- Статьи
- Наука и техника
- Подземные коды: ИИ защитит археологические памятники от разрушения при раскопках
Подземные коды: ИИ защитит археологические памятники от разрушения при раскопках
Ученые предложили исследовать археологические памятники до раскопок с помощью математического моделирования и машинного обучения. Комплекс инновационных технологий позволил создать цифровую модель поселений и захоронений, скрытых под землей на территории Южного Зауралья. Методика поможет обнаружить неизвестные ранее археологические объекты культурного наследия, а также защитить их от повреждения при проведении работ. Подробнее о том, как связаны передовые технологии и наследие древности, — в материале «Известий».
Археологические памятники Южного Урала
Исследователи из Челябинского государственного университета, Югорского государственного университета, Института геофизики им. Ю.П. Булашевича УрО РАН разработали методологию дистанционного поиска и исследования археологических памятников. Она представляет собой комплекс инновационных технологий, включая математическое моделирование и машинное обучение. С помощью методологии авторы изучили памятники бронзового века в долинах рек Уй и Синташта: окрестности древних поселений Степное и Левобережное, а также недавно открытых укрепленных поселений Нижнеуспенское и Верхнеуральское.
Как рассказали «Известиям» ученые, в Южном Зауралье известно около 2 тыс. памятников археологии, оставленных людьми более чем за 100 тыс. лет. Один из наиболее интересных этапов истории этого региона — период бронзового века (конец третьего и второе тысячелетие до нашей эры), когда здесь сформировалось общество древних скотоводов и металлургов, говоривших на одном из индоевропейских языков.
Специалисты объединяют памятники бронзового века в синташтинскую и петровскую археологические культуры, а широкой публике они известны под условным названием «Страна городов». По оценкам специалистов, за многие десятилетия работы выявлено и изучено меньше половины таких объектов, поскольку большинство из них скрыты слоем почвы. При этом их необходимо искать, картировать и вносить в земельный кадастр, чтобы сохранить в условиях активной строительной и иной хозяйственной деятельности современного человека.
С конца XX века ученые используют для поиска и исследования памятников археологии дистанционные методы, в том числе аэрофотосъемку, спутниковую съемку и геофизические исследования. Например, магнитометрия — измерение локальных аномалий магнитного поля на той или иной территории — позволяет выявить конструктивные элементы скрывающихся под землей объектов: остатки домов, рвов и стен, погребальные камеры. С помощью дистанционных методов в последние годы специалисты открыли в Челябинской области несколько новых укрепленных поселений в северной и центральной частях «Страны городов». Однако «ручной» анализ аэрофотоснимков и геофизических данных может занимать годы, что делает актуальным использование современных информационных технологий.
Для обнаружения новых памятников и изучения их внутреннего устройства исследователи применили различные комбинации методов. Обнаруживать находящиеся под землей объекты помогла цифровая 2D-модель рельефа местности, построенная на основе спутниковых и аэрофотоснимков, результатов съемки территории с помощью электронного прибора тахеометра, а также данных электроразведки. Она позволила ученым исследовать поселение Степное, где магнитная съемка неэффективна из-за природных аномалий.
2D-модель рельефа поселений авторы проанализировали с помощью ранее разработанной нейросети. Это помогло определить точные границы древних поселений для дальнейших исследований.
— Мы стремимся объединить разнообразные методы картографирования, геофизики и машинного обучения, чтобы решить глобальную задачу защиты мирового археологического и культурного наследия. Предложенную систему дистанционного неразрушающего исследования можно применять на разных территориях. В дальнейшем мы планируем использовать ее для изучения археологических памятников бронзового века Северного Синьцзяна в Китае, которые имеют схожие ландшафт и характерные визуальные и цифровые маркеры культурных объектов, — рассказал доктор технических наук, заведующий научно-исследовательской лабораторией «Интеллектуальные информационные технологии и системы» Челябинского государственного университета Александр Вохминцев.
Применение ИИ в археологии
Отдельные структуры археологических памятников исследователи изучили на их детальных цифровых 3D-копиях. Чтобы их сформировать, ученые применили электроразведку, а также построили объемные модели ландшафта при помощи аэрофотосъемки и лазерного сканирования с воздуха. 3D-модели проанализировали с помощью нейросети. Искусственный интеллект с точностью до 96% определил на карте поселения оборонительные укрепления, рвы, жилища и некоторые типы могильников. Однако точность распознавания таких объектов, как следы колодцев и входы в поселения, составила менее 40%, чего недостаточно для определения структуры памятника без участия человека.
Схема поселения Степное, по данным дешифрирования космических и аэрофотоснимков в полуавтоматическом режиме с участием человека
Тем не менее технологии машинного обучения позволили получить новую информацию о памятниках бронзового века. В частности, на территории поселения Верхнеуральское ученые выявили остатки разновременных построек. Так, кроме описанного ранее прямоугольного укрепленного поселения авторы нашли более ранние оборонительные укрепления овальной формы. При этом в центральной и восточной частях площадки были обнаружены остатки строений неукрепленного поселения, которое было воздвигнуто поверх руин в позднем бронзовом веке.
До развития нейросетей у ученых была большая проблема в том, чтобы систематизировать данные и понять, где все-таки находятся археологические памятники, а где современные постройки, рассказал «Известиям» гендиректор группы компаний ST IT, эксперт рынка TechNet НТИ Антон Аверьянов. Кроме того, следов от археологических ценностей на поверхности может практически не быть — тут спасает электроразведка и исследования почвы.
— Археология — одно из тех направлений, где применение ИИ наиболее оправданно. Возможность обрабатывать большие данные позволяет отслеживать различные зависимости и предсказывать, где могут находиться следы старой цивилизации, с высокой точностью, — сказал он.
По всему миру ИИ доказывает эффективность: в Перу алгоритмы за месяцы нашли сотни геоглифов Наска, на что ушли бы годы ручной работы. В Португалии ИИ с высокой точностью выявляет курганы бронзового века по спутниковым снимкам, сокращая потребность в пробных раскопках. На Мадагаскаре ИИ и LiDAR спасают памятники от эрозии и вырубки, оперативно сканируя огромные территории, рассказал ведущий эксперт в области ИИ «Университета 2035» Ярослав Селиверстов.
— Для хрупких памятников Зауралья такой подход — не просто инновация, а необходимость, позволяющая сохранить бесценное наследие для будущих исследований. ИИ не заменит археолога, но станет его мощнейшим цифровым инструментом, — сказал он.
Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Russian Journal of Earth Sciences.
