Применение информационных технологий в археологических исследованиях
Выполнил:
студентка 1 курса магистратуры
46.04.03 Антропология и этнология
Еремеева Е.А.
Преподаватель: Саватеева Е. С.
Орёл, 2017
СОДЕРЖАНИЕ
Внедрение ИТ в археологию……………………………………………………..3
Методика археологических исследований………………………………………4
Применение ИТ в процессе археологических исследований и при изучении пражской культуры……………………………………………………………….5
Внедрение ИТ в археологию
Внедрение математических методов и информационных технологий в археологию началось уже в начале ХХ века. Так, методы вариационной статистики и геометрии использовались в работах российских археологов в 20-х годах XX века. На Западе статистические методы при изучении палеолитических индустрий были применены Барнесом и Киддером в 1936 году. В 40-е годы математические методы стали применяться в Америке. Последующие работы Брейнерда и Робинсона показали, как можно формулировать и математически решать археологические задачи.
В настоящее время накоплен значительный опыт применения математических методов и компьютеров в археологии, имеется достаточное количество публикаций по этим вопросам. Появился ряд обзоров по которым можно проследить историю применения математических методов и компьютеров в археологии. Эта история характеризуется ускоряющимся ростом достижений в области компьютерных технологий, которые порой определяли характер стоящих перед археологией задач. Так, например, возрождение интереса археологов к классификациям в конце 60 - начале 70-х годов может быть связано с появлением мощных компьютеров, способных осуществлять многовариантный статистический анализ.
В начале 60-х гг ХХ в оформилась новая самостоятельная ветвь информатики – технология баз данных (БД), развитие которой дало возможность обрабатывать большие объёмы археологического материала.
С применением компьютерной техники проводятся исследования дендрохронологических, палинологических данных, фото, аэроснимков и космической съёмки археологических объектов.
Таким образом, в настоящее время уже можно говорить о существовании специализированных научных направлений в археологии: “математическая археология”; “археологическая статистика” и т.д.
Однако говорить о них, как о полностью сформировавшихся научных направлениях станет возможным лишь только тогда, когда будет достигнуто определенное согласование предметной области и методов собственно археологии с соответствующими методами математики, компьютерной технологии обработки и анализа информации.
Методика археологических исследований
Методологическая природа каждой дисциплины обусловлена всегда предметом её исследования и задачей изучения.
Структура любого научного знания включает в себя эмпирический и теоретический уровни. Методами эмпирического исследования являются: наблюдение, эксперимент, измерение. На теоретическом уровне применяются такие методы, как идеализация и формализация, метод восхождения от абстрактного к конкретному, исторический и логический методы. Невозможно себе представить развитие археологической науки без применения общелогических методов как приёмов познания: анализа и синтеза, индукции и дедукции, абстрагирования и обобщения, аналогии и моделирования.
Археология, как часть исторической науки включает в свой методологический аппарат общенаучные и специальные исторические методы. Однако широкое применение в процессе археологических исследований естественнонаучных методов: количественныхматематико-статистических, моделирования и др., значительно сближает археологию с точными науками. Спор о том, точная или гуманитарная наука археология, существующий, нужно сказать уже давно не является предметом данного исследования. Тем не менее, близость археологии с точными науками делает её возможно даже больше чем историю в целом открытой для внедрения нетрадиционных (инновационных) методов исторического исследования.
Применение ИТ в процессе археологических исследований и при изучении пражской культуры
В структуре массива информационных технологий, применяемых в археологических исследованиях можно условно выделить пять групп технологий, определяющих и регулирующих соответственно процессы создания, накопления, представления, обработки и передачи археологической информации.
