Colorado State University archaeologist Chris Fisher found out about lidar in 2009. He was surveying the ruins of Angamuco in west-central Mexico the traditional way, with a line of grad students and assistants walking carefully while looking at the ground for bits of ceramics, the remains of an old foundation or even a tomb.
From the ground, structures in the dense Belize jungle were hard to map, but airborne lidar devices revealed details of a site that covered 200 sq km with agricultural terraces everywhere. Photograph: Caracol Archaeological Project, University of Central Florida.
He had expected to find a settlement, but instead he happened upon a major city of the Purepecha empire, rivals of the Aztecs in the centuries immediately preceding the Spanish conquest of Mexico in 1519.
The site covered 13 sq km; traditional surveying would have taken years, so he turned to a technology that uses pulses of light to penetrate the forest and ground cover to reveal what lay beneath. “In two seasons we had surveyed only two square kilometres,” Fisher said. But with this new technology – lidar – “we mapped the entire city in 45 minutes.”
The US national mapping center used lidar in Belize to survey Caracol, a major Mayan city more than 1,000 years ago. Photograph: Caracol Archaeological Project, University of Central Florida.
Today, lidar – short for light detection and ranging – is a key archaeology tool that can detect not only buildings but also the remains of roads, agricultural terraces, aqueducts, caves, fences and even boundaries between ancient neighbourhoods.
Using hardware based on the ground or on an aeroplane, Lidar can produce images in three dimensions. In the future, drones will probably do most of the surveys. Besides Mexico, lidar has been used to penetrate forest canopy in many countries – among them Belize, Honduras, Guatemala and Cambodia – where the vegetation had been too dense or too troublesome to allow for traditional method
“We’ve extended our [lidar] coverage by nearly 2,000 square kilometres,” archaeologist Damian Evans of the French School of Asian Studies said. He is based in the ancient Cambodian city of Angkor, where he is working as project supervisor. “Even our first rough results are showing us things that people have never seen before.”
Lidar came into use in the 1960s, shortly after the laser was invented. It works like radar, calculating distance by measuring the time it takes for a reflected signal to return. But while radar uses radio waves for its signal, lidar uses a pulse of light.
What makes lidar a better choice for many applications, including archaeology, is that the wavelength is about half a micron – tiny relative to radar wavelengths, which are measured in centimetres or decimetres. For details of a relatively small spot on the ground, lidar provides a precision that radar cannot match.
But not at first. To make lidar effective in areas with heavy forest canopy or even low-lying vegetation, engineers needed to increase the pulse rate. The first devices produced about 2,000 pulses, or shots, per second, useless in the jungle because the vast majority of shots bounce off leaves and never reach the ground. Today’s archaeological surveys are routinely carried out at pulse rates up to 600,000 shots per second.
The second feature that defines modern lidar surveys is “stops per shot”. Each shot is scattered by leaves and other vegetation as it travels towards the ground. Modern lidar can count up to four of these “stops” – obstacles – for each pulse. The fourth stop, if there is one, is the ground.
The initial picture a lidar engineer sees is called the “point cloud”, a misty compendium of every pulse and every stop that the machinery has recorded at multiple elevations. Software can help a technician filter out everything but the last stop. The pattern that emerges is the topography below the trees – the ground plan of an archaeological site. And because of variations in the height of objects on the ground, engineers can show the contours, effectively creating maps in three dimensions.
Lidar has myriad applications. Police use it in traffic speed guns; meteorologists use it to examine layers of the atmosphere and to search for concentrations of air pollution; Nasa uses it in docking devices at the International Space Station; the US military uses it to provide quick and detailed terrain mapping for troops.
Lidar technology helped produce this colour topical representation of the ancient city of Caracol. Photograph: Caracol Archaeological Project, University of Central Florida
European archaeologists in the 1970s were among the first to use lidar to tease ancient landscapes from different types of terrain.
“They were mapping old castles and looking at fields,” said scientist William E. Carter, who specialises in the mapping of specific places on Earth at the National Science Foundation’s National Center for Airborne Laser Mapping. “But it was temperate-zone work, almost all farmland.” Nobody using early lidar instruments had been successful at penetrating dense rain forest. “When all you had were 5,000 shots per second, you could spend your life flying over the trees and get nothing.”
