Archeológia neviditeľného odhaľuje dejiny
Odkryté mestá, paláce, chrámy, pyramídy, mayské sídla s kamennou architektúrou, horské terasovité polia v džungli, kde by bol klasický výskum nereálny. To všetko umožňuje letecké laserové skenovanie, ktoré dokáže „presvietiť“ nedostupné miesta a odhaľovať tajomstvá starých civilizácií. Po rokoch výskumu v zahraničí už revolučný spôsob využívame aj na Slovensku.
Téme laserového skenovania pomocou LIDAR sme sa už pred časom venovali; bolo to asi pred piatimi rokmi na začiatku môjho pôsobenia v Spektre. Ako vtedy, tak aj tentoraz informácie poskytol Ing. Tibor Lieskovský, PhD. z Katedry globálnej geodézie a geoinformatiky na Stavebnej fakulte STU, ktorý sa na tento výskum dlhodobo zameriava. Vtedy šlo o letecké skenovanie mayských nížin v Guatemale, kde sa týmto spôsobom odstránil problém nepriechodnosti, respektíve ťažkej schodnosti terénu, vďaka technológii nebolo nutné presekávať dažďový prales. Presvietili džungľu, ktorá bola pomerne nedostupná a kde je za normálnych okolností problém dovidieť na pár metrov. Skenovanie z výšky odhalilo mayskú krajinu tak, ako ju jej obyvatelia opustili počas kolapsu; vedci objavili obrovské množstvo štruktúr, ako monumentálnych, tak aj z bežného života bežných ľudí. Pred použitím tejto technológie vedcom „fungovali“ buď náhody, alebo echo od informátorov, ktorými boli často vykrádači. Skenovanie umožnilo komplexný pohľad na množstvo štruktúr, pričom štruktúrou tu rozumieme prakticky všetko, čo vytvoril človek - chrám, pyramídu, sídla, mestské časti, mestské štvrte a podobne. Prinieslo to v istých aspektoch aj presnejší pohľad na mayskú civilizáciu, konkrétnejšie predstavy o veľkosti populácie a spôsobe života v daných časoch.
Ako netopiere
Na úvod si pripomeňme, ako LIDAR funguje; podľa Tibora Lieskovského využíva podobný princíp, ako dávno objavili netopiere či iné živočíchy, ktoré určujú tvar okolitého sveta podľa vyslaných a odrazených signálov. Ide o laserové lúče vysielané z lietadla a o ich odraz od povrchu, na základe časového rozdielu a známej rýchlosti svetla je potom vypočítaná vzdialenosť od miesta odrazu. „Keďže pomocou GPS a iných senzorov poznáme polohu a orientáciu lietadla v priestore, vieme takto dopočítať súradnice miesta odrazu. Týchto lúčov je vysielaných z lietadla niekoľko desiatok až stoviek tisíc za sekundu. Preto je celá krajina pokrytá takzvaným mračnom bodov s presne určenými súradnicami,“ vysvetľuje s tým, že obrovská výhoda LIDARu je v tom, že v porovnaní s inými metódami, ako je napríklad fotogrametrické snímkovanie, „vidí“ pod vegetáciu a vie poskytnúť informácie aj o tvare povrchu. „Výrazne pomáha aj to, že dnes už vieme zachytiť viacero odrazov z jedného vyslaného laserového lúča, prvé napríklad môžu byť z vrchu koruny stromu, posledné už z terénu.“
Má aj limity
Problémom je podľa Tibora Lieskovského hlavne hustá vegetácia, preto sa napríklad skenovanie vykonáva v mimovegetačných obdobiach, kedy je omnoho vyššia šanca, že laserové lúče sa dostanú až na povrch. Za zmienku stojí, že LIDAR vôbec nevidí pod zem, tam sa už musia využívať iné, geofyzikálne metódy. Špecifické problémy tu sú aj z hľadiska archeológie. „Vieme podrobne zachytiť zachovaný tvar prvku na povrchu, ale nevieme určiť, aký je starý, či sa pod ním nachádzajú ďalšie prvky, nie vždy vieme vyhodnotiť na základe tvaru aj ich funkciu.“
