CC BY
183
УДК 528.8+904 ГРНТИ 36.23.33
Л.В. Быков, Л.В. Татаурова, А.З. Светлейший
ТРЕХМЕРНАЯ РЕКОНСТРУКЦИЯ АРХЕОЛОГИЧЕСКИХ ПАМЯТНИКОВ И ОБЪЕКТОВ НА ОСНОВЕ ДАННЫХ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ И ГЛОБАЛЬНЫХ НАВИГАЦИОННЫХ СПУТНИКОВЫХ СИСТЕМ
Исследование выполнено при поддержке гранта Российского научного фонда (проект № 14-50-00036).
Представлены результаты археологических работ на памятнике российского освоения Сибири «Ананьино-I». Полевые работы были выполнены с использованием современных геодезических приборов и технологий. В процессе изысканий был разработан классификатор археологических находок и объектов, апробировано использование геодезических методов определения пространственного положения объектов с использованием беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) - модели самолета и квадроко-птера. Получены обзорные фотопланы местности и крупномасштабные планы раскопов и их частей. Применение ГНСС для привязки снимков позволило объединить все картографические материалы в системе координат в виде ландшафтной модели местности, памятника, и определить границы. На основе полученных данных произведена трехмерная реконструкция окружающей природной среды и раскопанных объектов, что дало возможность выполнить исторические реконструкции поселенческих комплексов, отдельных построек и их интерьеров. Размещение их на реальной модели ландшафта позволяет осуществить реконструкцию исторической экологии населения, оставившего памятник.
Ключевые слова: ГНСС, аэрофотосъемка, ландшафтная модель, археология, памятник, трехмерные модели, реконструкции.
L. V. Bykov, L. V. Tataurova, A.Z. Svetleyshyi
THREE-DIMENSIONAL RECONSTRUCTION OF ARCHAEOLOGICAL MONUMENTS AND OBJECTS ON THE BASIS OF DATA OF REMOTE SOUNDING AND GLOBAL SATELLITE NAVIGATION SISTEM
This article presents results of archaeological researches of "Ananyim-Г' - a monument of the Russian development of Siberia. All Field works were carried out with using of modern geodetic devices and technologies. During the researches was created the qualifier of archeological finds and objects. Moreover researchers had used some geodetic methods of definition of spatial provision of objects with using of unmanned aerial vehicles (UAVs) - models of the plane and the quadcopter. By this authors have received photo-plans and large-scale plans of excavations and their parts. Using of GNSS for binding of pictures allowed to unite compose all cartographic materials in unite system of coordinates in the form of landscape model of the district, a monument and to define borders of this monument. On the basis of the obtained data were created made three-dimensional reconstruction of surrounding environment and the dug-out objects.The received results give the chance to execute historical reconstruction of settlement complexes, freestanding constructions and their interiors.Their positioning on real model of a landscape allows to make reconstruction of historical ecology of the population which has left this monument.
Keywords: GNSS, aerial photography, landscape model, archeology, monument, three-dimensional models, reconstruction.
Введение
История - это тот багаж, который нам достается от предков и из которого мы должны черпать знания и опыт для дальнейшего развития. В юбилейный для нашего города год особенно актуально обращение к истории освоения территории Омского Прииртышья. Этот период во многом остается малоизученным с точки зрения археологии. Есть большое количество трудов историков, где описаны омская пашня, история строительства г. Тары и г. Омска, даны даты основания сел и деревень. Но только в последнее десятилетие в связи с работами археологов в
© Быков Л.В., Татаурова Л.В., Светлейший А.З., 2016
г. Таре, входящем в тройку первых городов, построенных русским населением в Сибири, появились публикации, демонстрирующие материальный облик позднесредневекового города [1; 10, с. 143-174]. Археологическая история сибирской деревни, хоть и насчитывает уже 20 лет, но только теперь вышла на уровень исторических реконструкций. Надо заметить, что исследования сельских поселений в Западно-Сибирском регионе пока целенаправленно проводятся только в Омской области. Это связано с большой площадью поселений, мощным культурным слоем, требующими больших трудозатрат в их изучении. К сожалению, археологическую историю города Омска еще предстоит написать.