Carter first used lidar in the 1980s, working for the US National Oceanic and Atmospheric Administration and the National Geodetic Survey before moving to the University of Florida, which in 2003 became a joint founder of the US National Mapping Center, along with the University of California at Berkeley and the National Science Foundation. In 2010 the centre moved to its current location at the University of Houston.
The centre undertook its first major rainforest assignment in 2009, when University of Central Florida archaeologists Diane and Arlen Chase asked it to survey Caracol, a major Maya city more than 1,000 years ago. By this point, the centre’s aeroplane-mounted lidar was able to pulse 125,000 times per second.
Given Caracol’s dense vegetation, harsh topography and lack of access, “we were tired of doing foot survey”, Diane Chase said. “We wanted the full extent of the site.” On foot, structures in the jungle were hard to map, she said, and agricultural terraces were “almost impossible”. Lidar produced the details of a site that covered 200 sq km – an area slightly larger than Washington DC – with agricultural terraces everywhere. “We could study the distribution of reservoirs, housing, roads, markets – all the parts of the city – things we had never seen before.”
Fisher, at Angamuco, and Evans, at Angkor, both heard about the stunning results at Caracol, and both have been surveying with lidar ever since. Evans mounts his hardware in a helicopter for “operational flexibility” because he is expanding his survey north of Angkor in an environment “where we’re 100 miles [160km] from the nearest airport”. The research team sends a pickup truck with fuel for the helicopter to a clearing and “the chopper just touches down”.
In Mexico, Fisher is partnering with a nearby French research team in an expanded survey of the Purepecha area. The region is malpais – “bad country” with thick soil and a lot of rocks – unsuitable for tractors and other modern equipment but good for ancient farmers who had no farm animals and had to sculpt and shape the terrain by hand, he said. “It was a really rich environment,” Fisher said. “They had big garden spaces, reservoirs and terraces. Lidar lets you see it all.”
Each job presents its own challenges. In Cambodia, surveyors frequently have to go carefully through the lidar data, or point cloud, to spot traces of ancient ruins and infrastructure that lie below relatively modern roads, buildings and agricultural fields. In Mexico, the terrain is relatively uncluttered, but the forest cover varies in height, and structures are small and mostly made of the same volcanic stone that underlies the entire area.
“This is the first time we’ve worked in this environment,” said National Mapping Center engineer Juan Fernandez Diaz. “In areas like Belize, Guatemala and Honduras, the tall, denser trees make it easier to pull features from underneath the canopy. When you’re trying to pull small features, the return can get mixed up with shorter vegetation.”
And of course, with ancient ruins, the appetite always grows with the feeding. “The more we do, the more we find,” Fernandez Diaz said. “People always ask, ‘If you lidar something, will you know everything?’ The answer is always ‘no.’”
This article appeared in Guardian Weekly, which incorporates material from the Washington Post
Cultura não é o que entra pelos olhos e ouvidos,
mas o que modifica o jeito de olhar e ouvir.
A cultura e o amor devem estar juntos.
Vamos compartilhar.
Culture is not what enters the eyes and ears,
but what modifies the way of looking and hearing
--br via tradutor do google
Uma tecnologia que usa pulsos rápidos de luz está ajudando os arqueólogos a traçar os antigos assentamentos escondidos sob as dunas densas da floresta
O arqueólogo da Universidade Estadual do Colorado, Chris Fisher, descobriu sobre lidar em 2009. Ele estava examinando as ruínas de Angamuco no centro-oeste do México da maneira tradicional, com uma linha de estudantes de graduação e assistentes caminhando com cuidado ao olhar para o chão por pedaços de cerâmica, o restos de uma base antiga ou mesmo de um túmulo.
Do chão, as estruturas na densa selva de Belize eram difíceis de mapear, mas os dispositivos lidar aéreos revelavam detalhes de um site que abrangeu 200 quilômetros quadrados com terraços agrícolas em todos os lugares. Fotografia: Projeto Arqueológico Caracol, Universidade da Flórida Central.
Ele esperava encontrar um acordo, mas, em vez disso, ele aconteceu em uma grande cidade do império de Purepecha, rivais dos astecas nos séculos imediatamente anteriores à conquista espanhola do México em 1519.
