Автоматизация исследований грунтов в археологии с применением адаптивных алгоритмов многосеточной электрометрии тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.01 ВАК РФ

>Г6 о

УДМУРТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

2 3 МЛР 193*1

На правах рукописи

УДК 681.3: 650.837

ЖУРБИН Игорь Витальевич

АВТОМАТИЗАЦИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ ГРУНТОВ В АРХЕОЛОГИИ С ПРИМЕНЕНИЕМ АДАПТИВНЫХ АЛГОРИТМОВ МНОГОСЕТОЧНОЙ ЭЛЕКТРОМЕТРИИ

Специальность: 01.04.01 - техника физического эксперимента,

фивика приборов, автоматизация , физических исследований

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискани, ученой степен" кандидата технических наук

Ижевск - 1994

Работа выполнена в лаборатории автоматизации физико-технических намерений Физико-технического института УрО РАН

Научный руководитель - кандидат технических наук, ст.н.с.

В.А.Алексеев

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

В.И.Верхотуров кандидат технических наук В.А.Широков

Ведущая организация - кафедра строительной физики

Уральского архитектурно-художественкогс института

Защита диссертации состоится «А?. 1994 г.

в ^^ часов на заседании специализированного совет*

К064.47.07 при Удмуртском государственном университете по адресу: 426034, г.Ижевск, ул.Красногеройская, 71, ауд.

С дисоертацией можно ознакомиться в библиотека Удмуртской государственного университета.

Автореферат

разослан 1994 г.

Ученый секретарь^

специализированного^ветаХ. кандидат технических' наук' У}

Л.Г.Ковнер

ОШАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В современных условиях междисциплинарные научные исследования неэффективны без применения физических методов исследований, ЭВМ, технических и программных средств автоматизации исследований. Применение укатанных средств особенно актуально в археологии лри ксслбдозакин памятников геофизическими методами. Основное преимущество, в силу которого геофизические методы применяются для поисков археологических объектов, является то, что они позволяют выявлять комплексы различных погребенных сооружений, не нарушая поверхностного слоя почвы и самого объекта поисков.

Можно выделить следующие группы геофизических методов: электрометрические, магнитометрические, гравиметрические, сейсмоакусти-ческие, ядерно-физические, термометрические. Эффективность применения каждого из этих методов зависит от мнсгих условий,^связанных с характером данного участка местности, изучаемым объектом, применяемой аппаратурой и влиянием мешающих факторов. Наилучшие результаты для археологических исследований дает применение магнитной и электрометрической разведки. Это вызвано тем. что археологические объекты хорошо контрастируют по электрическим и магнитным свойствам с грунтом и для проведения электрической и магнитной разводки требуется минимальное привлечение специального сложного' оборудования .

Территория многих археологичесютх памятников содержат остатки итропогенкой деятельности (строительный мусор в припеверхностном

лое, современные постройки, разрушение культурного слоя памятни-

.. „___,--------„.—______„_. „„,.__„._____________—„...

сл; , л ¡1 ип.^'.'ичгппи 1 мвшдии 1 он 1слпи1Спнимп

акторами. В данных условиях применение магниторазведки практичес-и затруднено. Эти факторы в гораздо меньшей степени оказывают лияниэ на результаты•электроразведки.

В налей стран« геофизические методы исследования, в Частности, кектроравведка архе'ологических памятников используются с 1950-х здоз. Однако, измерения проводились серийным»? геофизическими призраки по традиционной в разведочной геофизике методике измерении. )и этом имела место низкая точность при восстановлении границы жеологических объектов поиска и значительная трудоемкость изменяй, которые определялись следующими причинами:

- наличие клемм всего для одной пары приемных электродов;

- громоздкость аппаратуры;

- регистрации результатов измерений вручную.

Следовательно, актуально созданиб современных аппаратных и

ограммних средств автоматизации зондирования грунта и методов

зкспресо-обработки и аяаднза подученных данных на ПЭВМ в полевых условиях, позволяющих исключить указанные недостатки применения традиционных геофизических методов.