Любое историческое исследование направлено на реконструкцию событий, условий существования, систем жизнеобеспечения населения изучаемой эпохи. В последние десятилетия в мировой и российской археологической науке активно применяются междисциплинарные методы и технологии, целью которых стало создание трехмерных моделей раскопанных площадных объектов и отдельных артефактов [2, 3]. Расширилась тематика исследований, опирающихся на системы высокоточного спутникового позиционирования [4], развивается своеобразное геоинформационное научное направление, сосредоточенное в основном на пространственном моделировании [5]. В Омском Прииртышье работы в обозначенных направлениях проводятся с 2011 г. Особенностью является проведение исследований на сельских памятниках российского освоения Сибири.
Объект и методы исследования
В качестве объекта исследования взят археологический комплекс Нового времени «Ана-ньино-1» (поселение и кладбище) в Тарском районе Омской области.
Материалом для работы послужили результаты археологического изучения и архивные изыскания по истории русской деревни Ананьино [6]. Она располагалась в 15 километрах к юго-востоку от г. Тара на южном берегу одноименного озера, старицы р. Иртыша. С 2005 г. Л.В. Татауровой на этом комплексе проводятся археологические работы. К настоящему моменту раскопано 1496 м2, из них на поселении 1136 м2. На раскопанной площади поселения зафиксированы два усадебных комплекса, вытянутых вдоль края берега озера по линии северо-восток - юго-запад и разделенных проходом шириной 6 м, который обозначен с двух сторон частоколами. Комплекс в юго-западной части состоял из четырех изб-связей. Северо-восточная усадьба пока представлена одной избою-связью и фрагментом, вероятно, крытого двора, застланного плахами (рис. 1). Из культурного слоя в процессе раскопок получено более 1500 находок, представительный керамический комплекс, палеозоологические, карпологичес -кие материалы.
Рис. 1. Археологический план раскопанных в 2005, 2010-2014 гг. объектов (автор В.Б. Богомолов)
С 2011 г. работы на памятнике ведутся с применением современных геодезических методов фиксации местоположения раскопанных строений, погребальных комплексов и индивидуальных находок, а также беспилотной аэрофотосъемки и цифровой фотограмметрической обработки снимков в целях создания фотопланов, топографических планов, трехмерных моделей и ландшафтных моделей местности.
Результаты работ
Проведенные комплексные работы позволили создать топографический инструментальный план памятника с координатами нулевых реперных точек и границами раскопов в разные годы изучения комплекса (рис. 2). Подготовка таких планов рекомендована законом РФ № 73-Ф3 «Об объектах культурного наследия (памятниках истории и культуры) народов Российской Федерации» [7] и «Положением о порядке проведения археологических полевых работ и составления научной отчетной документации». Координатная привязка и определение границ объекта культурного наследия - археологического комплекса «Ананьино-1» - необходимы для постановки его на учет в органах по охране памятников истории и культуры [8].
Система координат WGS84
РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ. Омская область. не секретно
> V " \
/ <>2 " ---Л| ; Условные обозначения V ' ¡ir^l
я т " 1 | л -Оо°о° ° ° Пес густой вокотй
" 111 д
, ' ' V ' \ V \ ' ' 1 Li - 1 «" и". " ' " ' • i ' 11-i Гориюнчмли 1-:-1 >1т»Ы 737 ST1 Ч4ПМ1Я» гии ¡ X6»97<t«J ST7 ишгя -1 234.0Í xamst.tio ftS! Y 47417741 1 23< 75 Точки с»*«ю-"Оа5 овамо»»«.'« ф Нулем» ттм» р»сголв 2015 «
^ 1500 Топографическая съемка 2012 г.
В 1 сантиметре 15 метров Выполнил: Инженер-геодезист Лашов М^
Сплошные горизонтали проведены через 0.25 метра Подготовлено к изданию в ГИС ПАНОРАМА.
Система высот Балтийская
Рис. 2. Топографический инструментальный план памятника «Ананьино-I» с обозначением расположения и площади раскопов 2005, 2010-2015 гг., координатами ГНСС и координатами нулевого репера
Кроме того, комплексные исследования решали и научные задачи методического и прикладного характера.
