Raport ştiinţific

privind implementarea proiectului in perioada ianuarie – decembrie 2013

 

Seeing the Unseen. Landscape Archaeology on the Northern Frontier of the Roman Empire at Porolissvm (Romania) - PoroLIMES.

 

 

PN-II-PT-PCCA-2011-3-Tip 1-0924

Contract nr. 924/24.07.2012

Director Grant: Dr. Habil. Coriolan H. Oprean

 

 

            Rezumatul etapei:

                Coordonatorul proiectului (Institutul de Arheologie şi Istoria Artei) şi-a concentrat activitatea în scopul alcătuirii infrastructurii necesare finalizării temei: Realizarea unor analize geofizice non-distructive bazate pe predicţii GIS, imagini stelitare precum şi interpretarea acestor rezultate.

                Partenerul 1 (Universitatea Babeş-Bolyai), a elaborat Reconstituire 3D a peisajului şi a structurilor arheologice din zona studiată şi realizarea unei baze de date integrate cuprinzând referinţe spaţiale prin intermediul colectivului de geografi, în vreme ce colectivul de biologi şi zoologi au fost preocupați de identificarea biodiversităţii faunistice din zona Porolissum în timpul perioadei romane (Partea a II-a).

                Partenerul 2 (Institutul de Cercetări Biologice) a determinat structurile floristice şi fitocenotice, realizarea hărţilor distribuţiei vegetaţiei actuale şi a datelor palinologice calibrate, interpretarea dinamicii vegetaţiei în zona studiată.

                Activităţile tuturor echipelor de cercetare implicate în cadrul acestui proiect au dus la bun sfârşit şi în proporţie de 100% obiectivele asumate în Planul de realizare a proiectului şi programate a se desfăşura în Etapa a II-a.

 

            Raport ştiinţific şi tehnic

            Conform planului de realizare a proiectului asumat, în intervalul 1 ianuarie – 15 decembrie 2013 s-a derulat Etapa II – Cercetări de teren şi analiza arealului din zona Porolissum. În cadrul acesteia, au fost derulate activităţile planificate ale coordonatorului şi ale partenerilor după cum urmează:

 

Coordonatorul Proiectului (Institutul de Arheologie şi Istoria Artei Cluj-Napoca al Academiei Române)

Etapa II.1. – Realizarea unor analize geofizice non-distructive bazate pe predicţii GIS, imagini satelitare precum şi interpretarea acestor rezultate

Obiectivul principal al etapei a constat în crearea premiselor indispensabile abordării metodologice moderne, globale necesare viziunii actuale din cadrul cercetării europene. În consecinţă, am efectuat o serie de activităţi de cercetare în teren bazate pe studiul documentelor anterioare dar și pe situația reală din teren. Au fost folosite cele mai moderne tehnici de investigație non-distructivă existente la momentul actual. Activităţile concrete au constat în:

a. Date primare obţinute în urma prospecţiunilor geofizice;

b. Hărţi şi planuri digitale ale structurilor arheologice identificate;

c. Hartă digital a sistemului defensiv avansat roman;

d. Bază de date cuprinzând informaţiile adunate.

Descrierea tehnică a activităţilor:

