De aanmaak van DEM, orthofotoplan en hoogtelijnkaart voor archeologisch gebruik aan de hand van Corona KH-4B.

De aanmaak van een DEM, orthofotoplan en hoogtelijnenkaart voor archeologisch gebruik, aan de hand van Corona satellietbeelden.

Toegepast op de Yustidvallei (Siberië, Rusland)

Synopsis

Auteur: VAN BEVER Benjamin, Universiteit Gent.

Een volk dat de mythische naam ‘Skythen’ meekreeg, bestond uit verschillende etnische groepen die leefden in de steppegebieden van Eurazië. De beschaving kende zijn hoogtepunt van de 7de tot de 3de eeuw v. Chr. Ze kenden veel rijkdom en een goed ontwikkelde cultuur. Dit komt tot uiting bij hun complexe gravenstructuur die men de naam ‘kourganen’ meegeeft.

Deze kourganen zijn door het koude klimaat en zijn bijhorende permafrost, heel goed bewaard gebleven in het Altaïgebergte. Dit gebergte is gelegen op het vierlandenpunt van Rusland, Mongolië, China en Kazachstan.

Door de opwarming van de aarde komen deze perfect bewaarde kourganen, met een enorme hoge archeologische waarde, in gevaar. Hierdoor is het nodig om een inventarisatie te maken van alle aanwezige gravencomplexen in het Altaïgebergte zodoende men de schade kan beperken en opmeten.

Eveneens wil Rusland in de nabije toekomst de economie in het Russische deel van het Altaïgebergte opmonteren door het toerisme daar te promoten. Hierbij kunnen de gravencomplexen een enorme aantrekkingskracht hebben. Een toeristische kaart van het gebied is echter onbestaande. Een toeristische kaart kan geproduceerd worden na de inventarisatie.

De vakgroep “Letteren en wijsbegeerte” afdeling “Archeologie” van de Ugent wil aan de hand van deze inventarisatie verder onderzoek verrichten naar de geschiedenis van deze gravenstructuren.

In de zomer van 2004 werd een inventarisatie verricht door een archeologisch team en mijzelf als geograaf-landmeter, van alle gravencomplexen in de Yustidvallei, gelegen in het Altaïgebergte. De kosten van deze reis werden gedragen door de Universiteit Gent (Ugent), de Federale Overheidsdienst Wetenschapsbeleid en UNESCO.

Deze inventarisatie werd verricht met eenvoudig meetmateriaal (de import in Rusland van hoog wetenschappelijk materiaal verloopt nogal moeizaam) zoals een kompas en een lintmeter. Op die manier werden de structuren planimetrisch ten opzichte van elkaar gepositioneerd. Om een ruimtelijke positionering te hebben werd gebruik gemaakt van een eenvoudige Garmin Etrex Vista GPS. Op deze manier werden in een tijdsbestek van drie weken 2400 structuren geïnventariseerd op een oppervlakte van 25km².

Deze inventarisatie werd enkel verricht in planimetrie en is beschikbaar in een autocadbestand. Indien de Ugent verder onderzoek wil verrichten was het eveneens noodzakelijk om over altimetrische informatie van àlle 2400 gravenstructuren te beschikken. Praktisch gezien is het onmogelijk om op één zomer alle structuren met een GPS in te meten. Om dit probleem op te lossen gebruikt men de ‘fotogrammetrie’. Hierbij wordt gebruik gemaakt van twee luchtfoto’s of satellietbeelden die telkens vanuit een andere hoek hetzelfde gebied opnemen waardoor vervormingen optreden. Dit principe noemt men de ‘stereoscopie’. Aan de hand van de beeldverplaatsing of parallax in de satellietbeelden of luchtfoto’s kan een parallaxverschil tussen twee punten gemeten worden. Dit principe kan ingewikkeld klinken maar is dat niet: op een luchtfoto komt de onderkant van een hoog gebouw niet overeen met de bovenkant. Deze bovenkant is verplaatst ten opzichte van de onderkant. Dit noemt men de beeldverplaatsing. Door deze beeldverplaatsing te meten kan de hoogte van het gebouw bepaald worden (indien alle parameters van de luchtfoto gekend zijn; zoals vlieghoogte, focusafstand van de camera).