Для геодезического сопровождения раскопок была разработана система полевого кодирования археологических объектов, основанная на использовании классификатора, предложенного авторами [9], и позволяющая в процессе тахеометрической съемки выполнять первичную систематизацию находок. Основу классификатора составили условные обозначения, разработанные для фиксации на послойных археологических планах раскопа индивидуальных находок, объектов, представленных остатками сооружений, погребений, особенностей культурного слоя (по цвету и структуре). Находки систематизированы по материалу, из которого они изготовлены (камень, глина, бронза, железо, стекло, дерево и т.д.), функциональному назначению (орудия труда, утварь, украшения и пр.). При их фиксации на плане отображается соответствующий условный знак находки, номер по порядку, значение глубины залегания (нивелировочная отметка).
Классификатор был выполнен в среде ГИС «Панорама» (рис. 3).
Технология тахеометрической съемки предусматривает введение кода классификатора для каждого точечного, линейного или площадного объекта. Для обеспечения совместимости данных, полученных с электронного тахеометра и ГИС, были разработаны прикладные программы. С их помощью исходный файл преобразуется в формат, совместимый с подсистемой импорта данных ГИС. Внедрение методики полевого кодирования позволило фиксировать положение объектов и находок в границах раскопа. В результате были получены детальные археологические планы.
Для задач прикладного характера, целью решения которых было создание трехмерной реконструкции археологического памятника и раскопанных строений, разработана и апробирована методика применения геодезических методов определения пространственного положения объектов с использованием беспилотных летательных аппаратов (БПЛА). Она отрабатывалась с различных высот и под разными углами зрения на двух видах БПЛА - сверхлегкой модели самолета «ЭЛЬФ NN-45» и квадрокоптере «Phantom-2». Каждый вид аппаратов имеет свои преимущества и недостатки.
При съемках с самолета фотографирование выполнялось с высоты 200-300 м. Пилотирование выполнялись по изображению на экране компьютера с помощью специально разработанного программно-аппаратного комплекса. Для уменьшения динамических смазов изображения полет по маршруту выполнялся в режиме планирования. В результате за один полет набиралось порядка 200 снимков, из которых формировались маршруты с наилучшим геометрическим и фотографическим качеством. Камеральная обработка аэроснимков выполнялась в цифровой фотограмметрической системе «Фотомод». Фотограмметрические работы были выполнены с точностью, отвечающей требованиям создания топографических планов в масштабе 1 : 2000. В результате был создан фотоплан местности, дальнейшая работа с которым выполнялась в среде ГИС MapInfo.
В отличие от БПЛА типа «Эльф-ПП-45», использующего трехкамерную систему фиксации и требующего дополнительных трудозатрат при камеральной обработке и накидном монтаже в специализированных программах, применение квадрокоптера позволило упростить получение исходных данных для построения ландшафтной модели. Аэрофотосъемка памятника выполнялась с высоты 8, 20, 100 и 200 м. В результате удалось повысить детализацию при фиксации раскопа в целом и отдельных объектов на памятнике.
Цифровая модель рельефа создавалась по результатам наземной тахеометрической съемки. Отдельные артефакты снимались методом наземной стереосъемки. Были получены обзорные фотопланы местности и крупномасштабные модели раскопов и их фрагментов. Применение ГНСС для привязки снимков позволило объединить все картографические материалы в системе координат в виде ландшафтной модели местности, памятника и определить его границы, площадь, протяженность, свести все ранее раскопанные части памятника (рис. 4).
Построение ландшафтной модели местности и определение границ памятника сделало возможным выйти на планиграфические реконструкции расположения деревни Ананьино. Она была построена стрельцами и казаками из города Тары в период с 1600 по 1624 г. В это время д. Ананьино состояла из трех дворов. Поблизости находились две заимки и одна наезжая пашня [6]. Первоначально население проживало в деревне сезонно, и лишь после пожара в 1669 г., когда город Тара полностью сгорел, семьи основателей деревни переехали в Ананьино на постоянное место жительства. Деревня просуществовала до 70 -х годов XIX в. По результатам выявления границ поселения стало возможным определить его площадь, равную примерно 17 га, и протяженность деревни с ЮЗ на СВ, которая составила около 500 м.