Дедь работа, Целью настоящей работы является разработка метода многосеточной алекгрометрии грунтов с применением в автоматизации измерений адаптивных алгоритмов. В соответствии с этим должны быть решены следующие задачи:

- построение и анализ модели отруктуры объектов поиска о их классификацией;

- разработка адаптивных алгоритмов многосеточной электрометрии, позволяющих повысить точность восстановления границы объекта поио-ка о сокращением количества игмергншр,

* сравнительная оценка разработанных алгоритмов для различных задач поиска археологических объектов;

- создание действующего макетного^образца злектроразведочного комплекса и соответствующего программного обеспечения;

- экспериментальная апробация метода цногооеточнай електромет-рии на городище Иднакар.

Научная новизна.' Разработана модель структуры археологического объекта, находящегося в грунте, позволяющая классифицировать объекты поиска как монолитные и групповые. -Групповые объекты поиска образуются из элементов среды и объединяются в систему в зависимости от линейных размеров элементов И мощности свявей между ними.

Разработан метод многосеточной электрометрии, суть которого заключается в адаптивном изменении измерительной сетки, направления и шага измерений за счет ксшутадлн злектродов, установленных по прямоугольной сетке иа участке исследований. Для реализации метода разработаны адаптивные алгоритмы коммутации электродов при автоматизации исследований грунтов: алгоритм определения местоположения объекта поиска о адаптивным выбором шага измерений, алгоритм определения геометрии объекта поиска о адаптивным выбором шага измерений при измерениях в граничной области, алгоритмы измерений в граничной области с адаптивным выбором вага и направления намерений, алгоритм измерения по сформированной сетке при известном местоположении части объекта поиска, алгоритм определения линии границы многоугольного объекта поиска о экстраполяцией линии границы объекта и адаптивным выбором шага и направления измерений.

Получены сравнительные оценки алгоритмов метода-многосеточно» электрометрии для различных задач поиска археологических объектов.

Практическая ценность. Сформулированы и обоснованы функциональные и технические требования для создания автоматизированной

электроразведочного комплекса.

Для реализации адаптивных алгоритмов коммутации электродов при ЗВТСМЗТйЗКрОБЗННим йССЛеДиБЗНйй Гру'КТОБ ССЗДЗИО ПрОГрЗМмКио 0(350" печение, позволяющее решать прикладные задачи при картировании археологических ПЗМЯТНИКОВ М5ТОДОЫ МКОГОС6ТОЧНОИ ЭЛсКТрОмвГрКИ.

Определена последовательность действий при электрометрических измерениях с применением разработанного макетного образца.

Данная работа выполнена по плану научных исследований ФТИ УрО РАН /тема N 01310007083/ и на основе договора о совместной научной деятельности с Удмуртским институтом истории, языка и литературы УрО РАН (УИМЯЛ УрО РАН) /договор N1 от 12.10.9гг./. Практическое значение работы подтверждается внедрением ее результатов в УИИЯЛ >'р0 РАН. :

Реализация результатов работы. Создан макетный образец автоматизированного электроразведочного комплекса "Идиакар", который бал использован при исследованиях, территории средневекового городп-©-¡фепостк Кднакар методсм многосеточной электрометрии в 1993 го-5У. Исследованная площадь составила 270 м2. Применение автсматизи-хзвакного комплекса и разработанной методики измерений кз городище 1днакар позволило сократить время исследования территории городи-зз, по сравнения с традиционными археологическими методами, в два >аза, стоимость работ - в 5 раз, трудозатраты - в 15 раз.

Результата применения комплекса обсулдзлись нз полевом екмпозн-•¿те "Проблемы средневековой археологии Волжских финнов" (г.Йош-йр-Олз, 1592г.) и XII Урзльсксм археологическом совещании (г.Ека-■еринбург, 1993г.),

На защиту выкосятся следующие результаты:

1. Метод многосеточной электрометрии, заключающийся в адаптивном измекелии измерительной сетки, шага и направления измерений за чет коммутации электродов, установленных по прямоугольной сетке а участке исследований.

2. Алгоритмы измерений с адаптивным выбором шага и направления змерекий и прогнозированием участка измерений.

3. Автономный злектроразведочиый комплекс для применения в ар-еология. .

