Facebook
YouTube
VKontakte
Instagram

Статьи

Использование GPS Trimble при археологических исследованиях в районе Мемфиса (Египет)

Автор статьи: Помогаев Олег, инженер-геодезист компании "Навгеоком"

Введение

В ноябре - декабре 2001 года ЗАО НПЦ "Геотехнология" и Центр Египтологических Исследований РАН при участии ЗАО "Навгеоком" проводили совместные работы на Ком Тумане (Гиза, Египет). За время полевого сезона (3 недели) были выполнены комплексные исследования (археология, геофизика и геодезия) для восстановления достоверного облика ландшафта и изменений условий его формирования в течение длительного исторического времени. Работы проводились на территории древней столицы Египта – Мемфиса. Ниже приведено краткое описание и даётся предварительная интерпретация полученных результатов.

Краткая справка о стране

Египет – одно из крупнейших арабских государств с общей площадью – 101.4 тыс. кв. км. Расположен на двух континентах - большая часть страны лежит в северо-восточной Африке вдоль реки Нил, Синайский полуостров находится в Азии. С севера берега Египта омываются Средиземным морем, на востоке - Красным морем. Государство граничит с Израилем на северо-востоке (по Синаю), на западе - с Ливией, на юге - с Суданом. Большая часть Египта - пустынные районы с редкими оазисами, значительная часть страны лежит достаточно высоко над уровнем моря и гориста.

Климат Египта - жаркий тропический, субтропический (на побережье Средиземного моря) и континентальный. Зимой (ноябрь-февраль) температура воздуха составляет +15-25° С. Осадков выпадает не более 200 мм в год. На территории большей части страны бывают периоды по 2-3 года, когда осадки не выпадают совсем. Для всего Египта характерны большие суточные колебания температуры. В зимний и весенний период часто дуют сухие горячие ветры "хамсин", температура в этот период может повышаться до +40-45° С, а влажность падает до 10% и ниже. Периодически случаются песчаные бури.

Условия работы

По прилёту в аэропорт города Каир, российские подданные обычно испытывают "климатическую встряску". Улетая из Москвы (где в конце ноября бушевала метель и температура воздуха была около -20° С) мы через четыре часа попали в лето (ночью обычно температура не опускалась меньше +15° С). Стоит ли говорить, что в сочетании с небольшой влажностью, лучших условий для работы было трудно придумать. Всё бы хорошо, за исключением "хамсина" - ветер поднимал на участке раскопок страшную пыль, что могло сильно помешать геодезическим работам при использовании традиционного оборудования, например, теодолита. Следует заметить, что с GPS трудностей никаких не возникало, помимо неприятного скрежета песка на зубах оператора.

Место проведения исследований

Участок находится на левобережной части долины Нила, примерно в 3 км к востоку от пирамид Саккары. Общая площадь участка составляет около 20 гектар. Рельеф территории слабо всхолмлен с перепадом высот от 18 до 25 м над уровнем моря. С запада участок граничит с дворцом Априя, а с других сторон он ограничивается сельскохозяйственными угодьями. Незначительные площади занимают солончаки и заболоченные участки. Для использования GPS аппаратуры, трудно найти более удобное место, так как практически вся территория участка представляет собой открытое пространство.

Геодезические работы

Все геодезические измерения производились двумя двухчастотными фазовыми GPS приемниками геодезического класса (серия 4000SSE фирмы Trimble). Анализ результатов проводился в двух программных пакетах Trimble Geomatics Office 1.5 (обработка GPS измерений, построение топопланов) и Golden Software Surfer 7.0 (построение 3D моделей поверхности, shaded relief maps). Оборудование указанное выше обеспечивает точность измерений на уровне нескольких сантиметров. Один из приемников всегда работал в режиме базовой станции и устанавливался на заранее смонтированном репере (забетонированная железная арматура), а второй использовался в качестве передвижного.

В целом все выполненные геодезические работы можно разбить на три основных этапа: привязка базовой станции к опорной сети, топографическая съёмка рельефа, съёмка всей территории работ и отдельных интересных объектов.

Привязка базовой станции

Установка опорной базовой станции на новом объекте, всегда является крайне важной задачей при работе с GPS аппаратурой. Для обеспечения сохранности в одной из самых высоких точек рельефа (при максимально открытом горизонте) был заложен постоянный репер с массивным бетонным фундаментом и центром в виде куска арматуры. На этой точке располагалась базовая станция в течении всего полевого сезона. Помимо этого, была заложена дублирующая точка (её можно задействовать в случае утери основного пункта) на которую были переданы координаты.

