Archäoinformatik


Der Forschungsbereich Montanarchäologie unterhält Projekte auf der ganzen Welt. Damit die auf einer Ausgrabung erhobenen Daten einheitlich, vergleichbar und wissenschaftlich auswertbar sind, haben wir Richtlinien und Arbeitsprozesse für eine digitale Grabungs- und Dokumentationstechnik entwickelt.

Der Forschungsbereich Montanarchäologie unterhält Projekte auf der ganzen Welt. Damit die auf einer Ausgrabung erhobenen Daten einheitlich, vergleichbar und wissenschaftlich auswertbar sind, haben wir Richtlinien und Arbeitsprozesse für eine digitale Grabungs- und Dokumentationstechnik entwickelt:

Für die Vermessung kommen GPS Geräte und Tachymeter zum Einsatz; bei Bedarf werden die Messdaten durch 2-D- bzw. 3-D-Scanner ergänzt. Die fotografische Dokumentation erfolgt mit digitalen Spiegelreflexkameras und speziell geeigneten Objektiven. Zur Aufnahme großer Räume nutzen wir ein breites Spektrum an Kameraträgern. Dieses reicht von einer einfachen, fünf Meter langen Stange mit Kamerahaltung über bemannte Fluggeräte bis hin zu Flugdrohnen. Zusätzlich beschaffen wir hochauflösende Satellitenbilder zur visuellen Dokumentation ganzer Areale und ergänzen den digitalen Datenbestand durch Aufzeichnungen geophysikalischer Messinstrumente.

Die Daten der archäologischen Feldforschung werden bereits während der Grabung digital in einer Datenbank erfasst. Abgestimmt auf die hohe Qualität der Rohdaten wenden wir moderne Weiterverarbeitungs,- Visualisierungs, - und Auswertungsmethoden an.

Bei den altbergbauorientierten Ausgrabungen liegt für den untertägigen Bereich das Hauptaugenmerk auf der Hohlraumvermessung und deren grafischer Darstellung. Für die obertägigen Bereiche gewinnt die fotogrammetrische Bildauswertung immer mehr an Bedeutung, insbesondere für die Dokumentation von Profilen und Grabungsschnitten. Die häufig bereits während der Ausgrabung erstellten Bildpläne werden zur Interpretation der Befunde und als Grundlage für weitere Pläne in CAD- und GIS-Systemen benutzt. Damit dies alles in einen auswertbaren, umfassenden Kontext gesetzt werden kann, findet an GIS-Arbeitsplätzen die Zusammenführung aller Informationen statt.


Dokumentation untertägiger Hohlräume

Unverzichtbares Instrument der Archäologie ist die Vermessung. Im Bereich der Montanarchäologie liegt die Herausforderung in der Erfassung dreidimensionaler komplexer Hohlräume.

Mittels spezieller Dokumentationsverfahren entstehen am Computer 3-D-Modelle: Diese lassen sich von innen virtuell „befahren“ und von allen Seiten betrachten. So bekommt der Betrachter eine Vorstellung davon, wie die Hohlräume zueinander liegen - ein Eindruck, der in der realen Welt niemals möglich ist. Sphärische Kugelpanoramen-Fotografien vermitteln zudem einen fotorealistischen Eindruck davon, wie es unter Tage aussieht.

3-D-Modelle liefern dem Montanarchäologen noch weitere Informationen über die Hohlräume wie etwa genaue Ausdehnung, Maße und Volumina. Somit ist es möglich, die geleistete Arbeit der Bergleute zu quantifizieren: In Kombination mit mineralogischen Untersuchungen zum Erzgehalt kann neben dem Gesamtvolumen, auch auf die Menge des eigentlichen, gewonnenen Rohstoffs geschlossen werden. Auf diese Weise lassen sich zudem unterschiedliche Hohlräume vergleichen und erlauben somit Rückschlüsse auf die damalige Bedeutung des Bergwerks.

Vom Lichtschnittgerät zum Profilscanner

Um (Stollen-) Querschnitte schnell und komfortabel zu vermessen, entwickelten wir vor 30 Jahren ein Lichtschnittgerät. Es erzeugt einen schmalen Lichtstreifen an den Wänden des sonst dunklen Stollens. In einem bekannten Abstand zueinander befinden sich Reflektoren, deren Lichtpunkte im Foto erscheinen. Nach einer Bildentzerrung entsteht eine maßstabgerechte Profillinie des Hohlraums, die noch in den Rechner überführt werden musste.

