Проблемы применения элементов ГИС-технологий в археологических исследованиях

Ссылки на применение или создание археологических ГИС в настоящее время очень популярны для современных мультидисциплинарных исследований. Действительно, геоинформационные технологии открывают перед исследователем ряд совершенно уникальных возможностей по визуализации полевых материалов, формированию новых знаний из имеющейся информации на основе анализа взаимосвязей имеющихся материалов (в том числе – пространственных), изготовлению современных форм представления этих знаний, и обмену этими знаниями между дисциплинами, имеющими зачастую одновременно и гуманитарный, и естественный, и технический характер в одном проекте комплексного исследования.

Но вот говорить о полноценных ГИС археологического направления в отечественной науке пока еще рано, можно только рассматривать более или менее реализованные отдельные элементы ГИС-технологий, которые даже в таком виде оказываются весьма эффективным инструментарием современного исследователя. Перед отечественными разработчиками «археологических» геоинформационных систем стоит ряд нерешенных вопросов, и в первую очередь – организационно-правового характера. Ведь даже ГОСТовская расшифровка аббревиатуры ГИС как «географическая информационная система» вызывает вопросы у ряда весьма квалифицированных ГИС-специалистов, а отношения с режимом доступа к материалам, представляющим государственный интерес, будут доставлять еще немало головной боли всем в ближайшие годы.

В своих предыдущих публикациях мы уже неоднократно поднимали вопрос о качестве исходных материалов, на основе которых будут строиться предполагаемые ГИС-системы. Нас в первую очередь волнует та основа, на которой могут «находить общий язык» информационные блоки различных дисциплинарных исследований в комплексных проектах – это геодезическая и топографическая информация, достаточно напомнить, что в нашей стране обновлено в настоящий момент менее одной трети картматериалов. Поэтому для эффективного применения ГИС-технологий требуется использовать для полевого сбора геодезических данных современные высокопроизводительные методики, такие как наземное и воздушное лазерное сканирование, системы спутникового позиционирования и материалы космических съемок. Но в настоящее время даже выполнение обычных топогеодезических работ при стационарных многолетних раскопках большинство исследователей не могут обеспечить требуемым количеством электронных тахеометров или хотя бы без-отражательных лазерных дальномеров. Причины здесь разные, причем не всегда только финансовые.

Префикс «гео» по отношению к информационной системе предполагает, что геодезическая и топографическая информация для ГИС должна быть адекватно генерализована. К примеру, возьмем карту масштаба 1:10 000 (в 1см 100м), для нее механическое укрупнение изображения в 10 раз не даст нам план масштаба 1:1 000 (в 1см 10м), а механическое уменьшение изображения в 10 раз не даст нам карту масштаба 1:100 000 (в 1см 1км).

Более того, измеренные площади и длины линий на картах различных масштабов будут между собой разительно отличаться (именно этот факт послужил основой для одного из крупнейших открытий второй половины XX века в философии и математике одновременно – фракталов). А измерения, выполненные на картах, от измерений, выполненных на планах – еще более того «разойдутся». Поэтому основой целостности и достоверности ГИС является приведение к единому рабочему масштабу и единой рабочей системе координат и высот всей совокупности геоданных (правила генерализации, т.е. показа изображения в разных масштабах, и правила связи между различными системами координат должны в НАСТОЯЩЕЙ геоинформационной системе быть квалифицированно описаны создателями проекта).

Для «археологических» условий работа в системах координат определяется документами:

– «Основные положения о государственной геодезической сети Российской Федерации» [Основные…, 2003];

– «Положение о производстве археологических раскопок и разведок и об открытых листах» [Положение…,2001];

– «Аппаратура радионавигационная глобальной навигационной спутниковой системы и глобальной системы позиционирования. СИСТЕМЫ КООРДИНАТ. Методы преобразований координат определяемых точек» [Аппаратура…, 2001].

В «Основных положениях о ГГС…» определено, что единой государственной системой геодезических координат Российской Федерации является СК-95 (Система координат 1995 года), а единой государственной геоцентрической системой координат – ПЗ-90 (Параметры Земли 1990 года).

В «Положениях о производстве…» приведены конкретные требования ОПИ ИА РАН к топогеодезическому обеспечению полевых археологи- ческих исследований, причем авторы здесь немногословны, вот перечень пунктов, которые есть смысл освежить в памяти: 5.3б-в, 5.8, 6.3, 6.7, 6.12, 6.16, 6.18, 6.20, 7.4г и 7.5б,е,к-м. Позволим себе высказать ряд элементарных умозаключений, подтверждаемых, тем не менее, практикой.