Svetový unikát
Následne ma zaujímalo, kam sa výskum za spomínané roky posunul. „Vo viacerých rovinách. Letecké laserové skenovanie mayských nížin v Guatemale bol a je projekt najväčšieho skenovania pre archeologické účely na svete,“ vysvetľuje ďalej Lieskovský. „Za ten čas vygenerovalo množstvo mnohých poznatkov, kde som na ich adresu nedávno našiel konštatovanie, že mayská archeológia prekonala za krátky čas taký znalostný skok, ako egyptológia za posledných 100 rokov. My (Stavebná fakulta STU a Filozofická fakulta UK, pozn. red.) sme stále súčasťou tohto konzorcia a máme k dispozícii nové, trikrát väčšie územie, ktoré postupne vyhodnocujeme.“ K zásadnému posunu však došlo aj u nás; od roku 2018 Úrad geodézie, kartografie a katastra postupne realizoval letecké laserové skenovania celého územia Slovenska v mimoriadne vysokej kvalite, čo sa týka hustoty a presnosti dát. „Celé bolo sprístupnené koncom mája 2023 a už teraz prebieha aktualizácia dát novým skenovaním,“ vysvetľuje Lieskovský s tým, že keďže tieto dáta sú voľne dostupné a naozaj kvalitné, na Stavebnej fakulte ich prepracovávajú do špecializovanej podoby zameranej na ochranu kultúrneho a prírodného dedičstva. „Generujeme digitálny model reliéfu so štvornásobne vyšším rozlíšením (25 cm/pixel), čo si treba predstaviť približne tak, ako keby ste na ploche meter krát meter mali určenú presnú výšku na šestnástich miestach. Zároveň využívame skúsenosti získané pri spracovaní dát z Guatemaly, pre takto vysoké rozlíšenie vyvíjame špecializované integrované formy vizualizácie terénu, kedy v jednej vizualizácii môžete sledovať naraz mnoho parametrov reliéfu, ako je sklon, rozličné formy krivosti terénnych foriem, prudkosť zmeny terénu a podobne. Tieto vizualizácie umožňujú zachytiť pozostatky prvkov otlačené v reliéfe krajiny, ktoré sú bežným spôsobom zobrazenia takmer neviditeľné, preto to aj pracovne nazývame archeológia neviditeľného. Toto všetko generujeme plošne pre celé územie Slovenska, takéto spracovanie dát pre celý štát je zatiaľ svetový unikát.“
U nás je situácia odlišná
V skenovaní mayskej civilizácie zachytili desaťtisíce štruktúr, ako domy bežných ľudí, poľnohospodárske terasy, zavlažovacie kanály, astronomické observatóriá pevnosti z obdobia kolapsu a podobne. „To nám poskytuje nový pohľad na praktické fungovanie tejto civilizácie a aj jej vzťah ku krajine. Ukázalo sa, že v minulosti využili a transformovali takmer každý jej kus, čo bolo pravdepodobne príčinou mimoriadneho rozkvetu, ale aj kolapsu,“ hovorí, ale zároveň dodáva, že u nás je situácia iná; mayská civilizácia fungovala približne dva a pol tisíc rokov a pred tisíc rokmi po kolapse si celú krajinu „vzala naspäť“ džungľa, čím všetky pozostatky zakonzervovala. „Naša krajina je súvislo osídlená a neustále pretváraná ľudskou aktivitou niekoľko tisícročí, preto vidíme iný obraz zaniknutej krajiny. Niekde sme schopní detegovať sedem a pol tisíc rokov staré monumentálne praveké stavby - rondely, ktoré sa prejavujú nebadaným odtlačkom v krajine, kde hľadáme prevýšenia pár centimetrov na stovky metrov dĺžky. V dátach vidíme aj množstvo hradísk, zaniknutých ciest, mohýl, ale aj ťažobných jám a poľnohospodárskych systémov,“ vysvetľuje Lieskovský s tým, že sú však mnohé oblasti pretvorené hlbokou orbou a poľnohospodárstvom, kedy aj napriek špecializovaným postupom nemajú šancu zachytiť prejavy v zmene terénu. „Zároveň, vzhľadom na štvornásobne vyššiu kvalitu dát oproti Guatemale, máme šancu zachytiť aj mimoriadne subtílne prvky, ktoré by neboli detekovateľné, ako napríklad miliere na pálenie dreveného uhlia, zaniknuté pece, zaniknuté polia a podobne.“