a. Date primare obţinute în urma prospecţiunilor geofizice – Metodele magnetice de investigare a subsolului sunt aplicate pe scară largă în arheologia internațională datorită răspunsului magnetic bun oferit de majoritatea siturilor arheologice. Particularitățile habitatului antropic din trecut au condus la creșterea gradului de magnetizare a solurilor prin accentuarea proporției locale de oxizi de fier, anumiți oxizi de fier fiind puternic magnetici. Siturile arheologice aflate în diferite stadii de degradare a structurilor conțin un procent semnificativ de artefacte (ceramică, cărămidă, țiglă, chirpici) sau structuri arse (cuptoare, vetre) care sunt intens magnetice. Nu în ultimul rând, urmele activităților metalurgice din trecut și obiectele din fier generează la rândul lor un răspuns magnetic important. Solurile afectate de activități antropice sunt în general mai afânate, mai răscolite, având, așadar o susceptibilitate magnetică crescută. Susceptibilitatea magnetică reprezintă măsura (mai mare sau mai mică) în care materialele sunt dispuse să fie influențate de câmpul magnetic terestru, adică să simuleze structura unui magnet cu doi poli de sens opus, aliniați pe aceeași direcție cu cei ai Pământului. Această proprietate a materialelor depinde în mod direct de textura acestora. Materialele cu textură granulară, în care elementele au o structură mai puțin rigidă sunt mai ușor influențabile de câmpul magnetic terestru. În condiții de temperatură crescută, textura internă a materialelor devine mai laxă, ceea ce conduce la accentuarea procesului de emulare a direcției polilor magnetici tereștri de către elementele componente, mult mai libere în aceste condiții de temperatură să-și schimbe direcția. Cu cât mai multe elemente dintr-un material sunt orientate în aceeași direcție (din punct de vedere magnetic) cu atât gradul de magnetizare al respectivului material va fi mai mare. În momentul scăderii bruște a temperaturii, textura materialului devine iarăși rigidă, elementele componente rămânând orientate în direcția câmpului magnetic terestru de la momentul răcirii (polii magnetici ai Pământului nu ocupă aceeași poziție în spațiu nici e parcursul unui an). De aceea, materialele arse sunt mai intens magnetice și pot uneori fi utilizate ca element de datare absolută în arheologie și geologie. Odată magnetizat, un material va influența la rândul său câmpul magnetic terestru. Deoarece intensitatea câmpului magnetic scade foarte repede în raport cu distanța, perturbațiile asupra câmpului magnetic terestru se vor manifesta în imediata apropiere a sursei de perturbație (denumită anomalie magnetică). În concluzie, solul corespunzător unui sit arheologic are potențialul de a se individualiza din punct de vedere magnetic de mediul ambiant. Echipamentele folosite cu predilecție în investigația magnetometrică a siturilor arheologice se bazează exact pe identificarea contrastelor magnetice existente între diferite zone investigate. Aceste echipamente nu înregistrează magnetismul structurilor din subsol ci gradul în care acestea perturbă local câmpul magnetic terestru. În siturile arheologice măsurăm, așadar, variația locală a câmpului magnetic terestru.

 

 

Metodele magnetice au fost aplicate cu succes în cercetarea arheologică atât în scopul caracterizării unor situri arheologice cunoscute cât și pentru identificare unor situri noi în regiuni neexplorate. Principalul avantaj al acestei metode complet non distructive este eficiența, respectiv capacitatea de a acoperi suprafețe mari într-un timp relativ scurt, cu consum minim de resurse materiale, umane și de timp. Principalul dezavantaj al acestei metode îl constituie dificultatea evaluarea adâncimii structurilor detectate, în special în cazul utilizării echipamentelor de tip gradiometru care nu înregistrează câmpul magnetic terestru total ci doar valoarea gradientului magnetic vertical. Metoda dă rezultate proaste în siturile acoperite de deșeuri metalice.

 

 

 

Subsolul siturilor arheologice este caracterizat de aglomerarea, intercalarea și suprapunerea structurilor antropice, adesea degradate, păstrate parțial. Această situație conduce de multe ori la estomparea contrastului magnetic și la compunerea surselor de perturbație asupra câmpului magnetic terestru. Prin urmare, sursele antropice de perturbație locală a câmpului magnetic terestru nu pot fi ușor individualizate și localizate.

Pentru a contrabalansa aceste dificultăți se aplică ulterior, în etapa de prelucrare adatelor, diferiți algoritmi de prelucrare care fie pot corecta anumite greșeli de operare ori instrumentale, fie pot amplifica vizibilitatea structurilor arheologice.

Datele magnetometrice sunt prezentate sub forma unor hărți în care o scală de culori este calibrată a reprezenta variațiile locale de câmp magnetic terestru.

Metode de achiziție a datelor și echipamentele folosite

Investigațiile geofizice practicate în situl arheologic de la Porolissum au fost realizate prin metode magnetice, respectiv prin măsurarea gradientului vertical câmpului al magnetic terestru.