При создании технического задания на выполнение геодезических работ, нами было определено, что в целях более точной привязки к существующим фундаментальным опорным геодезическим сетям желательна привязка к какой либо известной системе координат (с возможностью контрольного пересчёта по сырым данным для независимых организаций). Для того, чтобы материалы собранные нашей экспедицией, могли быть использованы любой последующей группой исследователей, в качестве основной была выбрана система координат WGS-84 (которая является "родной" для GPS приёмников) с привязкой к пунктам International GPS Service for Geodynamics (IGS). Так как, "сырые" данные станций IGS свободно публикуются в сети Internet, то нам потребовалось лишь обеспечить достаточно продолжительный период наблюдений на базовой станции, чтобы получить возможность привязки к референцной сети. Определив точные географические WGS-84 координаты базовой станции, результаты дальнейшей съёмки мы могли выдавать на любой картографической проекции (прямоугольные координаты). Ниже приведены результаты выполненных измерений.

В качестве опорных пунктов, к которым выполнена привязка базовой станции были выбраны станции расположенные в Израиле (2 шт.), Сирии и на Кипре. К сожалению, для самого близко расположенного пункта в египетском городе Хилван (Helwan Deformation Laboratory) данные на текущий период отсутствовали. В таблице 1 указаны географические координаты (WGS-84) исходных пунктов приведённые на эпоху 2002.0027.

Таблица 1

Название станции Страна Широта Долгота, (WGS-84, град.) Высота, (WGS-84, м)
Elat Израиль 29.50927819 34.92059900 29.549
Lhav Израиль 31.37782108 34.86630808 488.921
Udmc Сирия 33.51019575 36.28523097 748.667
Nico Кипр 35.14098547 33.39644507 190.011

Вычисления были выполнены в программном обеспечении Trimble Geomatics Office с использованием точных эфемерид GPS спутников. Средняя длина базовой линии в сети составляет примерно 450 км. После уравнивания были получены WGS-84 координаты базовой станции с точностью 6 см (в плане) и 50 см (по высоте) относительно референцных пунктов.

Съёмка на местности

Следующим этапом производства геодезических работ стало построение детальной цифровой модели участка местности размером 80 x 100 метров. Для чего это нам потребовалось? Как известно из практики, археологические раскопки довольно трудоёмкое занятие. Крупная экспедиция может проводить исследования участка 10x10 метров в течение всего полевого сезона. Можно себе представить, сколько времени потребуется на обследование территории в 20 га! Поэтому, по результатам предварительного осмотра был выявлен наиболее перспективный участок, на котором и были проведены совместные детальные археологические, геофизические и геодезические изыскания.

После того, как была выполнена рекогносцировка района работ, я смог определиться с оптимальной методикой съёмки. Стало понятно, что в нашем случае наиболее эффективный метод GPS съёмки рельефа – это "Непрерывная Кинематика". Таким образом, за достаточно короткий промежуток времени, можно измерить большое количество точек, чтобы обеспечить необходимую плотность измерений с сантиметровым уровнем точности.

Перед началом работ участок размером 80 x 100 метров был закреплён на местности и был разбит на квадраты со стороной 20 метров. Передвижной комплект состоял из GPS приёмника Trimble 4000SSE, находившегося в рюкзаке оператора, а на вешке была установлена антенна и контроллер TSC1. Весь процесс съёмки контролировался оператором с помощью TSC1, что позволяло задавать имена точек и атрибутивную информацию непосредственно в поле. Интервал записи данных на базовой станции составлял 5 сек. Все каркасные точки участка были сняты в режиме кинематики "Stop & Go", после чего точки заполнения регистрировались каждые 10 секунд в непрерывной кинематике. За это время оператор успевает пройти необходимое расстояние и точно установить вешку над точкой съёмки, предварительно выставив круглый уровень.

Так как у нас не было информации о состоянии пунктов египетской государственной геодезической сети на данную территорию, было принято решение взять за основу систему координат UTM (Zone 36 North), как наиболее известную среди геодезистов по всему миру. Параметры картографической проекции UTM, использованные нами, приведены в таблице 2 (стандартные значения). За неделю работы было измерено около 5000 точек на площади 80 x 100 метров, что обеспечило беспрецендентную плотность съёмки для подобных приложений! После обработки мы смогли построить детальный рельеф участка.