Апробация работы. Материалы диссертации дгасладыванись и обсуж-алксь на. конференции "Региональный банк данных: Урал в XX веке" г,Екатеринбург, 1993г.), в отделе при Совете по автоматизации сследований УрО РАН, лаборатории информатики биологического фа-ультета МГУ, . на кафедре строительной Фнзшш Уральского архитек-урно-лудолес-йиниого института, з тэ^с зке «а семинарах ч'кзйко-тех-

ничеокого института УрО РАН и Удмуртского государственного университета.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 8 работ, из них 2 отчета по НИР и одно положительное регек:ш по заявке на изобретение.

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы (122 наименования), двух придсавккй. Диссертация издалека иа 143 машинописных листах основного текста, содержит 6В рисунков, 3 таблицы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дана краткая характеристика области исследования, описана традиционная методика расколок на приуральском археологических памятниках, обоснована актуашшоть тени, сформулирована цель работы и основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе проведен анализ использования геофизических методов в археологии, показана необходимость использования методг электрометрии при автоматизации исследований грунтов в археологи* при исследованиях памятников, измерения на которых осложнены действием техногенных и антропогенных факторов.

Метод электрометрии заключается в определении удельного ЭЛеКТ-

риЧвеКиГО СОПРОТИВЛЕНИЯ СрсДЫ, В КОТОРУЮ ВОмрЗсНЫ ЗДбКТрОДЫ. Пр!

наличии неоднородностей в грунте, будут наблюдаться аномальные изменения уделыюго влектрического сопротивления вмещающего грунта, По расположении аномалий удеаного сопротивления определяется ыес-тололазшцие объекта поиска вгрунте.

Если на поверхности грунта расположено га рядов по п электрода] а каждом, то число возможных измерений методом электрометрии Суде? пропорционально что представляет о практической старой

большой объем информации как для регистрации, . так и для её обра Сотки в тецяе эксперимента.

Та«'д'44 образом, необходима обработка данных на ЭД. Однако и этом случае ввиду бодьщого количества получаемых данных интерлре тадия результатов измерений затруднена и требует аначительног времени. В связи с этих возникает задача сокращения избыточной на меритвда»ной информации, которую можно рассматривать о дзух поаи ций:

- сок^эдение количества данных за счет проведения измерен» только по парг&веяьным рейдам (определенным вибрашгаы профилям)

- использование адаптивных алгоритмов обработки данных о управлением измерениями.

Для выбора эффективных алгоритмов измерений необходимо определить основные свойства объектов поиска, провести их классификацию.

Модель структуры объекта поиска разрабатывалась исходя.из допущения о том, что в пределах окна измерений может быть расположено множество элементов среды, каждый из которых при определенных условиях может являться составной частью объекта поиска, то еоть, объект поиска представляет собой систему элементов. Причем, можно выделить несколько классов систем объектов поиска (гомогенные, гетерогенные, смешанные системы), различающихся по типам элементов и количеству уровней иерархии. Для решения задачи описания структуры археологического объекта поиска в грунте уровень детализации смешанной системы является достаточным.

При выделении объекта поиска проводится оценка размеров объектов по сравнению с размерами окна измерений, то есть при Г| < А (А - принятое ограничение на размер объекта) объект рассматривается как элемент системы. Если гj > А, то объект о диаметром Г| должен рассматриваться как самостоятельный объект поиска. Пусть величина \ пропорциональна шагу координатной сетки:

А - М*к, где М - целое число. (1)

За мощность связи (и) между двумя объектами, находящимися в тределах одного окна измерений, можно принять отношение расстояния <ежду центрами двух смежных объектов (R) к размерам самих объектов [rmtn И Гтах)-

« - R/( r„in /2 + Гтах /2> < К, (2)

•де К - величина, определявшая граничное значение мощности связи (еяду двумя.элементами системы при выделении системы в среде.

Для выделения основной системы а пределах окна намерений необ-юдимо определить средний размер объектов в каждой из выделенных ¡истем (rcpj, где J -. номер системы):

repj-Jr1'~i1/N, (3)

де j 6- l,d, d - количество выделенных систем в окне измерений, ! - количество элементов j-й системы.

