Границы и культурный слой средневековых поселений, разрушенных распашкой, по материалам многозональной съемки (городища чепецкой культуры, IX-XIII вв.)

Методы дистанционного зондирования успешно используются для выявления и обследования объектов археологического наследия. На большинстве памятников, расположенных в зонах хозяйственного освоения, рельефные следы древних сооружений выражены неоднозначно. Поэтому для их изучения более информативны растительные признаки культурного слоя. В общем случае интенсивность проявления растительных признаков определяется накоплением (или утратой) слоя на отдельных участках памятника, а также насыщенностью культурного слоя органическими остатками антропогенной деятельности. Поэтому вариации плотности и высоты растительного покрова могут маркировать границы распространения культурных напластований (возможные границы памятника) и характеризовать относительное изменение мощности культурного слоя (косвенным образом – степень его сохранности). Определение набора признаков для реконструкции культурного слоя по данным многозональной аэрофотосъемки выполнено на основе изучения пяти разноплановых поселений чепецкой культуры IX–XIII вв. н. э. (рис. 1): Кушманское городище Учкакар, Кушманское III селище, Солдырское I городище Иднакар, Заболотновское городище Садейкар и Гординское I городище Гурьякар ( Иванов и др. , 2004. С. 119, 120, 137, 138, 144–147, 200–203). Эти памятники расположены в Балезинском, Глазовском и Ярском районах Удмуртской Республики.

Все изученные поселения представляют собой открытые пространства и похожи по ландшафтным признакам. Они расположены на высоких мысах между рекой и ручьем (Учкакар, Кушманское III селище), поймой р. Чепцы и ее притоком (Гурьякар, Иднакар) или между оврагами (Садейкар). На всех поселениях выявлена схожая система обороны – линии укреплений, возведенные в Средневековье, защищали площадку только с пологой напольной стороны. Еще один общий момент состоит в том, что в Новое время и, особенно, в XX в. территория этих памятников интенсивно распахивалась. В настоящее время используется под покосы или выведена из сельскохозяйственного оборота, благодаря чему наблюдается переход от многолетней залежи к луговым растительным сообществам. Именно единство принципов организации этих средневековых поселений и их схожее современное состояние позволили сформулировать общие признаки для оценки границ археологических памятников и мощности сохранившегося культурного слоя.

Исходные данные и метод обработки

Съемка в видимом диапазоне и многозональная съемка осуществлялись с беспилотного летательного аппарата самолетного типа Supercam S350–F (ООО «Финко», Ижевск). Ортофотоплан территории обследования, построенный по снимкам в видимом диапазоне, позволяет визуально выделить рельефные признаки археологических объектов и определить участки разрушения культурного слоя. Дополнительная обработка дает возможность создать топографический план памятника, выполнить координатную привязку раскопов (рис. 2: а ). Отличительной особенностью многозональной съемки является возможность

Рис. 1. Средневековые поселения бассейна р. Чепцы

1 – Кушманское городище Учкакар; 2 – Кушманское III селище; 3 – Солдырское I городище Иднакар; 4 – Заболотновское городище Садейкар; 5 – Гординское I городище Гурьякар а – городище; б – селище оценить изменение характера растительности – одного из признаков для выявления участков с различной мощностью культурного слоя (Lasaponara, Masini, 2012; Luo et al., 2019). Особенности распространения зеленой растительности наиболее контрастно проявляются в спектральных каналах NIR и Green, а в канале Red в большей степени выражены открытые участки (оползни на склонах, полевые дороги и т. п.) (Kallepalli et al., 2016).

Возможности визуального анализа исходных многозональных изображений поселений, разрушенных распашкой, ограничены ( Журбин , 2022. Рис. 5; Журбин и др. , 2022. Рис. 1). Это связано с тем, что вторичная сукцессия под влиянием природных факторов «выровняла» характер растительности на площадках поселений, выведенных из хозяйственного оборота, и прилегающей территории, не подвергавшейся хозяйственному освоению. Для выявления малоконтрастных, визуально неразличимых особенностей распространения растительного покрова был использован алгоритм статистического анализа ( Zlobina et al. , 2021), который позволяет разделить территорию обследования на сегменты – непере-секающиеся области с однородными свойствами. В сегментах каждого из выделенных классов фиксируется схожий характер растительности (тип, плотность

100 м б

100 м 7^

Рис. 2. Городище Иднакар а – топографический план участка поселения (система высот условная); б – интерпретация сегментов