В «Положениях о производстве…» речь идет исключительно о местных системах координат и высот, которые являются индивидуальными для каждого памятника, и, практически, получаются «одноразовыми», потому что нет четких инструкций по определению и закреплению на местности исходных геодезических дат таких систем координат. Поскольку эти местные системы координат не связаны с государственной или общеземной системами координат, то вопрос восстановления или уточнения местоположения объектов в такой системе координат зачастую переходит в разряд неразрешимых. А полевые работы по обеспечению археологических ГИС-технологий или других (геодезических, землеустроительных и т.д.) работ вообще не предполагаются. Прямым следствием отсутствия нормативных требований и практических руководств по «наведению» порядка с индивидуальными системами координат памятников являются проблемы с отводом земель под археологические памятники и «философские» сложности с организацией ГИС-технологий. Вот с чем придется иметь дело при внедрении ГИС-технологий в археологии «…для подавляющего большинства памятников… Новосибирской и соседних областей, граница занимаемых ими земельных участков не определена или определена весьма приблизительно. Достаточно большое количество памятников либо не имеют плана вообще, либо они выполнены методами глазомерной съёмки. Так называемые «инструментальные планы» также не всегда точны, так как обычно съёмку проводит археолог, а не профессиональный геодезист» [Ануфриев и др., 2003].

И даже более того, передовые методики изучения археологических памятников, которым должен владеть настоящий археолог согласно «Положению о производстве…», основываются только на нивелире и теодолите, да еще GPS-измерения можно использовать как справочную информацию. Нет официально опубликованных ОПИ требований или хотя бы рекомендаций использовать электронные и лазерные геодезические инструменты, данные дистанционного зондирования Земли (аэрокосмической съемки, в частности). Вспомним, что ровно 100 лет назад, в 1906 году для изучения Стоунхенджа было П. Х. Шэрпом с воздушного шара произведено первое в истории фотографирование археологического памятника. Первые две трети XX века советская археология активно использовала возможности аэрофотосъемки, позже применялись космические снимки для анализа местонахождения памятников. Сегодняшние спутниковые изображения с пространственным разрешением 0.6 метра на пиксель (в надире) для открытых и полуоткрытых территорий существенно упрощают проблему производства плановой (т.е. без высот) топографической съемки для «топографических» планов в понимании этих терминов специалистами ОПИ ИА РАН. Для «ситуационных» (по терминологии ОПИ) планов прекрасно подошли бы спутниковые изображения с пространственным разрешением от 1 до 2.5 м/пиксель.

Представим теперь отнюдь не гипотетическую ситуацию: по материалам такого качества, как сейчас мы имеем на большинство отечественных объектов, надо в сжатые сроки решить некую задачу с использованием ГИС-тех-нологии. Поскольку ГИС по определению базируется на пространственных взаимосвязях, основой которых являются координаты в некоторой единой системе, то перед разработчиками возникает определенная проблема. Археологам не доступны работы в системе координат, принятой в нашей стране из-за ее секретности. Единственно, что если с изданием ОПИ на свой страх риск соответствующего нормативного документа археологи перейдут от отечественных топографических карт и планов на использование только космических изображений, прошедших ортофототрансформирование («фотопланы» по спутниковым снимкам), то применение общеземной системы координат (WGS-84) в качестве рабочей системы будет оправдано.

Таким образом, ГИС-направление в отечественной археологии сейчас переживает бурный подъем, интенсивно развивается (в отличие от методик координатных измерений, например). Наши близкие прогнозы уже дают надежду, что в скором времени вместо отдельных элементов ГИС-технологий в отечественных публикациях мы увидим действительно серьезные ГИС-решения. Просто для этого ведущим организациям отечественной археологии необходимо озаботиться решением ряда насущных проблем организационного порядка:

– квалифицированно рассмотреть возможность использования общеземной системы координат и высот WGS-84 как наиболее подходящей для основной рабочей системы координат и высот при археологических исследованиях;

– приемлемым для научных исследований и без нарушения отечественных законов способом решить вопрос о формах работы с материалами: картографическими, топографическими и данными дистанционного зондирования Земли;

– разработать комплекс нормативной документации по выполнению геодезических полевых и камеральных работ при полевом изучении археологических памятников, включая официальный технический регламент по взаимоотношениям между получателями Открытых листов, ОПИ ИА РАН и территориальными Центрами по сохранению исторического наследия;

– разработать отраслевой стандарт (идеальный вариант) или хотя бы технические требования к ГИС археологического назначения;

– объявить конкурс на разработку Положения о корпоративной ГИС, которая могла бы объединить в единое информационное пространство ГИС-разработки отдельных организаций, работающих с археологическими материалами.