В качестве критерия выделения основной системы в окне измерений окно предложить максимум из средних значений линейного размера леыента систем (гср max)г

Гср тех > Гср j, где j 6 1, d-1 (4)

Таким образом, можно определить обобщенный' критерий выделения сновной системы в данном окне измерений, представляющий из себя

совокупность правил:

Гиах < М*к

и < К

Гер тЛХ > Гер 4

Рассмотрено влияние структуры объектов на достоверность резуль тагов обнаружения объектов поиска. Показано, что при введении ряда допущений (в грунте расположены гомогенные объекты, т.е. состоящие из одного материала с фиксированной величиной удельного сопротивления р2, объекты поиска одинакового размера, грунт на учаотке измерений однородный и изотропный) и при наличии нескольких объектов на участке измерений отношение удельных электрического сопротивлений участка измерений (pi) и грунта (pi) определяется следующим образом:

DSoe

pi/01 - 1 + (Р*/Р1 -1) - , (б)

lh

где 1 - глубина исследований, h - размер участка измерений, Бое -плоздь объекта поиска, D - количество объектов поиска на участке измерений.

По принятой в электрометрии методике интерпретации результатов измерений для определения наличия объекта поиока на участке измерений необходимо, чтобы удельное сопротивление участка измерений pi отличалось от. сопротивления грунта pi на определенное заданное значение. Величина удельного сопротивления участка измерений зависит от удельных сопротивлений объекта и грунта, .размера объекта поиска и количества объектов на участке намерений. Для учета этого при измерении удельного электрического: сопротивления грунта необходимо введение поправочных коэффициентов, получаемых в результате модельных экспериментов.

Во второй главе рассмотрены прямой и глобальный методы электрометрического поиска объектов в грунте.

Для определения местоположения и контура объектов поиска в грунте можно предложить два метода измерений: примой и глобальны» методы (рис.1). На рисунке точки показывает меота расположения электродов, отрезки, соединяющие электроды, показывают участки измерений, объект поиска показан штриховкой, шаг между электродами сетки равен h.

(Б)

11 12 13 14 16 16 17 18 1п

Рис. 1. Г1р:шер сетки измерений на участка исследований

1. Прямой метод заключается з проведении измерений на участке исследований по параллельным профилям (например, на рисунка 1 - по .линиям 11 - 1п, 21-2п,..., м11-шГ}). Недостатки зтого метода состоят в сложности выбора оптимального направления измерений для выделения объекта поиска и значительной трудоемкости измерений при достижении погрешности восстановления граница объектов менее 5%.

г. Глобальный метод. Измерения по этому методу возможны при наличии одновременно расположенных на территории пэдплагапета ш*п элшстродоз, Метод заключается в проведении абсолптно всех возможных измерений на участке исследовании (например, на ркс.1 показаны несколько участков измерений для электрода 35: 36-13, 36-24, 36-41, Зб-шп и т.д.). Это исключает недостатки предыдущего метода, однако, при этом методе возрастает количество измерительной информации (количество измерений- пропорционально ^тп*п). Л-пя обработки и

анализа такого объема информации требуется большие временные зат * рати, что приводит к потере оперативности исследований и делает невозможным обработку и анализ данных в реальном масштабе времени.

При применении полинома Лагравжа первой степени для восстановления формы функции изменения удельного электрического сопротивления грунта по профилю измерений р(х) о заданной погрешностью допустимый шаг равномерной дискретизации оценивается:

2А у-

ДхЧ -/гео . (?)

Я

где А - линейный размер объекта поиска; ео - относительная погрешность восстановления функции р(х).

То есть, сокращение избыточности измерений может быть достигнуто га счет адаптивного выбора шага измерений. Задачу поиска объектов при адаптивной выборе шага измерении можно разбить на два этапа:

1. Определение местоположения объекта поиска.

2. Определение контура объекта поиска.

АЛГОРИТМ 2.1 Определение местоположения объекта поиска.

Измерения проводятся по параллельным профилям, причем расстояние между профилями равно шагу измерении. Шаг измерении ОН) определяется иа соотношения (7).исхода из заданной относительной погрешности восстановления границы объекта.