 

 

 

Alegerea acestor metode a fost determinată de semnalul magnetic foarte bun oferit de rocile vulcanice din zonă, ceea ce face ca toate structurile zidite să poată fi detectate și caracterizate cu bune rezultate prin intermediul magnetometriei, în condițiile unui bun randament de achiziție a datelor. Echipamentul de măsură folosit Bartington Grad 601-2 este un gradiometru cu 2 unități de măsură formate fiecare din câte 2 senzori fluxgate separați pe verticală la 1 m. Acesta a permis măsurarea gradientului componentei verticale a câmpului magnetic terestru, respectiv, a diferenței de valoare între datele citite separat de cei doi senzori (poziționați în pereche și orientați în direcții opuse) dispuși perpendicular pe sol. Acest tip de echipament oferă avantajul pentru arheologie al eliminării necesității utilizării unui senzor fix (remote) pentru identificarea variațiilor câmpului magnetic terestru total (datorate diferențelor de oră și temperatură). Sunt diminuate de asemenea influențele magnetice venite dinspre surse de perturbație poziționate lateral, echipamentul citind doar componenta verticală a câmpului magnetic și astfel identificând foarte clar doar  influența asupra câmpului magnetic terestru a structurilor îngropate în subsol la mică adâncime, poziționându-le prin urmare mai precis în spațiu. Datele magnetometrice achiziționate au fost prelucrate prin aplicarea unor algoritmi specifici, au fost georeferenţiate și integrate în sistem GIS, propunându-se în final un set de interpretări și recomandări cu relevanță arheologică.

Obiectivele cercetării

1.         Aprecierea răspunsului magnetic al sitului

2.         Identificarea limitei așezării

3.         Validarea ipotezei existenței unei zone caracterizate prin aglomerări structurale

4.         Identificarea și caracterizarea principalelor structuri (complexe arheologice)

5.         Diferențierea zonelor din interiorul așezării, în funcție de intensitatea locuirii și tipologia complexelor

6.         Stabilirea unei strategii optime de continuare a cercetărilor geofizice

7.         Identificarea zonelor cheie în care cercetările trebuie să continue prin săpătură arheologică

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


 

 

b. Hărţi şi planuri digitale ale structurilor arheologice identificate – documentaţia grafică supusă atenţiei noastre constă din planuri de situaţie, profile şi suprafeţe făcând parte din documentaţia de săpătură originală desenate în timpul campaniilor arheologice pe hârtie de calc milimetric dar şi planurile generale privind situl de la Porolissum sau zonele limitrofe cuprinse în arealul destinat studiului, aşa cum este el definit în cadrul proiectului. Această activitate are un dublu scop, pe de-o parte crearea unei arhive virtuale, pe de alta realizarea unui plan general din punct de vedere arheologic al zonei ce ulterior va fi georeferenţiat şi analizat în combinaţie cu datele digitale obţinute de la parteneri.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

c. Hartă digital a sistemului defensiv avansat roman – s-a avut în vedere realizarea unor ridicări topografice de mare precizie a tuturor elementelor cunoscute din literatura de specialitate și verificate în teren.

 

 

 

           

Ulterior, a fost planificata identificarea semnalului magnetic pe care aceste structuri ce compun sistemul avansat de apărare al provinciei Dacia. Cartând toate aceste date împreună cu informațiile cunoscute din perieghezele arheologice din zonă (în special în zona împădurită) s-a încercat înțelegerea la nivel micro-regional a modului în care acest sistem funcționa.

            Datorită dificultăților pe care echipa arheologică le-a întâmpinat atunci când s-a încercat cartarea structurilor din zona împădurită, s-a apelat la o tehnologie de ultimă generație de cartare prin intermediul unei scanări aeriene a zonei folosind tehnologia de tip LiDAR. Pentru a duce la bun sfârșit acest demers, a fost nevoie de serviciile unei firme specializată în astfel de investigații din Germania, ArcTron, care a efectuat o serie de zboruri deasupra zonei avută în vedere.