Исходным понятием в этом ряду являются технологии создания (поиска) археологической информации. Они охватывают все этапы и стадии формирования первичных данных, сопровождающих процессы полевых и камеральных археологических исследований, включая работу с литературными источниками и описание находок. Наиболее важными критериями целесообразности подобных технологий является полнота, достоверность и адекватность формируемых в исследовательском процессе данных. Хотя использование этих технологий практически реализует традиционные формы и методы археологических исследований, однако важное значение при этом придаётся форме, в которой фиксируется археологическое знание. Здесь в первую очередь ставится задача обеспечить возможность использования современных компьютерных методов и средств. Важнейшей процедурой в такого рода технологиях являются модели данных, регулирующих не только форму представления фиксируемых (вводимых) данных (тексты, рисунки, снимки, чертежи, таблицы и т.д.), но и те материальные (бумага, киноплёнка, аудио и видеокассеты, компьютерные средства) и логические (макеты данных) носители, на которых эти данные предусматривается размещать для их использования в последующих технологиях. Для этой цели служат разнообразные системы управления базами данных и знаний (СУБД), в частности, ориентированных на гипертекстную и мультимедийную форму представления данных.
Техническая составляющая полевых археологических исследований представлена разнообразной электронной аппаратурой, используемой в процессе раскопок: электронные теодолиты, СГП (GPS), триангуляционные локаторы, пантографы, цифровые камеры. Лабораторное оборудование: электронные микроскопы, датчики температур и т.д. Измерения с использованием цифраторов (длина, ширина, площадь, периметр, форма
артефактов, планы памятников), видеозахват и анализ изображений, калибровка по С14 и т.д.
Технологии создания данных продолжают технологии накопления археологических данных. Они включают в себя процедуры по актуализации (частичному или полному обновлению, удалению или корректировке) этих данных, а также модификации формы представления информации, заносимой или хранимой в базах данных.
И в технологиях создания, и в технологиях накопления важную роль играет приведение информации к виду и формам, наиболее целесообразным для хранения и использования, исходя из содержания информации, её важности, сроков хранения.
С описанными выше технологиями создания и накопления археологических данных тесно связана технология предоставления (доступа к) информации археологических исследований, с которыми она фиксируется в археологических базах данных.
В технологии доступа включаются в первую очередь основные процедуры и операции по обеспечению удобного пользования собранными данными, обеспечивающие действенную защиту данных от несанкционированных действий пользователей, имеющих доступ к хранимой информации, или от сбоев оборудования. В них важное значение придаётся обеспечению возможности удалённой обработки археологических данных. Ключевая роль в этом вопросе принадлежит СУБД.
Обеспечение удобного пользования данными включает в себя и образовательную функцию. Мультимедиа используется, в частности, для обучающих программ, либо содержит базу ресурсов. Например, базы данных на CD-ROM, в которой можно проводить поиск, или модели раскопок, где предлагается шаг за шагом пройти все ступени проведения археологических работ, просмотр информации и ответы на вопросы или поиск специфической информации в своего рода базе данных (текст, графика, анимация, фотографии, видео, цифровой звук, распознавание речи).
Все образовательные технологические приспособления за последние 30 - 40 лет (эпидиаскопы, диапроекторы, допускающие попутные комментарии, аудио и видеокассеты и проигрыватели, кинопроекторы) стали доступны в "одном лице" и могут быть организованы так, как это не было доступно
ранее. Это позволяет студентам участвовать в процессе путем выполнения определенных действий и ответов на вопросы. Налицо перспективы появления CD-ROM'ов с археологическими коллекциями/памятниками/публикациями в продаже или в музеях и библиотеках.