Диапазон размеров объектов поиска trrain. imaxl определяется исходя из линейных размеров rj для различных классов объектов, наличие которых возможно на участке исследований. При нахождении объектов, размером п 6 Iimin. JmaxJ необходимо проведение уточняющих измерении для определения контура объекта.

АЛГОРИТМ 2.2 Определение контура объекта поиска.

Производятся измерения по параллельным профилям в граничной области (т.е. . области, содержащей границу объекта поиска) уменьшая шаг измерений (Н2<1Ц), в целое число раз:

K¿ » Hi/к, где к - 2,3,4,.'.. (8)

При этом должно выполняться соотношение¡

Иг - mh, где m - 1,2,3,... (9)

После проведения измерений с выбранным шагом H¿ уточняется и сокращается размер граничной области. После чего опять сокращаем шг измерений (увеличиваем к (см.формулу 8)) и проводим измерения в пределах уточненной граничной области. Эта операция повторяется до достижения заданной точности определения границы.

При использовании глобального метода максимально возможное количество точек измерений при использовании сетки пип электродов и минимально» количестве, измерений равьо (4tm-4(mni)+7).

Необходимо отметить, ч?о при проведении измерений во всех воз-

ножных точках подпланшета точность описания контура объекта будет максимальна (для данного шага между электродами). Поэтому нет Необходимости в проведении измерений о такой высокой точностью на всей территории подпланшета.

Глобальный метод с одной стороны дает возможность получать дополнительную измерительную информацию за счет диагональных измерений (например, намерения 25-36, 36-27, 36-41 на рио.1), уточняющую результаты измерений по параллельным профилям сетки из пр*п электродов, но с другой - обладает избыточностью.

Можно выделить несколько подходов к сокращению избыточных измерений при адаптивном выборе направлений: за счет изменения шага и направления измерений и о помощью сформированной сетки измерений.

Измерения с изменением шага и направления измерений производятся по ячейкам измерений. Под ячейкой измерений понимается квадратный фрагмент окна измерений, ограниченный четырьмя узлами сетки (например, на рис.1 ячейка измерений ограничена электродами 11, 13; 33, 31). Плацздь окна измерений должна быть кратна площади ячейки измерении. Размер ячейки измерений равен Фч1, при этом должны выполняться условия:

<1*а11, где а-1,2,3,...

п-М, где Ь-1,2,3,.. (10)

инзй, где с-1,2,3,... ,

Минимальный размер ячейки измерений равен Ь*Г).

АЛГОРИТМ 2.3 Определение контура объекта поиска.

Измерения проводятся до тех пор, пока граница объекта поиаса не будет выделена, б двух точках выбранной (текущей) гр- ты ячейки. После чего проводятся измерения в группе ячеек, смежной о выбранной на данном этапе измерений. Измерения проводится во всех ячейках в граничной области.

Еслй не достигнута требуемая точность восстановления границы объекта Поиска, то сокращается размер граничной области, исходя из результатов измерений, уменьшается шаг измерений. Эта операции повторяется до достижения заданной точности определения границы.

В третьей главе рассмотрены пути сокращения избыточности измерений за счет прогнозирования участка измерений по априорным сведениям о грунте на участки исследований, о местоположении части объекта "оиска и о форми и размерах объекта.

Прогнозирование участка иемерений осуществляется исходя из алд-знза значения удельного сопротивления в последней точке измерений на основании априорно определенных ршвагщих правил, Дляопреледо-

НКЯ ПСОЛеДуБщбГО УЧЗСхКЗ ПЗмереНпй НбОбХОдНмЗ ОброиОТКЕ И ЗНЯЛНЗ результатов измерений в реальном масштабе времени.

Определение значения кудельного сопротивления участка грунта, содержащего локальные включения, включает в себя три последовательных этапа:

1. Сглаживание результатов, то есть исключение локальных выбросов удельного электрического сопротивления на участке измерений.

2. Определение усредненного значения сопротивления участка измерений по сглаженным значениям.

3. Сравнение отклонения значения удельного сопротивления в 1-й точке от усредненного значения удельного сопротивления участка измерений с априорно заданной погрешностью.

