Никогда ранее не замеченные архаические ракушечные кольца, оставленные коренными народами, выявленные с помощью дистанционного зондирования и машинного обучения
Глубоко в густых прибрежных лесах и болотах на юго-востоке Америки лежат кольца ракушек и курганы, оставленные коренными народами 3000–5000 лет назад.
Теперь международная группа исследователей, использующая глубокое машинное обучение для оценки данных дистанционного зондирования, обнаружила ранее неоткрытые кольца раковин. Исследователи надеются, что это приведет к лучшему пониманию того, как люди жили в этом районе, и к способу идентифицировать другие, неоткрытые кольца ракушек.
Кольца из ракушек расположены на острове Доус, Южная Каролина. Оба кольца имеют диаметр примерно от 150 до 200 футов и состоят в основном из раковин устриц, мидий и моллюсков. Предоставлено: Дилан Дэвис, Penn State.
По словам Дэвиса, кольца из ракушек считаются центрами обмена товарами. Они могут предоставить много информации о социальных конструкциях, политике и собирательстве. Они могут показать, какие ресурсы эксплуатируются и используются ли они устойчиво или нет.
«Кольца ракушек производят медь, которая поступает из района Великих озер на юго-восток», – сказал Дэвис. «Археологи также находят керамику, декоративные предметы и каменные изделия, которые могли быть найдены на расстоянии до 100 миль».
По словам Дэвиса, среду, в которой существуют эти кольца ракушек, иногда настолько сложно обследовать, что человек может стоять в пределах 2 футов от места и никогда его не увидеть.
Вместо того, чтобы смотреть с земли, исследователи использовали три типа существующих данных, собранных либо с самолета, либо со спутника – лидар, SAR и многоспектральные данные. Они сообщают о результатах своего исследования в недавнем выпуске Journal of Archaeological Science.
Они начали с набора данных лидаров юго-восточного побережья США, подготовленного Национальным управлением океанических и атмосферных исследований США. Эти общедоступные наборы данных существуют как для восточного, так и для западного побережья страны. Лидар, обычно получаемый с самолета или дрона, использует световые импульсы для нанесения на карту поверхности местности. Он способен «видеть» сквозь леса и другой почвенный покров.
Слева показаны обучающие примеры известных колец оболочки, а справа – идентификаторы, выполненные с помощью процедуры глубокого обучения. Обратите внимание, что в большинстве случаев компьютер правильно определяет известные примеры кольцевой архитектуры оболочки из этих наборов данных изображений, рисуя рамку вокруг объекта. Предоставлено: Дилан Дэвис, Penn State.
Исследователи использовали процесс «глубокого обучения», чтобы научить сверточную нейронную сеть – тип нейронной сети, используемой для анализа визуальной информации – распознавать кольца ракушек, насыпи ракушек и другие объекты ландшафта. Они вручную просмотрели лидарные карты и обнаружили известные кольца ракушек. Зарезервировав некоторые из известных колец для тестирования CNN позже, они «обучили» нейронную сеть с этими известными кольцами, изображениями курганов и современными структурами с аналогичными профилями. Они также сделали изображения известных колец и создали дополнительные данные, повернув изображения на 45 градусов. Эти измененные сайты также были включены.
«На юго-востоке США известно всего около 50 участков с кольцевыми оболочками, – сказал Дэвис. «Итак, нам нужно больше мест для тренировок».
К информации добавлены данные SAR – радар с синтезированной апертурой – со спутника Sentinel-1 Европейского космического агентства и многоспектральные данные – изображения за пределами визуального спектра – со спутника ESA Sentinel-2. SAR может немного видеть сквозь деревья и кустарник и может предоставить информацию об атрибутах почвы. Мультиспектральные изображения могут выявить особенности, невидимые человеческому глазу.
Объединив эти три набора данных и используя глубокое обучение, исследователи смогли потенциально идентифицировать сотни новых участков кольца ракушек, в том числе от трех до пяти новых участков кольца ракушек в округах, где эти кольца никогда не были обнаружены ранее. Исследование охватывало территорию, состоящую из трех округов, – площадь около 4000 квадратных миль.
Кольца ракушки обозначены белыми точками. Панель A показывает, как выглядят кольца раковин на обычном спутниковом снимке. На панели B показано, как выглядят кольца оболочки по данным РЛС (SAR). Они очень сильно отличаются от окружающей местности, отчасти из-за их состава и природы почв на этих объектах и вокруг них. Предоставлено: Дилан Дэвис, Penn State.
«Археологи используют все больше и больше технологий искусственного интеллекта и автоматизации», – сказал Дэвис. «Это может быть чрезвычайно сложно, требует определенных навыков и обычно требует больших объемов данных».
Исследователи отмечают, что они использовали алгоритмы искусственного интеллекта, которые уже включены в ARCGIS, коммерчески доступную программу географической информационной системы. Они также предоставляют код и модели в своей статье, чтобы другие могли попробовать этот тип анализа в других областях для других целей.
Оболочечные кольца в данных LiDAR. Кольца выделяются своим наклоном и изменением высоты по сравнению с окружающим ландшафтом. Предоставлено: Дилан Дэвис, Penn State.
«Одна из трудностей с глубоким обучением заключается в том, что для обучения обычно требуется огромное количество информации, которой у нас нет при поиске колец оболочки», – сказал Дэвис. «Однако, дополнив наши данные и используя синтетические данные, мы смогли получить хорошие результаты, хотя из-за COVID-19 мы не смогли проверить наши новые кольца снарядов на земле».
В нашем Telegram‑канале вы найдёте новости о непознанном, НЛО, мистике, научных открытиях, неизвестных исторических фактах. Подписывайтесь, чтобы ничего не пропустить.