1 – раскоп; 2 – контур оборонительных сооружений; 3 – граница кладбища; 4 – полевые дороги; 5 – поверхностно-трансформированный слой значительной мощности; 6 – поверхностно-трансформированный слой малой мощности; 7 – замещенный слой; 8 – разрушенный культурный слой; 9 – древесная и кустарниковая растительность и интенсивность). Отличительной особенностью этого алгоритма является вычисление по исходным многозональным снимкам (каналы Green, NIR и Red) текстурных признаков Харалика (Haralick et al., 1973). Несмотря на широкое применение этих признаков в задачах распознавания изображений (Bekkari et al., 2012), при исследованиях археологических памятников такой подход используется редко (Bachagha et al., 2020). Полученные сегменты имеют координатную привязку на местности. Определение археологического контекста ландшафтных объектов, принадлежащих разным классам, может быть основано только на привлечении дополнительных сведений. Обычно для этого используются высокоточные аэрофотоснимки и спутниковые снимки в видимом диапазоне, а также данные раскопок и геофизических исследований (Agapiou, 2020; Calleja et al., 2018; Carmona et al., 2020; Wadsworth et al., 2021).

Городище Иднакар: результаты исследований и эталонные данные

Эталонными данными для реконструкции чепецких памятников, основанной на статистическом анализе многозональной съемки, являются результаты наземных исследований, в первую очередь, раскопок. Минимально изучено городище Садейкар – в разные годы было заложено 5 шурфов. На Гурьякаре раскопки значительной площади проведены только на внутренней части поселения. На городище Учкакар и Кушманском III селище заложено несколько раскопов небольшой площади на различных участках памятников. Поэтому для реконструкции границ и оценки мощности сохранившегося культурного слоя этих поселений эталонные данные раскопок были дополнены результатами геофизических и почвенных исследований ( Журбин , 2022; Журбин и др. , 2022). Очевидно, что наиболее достоверную интерпретацию обеспечивают материалы археологических раскопок. Именно такие данные были получены при многолетних исследованиях городища Иднакар.

Этот памятник находится в 2 км к западу от д. Солдырь Глазовского района Удмуртской Республики, в настоящее время его территория включена в пределы административных границ г. Глазова ( Иванов и др. , 2004. С. 144–147). Городище занимает обширный мыс высокой коренной береговой террасы, образованный поймой р. Чепцы и ее правым притоком р. Пызеп (рис. 2: а ). С напольной стороны в рельефе выражены два мощных вала: внешний ограничивает площадку поселения, а средний делит ее на две примерно равные части. Внутренняя линия укреплений визуально не фиксируется, первоначально выявлена в ходе раскопок С. Г. Матвеева (1927, 1929 гг.) и подтверждена раскопками М. Г. Ивановой (1993, 1994 гг.). Ее контур по всей длине восстановлен при геофизических исследованиях. Общая площадь памятника составляет около 40 тыс. кв. м.

Систематическое изучение Иднакара было начато в 1974 г. М. Г. Ивановой. К моменту завершения археологических исследований (2010 г.) было вскрыто более 9 тыс. кв. м, раскопками изучены все структурные части и оборонительные сооружения. В 1992 г. на неисследованной части городища были начаты геофизические изыскания, которые велись параллельно с раскопками. Таким образом, изучена практически вся площадь памятника. Полученные данные позволили автору раскопок сформулировать концепцию формирования и развития планировки Иднакара (Иванова, 1998. С. 81–85). В тезисном изложении эта концепция выглядит следующим образом. Городище было основано во втор. пол. IX в. Первоначальная площадь, ограниченная внутренним валом и рвом, составляла около 10 тыс. кв. м. Центральную часть этой площадки занимали жилые сооружения, а производственные и хозяйственные постройки концентрировались вдоль южного и северного склонов холма. Сооружения располагались не совсем четкими рядами, вытянутыми от мысовой части к валу. В X в. на Иднакаре была возведена вторая линия укреплений. Площадь поселения достигла 20 тыс. кв. м. Расположение сооружений на средней части городища выглядит более хаотичным, хотя тенденция к рядовой застройке сохраняется. В некоторых случаях фиксируется перепрофилирование сооружений – жилищам предшествовали постройки хозяйственного и производственного назначения, залегавшие непосредственно на материке (Там же. С. 66). В XI в. была возведена третья, внешняя линия укреплений. Площадь городища достигла 40 тыс. кв. м. С «присоединением» новой территории сооружения на внутренней и средней частях продолжали функционировать и периодически обновлялись. На внешней части поселения изучены остатки нескольких построек, наземная часть которых не сохранилась (Там же. С. 71–73). В основном выявлены заглубленные объекты или остатки очагов. В заполнении большинства ям обнаружен производственный инвентарь. Упорядоченная планировка не просматривается. Вероятно, эта территория являлась производственной и хозяйственной периферией поселения. Таким образом, на Иднакаре прослеживается последовательное расширение площадки. За пределами внешней линии укреплений культурный слой не выявлен.