 

 

           

Ulterior zborului a rezultat un nor de puncte reprezentând copia fidelă la scara 1:1 a tuturor elementelor din teren având rezoluția de câțiva milimetri. Aceste date, au suferit o serie de procedee de filtrare care au condus către crearea modelului DEM al terenului. În acest produs final rezidă potențialul imens al analizei de tip LiDAR, care a relevat privirii umane structurilor ascunse de coronamentul pădurii actuale din arealul studiat. Toate aceste demersuri au dus la o mai bună înțelegere a structurii sistemului defensiv roman din zonă, rezultatele fiind pe cât de neașteptate pe atât de spectaculoase.

 

 

 

 

 

d. Bază de date cuprinzând informaţiile adunate – fişele de înregistrare a structurilor arheologice sunt instrumentele moderne de înregistrare şi stocare a informaţiei din teren fiind concepute extrem de amănunţit având în vedere caracterul distructiv al săpăturii arheologice. Modelul preluat şi adaptat condiţiilor specifice ale sitului de la Porolissvm au fost fişele de context de tip MoLAS utilizate de Museum of London Archaeological Service. Cel mai important rol al lor este acela de a crea o matrice cronologică generală a sitului cercetat şi de a seria pe aceste criterii contextele arheologice identificate şi implicit artefactele descoperite în cadrul acestora.

 

Indicatori de rezultat:

În conformitate cu planul de realizare au fost îndeplinite următoarele sarcini: efectuarea prospecţiunilor geofizice; realizarea de hărți și planuri digitale ale structurilor arheologice identificate; hartă digital a sistemului defensiv avansat roman și completarea bazei de date creată anul trecut cu informaţii adunate din lista bibliografică.

În data de 22 noiembrie 2013 am continuat seria de workshop-uri începută anul trecut, de această dată în colaborare cu partenerii din cadrul proiectului. Sesiunea din acest an s-a desfășurat în cadrul Universității „Babeș-Bolyai” din Cluj-Napoca titlul acțiunii fiind PoroLIMES Project Workshop. Ascultând vocea pământului – tehnologia modernă în sprijinul arheologiei. În cadrul acestui workshop au fost prezentate o serie întreagă de comunicări legate de tema proiectului (vezi Anexa 1 – Programul sesiunii).

De asemenea, o serie de articole au fost publicate sau au fost predate spre publicare în periodice indexate în bazele de date naționale și internaționale precum și participări la sesiuni științifice naționale sau internaționale după cum urmează:

-          C. H. Opreanu şi colab. Jac (Porolissum), în Cronica cercetărilor arheologice din România. Campania 2012, Iaşi, 2013, p. 82, nr. 30.

-          C. H. Opreanu, V. A. Lăzărescu, D. Ştefan, Noi cercetări la Porolissum, în Analele Banatului, XXI, 2013, p. 83-106.

-          Anotimpuri ale morții. Date despre o metoda arheologico-astronomica pentru studierea riturilor funerare antice, în Analele Banatului, 21, 2013, p. 129-146.

-          C. H. Opreanu, Corrigenda Porolissensia (I). Cohors III la Porolissum, în ActaMP, 2013, sub tipar.

-          C. H. Opreanu, Frontiera romană din sud-vestul Daciei. Stadiul actual al cunoaşterii, în ActaMP, 2013, sub tipar.

-          C. H. Opreanu, V. A. Lăzărescu, D. Ştefan, Recent Geophysical Surveys at Porolissum, în A. Stavilă, D. Micle, A. Cîntar, C. Floca, S. Forţiu (ed.), ARHEOVEST I, In Memoriam Liviu Măruia, Editura JATEPress Kiadó, Szeged, 2013, sub tipar.

-          C. H. Opreanu, V. A. Lăzărescu, Listening to the Voice of the Earth. Geophysical surveys in the Roman town of Porolissum (Sălaj County, Romania), în V. Cotiugă (ed.), Third Archaeoinvest Congress. Interdisciplinary Research in Archaeology. Abstracts, Iaşi, 2013, p. 34-35.