Таблица 2

Параметр проекции UTM Zone 36 N Значение
Начальная широта 0° 00' 00" N
Долгота центрального меридиана 33° 00' 00" E
Смещение по оси x (метры) 0
Смещение по оси y (метры) 500000
Масштабный коэффициент 0.9996

С учётом того, что геофизические данные (например, результаты магнитной съёмки) обрабатывались в ПО Surfer, возникла идея построить 3-х мерный рельеф с эмуляцией искусственного освещения от Солнца (так называемую Shaded Relief Map). Когда на компьютере отрисовалось изображение, мы были просто поражены. На поверхности отчётливо проявились пересекающиеся линейные структуры, очень напоминающие остатки древних кварталов! Кроме того, хорошо видно строгую ориентировку комплекса по направлению север-юг, косвенно подтверждая искусственное происхождение древних сооружений. Следует отметить, что визуально осматривая участок даже и представить сложно, как нагромождение ямок и всхолмлений могут образовывать подобное.

Этап III

Безусловно, рассмотренные выше данные, составляли кульминацию геодезических работ экспедиции. Однако для не менее важных, но более рутинных задач необходимо было провести общую GPS съёмку всей территории и осуществить привязку объектов (находок), наиболее интересных для археологов. Измерения проводились в кинематическом режиме. По результатам работ был построен рельеф всего участка, а также составлены подробные топопланы площади магнитной съемки и юго-восточной части территории.

В ПО Trimble Geomatics Office был построен тематический план участка, на котором однотипные группы археологических объектов были разбиты по слоям. Это стало возможным, за счёт своевременного кодирования объектов в поле, поэтому обработка происходила практически в автоматическом режиме.

На топопланах легко просматриваются линейные объекты, которые ждут своей археологической интерпретации. Помимо этого, были определены координаты границ площадных геофизических съемок, геофизических профилей, геологических, археологических и прочих объектов. Для целей геологической интерпретации, в режиме "Быстрая Статика" были измерены координаты трёх точек: урез уровня Нила, уровень грунтовых вод в районе дворца Птаха и терраса в районе Саккары.

Результаты по другим направлениям

Археология

По данным съёмки был построен детальный топоплан объекта, где показано местоположение подъемного материала и предполагаемых площадных археологических объектов. Материалы в настоящее время анализируются и на их основе археологи разрабатывают место и методику проведения детальных раскопок. Кроме того, изучены и описаны многочисленные скопления разрушенных архитектурных фрагментов. Во время осмотра территории было обнаружено множество образцов незаконченных алебастровых сосудов, а также уникальные находки: терракотовая фигурка женщины с сосудом в правой руке и с обезьянкой на левом плече, фрагмент керамического сосуда в виде петуха.

Геофизика:

Одну из самых больших частей проекта занимали геофизические и геологические исследования. Мы не будем здесь подробно рассказывать об этой работе, так как автор не является специалистом в этой области. Могу лишь сказать, что был задействован целый спектр методов, таких как, магниторазведка, бесконтактное электрическое зондирование, вертикальное электрическое зондирование (ВЭЗы), георадиолокация. Для нас было важно, что ряд интересных результатов, был получен как раз при совместном анализе данных геофизики и геодезии.

На изображении Вы можете увидеть карту изолиний напряженности магнитного поля построенную по данным магниторазведки (справа) и карту построенную по данным топосъёмки (слева). Рисунок магнитного поля на участке работ формируется (в основном) за счёт магнитных отложений верхнего слоя (силт), мощность которого в районе работ составляет 10 - 15 метров. Амплитуда рельефа на участке не превышает 3 м. Таким образом, аномалии магнитного поля очень хорошо коррелируются с формами рельефа, которые полностью сложены магнитными отложениями верхнего слоя.

Заключение

Разведка всеми методами, предшествующая раскопкам крайне важна в широком смысле слова, для формирования наиболее приемлемой стратегии поиска. Только комплексные работы могут дать возможность достоверно восстановить облик ландшафта и изменения условий его формирования в течение длительного исторического времени. При этом использование GPS аппаратуры геодезического класса позволяет получать уникальные результаты, помимо быстрого и эффективного метода съёмки рельефа. Уже сейчас видно, что комплексные археологические, геофизические и геодезические исследования доказали существование многочисленных погребенных архитектурных сооружений. В 2002 г. Центр египтологических исследований планирует начать полномасштабные раскопки в Ком Тумане.

Благодарности

Автор хотел бы поблагодарить Пелевина А.Т., Каца М.Я., Соколова С.Б. и всех сотрудников НПЦ "Геотехнология" за прекрасную организацию работ в Египте и подготовке окончательных результатов.

Также отдельное спасибо госпоже Беловой Г.А. и всем сотрудникам Центра Египтологических Исследований РАН за помощь и содействие при проведении работ и время потраченное на объяснение массы археологических и исторических вопросов.

Статья взята с сайта компании "Навгеоком"

Главная Материалы Статьи Использование GPS Trimble при археологических исследованиях в районе Мемфиса (Египет)