Современное состояние культурного слоя этого памятника определяется многолетними и разноплановыми разрушениями. Распашка его территории началась в XVII в. В частности, в дозорных книгах 1615 г. отмечен «погост на городище Солдарском» (Список дозорных книг… Л. 523 об., 524). Этот погост также упоминается в документах 1629, 1646, 1678 и 1717 гг. Площадка активно распахивалась и в конце XIX в. ( Первухин , 1896. С. 67). Помимо сельскохозяйственной нагрузки на культурный слой Иднакара воздействовали и более разрушительные факторы ( Иванова , 1998. С. 18). Так, на самом мысу – внутренней части Иднака-ра – расположено кладбище д. Солдырь, где захоронения продолжались вплоть до 1985 г. (рис. 2: б ). С 1950-х до 1972 г. площадку городища занимала воинская часть. На всей северной половине территории между средним и внешним валами располагались ее постройки. Отдельные объекты были и на внутренней части Иднакара. Северную половину среднего вала и южную часть территории между средним и внешним валами занимали огороды. С 1973 г. воинская часть была переведена, а оставшиеся постройки использовались различными организациями г. Глазова, которые продолжали разрушение культурного слоя. Только в 1992 г. эта территория была выведена из хозяйственного использования.

В целом, масштабные археологические исследования выявили мощность культурных напластований и степень их разрушения на всех структурных частях городища. Именно эти результаты позволяют оценить достоверность предположений, основанных на статистическом анализе многозональных снимков.

Городище Иднакар: интерпретация сегментов многозональной съемки

На большей части пологой поверхности мыса фиксируются сегменты класса 1 (рис. 2: б ). Значительные по площади сегменты выделены на севере и в центре внутренней части городища; на средней части – в центре и вдоль средней линии укреплений; а также преимущественно в центре территории между средней и внешней линиями оборонительных сооружений. Исходя из результатов раскопок ( Иванова , 1998), эти сегменты можно соотнести с поверхностно-трансформированным культурным слоем значительной мощности. С точки зрения структуры: верхняя часть таких напластований разрушена распашкой, а нижние горизонты сохранились в исходном состоянии ( Zhurbin et al. , 2022). Как показали раскопки, на перечисленных участках основная часть слоя не подверглась разрушению. В частности, в центре внутренней части Иднакара мощность культурных напластований достигает 1,4 м, к северу снижается до 0,6–0,7 м ( Иванова , 1998. С. 30), а на средней части городища составляет около 1 м (Там же. С. 66). На внешней части поселения культурный слой в целом незначительный, но в центральной части все же достигает 0,6 м (Там же. С. 71–73). При этом толщина дерново-пахотного горизонта на всей изученной территории составляет 0,2–0,25 м. Необходимо отметить, что этот горизонт сложен бесструктурным гумусированным грунтом, сформировавшимся в результате разрушения распашкой верхней части культурных напластований – переотложенный слой . При изучении другого памятника чепецкой культуры – Кушманского III селища – показано, что распашка существенно не влияет на геохимические и биологические свойства исходных почв ( Zhurbin et al. , 2022). Соответственно, в сегментах класса 1 минимальная мощность культурных напластований различной степени сохранности составляет 0,8 м. Вероятно, существенный гумусированный слой определяет наибольшую плотность и интенсивность растительности, которая маркирует участок наилучшей сохранности культурного слоя городища Иднакар.

На внутренней и средней частях городища к сегментам класса 1 примыкают сегменты класса 2. В большей степени эта особенность проявляется на юго-западе площадки городища. В «южных» раскопах на внутренней и средней частях (рис. 2: а ) мощность сохранившихся культурных напластований составляет 0,25–0,3 м ( Иванова , 1998. С. 30, 31; 2002. Прил. 86). При этом на средней части выявлена тенденция увеличения в восточном направлении мощности переотложенного слоя, перекрывающего исходные культурные напластования. Вероятно, сегментам класса 2 соответствует поверхностно-трансформированный слой малой (в сравнении с классом 1) мощности.