При известном местоположении части объекта поиска можно реконструировать расположение всего объекта исходя из априорных сведений о форме и размерах объекта поиска. На основании реконструкции объекта можно разместить сет!су электродов и выбрать шаг между электродами сетки и прогнозировать направление и шаг измерений необходимые для выделения границы объекта поиска;

Априорные сведения о форме и предельных размерах объекта поиска позволяют провести экстраполяцию границы объекта по результата»,! предыдущего измерения. По результатам экстраполяции известного участка линии границы объекта можно прогнозировать участок измерений и, следовательно, уменьшить количество вероятных участков измерений на следующем этапе измерений, что сократит избыточность измерений.

АЛГОРИТМ 3.3 определения линии границы многоугольного объеста сокращает избыточность измерений за счет прогнозирования участка измерений на основании экстраполяции линии границ прямыми. Блок-схема алгоритма приведена на рисунке 2.

При описании алгоритма используется рисунок 3. На рисунке 3 места расположения электродов обозначены точками, линия границы объекта показана сплошной линией и обозначена Ь(х), точки линии границы, координаты которых получены в результате измерений, обозначены буквами А-Д, участки измерений показаны отрезками, ячейки измерений показана пунктиром и обозначены Тнфраыи 1-IV.

Алгоритм заключается в следующем: по известному участку линии границы объекта (участок А-Б) определяется следующая точгса измерений (точка В), если при анализе полученного значения сопротивления в этой точке выделяется граница объекта поиска, то дальнейшее прогнозирование участка измерений производится с учетом данной точки (точка Б), если граница сбъекта не обнаружена (точка Г), то

РйО.2.

Блок-слеш алгоритма определения линии сгггл псиска в (¡юрче многоугольника

границу объ •

вокруг последней точки линии границы (точка В) формируются четыре ячейки измерений (ЫУ), в которых производятся измереши по различным направлениям до обнаружения границы объекта, при втом, размер ячеек измерений выбирается исходя из соотнесений (8-10). В дальнейшем экстраполяция производится о учетом полученной точки линии границы (точка Д).

Данный алгоритм является обобщающими для описанных ранее алгоритмов сокращения избыточности измерений. Он использует преимущества описанных ранее алгоритмов измерений, сохраняет точность восотановления границы объекта поиска при измерениях по этим алгоритмам. Таким образом, алгоритм прогнозирования участка измерений можно рассматривать в качеотве наиболее универсального адаптивного метода сокращения избыточности измерений, что яе исключает применение адаптивных методов изменения шага и направления измерений.

III

IV

Б

I В

Цх)

I 1 I I 1

Рно.З. Пример определения граница объекта поиска в Форме многоугольника

В четвертой главе приведена сравнительная характеристика алгоритмов ыногссеточкой электрометрии, предл~хека классификация методов электрометрического поиска археологических объектов в грунте о адаптивным управлением измерениями, приведена методика и результаты экспериментов и рассмотрены перспективы развития метода многосеточной электрометрии.

Сравнение алгоритмов многосеточной электрометрии проводится по параметрам, позволяющим оценить точность, избыточность и универсальность предложенных алгоритмов измерений.

Необходимо отметить, что в каждом из разработанных алгоритмов анализируется наличие границы объекта поиска на участке намерений. То есть, алгоритм выделения границы объекта пояска рассматривается как самостоятельная процедура, необходтая при выполнении любого из адаптивных алгоритмов измерений.

АЛГОРИТМ 4.1 Выделение границы объекта поиска.

При выделении границы объекта поиска необходимо выделить объект поиска в двух последовательных точках. В качестве критерия наличия границы служат условиях

Р1 /рГР < 1-е pt+1'prp < 1-0 либо

pt /ргр > 1+С pt+1/prp > ltc*

при pro >рой (11)

при ргр< Ров (12)

где pi и pi+i - значения сопротивления в двух последовательных точках измерений; ров - истинное сопротивление объеюта поиска; ргр - усредненное значение сопротивления грунта на участке исследований; С -минимальное допустимое отклонение удельного электрического сопротивления от ргр в точка измерений.