Технологии обработки данных археологических исследований являются наиболее важным и ответственным звеном в структуре понятий археологической информатики. Они представляют собой фактически комплекс функциональных подсистем, под потребности и возможности которых должны подстраиваться другие типы технологий, выполняя для комплекса функции обеспечивающих подсистем. Разумеется, процедуры обработки данных и, соответственно, технологии, предназначенные для этих целей, рассредоточены по всем этапам формирования, представления, хранения, собственно обработки, передачи археологической информации, составляя, во-первых, программно-техническое и технологическое ядро. Однако наиболее важную роль играет подсистема собственно обработки археологических данных, в которой сосредоточены и задействованы основные методы, модели, алгоритмы и технологии по современным формам проведения археологических исследований с использованием технических средств. Их использование даёт возможность получать новые знания о жизни людей и природных процессах в далёком прошлом за счёт обобщения имеющихся археологических данных и выделения в них наиболее важной информации методами информатики. Можно с полным основанием говорить, что технологии обработки информации суть технологии собственно археологических исследований. Среди них: экспертные системы с помощью которых возможно установление типа артефакта или материала; пространственный анализ: совстречаемость артефактов в пространстве, что позволяет восстановить картину (распространение поселений, социальная стратификация); создание графиков (линейные графики, диаграммы, 3-х мерные диаграммы и другие их разновидности), иллюстраций: структурные схемы, рисунки предметов, реконструкции, планы поверхностей; отображение: создание 3-х мерных проволочных или полноцветных моделей раскопов, контуров поверхности, плотности распределения находок; соподчинение артефактов (или костяков, пыльцы), кластерный анализ, в частности, использование мультивариантных статистических методов (скопления материала и др.); симулирование и системное моделирование: представление археологической проблемы как системы определенных
правил, ограничений, входящих и исходящих ресурсов. Попытка представить и даже предсказать поведение во времени или исключить наиболее важные факторы, как, например, Колонизация Америки, крушение империи майя.
Технологии передачиданных в научных исследованиях вообще (а не только в археологии) появились лишь в последнее время. В значительной мере их появление и развитие обусловлены распределённой и удалённой обработкой и хранением информации. В первую очередь это связано с использованием сетевой технологии (прежде всего технологии локальных сетей) и удалённого доступа по каналам глобальных информационных сетей.
ГИС
, или геоинформационные системы являются новым типом интегрированных компьютерных систем, появившихся на свет в конце XX века. Сейчас это наиболее перспективная и универсальная система управления геоданными. Несмотря на то, что разработка ГИС началась более 30 лет назад, наиболее бурное и качественное развитие они получили за последние 7-8 лет, а удешевление техники и значительное увеличение ее вычислительной мощности сделало, наконец, возможным применение ГИС в археологических исследованиях[10]. Наиболее общее определение для ГИС - это автоматизированная информационная система, предназначенная для обработки пространственно-временных данных, основой интеграции которых служит географическая информация. Именно пространственная привязка археологического объекта и представляет наибольшую ценность в системе. ГИС - мощная и гибкая система управления геоданными. Основное ее преимущество перед обычными СУБД в том, что по своей структуре она является СУБД, но географической привязкой данных в 2-х или 3-х мерном пространстве к определенной точке на местности. Кроме того, ГИС имеет встроенную систему пространственного анализа, какой нет в обычной СУБД. Элементы географической (археологической) карты снабжаются семантикой, которая может быть проанализирована. Взаимоотношения между этими элементами также могут быть проанализированы. Более всего ГИС удобны и полезны при создании археологических информационных систем отдельных географических регионов, планов раскопок археологических памятников, изучении древних карт, палеорельефа. Современные ГИС позволяют анализировать не только векторные данные, но и растровые и текстовые.
Разновидности ГИС:
1. Инструментальные ГИС
(instrumentalGIS) – системы, обеспечивающие ведение картографических БД, пространственный анализ данных, обработку сложных запросов и вывод твёрдых копий;
2. ГИС-«вьюверы»
(viewerGIS) – системы, обеспечивающие просмотр введённых ранее данных, выполнение запросов к сформированным инструментальными ГИС базами данных, организацию вывода оформленного картографического планшета на твёрдый носитель;
3. Справочные картографические системы, СКС
(informationcartographicsystem) – системы типа «вьюверов», обеспечивающие выполнение разнородных запросов к встроенным в них картографическим базам данных (возможности обновления последних отсутствуют);
4. Векторизаторы растровых картографических изображений (rastercartographicmapsvectorizers):
· системы, обеспечивающие ввод пространственной информации со сканера и её автоматическое или полуавтоматическое преобразование в векторную форму;
· специализированные средства пространственного моделирования – программно-аппаратные средства, ориентированные на решение задач моделирования процессов вида: распространение загрязнений сред обитания, геологические явления, анализ рельефа и т.п.;
· средства обработки и дешифрования данных дистанционного зондирования – программно-аппаратные средства, предназначенные для обработки цифровых изображений земной поверхности, полученных с борта летательных аппаратов и искусственных спутников Земли.