In dit geval werd gebruik gemaakt van twee satellietbeelden. Deze zijn afkomstig van het ‘Corona Project’. Dit Amerikaans project liep van 1960 tot 1972 tijdens de Koude Oorlog. De USA wou weten welke militaire kracht de voormalige USSR had. Na het neerhalen van het spionagevliegtuig U2 van Garry Power in 1959 werd het ‘Corona Project’ opgestart. Er werden tijdens de evolutie van het project verschillende soorten camera’s gebruikt. De beelden die het best gebruikt kunnen worden voor de fotogrammetrische verwerking van de Yustidvallei waren de Corona KH4-B beelden. Deze beelden hebben een grondresolutie van 1,8 meter. Dit was een opmerkelijke prestatie van de Amerikanen indien men bedenkt dat de huidige satellieten een maximum resolutie van één meter halen.

Het parallaxverschil van alle mogelijke punten van beide Corona satellietbeelden wordt gemeten door een digitaal fotogrammetrische programma ‘VirtuoZo’. Om dit parallaxverschil om te zetten tot een hoogteverschil was het nodig om een aantal grondcontrolepunten (gcp’s) in de Yustidvallei te meten met een GPS die een nauwkeurigheid behaalt van een halve pixel. Een grondcontrolepunt bestaat uit een punt die herkenbaar is op het beeld en die op het terrein kan gemeten worden in UTM coördinaten. In de Yustidvallei werden 30 gcp’s gemeten met een Garmin 12XL GPS. In deze scriptie werd een methodiek opgesteld om de gcp’s in het UTM stelsel te roteren aan de hand van de Helmert transformatie waardoor de gcp’s in VirtuoZo de parallaxverschillen konden omrekenen naar hoogtes. Daarna is het mogelijk om een hoogtemodel (DEM) te produceren. Het geproduceerde DEM van de Yustidvallei bestaat uit 6 miljoen punten met een planimetrische resolutie van 1 m, gespreid over een oppervlakte van 8,3 op 2,5 km. Het DEM is ruimtelijk correct gepositioneerd in het UTM coördinatensysteem dankzij de opgestelde rotatiemethodiek. Hierdoor kan het DEM verder gebruikt worden in een Geografisch Informatie Systeem (GIS).

De informatie uit het DEM werd gebruikt om de beeldverplaatsing uit één van de twee Corona beelden weg te werken. Hierdoor ontstaat een geometrische correcte kaart van het gebied. Deze kaart noemt men het ‘orthofotoplan’. Het Orthofotoplan dient als achtergrond waarop de geïnventariseerde gravenstructuren gelegd worden.

Uit het DEM is het ook mogelijk om in een GIS omgeving een hoogtelijnenkaart te produceren. Deze hoogtelijnenkaart bevat initieel veel overtallige kleine eilandjes waardoor de kaart onleesbaar is. In deze scriptie werd een methodiek opgesteld om deze eilandjes te verwijderen en de hoogtelijnen te generaliseren. Het resultaat is een leesbare hoogtelijnenkaart met een interval van 10 meter van de Yustidvallei. Op die manier hebben alle 2400 gravenstructuren naast hun planimetrische gegevens ook altimetrische data.

De planimetrische gelokaliseerde gravenstructuren, het DEM en de hoogtelijnenkaart zijn digitaal beschikbaar in een GIS omgeving en kunnen verder gebruikt worden voor archeologisch onderzoek of  voor de aanmaak van toeristische kaarten.

In deze scriptie werd naast deze wetenschappelijke data eveneens 3D animaties aangemaakt. Aan de hand van het DEM is het mogelijk om alle andere data 3D voor te stellen. Op die manier is het mogelijk om het gebied waarheidsgetrouw weer te geven. Om een nog betere voorstelling te geven maakte ik een filmpje waarin over de gravenstructuren gevlogen werd.

Dit alles maakte mijn scriptie een heel boeiende speurtocht dat vertrok bij het verzamelen van mijn eigen data en eindigde bij een aantal schitterende producten.