Dáta budú slúžiť nielen vedcom
Posledných pár rokov tento náš vedec trávi v spolupráci s archeológmi a pamiatkarmi nad dátami; napríklad vo Veľkom Tribeči na území 260 km2 bolo nájdených a čiastočne overených takmer viac ako 11-tisíc prejavov archeologických prvkov. „Podľa našich odhadov sa teda ich množstvo na Slovensku bude pohybovať skôr v státisícoch až miliónoch, preto je to beh na dlhú trať, z ktorého bude možné čerpať desaťročia.“ Zároveň upresňuje, že vizualizácie a postupy na katedre vyvíja v princípe sám. „Mám ale výborné zázemie na katedre a podporu. Mnohé praktické problémy napríklad prináša obrovský objem dát, ktoré treba spracovať, a to je podobný problém, ako majú kolegovia z katedry s dátami diaľkového prieskumu Zeme, takže vždy je s kým konzultovať.“ Výhodou je podľa neho aj to, že sú naporúdzi špecialisti, ktorí ostali po absolvovaní doktorandského štúdia u nich na katedre pracovať v oblasti ochrany kultúrneho dedičstva, takže vedia sprostredkovať tieto dáta archeológom a poskytnúť potrebnú spätnú väzbu. „Teraz sme na katedre dostali APVV projekt zameraný na túto oblasť, preto ju chceme spolu s kolegami a kolegyňami z katedry rozvinúť komplexnejšie. Otestovať viacero algoritmov, vyvinúť nástroje s otvoreným kódom. Zahrnúť aktualizované dáta ako nástroj na sledovanie zmien na lokalitách a nejakou vhodnou formou ich sprístupniť nielen odbornej, ale aj laickej verejnosti.“
Spolupráca s úradmi už funguje
Aktuálna spolupráca s archeológmi prebieha tak, že dáta od začiatku poskytli Pamiatkovému úradu SR a vybraným archeologickým inštitúciám. „Tie ich využívajú na identifikáciu nových prvkov, ale vzhľadom na ich schopnosť zachytiť aj takmer neviditeľné štruktúry aj na doplnenie nových informácií k rozsahu známych lokalít. Na ich základe sa napríklad vymedzujú plochy mohylníkov, hradísk, ale aj pozostatky zaniknutých historických záhrad a podobne.“ Čo sa týka formy, dáta vedia poskytnúť v technologicky prístupnej podobe a vedia ich dostať aj do mobilných telefónov na zber a overovanie dát v teréne. „Je to dôležité aj z hľadiska spätnej väzby. Cenné sú informácie nielen o tom, čo sa v tých dátach našlo, ale aj z pohľadu, čo v nich nie je.“
V súčasnosti dostali ponuku na spoluprácu s českými archeológmi. „Tam síce bolo skenovanie vykonané pred asi dvanástimi rokmi, ale kvalita dát bola primeraná dobe vzniku, navyše neboli verejne prístupné, čo by sa malo meniť. Chceme tieto postupy vyskúšať aj na tomto území, nech vieme porovnať špecifiká vývoja oboch krajín. Na tento experiment sa mimoriadne teším.“
Výber používaných miest sem-tam prekvapí
Pri skúmaní Slovenska Lieskovského potešili mnohé prvky; v dátach sa našiel pozostatok rímskej cesty, stopovali pozostatky spečeného valu, ktorý sa tiahne veľkou časťou územia našej krajiny a ktorého význam a funkcia nie sú doteraz úplne objasnené. „Najviac ma ale fascinovali nálezy pravekých polí v týchto dátach, kedy sa predpokladalo, že vzhľadom na neustále pretváranie krajiny ich v našom priestore nebude možné nájsť. Ak sa pozrieme na dáta celkovo, vidno v nich mnoho starých neznámych hospodárskych systémov, ktoré svedčia o tom, že naša krajina bola v minulosti využívaná aj na dnes nepravdepodobných miestach. A práve tieto prvky sú moja srdcovka, umožnia lepšie uchopiť a modelovať vzťah minulého človeka ku krajine.“
