GIS w archeologii i czwarty wymiar

Geograficzne Systemy Informacji (GIS) służą zbieraniu, zarządzaniu i analizowaniu danych przestrzennych wraz z ich opisami/atrybutami. Możliwości GIS od dawna zwracały uwagę archeologów, którzy dzięki temu narzędziu mogli nie tylko wizualizować wyniki swoich badań terenowych, ale także mogli je analizować w przestrzeni (patrz Wheatley & Gillings, 2002).

 

Archeologia i czwarty wymiar

Jednak dane archeologiczne nie posiadają tylko informacji o lokalizacji w trzech wymiarach. Bardzo ważnym czynnikiem przy analizie danych archeologicznych jest czwarty wymiar – czas. Czas w archeologii jest postrzegany w dwóch aspektach: jako konstrukcja wymyślona przez naukowców (chronologie kultur) oraz jako aspekt postrzegany przez ludzi w przeszłości. Druga cecha czasu w archeologii jest bardzo trudna do przeanalizowania i zinterpretowania. Z kolei pierwsza jest bardzo złożona ze względu multi-linearny sposób dokumentowania czasu w archeologii (Green, 2011). Archeolodzy uwzględniają chronologię względną i bezwzględną. Z kolei multi-linearnosć uwzględnia czas funkcjonowania osad w regionie oraz także czas funkcjonowania warstw na stanowisku archeologicznym. Analiza stratygraficzna określająca archeologiczną fazę osadniczą składa się z (i) warstwy i obiekty wydzielone indywidualnie przez badacza w czasie prac wykopaliskowych, (ii) horyzonty archeologiczne, (iii) poziomy osadnicze (Gołembnik).

 

Możliwości wizualizacji czwartego wymiaru w GIS

Czwarty wymiar w GIS można przedstawić za pomocą: (i) atrybutów (np. opisowych, liczbowych lub jako data [jednak tylko z możliwością wykorzystania współczesnego kalendarza gregoriańskiego]), (ii) animacji, (iii) wizualizacji (wliczając wizualizacje 3D), (iv) snapshotów, (v) czasowego sześcianu (ang. Time-cube).

Dzięki atrybutom można wizualizować występowanie zjawisk (np. istnienie stanowisk archeologicznych w danym momencie) na mapie, przy pomocy klasyfikacji. W efekcie na tak powstałej mapie wszystkie wydarzenia czasowe pokazane są jednocześnie. Odróżnia je jedynie kształt lub kolor. Takie rozwiązanie stosuje się w przypadku Archeologicznego Zdjęcia Polski, gdzie punktom (wizualizującym lokalizacje stanowisk) dodaje się atrybuty opisujące przynależność kulturową danego stanowiska.

Animacje czasowe w GIS można pokazać dzięki zarządzaniu klatkami animacji. W takim jednak przypadku należy podać konkretne daty według kalendarza gregoriańskiego początku i końca występowania danego zjawiska. W efekcie uzyska się animacje wyświetlająca dane według wskazanej chronologii. Np. dzięki temu można pokazać pojawiające się i znikające punkty – stanowiska, gdzie moment pojawienia się to początek istnienia danego stanowiska, a moment zniknięcia to moment zakończenia funkcjonowania stanowiska.

Snapshot to zestawienie, choćby w postaci animowanego pliku gif, kilku map przedstawiających zmieniające się zjawisko w jednej, określonej lokalizacji. Efekt ten można uzyskać zestawiając kilka map, gdzie na każdej mapie widoczne przedstawiona jest inna chronologia danego zjawiska np. zmiany użytkowania obszarów zajmowanych przez kultury.

Z kolei sześcian czasowy to funkcja GIS przedstawiająca dane zjawisko w pseudo trójwymiarze. Badany obszar podzielony zostaje jest na kwadraty (ang. bin). Z tych kwadratów buduje się sześcian czasowy. Każdemu kwadratowi przypisywane jest dane zjawisko w czasie. W efekcie otrzymuje się wizualizacje podkreślająca intensyfikację zjawiska według cięć czasowych. Do tej pory nie zauważyłam analizy archeologicznej, która używałaby tej metody. Wśród najpopularniejszych analiz wykorzystujących sześcian czasowy to analizy kryminalistyczne, których celem jest pokazanie zwiększenie lub zmniejszenie poziomu przestępstw na określonym obszarze np. mieście.

