Scanarea unei căi ferate cu drona Trinity F90+ și sistemul LiDAR Qube240 pentru detectarea posibilelor situri arheologice

Dronele împreună cu tehnologia LiDAR au adus o revoluție în modul de cercetare și înțelegere a siturilor arheologice. Această combinație puternică de tehnologii oferă o perspectivă mult mai detaliată și precisă asupra terenului și a structurilor ascunse, ceea ce a dus la noi descoperiri arheologice și înțelegerea mai în profunzime a patrimoniului istoric.

În acest articol vă prezentăm un caz concret de folosire a dronelor state-of-the-art și a celor mai bune sisteme LiDAR de pe piață pentru scanarea unui areal, cu scopul detectării posibilelor situri arheologice.

Cum se folosesc dronele în arheologie

Rolul dronelor în arheologie este extrem de valoros și a crescut semnificativ în ultimii ani, oferind oportunități semnificative pentru descoperiri, cartografiere și cercetare arheologică.

Printre modurile în care dronele se folosesc în arheologie se numără:

1. Cartografiere și fotografiere aeriană: Dronelor le este ușor să fotografieze zone extinse dar greu accesibile, oferind arheologilor perspective aeriene detaliate asupra siturilor arheologice. Aceasta poate fi deosebit de utilă în contextul prospecțiunilor și evaluărilor preliminare ale siturilor, identificând caracteristici arheologice ascunse sau dispuse sub nivelul solului.
2. Documentare și analiză detaliată: Dronelor le este ușor să efectueze zboruri la altitudini și unghiuri variate, permițând o documentare detaliată a structurilor și a siturilor arheologice. Imaginile capturate pot fi utilizate pentru crearea de modele 3D, hărți și reconstrucții digitale, oferind cercetătorilor perspective complete și accesibile din orice unghi.
3. Identificarea siturilor arheologice: Tehnologia dronelor poate ajuta la detectarea și identificarea unor situri arheologice îngropate sau mascate de vegetație. Spre exemplu, senzorii infraroșii, pot fi utilizați pentru a depista variațiuni subtile ale vegetației, indicând prezența structurilor sau a altor caracteristici arheologice.
4. Prospecțiuni non-invazive: Drona poate fi folosită pentru a evalua siturile arheologice în mod non-invaziv, fără a necesita săpături sau a deteriora situl. Aceasta reduce riscul de avariere a artefactelor și a structurilor, oferind în același timp o imagine globală asupra situației, fără a perturba stratificația arheologică.
5. Monitorizarea și protejarea siturilor: Dronelor le este ușor să patruleze și să monitorizeze siturile arheologice, asigurându-se că acestea sunt protejate de activități ilegale, furturi sau vandalism. Imaginile aeriene pot fi utilizate pentru a detecta schimbări sau daune în timp și pentru a implementa măsuri de protecție corespunzătoare.
6. Excavații asistate de dronă: În timpul săpăturilor arheologice, drona poate fi folosită pentru a cartografia și documenta rapid zona de săpătură, ajutând arheologii să înțeleagă contextul mai bine și să ia decizii mai informate pe parcursul săpăturilor.

În general, drona poate aduce o eficiență crescută și o perspectivă mai largă în cercetarea arheologică, făcând posibilă realizarea unor descoperiri și înțelegeri mai profunde despre trecutul nostru. Cu toate acestea, este important ca utilizarea dronelor în arheologie să fie efectuată cu responsabilitate și respect pentru patrimoniul cultural, etica cercetării și legile locale care reglementează aceste tehnologii.

Despre date și traseu

Arealul vizat cuprinde zone din județul Timiș, de-a lungul unei căi ferate, scopul fiind scanarea acestei linii de cale ferată, pe traseul căreia s-ar putea identifica situri arheologice.

Zonele greu accesibile sau cu vegetație abundentă sunt o provocare când vine vorba de analiza terenului. Pentru aceste zone sistemele LiDAR sunt alegerea perfectă deoarece ele permit cercetarea și observarea configurației terenului, fasciculele laser penetrând vegetația. Un astfel de sistem LiDAR – Qube 240 – a fost folosit impreuna cu drona Trinity F90+ pentru a scana o linie de cale ferata. Modelul obtinut  a fost transformat intr-un model digital al terenului si a compensat cu succes  incapacitatea realizarii sondajelor la sol.

