Роль геоматики в сохранении прошлого

В последнее время мы можем наблюдать за сильным прогрессом в области информационно-коммуникационных технологий (ИКТ), что способствует кардинальному изменению нашего образа жизни, общения и представления об окружающем мире. Профессор Андреас Георгопулос, который работает в Национальном техническом университете Афин, утверждает, что этот прогресс существенно отразился на традиционной профессии землеустроителей больше, чем на любую другую в инженерном бизнесе. 

Геоматика и геоинформатика являются следствием данного технологического прогресса. На сегодняшний день, сотрудники работающие в данной отрасли должны чувствовать себя привилегированными, поскольку они первыми ощутили эти радикальные перемены. В этой статье мы хотим рассказать вам о том, как прогресс отразился на конкретных аспектах нашей с вами профессии и связанные с ними приложения, такие как 3D-документация и моделирование культурного наследия. 

Памятники и другие объекты культурного наследия относятся к ценностями мировой истории. Их тщательно изучают, сохраняют и защищают. Это является нашим долгом перед прошлым и будущим человечества. Но не стоит забывать и исключать то факт, что любые памятники человечества подвержены опасности как от природных, так и от человеческого фактора. Мы не будем напоминать о различных недавних «болезненных» случаях. 

В последнее время международные органы и ведомства приняли резолюции, которые касаются обязательств по охране, сохранению и восстановлению памятников. ЮНЕСКО и Совет Европы создали специализированные органы для ухода за культурным наследием человечества. Международный совет по защите памятников и исторических мест (ИКОМОС) является самым важным из них. На сегодняшний день традиционные специалисты, такие как археологи и архитекторы, признали вклад геоматики в повестку дня культурного наследия. От сюда следует, что геометрическое документирование, сохранение культурного наследия быстро становятся междисциплинарными и межкультурными.

Впервые необходимость в геометрической документации культурного наследия была заявлена в Венецианской хартии в 1964 году. В статье 16 говорится: «… во всех работах по сохранению, восстановлению или раскопкам всегда должна быть четкая документация в виде аналитических и критических отчетов, иллюстрированных рисунками и фотографиями …». Однако, хотелось бы отметить, что еще нет общеприемлемой основы для определения уровня детализации и требований к точности для различных видов геометрического описания памятников. Поэтому на данный момент каждый памятник геометрически документируется на основе собственных характеристик. Эксперты считают, что очень важным является обмен информацией в этом вопросе. Необходимо сотрудничать на всех фронтах, обмениваться идеями и совместно формулировать требования к геометрической документации, глубоко понимая сам памятник и потребности друг друга.

Вклад геоматики

Быстрое развитие технологий и достижения в области ИКТ предоставили современным ученым много новых мощных инструментов. Теперь мы можем приобретать, хранить, обрабатывать, управлять и представлять любую информацию в цифровой форме. Это можно сделать намного быстрее и в полном объеме. Также это способствует обеспечению доступности информации большему числу заинтересованных лиц. Такие цифровые инструменты включают в себя инструменты для сбора информации, такие как сканеры, цифровые камеры, цифровые тотальные станции и т. д., ПО для обработки и управления собранными данными и, конечно же, компьютерное оборудование для запуска ПО, хранения данных и представления их в различных формах.

Внедрение технологий цифровой записи для приложений геоматики способствует всем этапам традиционной археологической практики, хотя степень вклада ИКТ различается на разных этапах и в различных случаях. Например, современные технологии дистанционного зондирования и археологической разведки помогают еще до раскопок бесконтактно и быстро обнаруживать объекты, представляющие интерес, даже до рытья. 

Спектрорадиометры, или радиолокаторы, которые проникают под землю, или даже простая обработка мультиспектральных спутниковых изображений может легко привести к быстрому распознованию подземных или подводных объектов, представляющих интерес. Современные технологии бесконтактных съемок, такие как фотограмметрия, наземное лазерное сканирование и цифровое изображение, могут использоваться для создания точных базовых карт для дальнейшего изучения или 3D-визуализации. Полученная информация может храниться в интерактивных базах данных, либо в виде привязанных по географическому признаку, либо управляемых в соответствии с потребностями экспертов. И наконец, ИКТ могут помочь на этапе презентации, создав виртуальные модели, которые могут отображаться в музеях, или быть включенными в приложение для образования, или, чтобы, например, позволить инвалидам полюбоваться сокровищами мирового культурного наследия. 

