GIS & RILIEVI GEOFISICI IN ARCHEOLOGIA SUBACQUEA Dott. ssa Gaia Mattei Gruppo di Geofisica Marina Dip. Di Scienze per l’Ambiente Università degli studi di Napoli Parthenope

Cos’è un GIS? I sistemi GIS (acronimo di Geographical Information System) sono rappresentati da software specializzati appositamente realizzati per il settore geografico. Il loro utilizzo principale è quello di offrire una serie di informazioni del e sul territorio sia in termini cartografici che statistici / informativi. Da un punto di vista tecnico i sistemi GIS si occupano di “legare” dati (datafusion) di tipo cartografico ad altri di tipo urbanistico, ambientale, scientifico, economico

Costruiscono il nostro modello della realtà I DATI Costruiscono il nostro modello della realtà I dati (data) rappresentano la parte più importante di tutto il sistema, essi sono rappresentati dagli oggetti cartografici e dalle informazioni relative. I dati corrispondono alle cellule basi del sistema e permettono con il loro ampliamento ed aggiornamento la crescita di un sistema GIS.

I sistemi GIS usano due tipi di grafica: Raster – gli oggetti sono rappresentati da un insieme di unità elementari, i pixel Vector – gli oggetti sono rappresentati da vettori

Gli oggetti creati in un sistema GIS sono divisi in 3 categorie di utensili: Punti Linee Aree L’Hot Link è una funzione che collega le features del GIS ad un’altra categoria di oggetti esterni: gli oggetti OLE

I Dati sono suddivisi in classi uniformi o LAYERS Fattori sociali Bio-diversità Reti Tecnologiche Uso del Suolo Valutazioni Ambientali

I GIS usano la struttura DBRMS per la gestione delle relazioni tra i dati Gli attributi associati ad un oggetto sono memorizzati in tabelle di database, con struttura relazionale: DBRMS – Database Relative Management System

I GIS hanno strumenti di selezione grafica e tramite formule Selezioni grafiche Selezioni attraverso “Query” (SQL - Structured Query Language)

Il GIS fornisce un insieme di strumenti di Analisi Classificazione dei Dati Comparazione dei Dati Buffer Overlay Modellazione spaziale

protezione del territorio La geografia riguarda . . . difesa monitoraggio sanità Reti tecnologiche ambiente Reti elettriche natura beni culturali business . . . Tutto il mondo protezione del territorio

GRUPPO DI GEOFISICA MARINA NEL CENTRO REGIONALE DI COMPETENZA ARCHEOLOGIA SUBACQUEA ATTIVITA’ DI RICERCA GRUPPO DI GEOFISICA MARINA NEL CENTRO REGIONALE DI COMPETENZA INNOVA Attività I.1.4 - Obiettivo Specifico I.1.4.1 - Sviluppo ed impiego di metodologie geofisiche per l’archeologia subacquea Profilo 1.B.1 - Diagnostica mediante metodologie archeologiche, geofisiche e geologiche integrate e tecnologie scientifiche avanzate Responsabile Scientifico Prof. Francesco Giordano

ASSEMBLAGGIO DI UN SISTEMA INTEGRATO ACU-MAG PER INDAGINI SUBACQUEE L’obiettivo del gruppo di ricerca è la realizzazione del Progetto: “Assemblaggio di un sistema integrato ACU-MAG per indagini subacquee abbinate spazialmente e temporalmente” Tale sistema è idoneo anche alla scoperta di antiche linee di spiaggia sommerse, di erosioni marine, trasgressioni e regressioni, paleoalvei etc. Il sistema ACU – MAG MAIN PROCESSOR (in fase di realizzazione) gestisce: SISTEMA D – SEISMIC per stratigrafie acustiche dei fondali SISTEMA SIDE SCAN SONAR per il rilievo acustico degli oggetti presenti sui fondali SISTEMA MARINE MAGNETICS per rilievi magnetometrici I tre componenti possono lavorare tutti e tre contemporaneamente in parallelo, oppure in coppia ovvero singolarmente.

ASSEMBLAGGIO DI UN SISTEMA INTEGRATO ACU-MAG PER INDAGINI SUBACQUEE

D -SEISMIC E’ un sistema di alta potenza di penetrazione e con altissima risoluzione, circa 10 volte superiore al sistema noto come Sparker al quale si ispira. E’ adatto, quindi, al rilievo di sottili stratificazioni del fondale marino (dell’ordine dei 25-30 cm) nonché di strutture o reperti sommersi sotto coltri di sedimento marino e quindi non rilevabili dall’ispezione visiva subacquea o dal Side Scan Sonar. SPARKER SAM - 96

Side Scan Sonar Il Side Scan Sonar è stato modificato dal Costruttore (GeoAcoustics Ltd) per l’integrazione con D - SEISMIC. Con il Side Scan Sonar GeoAcoustics possono essere eseguite le mappature acustiche dei fondali e quindi anche dei reperti che su di esso si trovano adagiati e che risulteranno visibili da almeno una delle due frequenze di lavoro dello strumento 110 e 410 KHz. MODEL 159D - SIDE SCAN FISH

Gradiometro Magnetico Marino Il Gradiometro Magnetico Marino è un sistema magnetometrico a doppia “testa” in grado di rivelare variazioni spaziali del Campo Magnetico. Esso segnala anche leggere anomalie del Campo Magnetico Terrestre Locale, in funzione della presenza di oggetti costituiti da materiali leggermente magnetizzati, in grado quindi di alterare leggermente il Campo Magnetico.

