Redukcja 3. Pozyskanie danych przestrzennych

Zdecydowanie się przez archeologów na pozyskanie nowych danych, po-bieranych w celach archeologicznych, daje największe możliwości ograni-czenia procesów redukcji informacji (ryc. 41: jednostronna, zielona relacja pomiędzy zdefiniowaniem zakresu badań a pozyskaniem danych prze-strzennych). Jak pisałem w podrozdziale 2.2, istnieje wiele typów skanerów, a wybór najbardziej odpowiedniego zależy od potrzeb i wiąże się z licznymi konsekwencjami. Z archeologicznego punktu widzenia najistotniejszy po-zostaje podział pod względem sposobu rejestracji energii poszczególnego impulsu. Starsze generacyjnie, konwencjonalne instrumenty umożliwiają rozpoznanie ech dyskretnych, czyli kilku odbić pochodzących z jednego impulsu laserowego. Jednakże, aby mogło do tego dojść, fizyczna odległość pomiędzy obiektami w terenie, a więc poszczególnymi odbiciami, musi być większa od możliwości ich odróżnienia, które to są zależne od algorytmów charakterystycznych dla poszczególnych zestawów urządzeń (por. pod-rozdz. 2.2). Tym samym, choć rozwiązanie to jest przydatne w celu odróżnie-nia na przykład wysokiej roślinności od powierzchni gruntu, to jest ograniczo-ne do potrzeb studiów nad przeszłością z uwagi na trudność w rozpoznaniu niewielkich obiektów archeologicznych pośród niskiej roślinności, a więc krzaków czy poszycia leśnego (Doneus, Briese 2006a: 156).

Tymczasem wykorzystanie nowszych generacyjnie skanerów typu Full-Waveform daje dużo większe możliwości prospekcyjne niż urządzenia umożliwiające rozpoznanie ech dyskretnych (Doneus i in. 2008). Dzięki tym instrumentom możliwa jest bowiem rejestracja powracającej energii każdego odbicia (por. podrozdz. 2.2). To, który fragment echa z danego impulsu sta-nie się elementem składowym chmury punktów, a więc głównego produktu ALS-u, zależy nie tylko od celów badawczych, ale i od algorytmów przetwa-rzania danych. Wygenerowanie danego punktu, położonego na interesują-cym badacza odcinku echa, odbywa się na podstawie przeliczeń odległości echa, jego szerokości oraz amplitudy wychylenia. Dzięki temu łatwiejsze jest rozróżnienie rozmaitych obiektów (w tym archeologicznych) położonych bardzo blisko siebie na osi pionowej (Doneus i in. 2008: 884, ryc. 1).

Z uwagi na charakterystykę elementów dziedzictwa wykorzystanie ska-nerów typu Full-Waveform wiąże się więc z dużo większym potencjałem prospekcyjnym niż urządzeń konwencjonalnych. Na ich korzyść wpływają również rozwijane obecnie prace prowadzące do wizualizacji surowych danych ukazujących ‘ciągłe’ wartości odbicia impulsu od napotkanych obiektów. Zamiast polegania na dotychczasowych wykresach możliwy jest ogląd wizualizacji informacji o pełnym odbiciu w formie bardziej ‘przyjaz-nej’ na potrzeby interpretacyjne (por. podrozdz. 2.3.1). Może to wpłynąć na

3.3. Redukcja informacji przy użyciu ALS-u 115 obróbkę danych i sposób ‘jawienia się’ obiektów archeologicznych zapisa-nych w chmurze punktów.

Ponadto, utrata informacji na etapie pozyskiwania danych przestrzen-nych jest związana nie tylko z wyborem typu skanera, ale i z ustawieniami skanowania, w tym z gęstością pomiaru. Wpływ na nią mają zróżnicowane czynniki. Dominującym jest cel zastosowania ALS-u, gdyż metodyka pro-wadzenia pomiarów na potrzeby archeologiczne jest w pewnych aspektach inna niż na przykład dla leśnictwa lub do celów topograficznych. W przy-padku leśnictwa najistotniejszymi wydają się odbicia związane z roślin-nością, na podstawie których można określić strukturę drzewostanu (Ducic i in. 2006). Tymczasem wykonanie skanowania do celów topograficznych, pomimo skupienia się na ostatnich echach, charakteryzuje się jednocześnie dużą generalizacją. Subtelne formy terenowe (np. niewielkie kurhany) nie mają znaczącego wpływu na dokumentację form geomorfologicznych, więc pożądana, niezbyt duża gęstość skanowania może nie pozwolić na później-szą identyfikację takich obiektów.

Skupienie się na elementach dziedzictwa o zachowanej formie krajobra-zowej wywołuje jednak istotny konflikt. Na podstawie danych lidarowych w sprzyjających okolicznościach możliwe jest także rozpoznanie obiektów zupełnie zniwelowanych (por. podrozdz. 3.2.4 i 3.2.5). Jednakże wyróżniki roślinne, na podstawie których może dojść do identyfikacji stanowisk ‘płas-kich’ pojawiają się na przykład w polskich warunkach głównie w czerwcu i lipcu. Tymczasem najlepszymi porami roku na wykonanie pomiarów lida-rowych mających na celu identyfikację obiektów o zachowanej formie i po-łożonych na obszarach leśnych są wczesna wiosna i późna jesień. Wegetacja jest wówczas wstrzymana, a śnieg nie przykrywa ziemi³³. W konsekwencji wraz z określeniem daty przelotu dochodzi do redukcji potencjału prospek-cyjnego metody. W podrozdziale 3.2.7 wspomniałem, iż niektórzy badacze postulują, aby biorąc pod uwagę koszty wykorzystania ALS-u, pomiary wykonywać przede wszystkim na obszarach zalesionych, a ziemie orne zo-stawić tradycyjnemu rozpoznaniu lotniczemu. Nie neguje to jednakże faktu, iż podczas określania daty przelotu dochodzi do redukcji potencjału pro-spekcyjnego metody (jedna z grup obiektów możliwych do rozpoznania

‘pozbawiona jest szansy’ bycia zarejestrowaną w danych).

