Применение ГИС-технологий в комплексныхпалеогеографическихиархеологическихисследованияхнатамани и абхазском побережье

Г.В.ТРЕБЕЛЕВА, Ю.В.ГОРЛОВ

ПРИМЕНЕНИЕ ГЕО ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ-ТЕХНОЛОГИЙ В КОМПЛЕКСНЫХ ПАЛЕОГЕОГРАФИЧЕСКИХ И АРХЕОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ НА ТАМАНИ И АБХАЗСКОМ ПОБЕРЕЖЬЕ*

Количество данных, накопленных археологической наукой к началу XXI века, таково, что наряду с традиционным вопросом «где находятся такие-то объекты», все чаще возникает новый вопрос: «почему они там расположены».1 В связи с этим изменяются и требования к археологическому исследованию: сведения собственно об археологическом памятнике должны быть дополнены исторической, географической и археологической информацией о конкретной территории. В сферу интересов археологов все более попадают такие области науки, как пространственная археология, системы расселения и землепользования, а также смежные науки: палеогеография, палеоэкология и др. Все это приводит к увеличению естественно-научной и картографической составляющих археологических исследований. Возникает необходимость в создании специализированных карт, отображающих особенности локализации памятников, факторы воздействия на них, а также результата их системного и всестороннего оперативного анализа. Решить эту задачу помогают технологии геоинформационных систем (ГИС), под которыми понимается интеграция фактографических электронных баз данных (текстовых, цифровых и т.д.) и геоизображений. При этом важной особенностью любой современной ГИС является ее принципиальная открытость для постоянного развития путем добавления новых слоев и подключения новых баз данных.

С 2001 г. Черноморской экспедицией ИА РАН (руководитель работ Ю.В.Горлов) совместно с географическим факультетом МГУ (руководитель работ А.В.По-ротов) ведутся комплексные палеогеографические и археологические исследования Кавказского побережья Черного моря. Целью этих работ является создание предек-тивной модели развития данного региона, а конкретной задачей — выявление воз-

Рис. 1

*

Работа выполнена при поддержке фонда Евразия «Экология как фактор социально-экономического развития древних обществ: сравнительный анализ ситуации в устье Кубани и на побережье Сухумской бухты».

Рис. 3

можной взаимосвязи между палеогеографическим и историческим развитием территории. Для ее решения первоначально планировалось провести комплексные археологические и палеогеографические исследования на территории всего Черноморского побережья Кавказа от устья Кубани до Очамчирской бухты. Но фактически, для полигонного исследования оказались пригодными только четыре района: устье Кубани, Пицундская, Сухумская и Очамчирская бухты (рис.1). Территории между ними в прибрежной зоне значительно разрушены береговой абразией и антропогенным воздействием (строительством инфраструктуры курортной зоны Причерноморья), а южный склон Кавказского хребта скрыт мощными лесными и кустарниковыми массивами или современной застройкой.

Но, несмотря на то, что теоретически для полигональных исследований оказались пригодными четыре района, полноценные полевые исследования удалось провести только в двух: в районе черноморского устья Кубани и в Сухумской бухте. Доступ в район Пицунды был затруднен из-за дислокации там, в настоящее время, российских миротворческих сил, а натурное исследование Очамчирского района пока еще невозможно из-за последствий грузино-абхазской войны 1992-1993 гг.

Но, в сущности, результаты изучения отдельных показательных регионов Черноморского побережья, в данном случае устья Кубани и Сухумской бухты, можно экстраполировать на все побережье в целом.

Рис. 4

При этом большую роль оказывает применение ГИС-технологий, которые в данном проекте выступают, с одной стороны, как форма представления результатов, а с другой, - как инструмент исследования, позволяющий проводить комплексный анализ всей географической и археологической информации в интерактивной форме.

Для работы с геоинформационными данными была выбрана одна из последних версий геоинформационных программ компании ESRI ArcGIS 8.2. Вернее, если быть более точными, то первоначально была сделана попытка геокодирования данных дистанционного зондирования земли (ДЭЗ) — космо- и аэроснимков с помощью программы MapInfo Professional 6.0. После геокодирования растровых изображений в ручном режиме проводилась их векторизация, и затем, векторные слои экспортировались в программу ArcView 3.2а.2 Но данный метод обработки данных показался нерациональным: аналитический аппарат программы MapInfo Professional 6.0. значительно уступает программе ArcView 3.2а, и в то же время оказался невозможным экспорт растровых изображений, а следовательно, и их анализ, в программу ArcView 3.2а. Кроме того, горный рельеф Кавказского побережья Черного моря оказался очень сложным для полноценной векторизации и требовал несоразмерно больших временных затрат.

В связи со всем этим, а также с появлением версии программы — ArcGIS 8.2., которая позволяет не только геокодировать растровые изображения внутри своей среды, но и полноценно использовать растровые данные для анализов, было решено использовать именно эту программу как инструмент исследования и форму представления результатов.

