El estudio y la compresión de las sociedades antiguas ha encontrado en la tecnología LiDAR una nueva herramienta que está revolucionando la forma de investigar, interpretar y conocer el pasado.  

Mediante los datos LiDAR es posible crear un modelo digital de elevaciones (MDE) de gran calidad para posteriormente con los softwares adecuados poder aplicarle un sombreado análitico que permite identificar características arqueológicas (por ejemplo, túmulos funerarios, caminos antiguos, murallas, zanjas, etc…) que aparecen ocultas a simple vista.  

Sin embargo, el uso de la técnica convencional del relieve sombreado puede tener el inconveniente de no permitir identificar todas las características arqueológicas existentes y en consecuencia limitar los hallazgos.

En este sentido, en el presente post os presentamos los resultados de investigación del trabajo “Visualization of lidar-derived relief models for detection of archaeological features” elaborado por Benjamin Štular, Žiga Kokalj, Krištof Oštir y Laure Nuninger en el que presentan, analizan y valoran una serie de técnicas de visualización de datos LiDAR que pueden ayudar a los arqueólogos en el proceso de identificación e interpretación de los yacimientos.

El área de estudio en el que se realizó la investigación tiene una superficie de 57 km2 y se sitúa en Kobarid, oeste de Eslovenia, donde es posible localizar una amplia variedad de sitios arqueológicos (desde túmulos funerarios hasta trincheras de la Primera Guerra Mundial).

Área de estudio.

El primer paso en la investigación consistió en realizar un vuelo sobre la zona de estudio mediante un helicóptero para escanear el territorio y obtener la nube de datos LiDAR. Posteriormente se filtró y se procesó la nube de puntos, obteniendo un MDE de gran precisión y calidad.

Seguidamente con softwares GIS se aplicaron al MDE las diferentes técnicas de visualización y se procedió a la revisión y valoración de las capas ráster resultantes para la identificación de estructuras arqueológicas.  

Tabla con métodos de visualización, softwares y las características utilizadas para generar las diferentes visualizaciones.

Según las características de los métodos de visualización los autores del estudio las agruparon en cuatro grupos.

En el primer grupo se incluyeron todas las técnicas con métodos de visualización basadas en crear un sombreado del relieve (Relief shading, Relief shading (Lambertain), Relief shading MDOW, Relief shading PCA 1 st y Relief shading PCA 1st y 2nd) e iluminación del relieve (Sky View Factor).

En la técnica Relief shading al MDE se le aplica un sombreado que permite enfatizar estructuras iluminadas de forma oblicua. Sin embargo, esta técnica tiene el inconveniente de ocultar las estructuras que están iluminadas a lo largo del eje perpendicular.

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Para solucionar este problema es posible utilizar las técnicas Relief shading  MDOW, que crea un sombreado multidireccional, y Relief shading Labertain, capaz de conseguir que la superficie sea igual de brillante en todas las direcciones. También las técnicas Relief shading PCA 1 st y Relief shading PCA 1st y 2nd crean sombreados desde múltiples direcciones.

Para superar los inconvenientes de las técnicas de sombreado del relieve podemos utilizar la técnica Sky View Factor que crea visualizaciones con fuentes de luz ficticias. Los terrenos, crestas y terraplenes planos (muros de edificios, crestas de cultivo, túmulos funerarios, etc…) que reciben más iluminación se resaltan y aparecen en colores claros a blancos en una imagen SVF, mientras que las depresiones (trincheras, fosos, surcos arados, pozos mineros, etc…) son oscuros porque reciben menos iluminación (Zakšek et al., 2011).

Imágenes de los diferentes métodos de visualización utilizados sobre el área de estudio.

En el segundo grupo se incluye la técnica Colour Cast, que consiste en el uso de esquemas de colores. Esta técnica es adecuada identificar características arqueológicas en llanuras costeras, ya permite revelar pequeñas diferencias en un paisaje plano.

El tercer grupo engloba dos técnicas de manipulación de MDE que ofrecen los softwares GIS para el análisis del terreno y que proporcionan buenos resultados:

• Slope gradient (Gradiente de pendiente): es muy sencillo de interpretar y funciona especialmente bien cuando se combina con las técnicas de sombreado.
• Trend removal (eliminación de tendencias): las características arqueológicas son generalmente de menor escala que las formas del paisaje. Por lo tanto, este método  separa las características a pequeña escala de la gran escala. El resultado permite la identificación de las características arqueológicas que podrían pasar desapercibidas para el usuario. Otro método, más rápido, para eliminar tendencias se denomina Shift y consiste en cambiar o desplazar las celdas del MDE y posteriormente restar el resultado al MDE original.

Resultados de la evaluación para un terreno inclinado, mixto y plano.

El último grupo agrupa las técnicas con filtros para el procesamiento de MDE para detectar variaciones de alta frecuencia (por ejemplo, la técnica Laplacian). La técnica Laplacian consiste en enfatizar en las anomalías. El problema de esta técnica radica en que aumenta las características arqueológicas y también el ruido.

Resultados y discusión.

Para arrojar más luz sobre el uso de las diferentes técnicas también se realizó una valoración de la percepción y la visualización de las características arqueológicas en función del contraste existente entre las celdas (pixeles) adyacentes de las capas ráster resultantes para cada técnica.

Comparación de los métodos de visualización. Se valoran el contraste entre celdas, y el ruido. Los mejores resultados corresponden a un contraste alto.

El resultado demostró que ningún método de visualización supera al resto en todos los tipos de terreno. En consecuencia, el uso de una sola técnica no garantiza revelar las características arqueológicos en cualquier tipo de paisaje.

Además, el estudio se completó con una encuesta a 12 usuarios con experiencia media o alta en el trabajo con datos LIDAR sobre los métodos de visualización utilizados habitualmente en sus actividades profesionales.

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Los resultados revelaron que la mayoría de los usuarios están actualmente usando sombreado de relieve (Relief Shading)  complementado con Colour Cast, Slope gradient y visualización 3D. Sin embargo, la mitad de ellos están dispuestos a probar las técnicas PCA, Trend removal (eliminación de tendencias) o SVF (Sky View Factor).

Resultados de la encuesta sobre los métodos de visualización preferidos entre los usuarios experimentados.

Para finalizar en las conclusiones los autores señalan que en base a los resultados obtenidos las técnicas más adecuadas son:

• Shift (Cambio) o Trend removal (eliminación de tendencias) con Colour Cast para terrenos planos.
• SVF (Sky View Factor) en terrenos mixtos.
• Slope gradient (Gradiente de pendiente) o Trend removal (eliminación de tendencias) en terrenos inclinados.
• SVF (mezclado con Slope gradient) en terrenos accidentados.
• Trend removal (eliminación de tendencias) para características de baja magnitud.