Алгоритм определения границы объекта поиска заключается в определении удельного сопротивления в двух последовательных точках, анализа значений сопротивления с точки зрения условий 11 и 12. Еоли оба знзчения удовлетворяют одному из указанных условий, то фиксируется наличие границы объекта поиска. Если одно из значений не удовлетворяет, указанным условиям, то граница объекта не фиксируется.

Для реализаций алгоритмов измерений археологических памятников методом электрометрии был создан макетный образец палевого автономного автоматизированного комплекса, включающий блок электродов, состоящий из Ю-100 электродов, установленных по регулярна сетке на участке исследований, злектрорьаведочлую аппаратуру, контроллер, управлявший коммутацией электродов и ИЗБ«. Комплекс Сил ориентирован на задачи, которые необходимо было решить при картировании территории средневекового грродища-крепости Иднакар (IX-XI11 вв) о учетом условий поведения электрометрических исследований грунта на городкще.

Структура автоматизированного комплекса представлена на рисунке

4. На риз.4 стрелкахга показаны направления передачи информации.

. ¡Зл еКТр0рЗгВ5Д0ЧН5Я| | II I

аппаратура ^ Контроллер •' ■ ПЭВМ J

РвО.4. Структура автоматизированного злектроразведочного комплекса

В соответствии со структурной схемой комплекса, программное обеспечение (ПО) можно разбить на две основные части: ПО контроллера и ПО ПЭВМ (рис.Б).

г---------------1 Г--------------1

Рис.Б. Структура программного обеспечения автоматизиро-ивзлкого злектроразведичного комплекса

Эксперименты по апробации комплекса в ■ полевых условиях проходш в 1993 году на территории средневекового городьтна-крепости «днэкзе

Эксперименты проводились с цель» определения работоспособности описанных алгоритмов измерений И макетного образца автоматизированного злектроразведочного комплекса для археологической разведки.

Общая площадь, исследованная при экспериментах, составила ЙУОм2. Бригада из трех человек проводила исследования этой территории в течении Б дней. Без проведения раскопок было определено местоположение оборонительного вала и глинобитной площадки под сооружением. При этом удельное сопротивление вала отличалось от удельного сопротивления грунта на 602, удельное сопротивление глинобитной пло-щодки - на 25Х..

При сравнении карты распределения удельного сопротивления, полученной при интерпретации результатов измерений, о картой расположения, объектов в грунте, полученной после раскопок, абсолютная погрешность определения границы вала и глинобитной площадки, в основном, не превышала 0;25м. Ширина вала.по результатам раскопок в Среднем равна 5м. То есть относительная погрешность определения границы вала при измерении 10Х.

Эксперименты показали, что использование автоматизированного злектроразведочного комплекса позволяет сократить время археологической разведки в два раза, материальные затраты - в Б раз и трудовые затраты - в 1Б раз.

В приложении 1 приведено описание технических и программных средств автоматизированного злектроразведочного комплекса "Яднакар".

В приложении 2 приведены распечатки карт распределения сопротивления при апробации злектроразведочного комплекса "Мднакар" в лабораторных и полевых условиях.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Низкая эффективность и большая трудоемкость раскопок определяется отсутствием априорной информации о планировке археологических памятников и расположении археологических объектов. Для получения этой информации предлагается использовать метод электрометрии. В сравнении.с другими геофизическими методами (например, магниторазведка, сейсморазведка) антр погенные и техчогенныь факторы оказывают меньшее влияние на результаты электрометрии.

2. Разработанная модель структуры археологического объекта поиска позволяет выделить групповые и монолитные объекты поиска. При этом эле»; яты среды объединяются в систему и образуют групповой эбъект поиска в. зависимости от линейных размеров элементов и мощ-¡сотл связей ыедду ними. Учет влияния структуры объектов на досю-

верность результатов обнаружения объектов поиска при определении удельного электрического сопротивления грунта достигается введением поправочных коэффициентов, получаемых в результате модельных экспериментов.