В целом всю работу можно подразделить на три этапа:

♦ Палеогеографические и археологические исследования дельты Кубани и создание соответствующей проблемно-ориентированной ГИС.

♦ Палеогеографические и археологические исследования Сухумской бухты и создание соответствующей проблемно-ориентированной ГИС.

♦ Сведение в единый проект ГИС дельты Кубани и ГИС Абхазского побережья (от Пицунды до Очамчиры). Проведение анализов и реконструкций.

Палеогеографические и археологические исследования дельты Кубани и создание соответствующей проблемно-ориентированной ГИС

Комплексные палеогеографические и археологические исследования в районе

Рис. 5

черноморской дельты Кубани проводились еще в 1998-2000 гг., в рамках российско-французского Таманского регионального археологического проекта.3 Тогда же была составлена база данных (БД) по археологическим памятникам Таманского полуострова. Создавалась она в рамках программы Microsoft Access, ее система была разработана специалистами Высшей школы применения математических и статистических методов в области изучении гуманитарных проблем при Доме науки о человеке (Париж, Франция).

БД состоит из 11 основных позиций:

1. Название

2. Античный топоним

3. Упоминание в античных источниках

4. Библиография

5. Координаты GPS

6. Ссылка на карту

7. Ссылка на аэро- и космоснимок.

8. Предыдущие исследования памятника

9. Описание памятника, включающее в себя характеристику степени сохранности, локализацию и современное использование территории, на которой находится памятник.

10. Хронология

11. Интерпретация.

При этом к текстовым информационным полям прилагаются цифровые кодификаторы, которые значительно ускоряют обработку информации.

Тогда же Г.П.Гарбузовым были начаты работы по составлению ГИС по Таманскому полуострову.4 Но эта работа не была доведена до конца: отсутствовали темы по археологическим памятникам. Их пришлось создавать позднее по имеющимся координатам памятников в БД.

В 2003 году, ранее геокодированные растровые данные (космоснимки SPOT) в формате TIFF, с помощью функции «переклассификация» в модуле Spatianal Analyst, были преобразованы в формат Grid. Принципиальная разница между этими форматами заключается в том, что Grid позволяет вносить атрибутивные данные к самому растру, а следовательно, использовать их в дальнейшем при анализе. Формат TIFF работать с отдельными ячейками растра не позволяет.

В 2001-2003 гг. был проведен ряд бурений, для взятия геологических проб на радиоуглеродный, геоморфологический и малакофаунистический анализы. Места бурений подключались к имеющемуся проекту. К каждому бурению при помощи горячей связи подключались чертежи разреза, а на основании полученных данных - в

Рис. 7

таблицу атрибутов вносился соответствующий цифровой код, который определял результаты проведенных анализов. Геологические исследования и соответствующая обработка данных проводилась при географическом факультете МГУ. Руководителем работ являлся канд.геол.наук А.В.Поротов.

Палеогеографические и археологические исследования Сухумской бухты и создание соответствующей проблемно-ориентированной ГИС.

Для создания проблемно-ориентированной археологической ГИС абхазского побережья в качестве геоподосновы использовались карты масштаба 1:10000, панхроматическая аэрофотосъемка 60-70 гг. и спектрозональных космоснимок КФ 1000 с разрешением 4 м (рис. 2).

Для географической привязки снимков было проведено 50 определений координат в опорных точках. К сожалению, особенности географии (горный рельеф) изучаемой территории не позволяли создать оптимально распределенную сеть опорных точек. В качестве таковых выбирались места пересечения прибрежных дорог, мосты, устья рек. Это привело к тому, что более ли менее точную привязку имеет береговая полоса, а чем дальше в горы, тем погрешность увеличивается. Однако надо оговорить, что для поставленных целей эта погрешность большого значения не имела, так как объектом исследования является именно прибрежная часть.

В качестве координатной системы ГИС-проекта выбрана широко распространенная проекция иТМ с моделью Земли WGS-84, базовой при работе с вРБ-прием-

никами. Выбор модели Земли связан со стремлением создать максимально технологичную, ориентированную непосредственно на данные GPS-приемников справоч-но-информационную систему, пригодную для интерактивного применения не только в стационарном режиме, но и непосредственно в полевых условиях.

В ходе проведения археологических исследований было обследовано, внесено в базу данных и геокодировано 119 археологических памятников. Система базы данных (БД) была той же, что и в случае с археологическими памятниками Таманского полуострова. Так что при необходимости обе эти базы данных можно будет свести в одну.