Zusammen mit Partnern aus der Speläologie entwickelten wir 2003 einen handlichen 2-D-Profilscanner: Er kann innerhalb weniger Sekunden (Stollen-)Querschnitte in einer Ebene messen. Werden die Querschnitte in dichtem Abstand (ca. 30 cm) aufgenommen, so lassen sich diese zu einem 3-D-Modell vermaschen. Auf diese Weise können die Montanarchäologen mehrere hundert Profile pro Tag direkt digital dokumentieren.

Zurzeit arbeiten wir mit Partnern aus der Elektrotechnik und Informatik an der dritten Gerätegeneration: Der dank einer technischen Veränderung leichtere Profilscanner wird künftig über eine höhere Messgenauigkeit und Auflösung verfügen. Die so erzeugten Querschnitte können mittels eines eingebauten Kompass- Neigungsmoduls direkt lagerichtig im 3-D-Raum positioniert werden. Optional soll auch ein Kameramodul die Bildinformation mit erfassen.

Einsatz von geo-codiertem Bildmaterial

Am Beginn archäologischer Untersuchungen steht meist die Prospektion. Hierzu wird ein bestimmtes Gebiet systematisch erkundet und die Befunde dokumentiert. Dabei stellt die direkte Verknüpfung von GPS- mit Kameradaten eine Bereicherung für die archäologische Dokumentation dar. Eine systembedingte Diskrepanz zwischen Aufnahmestandort und Bildmotiv bleibt durch die gleichzeitige Erfassung der Aufnahmerichtung nachvollziehbar. Ein wichtiger Mehrwert liegt in der digitalen Weiterverarbeitung, die auch in Zukunft dem wissenschaftlichen Anspruch an eine gesamtheitliche Dokumentation gerecht werden muss.

Der Forschungsbereich Montanarchäologie verfügt über ca. 3000 Mittelformatdias, 50.000 Kleinbilddias und 90.000 digitale Fotos mit einem jährlichen Zuwachs von ca. 6000 bis 8000 Fotos. Um mit diesen Mengen arbeiten zu können, bauen wir eine bergbauspezifische Bilddatenbank auf. In Kombination mit den GPS-Daten wird es möglich, thematische Abfragen mit geografischen Informationen zu kombinieren.

Fotogrammetrie

Einhergehend mit den vielfältigen fotogrammetrischen Software-Produkten gewinnt die fotogrammetrische Dokumentationssystematik auch bei uns immer mehr an Bedeutung. Sowohl die einfache 2-D-Bildentzerrungen für ebene Objekte als auch die Orthofotoberechnung bei nicht planen Oberflächen zieht zunehmend in den Grabungsalltag ein.

Bereits vor Ort werden Bildpläne erstellt und als Zeichengrundlage für die weitere archäologische Kartierung genutzt. Die Kombination aus der zeitsparenden und objektiven fotogrammetrischen Dokumentation mit der interpretativen thematischen Zeichnung vereint so die Vorteile aus beiden Verfahren.

Datenbank mit GIS Anbindung

Seit 2008 wird für die speziellen Belange der montanarchäologischen Projekte ein Datenbanksystem entwickelt, welches die komplexen beschreibenden Sachverhalte der archäologischen Forschungen abbildet. Die dazugehörigen geometrischen Informationen der tachymetrischen Einmessungen können über eine Codierungssystematik automatisiert mit den Sachdaten verknüpft werden. Module zur Einbindung graphischer Dokumentationsunterlagen ergänzen das Datenbanksystem. Alle Informationen aus der Datenbank können – sofern sie einen Ortsbezug haben – für weiterführende Auswertungen in ein GIS eingebunden werden.

GIS-Labor

Im GIS-Labor initiieren und konzipieren wir maßgeschneiderte GIS-Lösungen, hauptsächlich für die archäologischen Projekte des DBM. Mit den Projektpartnern z.B aus der Archäologie, Archäometrie, Vermessung oder Bodenkunde erarbeiten wir Systeme, um die jeweiligen Fachdaten aufeinander abzustimmen und für eine integrale Auswertung zusammenzuführen. Wir unterstützen und begleiten alle Arbeitsschritte: von der Geodatenbeschaffung, Datenkonvertierung, der Integration von Datenbanken, der Qualitätskontrolle, der allgemeinen GIS-Analyse bis zur abschließenden Visualisierung.