3. Для со!фащения времени исследований участка грунта при сохранении заданной точности восстановления границы объектов предложен новый метод многосеточной электрометрии, суть которого заключается и адаптивном изменении измерительной сетки, направления и шага измерений за счет коммутации электродов, установленных по прямоугольной сетке на участке исследований. Для реализации метода рааработаны адаптивные алгоритмы коммутации электродов.

4. В сравнении с прямим методом, избыточность измерений методом многосеточной электрометрии' сокращается в среднем в 4-5 раз при использовании предложенного алгоритма определения местоположения и контура объекта поиска с адаптивным выбором шага измерений.* При этом, погрешность восстановления границы,объекта поиска не превышает б%.

Б. При определении контура объекта поиска использование алгоритма измерений с адаптивным изменением направления измерений позволяет повысить в 4 раза точность восстановления границы объекта поиска за счет применения диагональных измерений в ячейке измерений.

6. При определении контура объекта поиска методом многосеточной электрометрии, экстраполяция известного участка линии границы объекта позволяет прогнозировать последующий участок измерений, что сокрашает количество измерений. При этом, ввиду относительно малого количества электродов (50-100 ет), линию границы всех объектов необходимо рассматривать как многоугольник и использовать при экстраполяции полиномы первого порядка.

7. Апробация разработанного при участии автора автоматизированного злектроразведочкого комплекса на городище Идкакар позволило сократить время исследования территория городища в дьа раза, материальные затраты в 5 раз и трудовые ресурсы в 15 раз. При определении местоположения объектов поиска относительная погрешность восстановления их границы не превышала 10"». Относительная погрешность восстановлен я границы объектов, при определении контура объектов поиска, не превышала

. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ ИЗЛОЖЕНЫ В СЛЕДУЮЩИХ ПУБЛИКАЦИЯХ:

1. Журбин И.В. Адаптивная электрометрия грунтов с изменением шага и направления измерений: Препринт. Ижевск:ФТИ УрО РАН и УдГУ, 1993,- 22 С.

2. Алексеев В.А., Журбин И.В. Автоматизация археологических исследований с применением электрометрии и компьютерной обработки данных // Информационный бюллетень ассоциации "История и компьютер" и комиссии по применению математических методов и ЕВМ в исторических исследованиях при отделении истории РАН. - НЮ (март 1994 г.).- С. 39-41.

3. Нурбин И.В. К вопросу создания банка данных памятников материальной культуры ча основе планировок, полученных геофизическими методами // Региональный банк данных: Урал в XX в.: Тезисы рабочего совещания, ноябрь 1993 г.- Екатеринбург: УрГУ, 1993.- С.103.

4. Алексеев В.А., Нурбин И.В. Способ геоэлектроразведки. Положительное реш. От 2.11.93г. по заявке N 5050809/25 (031882).

б. Алексеев В.А, Нурбин И.В. Анализ проблем применения метода электрометрии в автоматизации археологических исследований. Ижевск, 1991. - 20 С.- Деп. рук. ВИНИТИ, Н3509-В91.

6. Журбин И.В. Сравнительный анализ электрометрических методов исследования грунта для археологии. Ижевск, 1932, -. 13 е.- Деп. рук. ВИНИТИ, Н1087-В92.

7. Проведение элоктрометричеасих исследований на городище Идна-кар в 1993 году: Отчет по НИР/ В.А.Алексеев, И.В.Курбия, М.Г.Иванова и др.// Физико-технический институт Уральского отделения РАН, Ижевск, 1993. Инв. Н 418.-43с.

8. Экспериментальные исследования методов обработки результатов измерений, полученных при электрометрии протяженных объектов: Отчет по НИР/ В.А;Алексеев, В.И.Заболотских, И.В.Журбин // Физико-технический институт Уральского отделения РАН, Ижегск, 1993. Инв. N 417.- 70с.

НАХОДЯТСЯ В ПЕЧАТИ:

9. Алексеев В.А., Журбин И.В. Использование электрометрии для идентификации археологических объектов по их составу.// Российская археология.- М.- 1994г.

10. Иванова,М.Г., Журбин И.В. Разработка методики для проведения археологических исследований ,на .городище Иднакар электрометрическими методами.// В сб. Проблемы средневековой археологии волжских финнов. Йошкар-Ола, 1993г.