O site abrangeu 13 quilômetros quadrados; O levantamento tradicional teria levado anos, então ele se voltou para uma tecnologia que usa pulsos de luz para penetrar a floresta e a cobertura do solo para revelar o que está por baixo. "Em duas épocas, pesquisamos apenas dois quilômetros quadrados", disse Fisher. Mas com esta nova tecnologia - lidar - "nós mapeamos toda a cidade em 45 minutos".
O centro de mapeamento nacional dos EUA usou lidar em Belize para pesquisar Caracol, uma grande cidade maia há mais de 1.000 anos. Fotografia: Projeto Arqueológico Caracol, Universidade da Flórida Central.
Hoje, lidar - curto para detecção e alcance de luz - é uma ferramenta de arqueologia chave que pode detectar não só edifícios, mas também os restos de estradas, terraços agrícolas, aquedutos, cavernas, cercas e até fronteiras entre bairros antigos.
Usando hardware baseado no chão ou em um avião, o Lidar pode produzir imagens em três dimensões. No futuro, os drones provavelmente farão a maioria das pesquisas. Além do México, o lidar tem sido usado para penetrar no dossel da floresta em muitos países - entre eles Belize, Honduras, Guatemala e Camboja - onde a vegetação tinha sido muito densa ou muito problemática para permitir o método tradicional
"Ampliamos nossa cobertura [lidar] em quase 2.000 quilômetros quadrados", disse o arqueólogo Damian Evans, da Escola Francesa de Estudos Asiáticos. Ele se baseia na antiga cidade cambojana de Angkor, onde trabalha como supervisor de projeto. "Mesmo os nossos primeiros resultados difíceis estão nos mostrando coisas que as pessoas nunca viram antes".
Lidar entrou em uso na década de 1960, logo após o laser ter sido inventado. Funciona como radar, calculando a distância medindo o tempo que leva para que um sinal refletido retorne. Mas enquanto o radar usa ondas de rádio para o seu sinal, lidar usa um pulso de luz.
O que torna o lidar uma escolha melhor para muitas aplicações, incluindo a arqueologia, é que o comprimento de onda é de cerca de meio micron - minúsculo em relação aos comprimentos de onda do radar, que são medidos em centimetros ou decimetres. Para detalhes de um ponto relativamente pequeno no chão, lidar fornece uma precisão que o radar não pode combinar.
Mas não no início. Para tornar o lidar efetivo em áreas com grande dossel da floresta ou mesmo vegetação baixa, os engenheiros precisam aumentar a freqüência do pulso. Os primeiros dispositivos produziram cerca de 2.000 pulsos, ou disparos, por segundo, inútil na selva, porque a grande maioria dos tiros saltam das folhas e nunca chegam ao chão. Os levantamentos arqueológicos de hoje são rotineiramente realizados em taxas de pulso até 600.000 disparos por segundo.
A segunda característica que define pesquisas modernas de lidar é "paradas por tiro". Cada tiro é espalhado por folhas e outra vegetação enquanto viaja para o chão. Lidar moderno pode contar até quatro desses "batentes" - obstáculos - para cada pulso. A quarta parada, se houver, é o chão.
A imagem inicial que um engenheiro lidar vê é chamada de "nuvem do ponto", um compêndio enevoado de cada pulso e cada parada que a máquina registrou em múltiplas elevações. O software pode ajudar um técnico a filtrar tudo, mas a última parada. O padrão que emerge é a topografia abaixo das árvores - o plano de um sítio arqueológico. E devido às variações no alto dos objetos no chão, os engenheiros podem mostrar os contornos, efetivamente criando mapas em três dimensões.
Lidar tem inúmeras aplicações. A polícia o usa em armas de velocidade de trânsito; os meteorologistas usam isso para examinar as camadas da atmosfera e buscar concentrações de poluição do ar; A Nasa usa isso em dispositivos de ancoragem na Estação Espacial Internacional; O exército dos EUA usa isso para fornecer mapeamento rápido e detalhado do terreno para as tropas.
A tecnologia Lidar ajudou a produzir esta representação tópica colorida da antiga cidade de Caracol. Fotografia: Projeto Arqueológico Caracol, Universidade da Flórida Central
Os arqueólogos europeus na década de 1970 estavam entre os primeiros a usar lidar para provocar paisagens antigas de diferentes tipos de terreno.