-          C. H. Oprean, O premieră tehnologică în arheologia românească: scanarea LiDAR a sistemului avansat de apărare de la Porolissum, la PoroLIMES Workshop – Ascultând vocea pământului. Tehnologia modernă în sprijinul arheologiei, Cluj-Napoca, 22 noiembrie 2013.

-          V.-A. Lăzărescu, Analiza geofizică a praetorium-ului de la Porolissum prin intermediul tehnicilor de prelucrare de tip „data fusion”, la PoroLIMES Workshop – Ascultând vocea pământului. Tehnologia modernă în sprijinul arheologiei, Cluj-Napoca, 22 noiembrie 2013.

-          M. Munteanu, C. H. Opreanu, E. Indrea, Măsurători arheometrice asupra unui fragment de statuie de bronz descoperită la Porolissum, la PoroLIMES Workshop – Ascultând vocea pământului. Tehnologia modernă în sprijinul arheologiei, Cluj-Napoca, 22 noiembrie 2013.

-          Monica Gui – The XVIIIth Roman Military Equipment Conference, "Imitation and Inspiration", Copenhagen, 10 - 14 June 2013 cu prezentarea: Recently found harness fittings from the Roman fort at Porolissum on the northern frontier (10 iun., in cadrul sesiunii: Horse and horse gear/ Pferde und Pferdegeschirr)

-          06-08.06.2013 Third Archeoinvest Congress Interdisciplinary Research in Archaeology - comunicarea Ascultând vocea pământului. Investigații geofizice în orașul roman Porolissum (jud. Sălaj) (colaborare cu Coriolan H. Opreanu)

-          29-31.09.2013 Arheologia mileniului I, Ploiești – comunicarea Recent Geophysical Surveys at Porolissum (colaborare cu Coriolan H. Opreanu)

-          18-19.10.2013 Colocviul Național Orașele Daciei Romane. Urbanism și societate – comunicarea Cercetări topografice și magnetometrice recente în Municipium Septimium Porolissensis (colaborare cu Coriolan H. Opreanu)

-          12-15.09.2013 Suceava Simpozion internaţional „Cucuteni 5000 redivivus” Comunicare: „Investigarea microstructurală a unor artefacte descoperite la Porolissum” (în colab. cu M. Munteanu şi E. Indrea)

-          30 aug 2013 Ploieşti International Workshop on forts of the Roman Empire-“The Flavian and Trajanic forts (70-117 CE)”. Comunicare: “The earliest Roman military presence in Banat and South-Western Transylvania”

-          24.04.2013 Conferinţă la Institutul de Arheologie şi Istoria Artei Cluj-Napoca « Cercetări recente la Porolissum »

-          05.07. 2013 Conferinţă la Muzeul Judeţean de Istorie şi Artă Zalău „Ultimele rezultate ale săpăturilor de la Porolissum în contextul metodelor recente de investigare”

-          1.   C. H. Opreanu, S. Cociş, V.  A. Lăzărescu, CORPUS LIMITIS IMPERII ROMANI. Program de cercetare a frontierelor Daciei romane al Academiei Române (2012-2022). I. PoroLimes Project (2012-2015), la Colocviul Național – Frontierele Imperiului Roman: Dacia – Limes forum II, Cluj-Napoca, 12 decembrie 2013

-          2.   V. A. Lăzărescu, C. H. Opreanu, S. Fărcaş, D. Ştefan, I. Rus, I. Vescan, Studii geofizice, palinologice şi topografice pe sectorul de limes de la Porolissum, la Colocviul Național – Frontierele Imperiului Roman: Dacia – Limes forum II, Cluj-Napoca, 12 decembrie 2013


 

 

 

 

 

 

 

 


 

 

            Partenerul 1.1 (Facultatea de Geografie – UBB Cluj-Napoca)

            Etapa II.2.a. – Reconstituire 3D a peisajului şi a structurilor arheologice din zona studiată şi realizarea unei baze de date integrate cuprinzând referinţe spaţiale

 

Obiectivul principal al acestei etape a fost acela de a detalia și valorifica elementele identificate în prima etapă, de o manieră care să le facă atât utile în ansamblul cercetării dar să pună bazele etapelor viitoare (bază de date spațială și diseminare rezultate).