Появление и развитие новых геоинформационных технологий, специально разработанных для работы с данными, имеющими пространственно-временную привязку, обусловило их быстрое распространение и широкое
использование во многих отраслях науки и техники, в том числе и археологии.
ГИС-технологии вошли в обиход не только тех, кто профессионально связан с географией, но и стали инструментом для научного исторического анализа. Использование возможностей географических информационных систем в исторических исследованиях уже имеет некоторую традицию. Определился круг исторических проблем, решаемых с помощью ГИС, разработаны конкретные методики по работе с различными историческими данными. Подобные исследования ведутся в США, Англии, Германии, Голландии, Швеции, России. В ряде университетов читаются специальные курсы по применению ГИС-технологий в исторических исследованиях.
Основным преимуществом
САПР
по сравнению с ГИС является их способность строить объекты в трех измерениях, получая таким образом объемную модель. Области применения САПР - самые различные, от проектирования авторучек до гидроэлектростанций и космических кораблей. Улучшенные в последнее время средства отображения моделей и возможность накладывать на их поверхности различные цветные текстуры позволяют получать изображения фотографического качества в разных ракурсах [9].
У археологов наибольшей популярностью с давних пор пользуется AutoCAD различных версий, за его универсальность. Зачастую для него создаются специальные приложения, приспособленные к тем или иным археологическим задачам. Тем не менее, существует множество других САПР, таких, как MicroStation, bCAD, AutoCADMap, EasyCAD, отечественный Компас и др., которые также могут применяться в археологии. Основной способ использования подобных программ археологами - подготовка полевых чертежей и 3-х мерные реконструкции раскопов, погребальных сооружений и поселений, а также архитектурных памятников и археологических находок. Кроме "чистых" САПР систем существуют некие "симбиозы", сочетающие в себе элементы ГИС и САПР, а также анимации: AutoCADMAP, ERMapper, 3DMax и др. Такие сложные программы требуют длительной и качественной подготовки для полноценной работы с ними. С одной стороны приятно получить красивую картинку поселения и посмотреть как образовывались культурные слои во
времени с указанием находок, с другой стороны - насколько это необходимо? Для иллюстраций и обучения - безусловно, для научного анализа - есть свои "за" и "против".
Составление и использование баз данных в археологических целях, пожалуй, является одним из древнейших способов употребления технических средств (вспомнить хотя бы перфокарты). Домашняя библиография на карточках, музейные карточки на коллекции и вещи, алфавитные и систематические библиотечные каталоги, даже записные книжки являются не чем иным, как элементарными базами данных, выраженными на бумаге. Все они были придуманы с одной единственной целью - упорядочить и ускорить поиск информации. В разных бумажных системах возможности поиска могут различаться в зависимости от сложности и детальности структуры: по одному, по двум, по трем критериям, по десяти и более - уже сложнее... В электронных же базах данных поиск можно производить по большому количеству критериев, задаваемых пользователем, сортировать данные по любому параметру (дате поступления, на
званию предметов, инвентарным номерам и т.д.), экспортировать данные в другие программы: статистические, текстовые редакторы, графические программы, а также в ГИС.