"Eles estavam mapeando castelos antigos e olhando para os campos", disse o cientista William E. Carter, especialista no mapeamento de locais específicos na Terra no Centro Nacional de Cartografia Aérea Aerotransportada da National Science Foundation. "Mas era o trabalho de zona temperada, quase todas as terras agrícolas". Ninguém usando instrumentos iniciais do lidar tinha sido bem sucedido em uma densa floresta tropical penetrante. "Quando tudo o que você tinha eram 5.000 tiros por segundo, você poderia passar sua vida voando sobre as árvores e não conseguir nada".
Carter utilizou o lidar pela primeira vez na década de 1980, trabalhando para a Administração Nacional Oceânica e Atmosférica dos EUA e o National Geodetic Survey antes de se mudar para a Universidade da Flórida, que em 2003 se tornou um fundador conjunto do US National Mapping Center, juntamente com a Universidade da Califórnia em Berkeley e na National Science Foundation. Em 2010, o centro mudou-se para sua localização atual na Universidade de Houston.
O centro realizou sua primeira grande tarefa de floresta tropical em 2009, quando os arqueólogos da Universidade da Flórida Central, Diane e Arlen Chase, pediram que investigasse Caracol, uma grande cidade maia há mais de 1.000 anos. Neste ponto, o lidar montado no avião do centro foi capaz de pulso 125.000 vezes por segundo.
Dada a vegetação densa de Caracol, topografia áspera e falta de acesso, "estávamos cansados de fazer uma pesquisa no pé", disse Diane Chase. "Nós queríamos a extensão total do site." A pé, as estruturas na selva eram difíceis de mapear, ela disse, e os terraços agrícolas eram "quase impossíveis". Lidar produziu os detalhes de um site que abrangeu 200 quilômetros quadrados - uma área ligeiramente maior que Washington DC - com terraços agrícolas em todos os lugares. "Nós poderíamos estudar a distribuição de reservatórios, moradias, estradas, mercados - todas as partes da cidade - coisas que nunca tínhamos visto antes".
Fisher, em Angamuco e Evans, em Angkor, ambos ouviram sobre os resultados impressionantes em Caracol, e ambos estão pesquisando com lidar desde então. Evans monta seu hardware em um helicóptero para "flexibilidade operacional" porque ele está expandindo sua pesquisa ao norte de Angkor em um ambiente "onde estamos a 100 milhas [160 km] do aeroporto mais próximo". O time de pesquisa envia uma caminhonete com combustível para o helicóptero para uma clareadora e "o helicóptero apenas toca para baixo".
No México, a Fisher está em parceria com uma equipe de pesquisa francesa próxima em uma pesquisa ampliada da área de Purepecha. A região é malpais - "país ruim" com solo grosso e muitas rochas - inadequado para tratores e outros equipamentos modernos, mas bom para agricultores antigos que não tinham animais de fazenda e teve que esculpir e dar forma ao terreno à mão, disse ele. "Foi um ambiente realmente rico", disse Fisher. "Eles tinham grandes espaços para jardins, reservatórios e terraços. Lidar permite que você veja tudo.
Cada trabalho apresenta seus próprios desafios. No Camboja, os topógrafos freqüentemente têm que seguir cuidadosamente os dados do lidar, ou a nuvem do ponto, para detectar vestígios de ruínas antigas e infra-estrutura que estão abaixo de estradas, construções e campos agrícolas relativamente modernos. No México, o terreno está relativamente limpo, mas a cobertura florestal varia em altura, e as estruturas são pequenas e principalmente feitas da mesma pedra vulcânica que está subjacente a toda a área.
"Esta é a primeira vez que trabalhamos neste ambiente", disse o engenheiro do National Mapping Center, Juan Fernandez Diaz. "Em áreas como Belize, Guatemala e Honduras, as árvores altas e densas tornam mais fácil puxar os recursos por baixo do dossel. Quando você está tentando puxar pequenos recursos, o retorno pode se misturar com vegetação mais curta ".
E, claro, com ruínas antigas, o apetite sempre cresce com a alimentação. "Quanto mais fazemos, mais achamos", disse Fernández Diaz. "As pessoas sempre perguntam:" Se você lidar com algo, você saberá tudo? "A resposta é sempre" não ".
Este artigo apareceu no Guardian Weekly, que incorpora material do Washington Post
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