Do utraty informacji archeologicznej dochodzi również wskutek innych parametrów pomiaru. Wynika ona zarówno z możliwości użytego sprzętu (np. typu skanera i jego dokładności) bądź rodzaju platformy nośnej, jak

_______________

33 Pokrywa śnieżna, podobnie jak ciecze, znacząco komplikuje odbicie wiązek laserowych.

W konsekwencji echa często nie wracają do skanera (pewnym wyjątkiem są skanery wyko-rzystywane w metodzie ALB, por. podrozdz. 2.2).

i metodyki pomiaru (oprócz wspomnianego wyboru pory roku, także: wy-sokości³⁴ i prędkości³⁵ lotu, warunków atmosferycznych³⁶, ogólnej topografii skanowanego terenu³⁷, kąta prowadzonego skanowania³⁸, pokrycia szere-gowego³⁹, sposobu zagospodarowania danego obszaru⁴⁰ itd.). Istnieje wiele aspektów możliwej utraty informacji, więc wiedza na temat możliwości ALS-u, charakteru danych pozyskiwanych podczas skanowania oraz znajo-mość własnych potrzeb wydaje się niezbędna w momencie planowania po-miarów.

Chcąc najpełniej wykorzystać potencjał metody, nie można polegać jedynie na doświadczeniu firm oferujących usługi skanowania, gdyż naj-częściej nie zostało ono zebrane wskutek odpowiedzi na potrzeby archeolo-giczne. Badacze muszą być świadomi subiektywności danych przestrzen-nych i ograniczeń w możliwościach ich pozyskania, a także złożoności wpływu metodyki na dalsze wyniki. Z tego powodu procedura planowania pomiarów jest niezwykle istotna. Założona średnia gęstość 4 impulsy/m² zaowocuje pozyskaniem danych o innej jakości niż wówczas, gdy odbić tych będzie 8 bądź nawet kilkadziesiąt (np. jak w przypadku wykorzystania śmig-łowców jako platformy nośnej). Do pewnego stopnia dany obszar będzie

_______________

34 Wraz ze wzrostem pułapu lotu zwiększa się rozmiar plamki lasera (ang. footprint) na powierzchni. Tym samym powiększa się obszar płaszczyzny, której wartość wysokości jest uśredniana dla danego echa.

35 Wykorzystanie helikopterów, żyrokopterów czy dronów pozwala na ograniczenie prędkości pomiaru, a nawet na swoiste ‘zawiśnięcie’ w powietrzu oraz zwiększenie liczby wysyłanych impulsów w danym kierunku.

36 W przypadku chęci wykonania skanowania w czasie wstrzymanej wegetacji istnieje możliwość wystąpienia i utrzymywania się niekorzystnych warunków atmosferycznych (np.

opadów deszczu, wichur), co w zdecydowany sposób ogranicza sezon pomiarowy. Ponadto maszyna znajdująca się w powietrzu narażona jest na działanie wiatru i ruch powietrza, wpływających na kierunek i prędkość lotu. Uwidacznia się to między innymi w rozkładzie przestrzennym ech.

37 Obszary względnie płaskie nie stanowią większego problemu metodycznego, jednakże skanowanie terenów o dużych przewyższeniach charakteryzuje się dużą trudnością w regu-larnej dystrybucji punktów pomiarowych, zwłaszcza na stokach.

38 Często postuluje się, iż podczas skanowania obszarów leśnych należy tak ustawić parametry, aby urządzenie odbierało echa pochodzące z nadiru bądź kąta zbliżonego do niego. Jednakże w niektórych wypadkach skanowanie wykonane przy dużym kącie emisji impulsów przynosi lepsze rezultaty (Doneus, Briese 2011: 64).

39 Większe pokrycie szeregowe umożliwia uzyskanie większej gęstości impulsów nie tylko na obszarach otwartych, ale i o utrudnionej penetracji energii (np. z powodu poszycia leśnego).

40 Choć lidary mają zdolność do penetracji rozmaitych środowisk, to jest ona zróżnicowa-na. Większą gęstość punktów odbitych od gruntu uzyskamy, gdy pomiary prowadzone są nad pozbawionym liści lasem liściastym niż iglastym, zwłaszcza gdy na przykład świerki lub sosny są młode (por. Kurczyński 2014: 70).

3.3. Redukcja informacji przy użyciu ALS-u 117 wyglądał inaczej w produktach pochodnych skanowania, jeżeli zostanie zeskanowany wczesną wiosną, a inaczej w środku lata. Choć między innymi poprzez zmianę wysokości i prędkości lotu, a także zwiększenie liczby sze-regów oraz ich kierunków można osiągnąć wyższą gęstość danych, to wraz z nią rośnie także cena usługi. Z tych powodów utrata informacji, do jakiej dochodzi podczas wykonywania skanowania, jest wypadkową możliwości finansowych, rodzaju zestawu urządzeń pomiarowych, metodyki, warun-ków niezależnych od badacza, wiedzy zamawiającego na temat efektywności wykonywanych prac oraz jakości pozyskiwanych danych przestrzennych.

Każdy z tych elementów ma wyraźny wpływ na wygląd otrzymywanych produktów ALS-u.