Această etapă cuprinde activități aferente a 2 faze ale proiectului:

 

FAZA: RECONSTRUCTIA 3D A PEISAJULUI (SITURILOR) DIN ZONA DE STUDIU

-a fost aleasă varianta de reconstrucţie 3D a siturilor arheologice utilizând metode fotogrametrice lowcost;

Contextul cercetării:

-reconstrucţia 3D a siturilor arheologice presupune costuri mari pentru recoltarea datelor (măsurători clasice, zboruri fotogrammetrice, lidar, etc).

-condiţiile din teren nu permit întotdeauna accesul (în special în zone semi-închise, izolate, împădurite, accidentate)

-birocrație suplimentară fiind necesare aprobări de la autoritatea aeronautică

-în acest context a fost necesară articularea unei soluţii low-cost

O2. Modelarea si reconstructia 3D a peisajului din zona de studiu

T.2.2. Efectuarea campaniilor de masurare

Recoltarea datelor – cu o platforma de zbor concepție proprie

Caracteristici UAV (drona):

-quadcopter

-autonomie de zbor circa 12 min, plafon de zbor maxim 2500 m

-frecvenţa controller 2.4 GHz, raza acţiune controller 1000m

-masa totală ridicată sub 1200g

-GPS, accelerometre, senzori de presiune, -magnetometru-busolă

Caracteristici cameră foto:

-Cannon A810, 16Mp, cu obiectiv standard

-software modificat în vederea corelării declanşării cu viteza de zbor (intervalometru progresiv) şi în vederea corectării erorilor de paralaxă şi a erorilor de tip Barrel

 Caracteristici aerofotograme: 1:1000 timp de expunere, 1:2.8 diafragma, 0.8-1.2 s intervalul de declanşare, 14Mp, *.jpg, fără informaţii de poziţionare (GPS).

T.2.3. Prelucrarea si compensarea datelor

Validarea scenelor

-respectarea condiţiei de consecutivitate a aerofotogramelor cu respectarea indicilor procentuali de suprapunere (60% lungitudinal, 30% latitudinal)

  

Poziţia spaţială a camerei la momentul capturii

 

 

T.2.4. Modelarea spațiala si reprezentarea 3D

-au fost făcute reconstrucții 3D pentru “ansamblu sit” și “detalii sit”

ANSAMBLU SIT

1.Utilizarea softurilor open-source (Visual SFM) pentru procesarea scenelor

 

 

 

2.Algoritmul de prelucrare “Daisy”

 

 


 

3.Identificarea punctelor comune (analiza pe nor de puncte comune –cloud points)

 

 

4.Contrucţia reţelei de microtriangulaţie (mesh)

 

 

5.Interpolarea, identificarea texturilor

 

 

6.Elaborarea mozaicului final

 

7.Reconstrucţia 3D și vizualizare cu softwareMeshLab, open-source

 


 

7.Reconstrucţia 3D și vizualizare cu softwareMeshLab, open-source

 

 

 

 

 

 

 


 

7.Reconstrucţia 3D și vizualizare cu softwareMeshLab, open-source

 

 

RECONSTRUCTII 3D DETALII SIT

Au fost alese 2 zone în care se fac săpături actuale:

-metoda și principiile utilizate sunt aceleași ca și reconstrucția pentru ansamblu sit;

1. Recoltare date (scene)

 

 

 

 

Utilitate prin scanare/vizibilitate laterală – recunoașterea stratigrafiei

 

POZIȚIONAREA MODELELOR 3D ÎN COORDONATE REALE (STEREO70)

-pe baza determinării unor puncte prin măsurare cu staţia totală sau un dispozitiv GPS

-marcarea punctelor cu mărci fiduciale

Oval: