Методы документирования

Задача достоверного документирования сакрального пространства памятников наскального искусства Дальневосточного региона решается комбинированием современных средств и методов документирования петроглифов и их ландшафтного окружения. Применяются взаимодополняющие технологии аэросъемки с беспилотных летательных аппаратах, наземной фотосъемки, лазерного сканирования, фотограмметрического моделирования, моделирования по облакам точек лазерного сканирования, объединенные в единое целое средствами геоинформационных систем и спутниковой геодезии.

Камни и поверхности с петроглифами документируются методом трёхмерного моделирования. Модели формируются путем фотограмметрической обработки цифровых фотографий, выполненных под разными углами к поверхности.

Документирование ландшафта предполагает два компонента – создание карт и планов с геодезической точностью, позволяющих точно зафиксировать положение петроглифов в ландшафте и создание массива визуальных материалов, позволяющих полноценно увидеть этот ландшафт. Эти задачи решаются комбинированием аэрофотосъемки, лазерного сканирования и геодезических методов, позволяющих связать разнородные данные в единое целое и интегрировать их в геоинформационную систему памятника.

Для каждого объекта (валуна или скального выхода с петроглифами) методика съемки и обработки продумывалась отдельно, с учетом его особенностей – доступности, размеров, геометрии, состояния поверхности, наличия на поверхности мхов и лишайников, техники выполнения наскального изображения:

  • Для валунов: выполнялась фотосъемка  камня целиком, даже если изображения располагаются только на одной из его поверхностей
  • Для скальных поверхностей: документировалась плоскость с предварительно выявленными или потенциально предполагаемыми изображениями, ограниченная, как правило, трещинами или углами скальной поверхности.

В отдельных случаях съемка была существенно затруднена метеоусловиями, колебаниями уровня р. Амур (памятник Сикачи-Алян), заиленностью камней (Памятник Сикачи-Алян пункт 2) и змеями неизвестной ядовитости (памятник Шереметьево пункты 2 и 3). Наиболее сложными для съемки оказались петроглифы в верхней части скального выхода на пункте 2 Шереметьево, их съемка выполнялась с верхней страховкой, причем висящий на стене оператор был вынужден работать одной рукой, так как вторая была занята устройством для отпихивания наползающих змей.

Дальнейшая пост-фотограмметрическая обработка заключалась в обрезке модели (удалялась преимущественно окружающая растительность, фрагменты поверхностей земли и других камней) и удалении ошибок фотограмметрического алгоритма («шума», «самопересечений»), заполнении мелких отверстий. Конечным результатом цикла обработки стали текстурированные трехмерные полигональные модели с картами высот. Средняя плотность модели – 3,2 тыс. полигонов на 1 см². Опыт предшествовавших работ по съемке петроглифов и эпиграфических памятников показал, что минимальная детальность модели, достаточная для анализа поверхности, обычно составляет не менее 2 000 полигонов (треугольников) триангуляционной сети на 1 см2. Для сложных случаев (прежде всего – для плохо сохранившихся поверхностей) детальность модели может быть увеличена до 5 000 полигонов на 1 см2. Дальнейшее ее увеличение, вследствие ограничений исходных данных, получаемых с современных цифровых камер, в общем случае не приводит улучшению реальной детальности модели.

Сикачи-Алян, пункт 1, камень 13

Выполнена плановая и перспективная аэрофотосъемка местонахождений петроглифов Сикачи-Алян и Кия в периоды наличия (осень 2017 г.) и отсутствия листвы (весна 2018 г). Съемка выполнялась фотокамерами с матрицами 12-24 Мп, установленными на БПЛА типа DJI Mavic, DJI Phantom и 3DR Solo. На основе материалов аэрофотосъемки сформированы ортофотопланы памятников. Для охранных зон они формировались на основе плановых аэрофотоснимков, сделанных с высоты 100-160 м, а для зоны распространения петроглифов в пойме р. Амур – на основе плановых аэрофотоснимков, полученных с высот 40-60 м и перспективных аэрофотоснимков, полученных с высот 20-30 м.

Перспективная аэрофотосъемка применялась для формирования сферических панорам, дающих общее представление о ландшафте памятника и его окружения. В качестве вспомогательного метода документирования ландшафта перспективная аэрофотосъемка применялась на всех памятниках.

В связи с неустойчивым и зачастую определенно высоким уровнем воды в р. Амур и Уссури в 2017 г. все работы по лазерному сканированию были сосредоточены на местонахождении Кия и двух участках низкой поймы р. Амур на пункте 1 местонахождения Сикачи-Алян. Сканирование выполнялось лазерным сканером Leica C10. На местонахождении Кия лазерное сканирование выполнялось для формирования трёхмерной карты расположения петроглифов на скальном обрыве. Сделано 7 сканов, получено 148,5 млн. точек лазерных отражений. На местонахождении Сикачи-Алян лазерное сканирование применено для формирования облака точек и его дальнейшего сопоставления с моделями, полученными по результатам аэрофотосъемки. Сделано 16 сканов, получено 34,9 млн. точек лазерных отражений.

  • На местонахождении Кия лазерное сканирование выполнялось для формирования трёхмерной карты расположения петроглифов на скальном обрыве. Сделано 7 сканов, получено 148,5 млн. точек лазерных отражений.
  • На местонахождении Сикачи-Алян лазерное сканирование применено для формирования облака точек и его дальнейшего сопоставления с моделями, полученными по результатам аэрофотосъемки. Сделано 16 сканов, получено 34,9 млн. точек лазерных отражений.
Участок вокруг камня 13, 
ежегодно подверженный непосредственному 
воздействию льда в период ледохода

Для корректного отображения взаимосвязей между разнородными пространственными данными (ортофотопланами, моделями рельефа, результатами моделирования отдельных камней и плоскостей с петроглифами) в геоинформационной системе данные должны формироваться в единой системе координат. Точность позиционирования особенно важна при осуществлении мониторинга движения валунов с петроглифами в пойме реки Амур – без надежной опорной сети не возможен корректный и единообразный расчет модели рельефа фотограмметрическим способом. При этом опорная сеть  должна удовлетворять следующим базовым требованиями:

  • Не нарушать естественного ландшафта памятника.
  • Оставаться стабильной в течение достаточно длительного периода времени.
  • Удовлетворять требованиям точности и геометрии, гарантирующим корректную фотограмметрическую обработку фотографий, полученных в ходе аэрофотосъемки.

Для выполнения этих условий было принято решение использовать элементы естественной геометрии базальтовых валунов и коренные выходов. Такие элементы (углы, вершины) должны надежно опознаваться на местности, как визуально, так и на аэрофотоснимках. Валуны должны быть надежно зафиксированы рыхлыми аллювиальными отложениями и находиться вне участков активного движения аллювиального материала. Опознаки (узлы геодезической сети) должны достаточно равномерно располагаться по границам картируемого участка и, одновременно, располагаться в обстановке, обеспечивающей возможность применения методов спутниковой геодезии.

Средствами спутниковой геодезии на Сикачи-Аляне (пункт 1 и 2) создана опорная геодезическая сеть из 6 реперов для каждого пункта, которая стала основной документирования исторического ландшафта и последующего мониторинга местоположения валунов с петроглифами, подверженных перемещению под воздействием льда в периоды ледохода. Аналогичная сеть из 7 опорных реперов была разбита на Кие.

Для управления разнородными пространственными данными, собранными при выполнении работ, использовались геоинформационные системы (ГИС). В частности были сформированы рабочие ГИС Амуро-Уссурийской провинции наскального искусства (содержащая топографические карты, низкодетальные модели рельефа, спутниковые снимки и сведения о местонахождениях петроглифов) и объектовые ГИС памятников Сикачи-Алян, Шереметьево и Кия, содержащие как архивные данные, так и данные, полученные непосредственно при выполнении работ (ортофотопланы, высокодетальные модели рельефа, контуры съемок, сведения об опорных сетях, положении валунов и поверхностей с петроглифами, их нумерации и документационных шифрах).

0
Документировано валунов и скальных поверхностей
0
Моделировано валунов и скальных поверхностей
0
га
Площадь ортофотопланов

Оборудование

Фотоаппарат

Фотоаппарат

Первоначально съемка выполнялась цифровым фотоаппаратом Nikon D700 с полнокадровой CMOS-матрицей 36×24 мм, 4256×2832 (12,1 Мп), оснащенным объективом Nikon 35 мм f/2D Nikkor. Затем был применен цифровой фотоаппарат Sony A7RII (ILCE-7RM2) с полнокадровой матрицей BSI-CMOS-матрицей 36×24 мм, 7952×5304 (42,1 Мп) с объективом FE 28 мм F2.0. Замена фотоаппарата положительно отразилась на качестве фотоснимков.

Кольцевой осветитель

Кольцевой осветитель

При съемке использовался накамерный кольцевой осветитель Grifon AR400. Использование этого оборудования существенно упростило съемку в условиях плохой освещенности и улучшило качество первично собранного материала. В отдельных случаях применялось затенение объекта съемки для предотвращения прямого солнечного освещения. Собранные фотоснимки подвергались цветокоррекции.

Лазерный дальномер

Лазерный дальномер

Масштабирование осуществлялось методом измерения пространственного положения опорных точек, закрепленных на документируемой поверхности, лазерным дальномером Leica Disto 910 в условной системе координат (с контролем по линейке). Ориентирование координатной системы выполнялось относительно базиса, разбитого по магнитному меридиану.

Смотреть в полноэкранном режиме

Долина реки Амур на участке от пункта 1 до пункта 2 Сикачи-Аляна