На пологой поверхности мыса в пределах площадки городища также фиксируются значительные по площади сегменты растительности, отнесенные к классу 3. В большей степени они выражены на юго-востоке внешней части Иднакара. Как показали раскопки, эти сегменты определяются замещенным слоем – культурный слой отсутствует, очертания ям и оснований объектов планировки фиксируются сразу под слоем дерна (Там же. С. 71–73). Вероятно, выявленная ситуация определяется комплексом причин, в частности, особенностями ландшафта.

Увеличение уклона на юге пологой поверхности мыса городища (рис. 2: а ) определяет более интенсивные эрозионные процессы и транзит почвенно-грунтового материала в подчиненные формы рельефа.

Помимо отмеченных сегментов, на пологой поверхности мыса выявлены значительные участки, относящиеся к классам 4 и 5 (рис. 2: б ). Вероятнее всего, растительность, отнесенная к классу 4, маркирует участки, на которых культурный слой полностью утрачен – полевые дороги ( Иванова , 1991. Рис. 103), фундаменты построек воинской части (север внешней части городища), кладбище, оползни на склонах мыса и пр. Сравнение ортофотоплана с сегментированным изображением позволяет однозначно соотнести участки класса 5 с древесной и кустарниковой растительностью (северный склон мыса, участки застройки втор. пол. XX в.).

Описанная ситуация фиксируется в пределах площадки городища, ограниченной внешним валом. Достоверность предложенной интерпретации определяется значительной площадью раскопок, проведенных на всех частях Иднакара и на участках всех выделенных классов растительности. Интерпретация сегментов остальной части территории обследования (пологая поверхность мыса, склоны) может быть основана на экстраполяции свойств изученных участков разнопланового культурного слоя.

Признаки для реконструкции параметров культурного слоя

Обобщение полученных оценок и соотнесение их с ландшафтными признаками территории обследования позволяет выявить значимые тенденции в распределении растительности. Это дает возможность сформулировать набор признаков для реконструкции городища Иднакар по данным многозональной аэрофотосъемки.

Интенсивность растительности является следствием комплексного влияния многих факторов: рельеф участка, крутизна и экспозиция склонов, гидросеть, фоновая влажность и пр. На территориях археологических памятников наибольшее влияние оказывают погребенные остатки объектов (Calleja et al., 2018; Verhoeven, Vermeulen, 2016). Поэтому особенности растительности на площадке поселения, которые выявляются при сегментации многозональных снимков, косвенно характеризуют мощность сохранившихся культурных напластований. Как показали раскопки Иднакара, наиболее мощный поверхностно-трансформированный слой сохранился на внутренней и средней частях городища. Именно здесь располагалась зона преимущественно жилой застройки, которая функционировала на протяжении четырех веков (Иванова, 1998. С. 81). Долговременное использование этой территории и высокая активность антропогенного влияния на почвенные слои определили накопление мощного и насыщенного культурного слоя. Внешняя часть Иднакара в большей степени использовались для хозяйственной и производственной деятельности. Вероятно, здесь исходный культурный слой формировался менее интенсивно. Кроме того, эта структурная часть городища была освоена значительно позже, не ранее XI в. (Там же. С. 80), следовательно, функционировала существенно меньший промежуток времени. Именно поэтому на внутренней и средней частях Иднакара преобладают сегменты, связанные с интенсивной растительностью классов 1 и 2, а на внешней части – значимую роль играют сегменты класса 3 (замещенный слой). Схожие тенденции распределения растительности на внутренних и внешних частях поселений выявлены на городищах Учкакар, Гурьякар и Садейкар (рис. 3).

Граница Иднакара, вероятно, определяется внешней линией укреплений. Сегментация растительности показала, что в пределах городища структура растительного покрова достаточно однородна. За исключением разрушенных участков преобладает поверхностно-трансформированный слой (классы 1 и 2), который представлен сегментами значительной площади (рис. 2: б ). За внешней линией укреплений ситуация меняется принципиально. Вблизи границы городища растительность крайне неоднородна, фиксируются небольшие сегменты всех пяти выделенных классов. Далее распределение растительности «выравнивается». Прилегающая к Иднакару территория, в основном, представлена сегментами классов 4 и 3 – участками с малой мощностью гумусированного слоя (вероятно, естественная растительность). Такое резкое изменение параметров и структуры распределения растительного покрова может рассматриваться как признак границы распространения средневекового культурного слоя . Это предположение подтверждают схожие тенденции распределения растительности, выявленные на городищах Учкакар, Садейкар и Гурья-кар (рис. 3).

