Das leistungsstärkste Hilfsmittel für die Dschungelarchäologie – LiDAR

Die Menschheit ist klein, aber sie vermehrt sich auf der Erde stetig. Wie lebten unsere Vorfahren auf diesem riesigen Land? Sie bauten Nahrungsmittel an, bauten Häuser, gründeten Stämme, gründeten Städte und hinterließen Spuren ihrer Existenz.

Durch die Erforschung antiker Monumente können wir Rückschlüsse auf den Lebensstil, die Sozialkultur und den Stand der technischen Entwicklung der antiken Völker ziehen. Allerdings ist es nach Tausenden von Jahren keine leichte Aufgabe, die Relikte der Vorfahren zu finden.

Aufgrund der großen Veränderungen in der Welt könnten die ursprünglichen Gebäude tief unter der Erde begraben worden sein. Ob ausgedehnte Vegetation oder dichte Wälder, sie können unsere Erkundung der unterirdischen Welt leicht behindern. Die Entwicklung der Lidar-Technologie kann uns jedoch dabei helfen, den „Schleier“ über dem Land zu lüften und uns das ursprünglichste „Gesicht“ der Erde zeigen.

LiDAR, ein leistungsstarkes Werkzeug zur Erkundung von Ruinen

Im frühen 20. Jahrhundert reiste der britische Entdecker Percy Fawceet viele Male tief in das Amazonasgebiet, um nach der alten Zivilisation zu suchen, die einst dort lebte. Auf der Suche nach den Reliquien verirrte er sich jedoch für immer in den dichten Wäldern des Amazonas. Infolgedessen verschwanden zusammen mit dem Expeditionsteam auch die historischen Relikte des Amazonasgebiets aus dem Blickfeld der Menschen.

Kürzlich wurde jedoch in der Fachzeitschrift „Nature“ ein Artikel veröffentlicht, in dem Wissenschaftler mithilfe von Lidar endlich eine Karte der antiken Stadtruinen im Amazonaswald erstellten. Schauen wir uns zunächst an, wie die Ruinen aussehen:

(Bildquelle: Referenz 1)

Die auf dem Bild gezeigten Strukturen wurden zwischen 500 und 1400 n. Chr. von der Kasarabé-Gemeinschaft errichtet und sind Spuren früherer, von Menschenhand geschaffener Merkmale wie Häuser, Terrassen und Mauern. Dieses Bild wurde aufgenommen, indem der Wald mit einem mit einem Lidar ausgestatteten Hubschrauber erkundet und anschließend einer Bildnachbearbeitung unterzogen wurde.

Möglicherweise stellen Sie jedoch fest, dass dieses Bild ein wenig anders aussieht als übliche Luftaufnahmen. Tatsächlich besteht der größte Unterschied darin, dass die Bäume verschwunden sind.

Links: Waldbild aufgenommen mit einer Luftbildkamera

Rechts: Durch LiDAR-Erkennung am gleichen Standort aufgenommenes Bild

(Bildquelle: Referenz 1)

Ohne den Schutz des Waldes werden die Spuren der alten Gebäude deutlich sichtbar. Die archäologische Arbeit ist viel reibungsloser verlaufen. Überlegen Sie einmal: Bevor es Lidar gab, musste man, um Relikte im Wald zu erforschen, erst lernen, wie man in der Wildnis überlebt, und bei Felduntersuchungen musste man in tropischen Wäldern auf und ab springen (Archäologen: Das ist so schwer für mich).

Mithilfe von Lidar können Archäologen jetzt störende Bäume vermeiden und die Ruinen alter Gebäude deutlicher beobachten. Wie werden also topografische Karten erstellt, die Störungen durch Bäume vermeiden?

Aktive Bildgebung erhellt dunkle Ecken

Im dichten Wald blockieren die Blätter den größten Teil des Sonnenlichts und nur sehr wenig Sonnenlicht kann den Boden unter den Bäumen erreichen. Bei der Beobachtung vom Himmel aus können gewöhnliche Kameras kaum Bilder vom Boden aufnehmen und die Lücken zwischen den Blättern bestehen meist aus dunklen Schatten.

Eine Kamera ist ein passives Bildgebungsgerät, das nur dann Fotos aufnehmen kann, wenn es von externen Objekten ausgestrahltes oder reflektiertes Licht empfängt. Lidar ist ein aktiver Detektor, der Laserstrahlen aussendet, um die Form der Außenwelt zu erfassen.

Bei einer komplexen Topografie wie einem Wald gibt es immer noch viele Laserstrahlen, die den Boden unter den Bäumen erreichen können. Die durch die Lidar-Erkennung erhaltenen Punktwolkendaten werden an den Computer gesendet. Der Computer erkennt, welche Datenpunkte aus dem Wald und welche vom Boden stammen, und filtert dann die Punktwolkendaten des Waldes heraus. Was bleibt, sind die Daten der Bodentopographie.

Rohdaten der Punktwolke, die durch LiDAR gewonnen wurden

(Bildquelle: answers.usgs.gov)

Der Computer klassifiziert die Punktwolke (schwarze Punkte sind Vegetationsdatenpunkte und farbige Punkte sind Oberflächendatenpunkte).

(Bildquelle: Referenz 2)

Das nach dem Herausfiltern der Vegetationspunktwolke erhaltene nackte Bodenbild der Geländeoberfläche wird auch als digitales Höhenmodell (DEM) bezeichnet.