Существуют различные: от простейших "плоских" файлов (таблиц) до сложных структур реляционных баз данных. Пример - регистры памятников (обычно они административные, но есть и исследовательские: SARG, AZSITE), музейные каталоги, базы данных под конкретные проекты, такие, как базы данных по раскопкам (контекст, стратиграфические отношения, находки с атрибутами, взаиморасположение в слоях и т.д.), Разведкам, литературе, вещевому материалу, надписям или текстам, результатам анализов (С14, дендродаты), библиографическим и библиотечным каталогам; открытый доступ к базам данных в информационных системах. Помимо обычного текста или цифр базы данных начинают включать в себя изображения и даже видеоматериалы. Базы данных - это отправная точка для изготовления каталогов, поиска и разнообразных возможностей анализа данных. Их полное название - системы управления базами данных (СУБД).
В рамках рассмотрения вопроса об использовании ИТ при изучении пражской культуры обратим в первую очередь внимание на то, что уже
сделано автором в данной области и рассмотрим наиболее перспективные проекты, которые могут быть реализованы в самом ближайшем будущем.
На первом этапе, этапе сбора и систематизации всей доступной информации по изучаемой проблеме, немаловажное значение имели результаты поиска данных по пражской культуре в глобальной сети Internet
. К сожалению, пока не разработан сайт, посвящённый проблеме раннеславянских древностей Центральной и Восточной Европы в середине- II половине I тыс. н.э. Осуществление этой идеи следует занести в перспективные задачи на будущее. Однако должна с радостью отметить, что исследователи довольно часто вывешивают в Internete свои последние публикации по дискуссионной на настоящий момент исследований проблеме происхождения пражской культуры. Поэтому поиск новейшей информации по изучаемому вопросу не стал пустой тратой времени.
Второй сферой применения ИТ при изучении пражской культуры стал собственно процесс написания магистерской диссертации, с применением программ из пакета MicrosoftOffice, а также различных графических средств Paint, AdobePhotoshopCS для обработки рисунков и карт.
Весьма интересной и перспективной для будущих исследований является возможность применения ГИС-технологий в процессе поиска раннеславянских памятников середины – второй половины I тыс. н.э. «Трудноуловимый» культурный слой поселений или погребальных памятников действительно часто отчётливо прослеживается на снимках распаханных полей.
На этапе, включающем в себя накопление, обработку и передачу данных, наиболее перспективной представляется разработка системы управления базой данных по поселениям пражской культуры на всей территории её распространения. Эта задача может быть значительно упрощена, если обратиться к опыту украинских и российских археологов (о подобных разработках в Белоруссии мне ничего не известно).
В качестве примера можно привести разработанную в Институте археологии НАН Украины Н.А.Гаврилюком, Н.П.Тимченко, С.Д.Крыжицким и В.М.Отрешко СУБД «Поселения», состоящую из двух программных пакетов – «Список» и «Опись». Первый ориентирован на обработку полевого материала, заносимого в полевые списки, и имеет конечной целью получение
статистических данных по поселению или городищу. Второй нацелен на создание классификационных систем по отдельным категориям археологического материала.
Авторы отмечают, что в программном пакете «Поселения» реализованы следующие функции и возможности:
· качественный и количественный анализ распределения находок по категориям, классам, типам и т.п. иерархическим уровням;
· анализ частоты и взаимовстречаемости находок по горизонтам;
· анализ взаимовстречаемости находок по месту, строительным комплексам, датировке и другим признакам;
· сопровождение археологических находок как единиц хранения фондов (экспедиции, музея, выставок и т.п.)
· исследование археологического материала в контексте других памятников, материалы которых размещаются на электронных носителях информации; в перспективе, при условии эффективной координации с другими группами разработчиков, - создание базы знаний.
Предложенная выше в качестве примера СУБД не является единственной в своём роде. В Институте археологии НАН Украины разработано и эксплуатируется несколько систем управления базами данных, ориентированных на профессиональных археологов и музейных работников, и одновременно на непрофессиональных пользователей персональных компьютеров.