Elaborazioni GIS dei dati geofisici Il risultato finale sarà una cartografia tematica integrata così strutturata: cartografia di base dati di campagna interpretati (immagini Side Scan georeferenziate, dati magnetometrici interpolati, dati sismo – stratigrafici interpretati) ricostruzione delle strutture archeologiche sommerse individuate eventuali foto subacquee del sito

Applicazione GIS al Parco archeologico Sommerso di Baia Il Parco Archeologico sommerso di Baia parte integrante delle aree individuate per il Progetto dimostratore, è una zona di cui il gruppo di ricerca ha già operato in passato L’applicazione ha la finalità di confrontare i dati storici con quelli reperiti con il nuovo sistema, sia di mettere a punto la procedura di interpretazione semi – automatica, nonché di testare la precisione degli strumenti stessi.

Carta delle aree del Parco

Il GIS per un sito archeologico sommerso Un sistema GIS per un sito archeologico dovrà gestire i set di dati relativi a tutte le fasi della ricerca: Fase di Pianificazione Fase di post – processing Fase di elaborazione

Fase di pianificazione Necessaria per una razionale organizzazione della campagna, una valutazione dei costi in termini di tempo e di risorse, nonché per uno studio preliminare delle aree da indagare da un punto di vista ambientale, layers previsti: cartografia dell’area, con sistema di coordinate appropriato layer delle linee di navigazione, con sviluppo lineare della navigazione layer della base station layers relativi alle informazioni archeologiche già esistenti, come reperti già individuati

Carta del Piano di navigazione Campagna magnetometrica giugno 2003 Linee navigazione Base Station Layers archeologici

Fase di post – processing Consente di analizzare in dettaglio, nonché sovrapporre, i dati di campagna in maniera uniforme all’interno di un unico progetto GIS, layers previsti: Layer dei dati GPS di navigazione Dati batimetrici interpolati Dati magnetometrici interpolati Dati sismo – stratigrafici interpretati 9. Foto subacquee dell’area, se presenti

Controllo della percentuale di copertura areale dei dati GPS

Elaborazione dati batimetrici e magnetometrici I dati batimetrici, così come quelli magnetometrici, sono elaborati in un sistema GIS, attraverso appositi strumenti di interpolazione, al fine di trasformare le misure da puntuali in continue. Gli output che si possono ottenere nel caso dei dati batimetrici sono: isolinee di uguale profondità (isobate) – tipica elaborazione utilizzata per produrre una carta batimetrica dell’area DTM del fondale marino – necessario per ricostruire un paesaggio virtuale del sito archeologico sommerso. Nel caso di dati magnetometrici, si utilizza il solo output delle isolinee del campo magnetico al fine di individuare le anomalie magnetiche che corrispondono alla presenza di reperti archeologici.

Carta batimetrica del Parco Archeologico sommerso di Baia

Carta magnetometrica del Parco Archeologico sommerso di Baia

Elaborazione dati sismo – stratigrafici I dati sismo – stratigrafici, che durante la campagna vengono registrati sotto forma di tracciati digitali, devono essere in primo luogo interpretati con appositi software utilizzati da un utente esperto quale un geologo o un geofisico L’interpretazione e quindi la restituzione GIS dei dati, dipende naturalmente dal tipo di strumento di misura utilizzato per la campagna geofisica: uniboom sparker side scan sonar

Elaborazione dati sismo – stratigrafici Nel caso di dati derivati da campagna UNIBOOM e/o Sparker, nel GIS è possibile inserire due tipi di informazioni: un file x, y, h dove h rappresenta lo spessore dello strato sedimentario accumulato in un determinato periodo. Questi dati vengono elaborati come quelli batimetrici e magnetometrici mediante interpolatori opportuni, ottenendo la volumetria dello strato sedimentario suddetto; un file x, y, z dove z rappresenta la profondità di un particolare tipo di materiale roccioso. Tale valore è dato dalla somma di due informazioni: z = z1 + z2 dove z1 è la profondità del fondale marino z2 è la profondità dello strato nel sottosuolo Questi dati vengono elaborati come quelli batimetrici e magnetometrici mediante interpolatori opportuni, ottenendo il posizionamento tridimensionale della superficie occupata da un materiale roccioso

Elaborazione dati Side Scan Sonar Nel caso di dati derivanti da campagna Side Scan Sonar, nel GIS è possibile inserire la record SSS sottoforma di GEOTIF. Nel caso in cui il record non sia referenziato, il primo passo è la georeferenziazione mediante il comando georeferencing Infine mediante il comando Rettifica il GIS ricalcola il GRID (immagine in tono di grigio) ottimizzandolo rispetto al sistema di coordinate dell’area di studio.

Elaborazione di un record SSS

Fase di elaborazione La fase finale consiste nella interpretazione dei dati processati da un punto di vista spaziale. E’ necessario fare una distinzione fra i vari tipi di indagine geofisica: - Dati batimetrici – calcolo dello SLOPE (massima variazione fra celle adiacenti del GRID) - Dati magnetometrici – analisi di DENSITA’, (individuazione e misura delle anomalie del campo magnetico terrestre) - Dati SSS – ricostruzione dei profili significativi del fondale marino (filtraggio con filtro a media mobile o passa basso dei valori di scala di grigio dell’immagine)

Calcolo dello Slope

Analisi di Densità

Ricostruzione di un profilo

GIS Conclusioni per l’archeologia subacquea GEOFISICA MARINA E In conclusione è possibile affermare che le avanzate analisi spaziali effettuate dai sistemi GIS consentono una gestione integrata dei dati geofisici derivanti da campagne marine nonché una efficace interpretazione degli stessi, facilitandone il confronto e la sovrapposizione sia incrociando dati diversi, sia archiviando serie storiche di dati omogenei riferiti alla stessa area geografica.