(Bildquelle: answers.usgs.gov)

Die „Superkräfte“ von LiDAR bei der Geländekartierung haben es bei Archäologen auf der ganzen Welt beliebt gemacht. Im Jahr 2016 führte das Projekt Pacaunam eine groß angelegte LiDAR-Untersuchung des Maya-Biosphärenreservats in Guatemala durch und entdeckte dabei mehr als 60.000 antike Gebäude und mehr als 100 Kilometer Dammwege. Dieses Ergebnis lässt darauf schließen, dass in diesem Gebiet eine Maya-Zivilisation mit einer Millionenbevölkerung existierte.

Diese Technologie wurde auch bei der Vermessung und Untersuchung der antiken Stadt Liangzhu eingesetzt. Das Laserradar scannte die Ruinen der antiken Stadt Liangzhu und nachdem die Vegetation auf dem Boden herausgefiltert worden war, kamen die Wasserspeicheranlagen, Außenmauern und andere Strukturen der antiken Stadt zum Vorschein.

Es kann nicht nur die Vergangenheit entdecken, sondern auch vor der Zukunft warnen

Neben der Verwendung von LiDAR zum Aufspüren von Relikten kann LiDAR aufgrund seiner klaren Darstellung der Topografie auch bei der Verhinderung von Erdrutschen eine Rolle spielen.

Erdrutsche zählen zu den häufigsten geologischen Katastrophen. Jedes Jahr verlieren Menschen durch Erdrutsche ihr Eigentum oder sogar ihr Leben. Das Verständnis der Mechanismen von Erdrutschen, die Beobachtung ihrer Vorläufer und die Einrichtung eines entsprechenden Systems zur Vorhersage von Erdrutschen sind wichtige Mittel zur Verringerung der Gefahren durch Erdrutsche.

Das durch Lidar-Kartierung gewonnene hochpräzise digitale Höhenmodell (HRDEM) ist für Geologen eine wertvolle Hilfe bei der Analyse der Mechanismen von Erdrutschen und der Erstellung von Frühwarnmodellen.

Um Erdrutsche zu untersuchen, werden große Mengen an Erdrutschdaten als Forschungsmaterial benötigt. Wissenschaftler nutzten Fernerkundungssatelliten, Lidar, Luftbildkameras und andere Beobachtungsmethoden, um eine Bestandskarte der Erdrutsche zu erstellen.

Die Karte zeigt die Lage und Morphologie früherer Erdrutsche in verschiedenen Regionen sowie Informationen wie Niederschlagsmenge, Bodenart und Erdbebenstärke in der jeweiligen Region. Mithilfe der Erdrutsch-Inventarkarte kann die Wahrscheinlichkeit berechnet werden, dass in verschiedenen Gebieten Erdrutsche auftreten.

Die auf Grundlage einer Lidar-Kartierung erstellte Erdrutsch-Inventarkarte. Bereiche unterschiedlicher Farbe stellen unterschiedliche Arten von Erdrutschen dar. Die roten Blöcke in der kleinen Karte in der unteren rechten Ecke stellen tiefe Erdrutsche dar und die blauen Blöcke stellen flache Erdrutsche dar.

(Bildquelle: Referenz 3)

Bevor es zu einem Erdrutsch kommt, bildet sich an der Unterseite des Erdrutschs eine Ausbuchtung von bestimmter Höhe und es entstehen Risse auf der Hangoberfläche. Aufgrund der Vegetationsbedeckung ist es unmöglich, diese Zeichen mit bloßem Auge oder Kameras zu erkennen, aber dieses Problem lässt sich mit Hilfe von Lidar gut lösen.

Setzen Sie Schwärme von mit Lidar ausgestatteten Drohnen in erdrutschgefährdeten Gebieten ein, um die Oberflächenmorphologie der Hänge ununterbrochen zu scannen und zu beobachten. Die Beobachtungsdaten werden unsere Fähigkeit und Genauigkeit bei der Vorhersage von Erdrutschen effektiv verbessern.

Es ist keine leichte Aufgabe, die Überreste vergangener Aktivitäten auf einem bestimmten Stück Land zu erforschen. Im Laufe der Zeit werden die Spuren menschlicher Aktivitäten und Krustenveränderungen nach und nach von der Natur überdeckt. Lidar gibt uns jedoch die Möglichkeit, die „Vergangenheit“ neu zu verstehen und aus den Relikten der „Vergangenheit“ Inspiration für die Zukunft zu gewinnen.

Herausgeber: Wang Tingting

Quellen:

[1] Erickson CL. Eine künstliche Fischerei im Landschaftsmaßstab im bolivianischen Amazonasgebiet.[J]. Nature, 2000, 408(6809):190-3.

[2] Vanvalkenburgh P , Cushman KC . Laser ohne verlorene Städte: Verwendung von Drohnen-Lidar zur Erfassung der architektonischen Komplexität in Kuelap, Amazonas, Peru[J]. Journal of Field Archaeology, 2020, 45 (Beilage 1).

[3]Gorum, Tolga. Erkennung und Kartierung von Erdrutschen in einer Mischwaldumgebung anhand von luftgestützten LiDAR-Daten.

[4]M, J, Lato, et al. Reduzierung des Erdrutschrisikos durch luftgestützte Lidar-Scandaten[J]. Zeitschrift für Geotechnische und Geoumwelttechnik, 2019, 145(9).

[5]https://www.usgs.gov/faqs/what-difference-between-lidar-data-and-digital-elevation-model-dem

[6]http://m.app.cctv.com/video/detail/aa9c36ee6d92b0a7a7a98d2f86eb447c/index.shtml

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Produktion: Gesalzener Fisch aus dem Meer

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