БД создавалась в рамках программы Microsoft Access для возможности работы с ней на любом компьютере, имеющем стандартное программное обеспечение (Office) независимо от программной оболочки ГИС (если это будет необходимо). Далее эта БД программа с помощью инструмента «Соединения и Связи» в рамках ГИС оболочки ArcMap 8.2 соединяется с данными атрибутивной таблицы слоя археологических памятников, представляющих собой точечные объекты. Кроме того, с помощью инструмента «гиперссылка» была создана горячая связь с фотографиями внешнего вида памятника .

Кроме археологических памятников в ГИС-проект Абхазского побережья, как и в случае с ГИС по Таманскому полуострову, включались и данные о местах геологических бурений и результатов их радиоуглеродного, малакофаунистического и палинологического анализов.

Сведение в единый проект ГИС дельты Кубани и ГИС Абхазского побережья (от Пицунды до Очамчиры). Проведение анализов и реконструкций.

После создания ГИС-Абхазии в новый фрейм были добавлены все имеющиеся данные по Абхазии и Тамани. Для создания целостности картины, на основе двух имеющихся линий побережья (Тамань и Абхазия) был геокодирован космоснимок Черного моря. Космоснимок имеет очень маленькое разрешение, поэтому выполняет в основном эстетическую функцию. Относительная географическая точность имеется лишь вдоль северо-восточного побережья: от Тамани до Абхазии. Поэтому снимок был использован так же и как основа для создания векторного слоя линии современного Черноморского побережья Кавказа (рис. 3).

Следующей задачей стало проведение геологических реконструкций. Ранее подобные модели создавались без применения инструментов ГИС, а их данные наносились в ручном режиме, с помощь инструмента «буфер».5 В результате получалась красивая картинка, но не более (рис.4).

Теперь же, с помощью модуля ArcGIS Geostatistical Analist (инструмент «мастер операций геостатистики», методом ординарного крикинга) на основе имеющихся данных анализов геологических проб (в частности по уровню мелко-среднезерни-стых песков) была сделана попытка создания модели непрерывной геологической поверхности для двух исследуемых регионов (рис. 5). Суть метода ординарного крикинга заключается в следующем. На основе имеющихся опорных точек создается непрерывная поверхность. Учитывая основной принцип географии: объекты, расположенные на близком расстоянии друг от друга более похожи между собой, нежели чем удаленные друг от друга,6 программа рассчитывает значения неизвестных точек, создавая тем самым непрерывную поверхность. Учет удаленности искомой точки от известной идет за счет присвоения весовых коэффициентов: чем ближе точка, тем ее коэффициент выше. При этом коэффициенты основаны не только на расстоянии между измеренными точками и искомой точкой, но и на распределении опорных точек в пространстве в целом.7

Полученные результаты, пока еще являются далеко не окончательными. Статистическая выборка (особенно для района черноморского устья Кубани) не репрезентативна. Данные распределены очень неравномерно, что значительно увеличивает статистическую ошибку, выводя ее за пределы допустимой (рис. 6). Кроме

того, до конца еще не отработан принцип подбора параметров выборки, и применяемых весовых коэффициентов.

Но сам метод представляет определенный интерес.

Строение верхней части отложений Сухумского побережья, хронологически относящейся ко второй половине голоцена, различно на участках Сухумского полуострова и расположенной восточнее неширокой полосы прибрежной низменности, отражающее особенности их морфодинамического развития в условиях изменений уровня моря в позднем голоцене. К этим выводам исследователи пришли, не прибегая к аналитическим инструментам ГИС.8 Но, если же мы обратим внимание на полученную с помощью модуля Geostatistical Analist модель геологической поверхности (рис. 7), то по существу увидим ту же картину. Только в данном случае она выглядит нагляднее, даже для не специалистов.

Начатые исследования планируется продолжить. В полевом сезоне 2004 г. должны будут быть получены дополнительные археологические и геологические данные. В дальнейшем, палеогеографические модели, полученные путем статистического анализа геологических данных, будут соединены с результатами пространственного анализа системы расположения археологических памятников.

Но это планы на будущее. На сегодня же мы можем сказать, что завершение одного этапа работы — собственно создания ГИС, открывает новые горизонты для дальнейших исследований, в которых созданная нами ГИС будет играть важнейшую роль, являясь основным инструментом исследования.

ПРИМЕЧАНИЯ

1. Афанасьев Г.Е. Основные направления применения ГИС- и ДЗ-технологий в археологии //CD: Круглый стол «Геоинформационные технологии в археологических исследованиях». (Москва, 2 апреля 2003 г.): Сборник докладов. М., 2004.

2. Требелева Г.В., Горлов Ю.В. Использование геоинформационных систем в программе по изучению палеогеографии и археологической топографии Сухумской бухты (предварительные результаты) //CD: Круглый стол «Геоинформационные технологии в археологических исследованиях». (Москва, 2 апреля 2003 г.): Сборник докладов. М., 2004.