Рис. 3. Классификатор археологических объектов
Рис. 4. Ландшафтная модель местности с границами археологического комплекса «Ананьино-!»
На основе результатов, полученных с помощью геодезических методов и археологических изысканий, стало возможным сделать трехмерную реконструкцию археологического комплекса «Ананьино-1» на реальной ландшафтной модели. Кроме того, учтен имеющийся опыт 3-0 реконструкции археологического комплекса ХУП-ХУШ вв. «Изюк-1» (Большереченский район Омской области; раскопки этого поселения проводились Л.В. Татауровой в 1999-2004 гг.), но лишь при использовании программного обеспечения в работе с археологической документацией, как основы, на которой моделировался облик раскопанных объектов. Так как реальной ландшафтной модели не было (реконструкция была сделана в 2004 г.), то местность, на которой располагалось поселение, реконструировали по фотографиям и глазомерному плану (рис. 5) [10, рис. 61]. Такая реконструкция обладает долей условности и не позволяет оценить природные условия жизнедеятельности населения деревни.
Рис. 5. 3-Б реконструкция деревни Изюк на искусственно моделированном ландшафте (автор А.З. Светлейший, 2004 г.)
Для объединения ландшафтной модели местности, на которой была расположена деревня Ананьино, и археологического сводного плана использовано программное обеспечение Лг-сЫСЛО-64-16, позволяющее создать план моделируемого памятника, его 3-0 модель, разрезы объектов и их деталей.
Программа способна создавать трехмерное пространство на основе объединения геодезических и археологических материалов: данных геодезии, полученных при нивелировке поверхности и объектов, ортофотопланов, построенных на основе ГНСС и съемок с БПЛА; размерных характеристик, зафиксированных при раскопках жилищ, которые важны для реконструкции как отдельных строений, так и памятника в целом (рис. 6).
о а- а а • ^ '¡ИЗ^ЁИЗ 4 " 4 -~»|»«П1Г<" ^ * *
1в|-|в ■ в ■ -; • *
о-*о| Щ; То иТжшт"^ ШНЭ
Рис. 6. Совмещение в программе ЛгсЫСЛБ-64-16 ландшафтной модели и археологического плана раскопанных объектов
На полученной основе, которая соответствовала плану раскопанных объектов и привязке к ландшафту местности, была выполнена трехмерная модель каждого раскопанного объекта с учетом реальных размеров, зафиксированных при археологическом исследовании (рис. 7).
Рис. 7. Реконструкция раскопанного жилища по его основанию, зафиксированному в раскопе
Внешний облик моделей жилищ и хозяйственных построек был воссоздан на основе представительного корпуса археологических, этнографических, письменных и изобразительных источников. Археологические материалы способствовали выявлению конструктивных особенностей жилищ и элементов строительной техники, видов бытовавших теплотехнических устройств и способов оформления оконных проемов: по находкам слюдяных пластин видно, что оконницы были сшивными и вставлялись в небольшие рамы. Археологические наблюдения
и полученные на их основе выводы находят аналогии в этнографических материалах и изобразительных источниках. Все это позволило реконструировать внешний облик жилищ, их планиграфию и внутренние интерьеры в соответствии с историческими реалиями изучаемого периода; представить планиграфию деревни и каждого раскопанного объекта в реальной природной обстановке (рис. 8).
Рис. 8. Юго-западная часть деревни Ананьино на берегу одноименного озера. Жилищно-хозяйственный комплекс середины XVIII в. Трехмерная модель: слева вид с юга, справа - вид с востока
Трехмерная реконструкция раскопанных объектов на реальной ландшафтной модели дала возможность проследить динамику формирования поселения. Развитие деревни шло с юго-западного края. Это связано с ландшафтом местности - здесь более высокий берег озера; околица ограничена ручьем, впадающим в озеро. К юго-западу от деревни, на другой стороне ручья, было устроено кладбище (раскопки на нем проводились Л.В. Татауровой в 2005, 2010, 2014 гг.). Однако стоит отметить, что раскопанная часть поселения по находкам монет датируется серединой, второй половиной XVIII в. Уточнить хронологию возведения построек позволят данные дендрохронологии.