С 2003 года ЮНЕСКО использует цифровые технологии в сохранении и мониторинге культурного наследия. Своей Хартией о сохранении цифрового культурного наследия эта глобальная организация провозглашает главные принципы цифрового культурного наследия для всех цивилизованных стран мира. Одновременно с этим предпринимаются международные усилия с целью оцифровки всех объектов культурного наследия. Стараются создать точные копии не только крупных памятников, но и мелких осязаемых предметов наследия.

Как вы могли понять, влияние цифровых геоинформационных технологий на домен культурного наследия значительно увеличило скорость, объективность и автоматизацию процедур, которые связаны с обработкой цифровых данных и представлением результатов. Также стоит отметить и улучшение точности и надежности информации. Однако самым главным достижением является возможность предоставлять пользователям но­вые и альтернативные продукты, которые включают двумерные и трехмерные продукты, такие как ортофотоснимки и 3D-модели.

Сбор и обработка данных

Технологический прогресс пре­доставил возможность ученым использовать сложную аппаратуру, куда относятся калиброванные цифровые камеры высокого разрешения, цифровые видеорегистраторы высокого разрешения, точные приборы для измерения угла и расстояния, приемники GNSS, наземные лазерные сканеры, 3D-лазерные сканеры для небольших артефактов, пленочные сканеры и сканеры печатных документов. Также профессионалы используют инструменты для сбора данных, такие как: термальные камеры и дальности, устройства для отбора проб материала и ультразвуковые неразрушающие контрольные приборы, также способствуют сбору данных. Наземная съемка включает в себя все эти методы и технологии, которые используют изображения для извлечения метрической и тематической информации с объекта. Основное внимание в настоящее время уделяется цифровым камерам и датчикам, вкладу беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), дистанционно пилотируемых воздушных систем (RPAS) или беспилотных летательных систем (UAS), а также записи, мониторингу и документированию культурного наследия.

Обработка всех полученных данных с несколькими источниками включает в себя расчет местоположения, обработку цифровых изображений или последовательностей изображений и работу с облаками точек. Для этих действий было разработано соответствующее ПО, которое может удовлетворить все требования. Этап обработки поддерживается мощными вычислительными устройствами, которые доступны сегодня в геосфере. Обычно обработка предназначена для хранения, архивирования, управления, визуализации, представления и публикации собранных данных и полученной информации. За последнее время многие исследовательские усилия были направлены на методы сопоставления нескольких изображений, что дополняет технологию наземного лазерного сканирования.

Трехмерное моделирование текущего состояния памятника на основе изображений требует сбора информации в поле. Методы съемки, фотограмметрии и лазерного сканирования объединяются для получения полной и точной 3D-модели объекта. Современные методы фотограмметрии и компьютерного зрения позволяют создавать реалистичные и точные 3D-модели объектов любых размеров и форм. Сейчас вы может получить множественные изображения, изображающие объект с разных точек зрения.

Эта взаимосвязь между объектами наследия и их географическим положением чрезвычайно важна в наше время и преодолела разрыв между геоинформатикой и сохранением памятников. Географическая информационная система (ГИС) – это научный инструмент, с помощью которого памятники и связанная с ними информация могут быть привязаны к месту, что привело к эволюции информационных систем памятников (МИС). Не стоит забывать и о важности и востребованности связи нематериальной информации с материальным культурным наследием. Следовательно, нематериальное культурное наследие также может быть оцифровано в 3D и также может быть связано с местоположением, в то время как важные атрибуты обеих форм культурного наследия сохраняются и взаимосвязаны в одно и то же время.

Альтернативные продукты

Современные цифровые технологии сильно сказались на нашем образе жизни, этот тот факт, который не требует каких-либо доказательств. Благодаря им стали возможны альтернативные документальные продукты. Первоначально обычные чертежи были обогащены ортофотоснимками, носителями богатой качественной и количественной информации. Интерпретация нужных данных выполняется на этих изделиях любыми заинтересованными экспертами по своему усмотрению. Виртуальная среда компьютеров открыла новые горизонты с точки зрения альтернативных продуктов. Реалистичные 3D-текстурированные модели являются общими в наши дни и могут использоваться для визуализации, виртуальных визитов и для разработки серьезных игр, которые подталкивают документацию о культурном наследии в область «развлекательного образования». 

Более того, виртуальные реставрации и виртуальные реконструкции могут использоваться, чтобы помочь экспертам принять правильные решения после изучения многочисленных альтернативных решений в виртуальной среде. Наконец, реализация дополненной реальности и реализации виртуальной реальности помогают посетителям «видеть» руины культурного наследия в их первоначальном состоянии, тем самым увеличивая их привлекательность, особенно для молодых поколений.