GIS oferuję funkcję nazwaną temporal-GIS (TGIS), która jest dodatkiem mającym umożliwić przedstawienie danych czasowych w oparciu o współczesny kalendarz. Ma służyć głównie użytkownikom dla których powstał GIS tj. planistów przestrzennych, czy urzędników. Jednak wielu archeologów proponowało jej rozwinięcie lub dostosowanie do potrzeb danych pozyskanych z terenu (Belussi & Migliorini, 2017; Caccarelli & Franco, 2004; Constantinidis, 2007). Green w swoim doktoracie zaproponował użycie TGIS do wizualizacji datowania próbek C14, które mają wartości minimalne i maksymalne. Następnie wizualizował prawdopodobieństwo użytkowania poszczególnych lokalizacji stanowiska w cięciach czasowych co dwieście pięćdziesiąt lat.

 

GIS w archeologii i czwarty wymiar – dyskusja

Czy TGIS jest rozwiązaniem dla archeologii? Jakie możliwości daje archeologom GIS kiedy należy analizować dane czasowo zmienne i o szerokim horyzoncie? W jaki sposób w  GIS można modelować czas? Czy oprogramowanie i sposób w jaki należy w nim postępować (determinizm technologiczny) wpływa to na otrzymane wyniki? To są pytania, które wskazują, że problem pokazania i analizowania czwartego wymiaru w GIS w archeologii ciągle jest problematyczne i znacząco wpływa na sposób przedstawiania wyników badań szerszej publiczności. Niestety archeolodzy ciągle borykają się z tymi samymi problemami od lat. Najważniejszym z nich jest możliwość wizualizacji zjawisk czterowymiarowych tylko w dwóch wymiarach. Dodatkowo GIS powoduje spłaszczenie Multi-linearności i uproszczenie badanych zjawisk. Wizualizacja mimo wszystko jest statyczna, kiedy zjawiska były dynamiczne. Zarówno animacje, wizualizacje, jaki i snapshoty opierają się o dwuwymiarowe mapy zjawisk, po prostu przedstawione w cięciach czasowych. Ponadto bardzo ciężko, przy użyciu opisanych wyżej narzędzi, przedstawić dane, które nie są 0-1. GIS wymaga od użytkownika podania konkretnych dat, nawet jeżeli jest możliwość podaniach ich pewnych zakresów (jak w przypadku dat C14, wartości minimalnych i maksymalnych). Największym problemem w GIS pozostaje brak sprawnych narzędzi analitycznych, które brałyby pod uwagę czwarty wymiar. Pewną propozycją jest tu sześcian czasowy, jednak ciągle analizuje on pewne cięcia czasowe, które następnie tylko zestawia i porównuje ze sobą. Ostatnim problemem o którym należy wspomnieć to możliwości publikacji tego typu informacji. O ile mapy poszczególnych cięć czasowych można dodać do artykułu publikowanego w czasopiśmie, o tyle animacje lub wizualizacje 3D nie ma jak dodać.

J.M. Chyla

 

Literatura:

Belussi, A., & Migliorini, S. (2017). A spatio-temporal framework for managing archeological data. Annals of Mathematics and Artificial Intelligence, 80(3–4), 175–218. https://doi.org/10.1007/s10472-017-9535-0

Caccarelli, L., & Franco, N. (2004). Modelling time through GIS technology: the ancient Prile lake (Tuscany, Italy). CAA 2003. Fischer-Ausserer, K., W. Börner, M. Goriany and L. Karlhuber-Vöckl (Eds) 2004. Enter the Past. The E-Way into the Four Dimensions of Cultural Heritage. CAA 2003. Computer Applications and Quantitative Methods in Archaeology, 571.

Constantinidis, D. (2007). TIME to look for Temporal GIS. Figueiredo, Alexandra and Gonçalo Leite Velho (Eds) 2007. The World Is in Your Eyes. CAA2005. Computer Applications and Quantitative Methods in Archaeology. Proceedings of the 33rd Conference, Tomar, March 200.

Gołembnik A., Teoria, strona internetowa: http://www.a.golembnik.pl/wilanow/teoria.html (wgląd 26.06.2018)

Green, C. (2011). It’s about Time: Temporality and Intra-Site GIS. In CAA2008. On the Road to Reconstructing the Past. Computer Applications and Quantitative Methods in Archaeology. Proceedings of the 36th International Conference, Budapest, April 2-6, 2008 (pp. 213–218).

Wheatley, D., & Gillings, M. (2002). Spatial technology and archaeology. The archaeological applications of GIS.