B. Laplacian und Sobel. Diese Filter heben Zellen hervor, deren Nachbarn eine unterschiedliche Höhe haben, die je nach Bedeutung variiert und daher flache Bereiche ignoriert. Der Laplacian-Filter wurde speziell für die lokale Kantenerkennung entwickelt, da er scharfe Anomalien hervorhebt.

Ein Gauß-Filter kann als Methode zur Beseitigung von Trends verwendet werden, da er einen sanfteren Übergang zwischen den Merkmalen in der Landschaft erzeugt. Er funktioniert durch die Erstellung eines verallgemeinerten DEMs. Weitere Informationen über Faltungsfilter und ihre Funktionsweise finden Sie in der Wissensdatenbank.

Bruchkanten sind ähnlich wie Höhenlinien, aber statt Höhenänderungen werden mit ihnen Änderungen der Neigung dargestellt. Höhenänderungen lassen sich durch die Anpassung von Schattierungen visuell erkennen, aber die manuelle Digitalisierung kann sich als zeitaufwändig erweisen. Das Bruchlinienwerkzeug kann als eine Form der Kantenerkennung und als Digitalisierungsmethode verwendet werden. Eine Demonstration der Funktionsweise von Bruchkanten finden Sie in diesem Blog.

Satellitenbilder sowie aktuelle und historische Karten können über das DEM gelegt werden, um moderne Infrastruktur, Landwirtschaft und andere modernere Landnutzungen hervorzuheben. OSM-Daten sind in Global Mapper über das Online-Daten-Tool zu finden. Diese Daten enthalten digitalisierte moderne Merkmale wie Schotterstraßen, Flughafenlandebahnen, Feuchtgebiete usw. Um Bereiche des DEM auszuschneiden, die neuere Bauwerke darstellen, wie z. B. Straßen, können Vektordaten aus OpenStreet Map über das Online Data Tool geladen werden. Auch Satellitenbilder können geladen und zum Vergleich mit dem DEM leicht transparent gemacht werden.

Der Bildebene kann Transparenz hinzugefügt werden, um das darunter liegende Terrain anzuzeigen, was jedoch zu Lasten der Farbintensität gehen kann. Eine weitere Option ist die Verwendung der Option Texturkarte, die Sie in den Einstellungen der Rasteroptionen des Bildmaterials finden. Hier sehen Sie, wie ein Bild und eine Straßenkarte über eine schattierte Textur aus einer Höhenschicht überlagert werden können. Auf diese Weise können Sie moderne Straßen und die Landnutzung mit Mustern im Terrain vergleichen. Durch Verringern der Farbintensität einer Ebene können Sie die Anzeige gegenüber den anderen Ebenen ausgleichen.

GIS-Software bietet eine Fülle von Werkzeugen für Gelände- und morphometrische Analysen, die Archäologen bei der Suche nach bisher ungesehenen Objekten oder Strukturen in bereits durchkämmten archäologischen Stätten unterstützen. Die visuelle Interpretation der Daten erfordert immer noch ein menschliches Auge und Hintergrundwissen, aber Global Mapper kann das Auffinden und Erkennen von im Gelände verborgenen Merkmalen und Strukturen erleichtern.