Metodologia a constat în luarea în primă fază de puncte pentru iBase. Punctele au fost stabilite in locuri favorabile aterizării dronei: suprafețe plane, fără obstacole în apropiere. Ulterior a avut loc deplasarea la punctele stabilite, cu planul zborului făcut în QBase și s-au efectuat zborurile cu drona Trinity F90+ și payload-ul LiDAR Qube240.

Tabelul de mai jos reprezintă misiunile de zbor executate pentru colectarea de date și parametrii de calitate utilizați. După cum se poate observa, densitatea de puncte variază în funcție de viteza de croazieră și este cuprinsă între 80 și 150 m², înălțimea la care s-au efectuat zborurile este de 100 m, iar zonele de tip „area” au un overlap de 30% între ele, suprafața acestor zone variind de la 90 de ha la 171,7 ha.

Zona	Tip zonă	Lățime (m)	Overlap	Durată scanare (min.)	Înălțimea la care s-a zburat	Distanță coridor (km)	Suprafața totala zburată (ha)	Densitatea de puncte (/m²)
1	area	-	30	16	100	-	94,4	80-150
2	area	-	30	15	100	-	90	80-150
3	area	-	30	22	100	-	151,4	80-150
4	area	-	30	26	100	-	171,7	80-150
5	coridor	350	40	16	100	5,3	186,8	80-150
6	area	-	30	19	100	-	125,8	80-150
7	coridor	370	40	5	100	1,5	52	80-150
8	coridor	400	40	9	100	3,3	132,7	80-150
9	coridor	350	40	27	100	10,1	1004,8	80-150

 

Zonele de tip „coridor” sunt în număr de patru și au un overlap de 40% între ele. Lungimea coridoarelor este între 1,5 km până la 10,1 km, cu lățimi între 350 și 400 m. Pentru a zbura la 100 m altitudine un coridor de 10,1 km lungime și 350 m lățime, Trinity F90+ împreună cu payload-ul Qube240 a avut nevoie de 27 de min, oferind date precise și de foarte bună calitate, densitatea de puncte fiind între 80 și 150 m².

Imaginile prezentate reprezintă datele procesate cu ajutorul soft-ului CloudStation și ilustrează atât imagini ale norului de puncte colorizat (colorizarea se face după elevație) sau alb-negru (vizualizare după gradul de reflectivitate), cât și imagini cu secțiuni transversale.

Rezultate și concluzii

Acest studiu de caz demonstrează potențialul remarcabil al acestei tehnologii în domeniul arheologiei. Prin aplicarea LiDAR-ului în procesul de cercetare, arheologii beneficiază de o metodă non-invazivă și eficientă de a obține date detaliate și precise despre terenuri dificil de accesat.

În arheologie, tehnologia LiDAR s-a dovedit a fi deosebit de valoroasă pentru documentarea siturilor arheologice, identificarea structurilor și elementelor terestre nevăzute de pe teren sau mascate de vegetațiea densă. Senzorii LiDAR & dronele tip aripă-fixă permit arheologilor să obțină o imagine cuprinzătoare și tridimensională a terenului cercetat, ceea ce facilitează identificarea potențialelor situri arheologice și obiective culturale istorice relevante.

În contextul acestui studiu de caz, tehnologia LiDAR a permis analiza precisă a terenului înconjurător, evidențiind posibile urme ale unor construcții sau obiecte arheologice care ar putea fi relevante pentru înțelegerea trecutului istoric al zonei. Cu ajutorul acestor date s-au putut identifica în detaliu traseele și caracteristicile topografice, furnizând informații cruciale pentru proiectele de cercetare.

Prin crearea unui Model Digital de Suprafață (DSM) detaliat, au fost evidențiate obiectele aflate deasupra terenului, inclusiv clădiri și vegetație, în timp ce Modelul Digital de Teren (DTM) a conturat forma terenului în sine, eliminând obiectele deasupra acestuia. În plus, norul de puncte tridimensionale a oferit o colecție vastă de informații, dezvăluind detaliile esențiale ale reliefului și oferind o bază solidă pentru analizele ulterioare.