Кроме того, значимым признаком наличия средневековых культурных напластований городища Иднакар являются области переотложенного слоя на склоне мыса. Их возникновение связано с плоскостной эрозией – следствием многолетней распашки пологой площадки городища. В результате чего разрушенная верхняя часть культурного слоя постепенно перемещается в подчиненные элементы рельефа. Другим процессом, обеспечивающим концентрацию мелкозема на склонах, является солифлюкция – течение грунтов по мерзлой поверхности еще непротаявшего основания, что характерно для склонов южной экспозиции в областях с сезонным промерзанием. Ранее было показано, что разрушенный распашкой культурный слой, в целом, сохраняет геохимические и биологические свойства исходных почв ( Zhurbin et al. , 2022). Поэтому плотность и интенсивность растительности на склонах, перекрытых переотложенным слоем, сопоставима с растительностью на участке застройки Иднакара (рис. 2: б ). Характерно, что выраженные области классов 1 и 2 фиксируются только вдоль площадки городища, освоенной в Средневековье, и отсутствуют за пределами рва внешней линии укреплений Иднакара. Схожую ситуацию демонстрируют результаты сегментации территории обследования городищ Учкакар, Гурьякар и Садейкар. На Учкакаре и Гурьякаре, так же как и на Иднакаре, переотложенный культурный слой локализуется на склоне южной экспозиции (рис. 3: а, б ). Интенсивность растительности на склонах сопоставима с растительностью на участках культурного слоя наилучшей сохранности, расположенных на пологой поверхности площадки поселений. На Садейкаре переотложенный слой выявляется компактными областями, которые равномерно распределены на западном, восточном и северном склонах мыса городища (рис. 3: в ). Следовательно, переотложенный слой на склонах мыса может рассматриваться как дополнительный признак границ распространения культурного слоя поселения .

Рис. 3. Результат сегментации и интерпретация сегментов а – городище Учкакар (по: Журбин и др., 2022. Рис. 3). Горизонтали через 2,5 м; б – городище Гурьякар (горизонтали через 2 м); в – городище Садейкар (по: Журбин, 2022. Рис. 6), горизонтали через 2,5 м

1 – раскоп; 2 – контур оборонительных сооружений; 3 – участки незначительного антропогенного преобразования, древесной и кустарниковой растительности

Заключение

Совокупность перечисленных растительных и ландшафтных признаков, выявленных при сегментации многозональных изображений Солдырского I городища Иднакар, позволяет оценить границы распространения культурного слоя и изменение мощности сохранившихся напластований на площадке памятника. Основными признаками являются: интенсивность растительности на площадке городища и прилегающей территории; структура сегментированного изображения на пологой поверхности мыса; особенности распространения растительного покрова на склонах. Определение археологического контекста сегментов основано на материалах раскопок. Сравнительный анализ данных позволяет интерпретировать только отдельные сегменты на пологой поверхности мыса. Поэтому оценка параметров остальной территории обследования основана на экстраполяции свойств сегментов растительности, для которых известны характеристики культурных напластований.

В результате показано, что границей Иднакара является внешняя линия укреплений, а наиболее мощный культурный слой фиксируется на внутренней и средней частях поселений (зона преимущественно жилой средневековой застройки). Наглядно выявлены зоны разрушения на стрелке мыса и на северном участке городища. Помимо Иднакара работоспособность предложенных признаков показана при изучении Кушманского городища Учкакар, Гординско-го I городища Гурьякар, Кушманского III селища и Заболотновского городища Садейкар. Полученная информация о границе археологического памятника и сохранности культурного слоя необходима для принятия мер по сохранению объектов историко-культурного наследия в процессе хозяйственного освоения территорий и развития инфраструктуры.

Выявленные общие тенденции характеризуют лишь наличие (или отсутствие) исходного средневекового культурного слоя и его относительную мощность (косвенная характеристика степени его сохранности). Дальнейшая детализация структуры культурных напластований (поиск остатков наземных и заглубленных сооружений, изучение стратиграфии и т. п.) возможна только с применением наземных методов исследований, в первую очередь, раскопок.

Статистическая обработка многозональных снимков выполнена к. т. н. А. Г. Злобиной, к. т. н. А. С. Шаура и к. т. н. А. И. Баженовой, ведущим математиком Р. П. Петровым, сотрудниками УдмФИЦ УрО РАН (Ижевск), за что приношу им искреннюю благодарность.