3. Горлов Ю.В. Исследования в рамках таманского регионального археологического проекта (ТРАП) в 1998 году //Проблемы истории, филологии и культуры. М.-Маг-нитогорск, 1999. Вып. №7. С.365-367; Горлов Ю.В., Поротов А.В., Янина Т.А, Фуаш Э., Мюллер К. 2002. К вопросу об историко-географической ситуации на Таманском полуострове в период греческой колонизации //Проблемы истории, филологии, культуры. М.-Магнитогорск, 2002. Вып. 12. С. 248-257.

4. Гарбузов Г.П., Мюллер К., Горлов Ю.В. Использование геоинформационных технологий в Таманском региональном археологическом проекте //Боспорский феномен: колонизация региона, формирование полисов, образование государства: Материалы международной научной конференции. Ч. 2., СПб., 2001. С. 246-249.

5. Требелева Г.В., Горлов Ю.В. Использование геоинформационных систем в программе по изучению палеогеографии и археологической топографии Сухумской бухты (предварительные результаты) //CD: Круглый стол «Геоинформационные технологии в археологических исследованиях». (Москва, 2 апреля 2003 г.): Сборник докладов. М., 2004.

6. Tobler W. A Computer movie simulating urban growth in the Detroit region. //Economic Geography. 1970. # 46 (2). P. 234-240.

7. Джонстон К., Вер Хоеф Д.М., Криворучко К., Лукас Н. ArcGIS Geostatistical Analyst. Руководство пользователя. М., 2002. С. 50-53.

8. Балабанов И.П., Поротов А.В., Горлов Ю.В. Кайтамба М.Д., 2003. Особенности эволюции Сухумского побережья в позднем голоцене //Вестник МГУ. Сер. 5. География. 2004. Вып. 2. в печати; Поротов А.В., Горлов Ю.В., Балабанов И.П., Болихов-

екая Н.С., Кайтамба М.Д. К палеогеографии Восточного Причерноморья в античную эпоху //Проблемы истории, филологии и культуры. М.-Магнитогорск, 2003. Вып. № 13.

G.V. TREBLEVA, YU.V. GORLOV

APPLICATION OF GEO-INFORMATION SYSTEMS IN THE INTEGRATED PALAEO-GEOGRAPHICAL AND ARCHEOLOGICAL RESEARCHES AT TAMAN AND ABKHAZIAN COASTLINE

Since 2001 Institute of Archaeology of RAS Black Sea expedition has been making the integrated palaeo-geographical and archeological researches at the Caucasian coastline of the Black Sea. The application of Geo-Information systems as a device is of great importance to the whole process of research, as it helps to analyze geographical and archeological information in the interactive form.

А.А.АЛИЕВ, И.Н.АЛИЕВ

НОВЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ГИЛЬГИЛЬЧАЙСКОЙ ОБОРОНИТЕЛЬНОЙ СТЕНЫ

Исторический экскурс. Появление гуннов на исторической арене Европы в конце IV века открыло новую страницу в истории многих стран и народов положило начало Великому переселению народов, эпохе средневековья. В 395-6 гг. гунны, подобно смерчу, совершили первый грандиозный военный поход через Главный Кавказский хребет в Закавказье и Переднюю Азию, который привел в ужас население всего региона. Современники событий - Евсевий Иероним и Клавдий Клавдиан - писали об этом в частности: «.. .От крайних пределов Меотиды, между ледяным Танаисом и свирепыми народами массаге-тов, где Александровы запоры сдерживают дикие племена Кавказа, вырвались рои гуннов.» (Eus. Hier. Epist. LXXVII, 8), «по неожиданному пути через Каспийские ворота и армянские снега» (Claud. Claudian. In Ruf. II, 22-30).

Вторжение гуннов нанесло ощутимый удар по Ирану и Византии и показало силу и мощь новых номадов. Проблема защиты своих кавказских рубежей встала на повестке дня. Эта проблема стояла особенно остро для Ктесифона, так как после раздела 387 года почти все Закавказье вошло в состав империи Сасанидов. Уже в 408 г. был подписан Ирано-Византийский договор. Шаханшах Йездигерд I (399-421) вступил в переговоры с Византийским двором, в итоге которых он принял на себя юридическую опеку над малолетним императором Феодосием II Младшим (408-450) и подписал договор о совместных расходах на охрану кавказских проходов (Кулаковский Ю. 1913, с.227-228). Поскольку эти проходы находились на территории Ираншахра, то их охрану несли персидские отряды, а Константинополь обязывался оплачивать половину соответствующих расходов Сасанидов. По договору, эта сум ма для Византии составляла, очевидно, 500 литр (160 кг) золота ежегодно (Theoph. Chron. 245, 13-26).

Около 424 г. новый договор между Ираном и Византией подтвердил обязательство Константинополя нести половину расходов по охране кавказских проходов