Четыре избы-связи в юго-западной части расположены очень близко друг к другу и, скорее всего, представляют единый комплекс, в котором проживали представители одного семейного клана. По архивным материалам на начало - середину XVIII в. наибольшее число жителей деревни представляли три семейных клана: Мосеевы, Неупокоевы, Скуратовы. Представители этих фамилий были в числе основателей деревни. Самыми крупными по численности были семьи Неупокоевых и Скуратовых. Так, на 1782 г. три семьи Скуратовых составляли 44 человека обоего пола [6]. Возможно, что именно этот семейный клан проживал в XVIII в. на ЮЗ окраине деревни.
Выводы
Современные археологические исследования базируются на междисциплинарном подходе в изучении исторических памятников. Одной из важнейших дисциплин, обеспечивающих высокий уровень археологических изысканий, является геодезия. Применение ГНСС, электронной тахеометрии и аэрофотосъемки обеспечивает точность, детальность, наглядность результатов съемки и фиксации раскопанных объектов и артефактов. На основе геодезических измерений в современном программном обеспечении создаются трехмерные модели окружающего ландшафта, планиграфии выявленных археологических комплексов, отдельных объектов и их внутренних интерьеров. Привязка ландшафтной модели к геодезическим координатам имеет большое практическое значение: формирование ГИС -памятников, создание баз данных находок и объектов. Это дает возможность систематизировать собранный материал в виде, удобном для выполнения исторических реконструкций прошлого. Ландшафтные модели позволяют не только проанализировать природно-географическую ситуацию, но и отследить изменения ландшафта. Результатом таких исследований станут реконструкции систем жизнеобеспечения, исторической экологии населения конкретного микрорайона, особенностей материальной культуры.
Список литературы
1. Тара в XVI-XIX веках - российская крепость на берегу Иртыша. Омск : Амфора, 2014. 320 с.
2. Виртуальная археология (неразрушающие методы исследования, моделирование, реконструкции) : материалы Первой Международной конференции / Государственный Эрмитаж. СПб. : Изд-во Гос. Эрмитажа, 2013. 340 с.
3. Виртуальная археология (эффективность методов) : материалы Второй Международной конференции / Государственный Эрмитаж. СПб. : Изд-во Гос. Эрмитажа, 2015. 290 с.
4. Археология и геоинформатика. Вторая Международная конференция. Тезисы докладов. М. : ИА РАН, 2015. 52 с.
5. Гарбузов Г.П. Геоинформационные системы и дистанционное зондирование Земли в археологических исследованиях: на примере Таманского полуострова : автореф. дис. ... канд. ист. наук. М., 2007. 25 с.
6. Этносоциальная история русского населения д. Ананьино в XVII-XIX вв. / Крих А.А. // Вестник Омского государственного университета. Серия «Исторические науки». 2014. № 4 (4). С. 86-90.
7. Закон РФ от 25 июня 2002 г. № 73-Ф3 «Об объектах культурного наследия (памятниках истории и культуры) народов Российской Федерации» // Свод законов Российской Федерации. 2002, № 26. Ст. 2519.
8. Положение о порядке проведения археологических полевых работ и составления научной отчётной документации от 27 ноября 2013 г. № 85. URL: http://archaeolog.ru/?id=26 (дата обращения 09.02.2016).
9. Геодезические работы на археологическом памятнике XVII-XVIII века «Ананьино» / Л.В. Быков, Л.В. Татаурова, П.В. Орлов, А.Е. Анисимов, С.В. Бартенев, Р.Л. Полухин // Интерэкспо ГЕ0-Сибирь-2015. XI Междунар. науч. конгр., 13-25 апреля 2015 г., Новосибирск : Междунар. науч. конф. «Геодезия, геоинформатика, картография, маркшейдерия» : сб. материалов в 2 т. Новосибирск : СГУГиТ, 2015. Т. 1. С. 64-68.