Základom je dôsledná presnosť výpočtov
V tomto bode ma zaujíma technická stránka spracovania toho, čo sa naskenuje; podľa Lieskovského tu ako prvé nastáva pomerne komplikované spracovanie najprv mračna bodov. „Aby sa dosiahli presnosti určenia polohy (rádovo v centimetroch), je potrebné veľmi presne vyrovnať náletové dráhy lietadla, odstrániť šum z dát, ktorý vzniká napríklad skrz atmosférickú vlhkosť. Potom treba určiť, ktorý odraz bol posledný, a čo je veľmi zložité, pre každý lúč treba určiť, od čoho bol ten odraz. Či od povrchu, nízkej, strednej, vysokej vegetácie, budov, mostov a podobne. Situáciu komplikuje, že tých bodov sú rádovo bilióny,“ vysvetľuje s tým, že potom z toho všetkého treba vytvoriť 3D model povrchu a vhodne ho zobraziť. Následne prichádza to najťažšie - interpretovať, čo sa v ňom nachádza. „Tento krok už závisí od konkrétnej vednej disciplíny, hydrológovia pomocou presného 3D modelu modelujú riziká záplav, geológovia sa tam napríklad snažia zachytiť zosuvy, environmentalisti a lesníci vegetáciu a biomasu. V niektorých prípadoch, ako je napríklad mapovanie ciest či budov, už pomerne úspešne pomáhajú metódy strojového učenia sa, tento trend je vidieť aj v iných vedných odboroch. V prípade vied, ako je napríklad archeológia, je ale nesmierne dôležitá validácia výsledkov, bez nej sú dáta len pekné obrázky.“
Z expedícií sa už zrejme stiahne
Tento rok Tibora Lieskovského čaká ešte Irak, ak to geopolitická situácia umožní. Chceli by tam uzavrieť päťročný výskum mesta Umma (dnešná Tell Jokha). V minulosti to bolo jedno z najvýznamnejších miest sumerskej civilizácie, v súčasnosti sú z neho len ruiny rozprestierajúce sa v púšti na juhu Iraku. „Ale popravde sa už z týchto expedícií chystám stiahnuť. Bude to moja šestnásta, každá trvá rádovo týždne až mesiace. Som nesmierne vďačný za odborné, a hlavne ľudské skúsenosti, ktoré som mal možnosť takto zažiť, ale už sa cítim fyzicky opotrebovaný a na Slovensku je výziev viac ako dosť. Som však rád, že naša STU pôsobením na týchto expedíciách získala dobré meno vo svete a že na výskumy vieme posielať našich doktorandov a študentov. Rovnako ma teší aj fakt, že sú na nich chcení a žiadaní.“
Na záver ma ešte zaujíma budúcnosť LIDARu. „Sú to skvelé dáta so širokým využitím od rozličných vedných disciplín cez stavebníctvo až po turizmus či záchranné služby. Jednak z nich chceme dostať maximum informácií, dostať ich aj k verejnosti čo najprístupnejšou formou, ale zároveň ich spracovanie a analýzu aj plne integrujeme do výučbového procesu vo viacerých predmetoch či záverečných prácach. Takéto masívne množstvá dát predstavujú jeden zo smerov, ktorými sa uberá geodézia a geoinformatika,“ dodáva s tým, že LIDAR už v dnešnej dobe obsahujú aj autá, roboty, dokonca mobilné zariadenia. A najmä preto je dôležité, aby sa ich spracovanie, využitie a poznanie limitov stalo bežnou zručnosťou.
Text: Katarína Macková
Obrázky z Guatemaly: Spracovanie a vizualizácia: Tibor Lieskovský, SvF STU BA; LIDAR data: Pacunam LiDAR initiative.
Obrázky zo Slovenska: Spracovanie a vizualizácia: Tibor Lieskovský, SvF STU BA; zdroj produktov LLS: ÚGGK SR.