Astfel, tehnologia LiDAR, împreună cu dronele tip aripă-fixă, reprezintă o unealtă valoroasă pentru arheologi, permițându-le să exploreze, descopere și să documenteze mai eficient și mai rapid obiective arheologice ascunse sau greu accesibile. Integrarea acestei tehnologii în domeniul arheologiei aduce noi perspective și oportunități în cercetarea patrimoniului cultural și a trecutului cultural, deschizând drumul către o înțelegere mai profundă a istoriei noastre.

 

Despre sistemul LiDAR Qube 240

Payload-ul Qube 240 de la YellowScan este un sistem LiDAR de calitate geomatică care are o rată de 240 000 de impulsuri pe secundă. Sistemul are integrat software-ul Applanix APX15INS care permite o acuratețe absolută remarcabilă, generând informații 3D precise despre forma pământului și caracteristicile suprafeței acestuia. Tehnologia LiDAR nu depinde de lumina soarelui, astfel că cartografierea infrastructurii și supravegherea unei zone mari se poate face fără probleme și pe timp de noapte.

Sistemul LiDAR Qube240 se poate achiziționa din magazinul nostru online La Orizont accesând următorul link: https://laorizont.ro/products/qube-240-lidar.

Qube240 în șase pași

1. Cum se folosește?

LiDAR-ul Qube 240 este un payload foarte ușor de utilizat. Când aveți două payload-uri, prima dată se scoate primul cu o apăsare de buton, apoi se glisează al doilea la locul lui în compartimentul pentru payload-uri al dronei Trinity F90+. Se încarcă zborul pe dronă, se apasă butonul de pornire al LiDAR-ului și sunteți gata de zbor.

2. Cum se compară cu imaginile satelitare?

Imaginile satelitare au o rezoluție cu totul diferită fiindcă sunt colectate cu ajutorul sateliților din spatiu, iar LiDAR-ul Qube măsoară în 3D, adică se măsoară elevația. Cei mai multi sateliți iau imagini multispectrale, pancromatice și doar câțiva măsoară elevația pământului: tehnologia radar (datele SRTM – set de date foarte vechi care arată Pământul în 3D dar care se folosește acum pentru planificarea zborurilor); imagini Stereo din satelit (a doua modalitate de a măsura Pământul din satelit – dar are rezoluție de ordinul metrilor pe când cu Qube avem rezoluție de 2-3 cm).

3. Are baterie proprie sau nu și care este timpul de operare?

Este alimentat de bateria de zbor a dronei Trinity și odată ce e montat pe dronă, poate opera o oră, adică aproximativ 350 h.

4. IMU și calibrare

Sistemul Qube 240 nu folosește doar un LiDAR, ci și un IMU, o unitate de măsură inerțială foarte precisă care este necesară pentru a măsura unghiurile pe axele de girație, ruliu și tangaj. Este necesară o scurtă calibrare înainte de misiune pentru a obține acuratețea maximă de aprox. 2.5 cm și asta se face introducând în QBase un model de calibrare și lăsând drona să zboare câteva întoarceri și astfel se calibrează sistemul și se obține cea mai bună acuratețe.

5. Care este timpul de livare?

Timpul de livrare este între 4 și 5 săptămâni pentru sistemul LiDAR Qube240.

6. Are sistemul LiDAR Qube240 și un senzor RGB pentru a coloriza norul de puncte?

Deocamdată se folosesc datele RGB ale unui zbor secundar sau se pot îmbina datele LiDAR cu un ortofotoplan preexistent (chiar și Google Earth).

Despre Trinity F90+

Instrument de cartografiere imbatabil pentru profesioniști, drona Trinity F90+ de la Quantum Systems combină manevrarea convenabilă a unui elicoter cu aerodinamica eficientă și rezistența unui UAS cu aripă fixă. Rezultatul este o dronă de cartografiere care îndeplinește cele mai înalte cerințe de eficiență, siguranță, oferind precizie la nivel de sondaj și posibilități versatile de aplicare. Parametrii săi de performanță combinați cu ușurința de operare și o rentabilitate imbatabilă a investiției fac din Trinity F90+ drona de cartografiere ideală pentru utilizatorul profesionist.

Puteți achiziționa această dronă din magazinul online La Orizont aici.

De asemenea, puteți găsi și cea mai nouă și performantă dronă de la Quantum Systems, Trinity Pro, aici.