10. Адаптация русских в Западной Сибири в конце XVI-XVIII в. (по материалам археологических исследований) : монография / Л.В. Татаурова, С.Ф. Татауров, Ф.С. Татауров, К.Н. Тихомиров, С.С. Тихонов. Омск : Издатель-Полиграфист, 2014. 374 с.
Быков Леонид Васильевич, кандидат техн. наук, доцент, Омский ГАУ, [email protected]; Татаурова Лариса Вениаминовна, кандидат исторических наук, доцент, старший научный сотрудник сектора археологии, Омский филиал Института археологии и этнографии СО РАН, [email protected]; Светлейший Александр Захарович, дизайнер-конструктор, член Союза дизайнеров России, ООО «Рось-2015», [email protected].
References
1. Tara v XVI-XIX vekah - rossiyskaya krepost na beregu Irtyisha. Omsk : Amfora, 2014. 320 s.
2. Virtualnaya arheologiya (nerazrushayuschie metodyi issledovaniya, modelirovanie, rekonstruktsii) : materialyi Pervoy Mezhdunarodnoy konferentsii / Gosudarstvennyiy Ermitazh. SPb. : Izd-vo Gos. Ermitazha, 2013. 340 s.
3. Virtualnaya arheologiya (effektivnost metodov) : materialyi Vtoroy Mezhdunarodnoy konferentsii / Gosudarstvennyiy Ermitazh. SPb. : Izd-vo Gos. Ermitazha, 2015. 290 s.
4. Arheologiya i geoinformatika. Vtoroy Mezhdu-narodnaya konferenciya : tez. dokl. M. : IA RAN, 2015. 52 s.
5. Garbuzov G.P. Geoinformatsionnyie sistemyi i distantsionnoe zondirovanie Zemli v arheologicheskih issledovaniyah: na primere Tamanskogo poluostrova : avtoref. diss. ... kand. ist. nauk. M., 2007. 25 s.
6. Etnosotsialnaya istoriya russkogo naseleniya d. Ananino v XVII-XIX vv. / A.A. Krih // Vestnik Omskogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya «Istoricheskie nauki». 2014. № 4 (4). S. 86-90.
7. Zakon RF ot 25 iyunya 2002 goda № 73-FZ "Ob ob'ektah kulturnogo naslediya (pamyatnikah istorii i kulturyi) narodov Rossiyskoy Federatsii" // Svod zakonov Rossiyskoy Federatsii. 2002, № 26. St. 2519.
8. Polozhenie o poryadke provedeniya arheologicheskih polevyih rabot i sostavleniya nauchnoy otchyotnoy dokumentatsii ot 27 noyabrya 2013 g. № 85. URL: http://archaeolog.ru/?id=26 data obrascheniya 9.02.2016
9. Geodezicheskie rabotyi na arheologicheskom pamyatnike XVII-XVIII veka "Ananino" / L.V. Byikov, L.V. Tataurova, P.V. Orlov, A.E. Anisimov, S.V. Bartenev, R.L. Poluhin // Interekspo GEO-Sibir-2015. XI Mezhdunar. nauch. kongr., 13-25 aprelya 2015 g., Novosibirsk : Geodeziya, geoinformatika, kartografiya, marksheyderiya : sb. materialov v 2 t. Novosibirsk : SGUGiT, 2015. T. 1. S. 64-68.
10. Adaptatsiya russkih v Zapadnoy Sibiri v kontse XVI-XVIII v. (po materialam arheologicheskih issle-dovaniy) : monografiya / L.V. Tataurova, S.F. Tataurov, F.S. Tataurov, K.N. Tihomirov, S.S. Tihonov. Omsk : Izdatel'-Poligrafist, 2014. 374 s.
Bykov Leonid Vasil'evich, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Omsk SAU, [email protected]; Tataurova Larisa Veniaminovna,
Candidate of Historical Sciences, Associate Professor, Omsk branch of Institute of Archaeology and Ethnography of Russian Academy of Sciences, [email protected]; Svet-leyshyi Alexander Zaharovich, Construction designer, member of the Union of Designers of Russia, LLC "Ros'-2015", [email protected].
Статья поступила в редакцию 28 апреля 2016 г.
