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Datenverarbeitung
Die Verarbeitung erfolgt am PC mit einem für die Verarbeitung
von Bodenradardaten entwickelten Programm.- Je nach Aufgabenstellung
und Datenmaterial kommen unterschiedlichste Prozesse zur Anwendung.
Bei der Nutz-/Störsignalverbesserung wie z.B. der digitalen
Filterung kommen Algorithmen der digitalen Signalverarbeitung zur
Anwendung, bei der Tiefenumrechnung werden Routinen von der einfachen
linearen Transformation bis hin zu komplexen Migrationsalgorithmen
verwendet. Die Bestimmung der elektromagnetischen Wellengeschwindigkeit
erfolgt meist interaktiv unter Einbeziehung der geometrischen Verhältnisse
bei der Feldmessung.
Im ersten Schritt wurden die Daten vom Messgerät auf den Rechner
überspielt, die Geometrieinformationen in das System eingegeben
und die Daten in das Processingsystem importiert. Da die Daten nicht
über die registrierten 100 ns interpretierbar sind, wurde
das Zeitfenster auf 60 ns reduziert.
Eine Korrektur des lateralen Positionierungsfehlers erfolgte im
nächsten Schritt mittels der sogenannten rubber-band-interpolation,
welche sich auf die während der Feldmessung mitregistrierten
Marker stützt. Testläufe zeigten, dass mit einem interpolierten
Spurabstand von 2 cm ein ausreichend hoher Informationsgehalt
beibehalten werden konnte. Weiters konnte durch Spektralanalysen
gezeigt werden, dass - basierend auf dem Sampling-Theorem - eine
weitere Datenreduktion durch Resampling in vertikaler Richtung keine
Informationsverluste mit sich bringt. Durch ein Kompressionsfilter
wurde die Datenmenge um 50 % reduziert.
Mit einem Band-Pass Frequenz-Filters werden störende Signalanteile
außerhalb des Antennenfrequenzbandes eliminiert und somit
das Nutz-/Störsignalverhältnis gesteigert. Die Deconvolution
ist ein Prozess zur Erhöhung der „Signalschärfe“,
wodurch auch das vertikale Auflösungsvermögen erhöht
wird. Die letzten Schritte vor der Migration bildeten ein sogenannter
background-removal und die Energieabfallkorrektur (energy-decay),
welche kohärente Störsignale eliminieren und die durch
die unterschiedlichen Dämpfungseigenschaften
des Bodens hervorgerufenen Amplituden-Variationen über die
Tiefe ausgleichen.
Die Migration ist ein Prozess, der erst nach der Erhöhung des
Nutz-Störsignalverhältnisses die richtige Positionierung
von Reflexionseinsätzen und somit eine Steigerung des lateralen
Auflösungsvermögens ermöglicht. Die heute verfügbaren
Migrationsalgorithmen wurden im Rahmen der Kohlenwasserstoffexploration
für die Reflexionsseismik entwickelt. Zur Anwendung kam die
sogenannte Stolt-Migration, die Migrationsgeschwindigkeit wurde
durch Diffraktionsanalysen und Testläufe mit v=0,11 m/ns
festgelegt.
Die sehr gute Qualität der Radargramme und die immense Vielfalt
an Anomalien - Reflexionen im Sinne der Aufgabenstellung - bedingen
einen enormen Aufwand für eine Interpretation der einzelnen
Radarprofile. Um den Aufwand der Interpretation in wirtschaftliche
Bahnen zu lenken und die Sicherheit der Interpretation zu steigern,
wurden aus den Radargrammen sogenannte Zeitscheiben (Time-Slices,
C-Scans) in unterschiedlichen Tiefenstockwerken gerechnet.
Herkömmliche Radargramme (Abb. 3) zeigen ein Abbild des Untergrundes
entlang eines vertikalen Messprofiles. Time-Slices stellen aber
ein bestimmtes Tiefenstockwerk des Untergrundes flächenmäßig
dar. Die 192 Radarprofile lassen sich somit ohne Informationsverlust
auf wenige Zeitscheiben reduzieren, welche auch für das nicht
geophysikalisch geschulte Auge interessante Strukturen erkennen
lassen. Aus den migrierten Radargrammen wurden 30 Zeitscheiben in
2 ns Intervallen von 0 ns bis 60 ns (entsprechend
einer maximalen Tiefe von ca. 3 m) gerechnet (Abb. 4, 5).
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Interpretation
Das Messgebiet liegt unmittelbar östlich der freigelegten Insula
XXII; zwischen dieser und dem Messgebiet verläuft in Nord-Süd-Richtung
die Straße D, die Bestandteil des regelmäßigen
Grundriss-Rasters der antiken Stadt ist. Nach den vorliegenden Informationen
sind in diesem Areal bisher keine archäologischen Untersuchungen
erfolgt. Im Übersichtplan von Flavia Solva (Abb.-1) ist im
Bereich des Messgebietes die Insula XXIII als schematisches Rechteck
eingetragen, wobei es sich um eine Konstruktion W. Schmid’s
handeln dürfte. Die Ergebnisse der Bodenradar-Messungen erbringen
daher neue Daten zur antiken Bebauungssituation im Stadtgebiet.
Die Bebauungsstruktur im Messgebiet entspricht allgemein dem bekannten
Raster des Stadtgrundrisses.
Ein Teil des Messgebietes ist bereits zuvor mit Widerstandsmessungen
untersucht worden (Groh et al. 1999), dabei sind die tiefer liegenden
Baustrukturen jedoch nicht erfasst worden sind.
Methodik
Die hohe Qualität der Daten und die Dichte der Erfassung im
Raster 0,5 ´ 0,5 m bieten erstklassige Voraussetzungen
für die archäologische Interpretation. Dies ist in Flavia
Solva besonders wichtig, weil im Zuge der rund vier Jahrhunderte
andauernden Besiedlung zahlreiche Baumaßnahmen und Bodeneingriffe
erfolgt sind, die sich alle mehr oder weniger intensiv in den Radardaten
wiederspiegeln. So ist ein sehr komplexer Befund im Boden entstanden
- seine Ursachen liegen in einer langen und vielfältigen Baugeschichte
und in Phänomenen, die mit dem Verfall bzw. der Zerstörung
originaler Bausubstanz zusammen hängen. Die Radaruntersuchung
ermöglicht die Erfassung mächtiger Kulturschichten mit
einander überlagernden Befunden in detailreicher Auflösung.
Jeder einzelne Befund kann für sich betrachtet und mit anderen
korreliert werden.
Für die archäologische Interpretation standen alle Daten
(Time Slices und Radargramme) zur Verfügung. Die Interpretation
wurde in mehreren Schritten vorgenommen:
1)
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Analyse linearer und flächenhafter Strukturen
und deren Richtungen in den einzelnen Time Slices mit dem Zwischenergebnis
einer Struktur-Übersicht für verschiedene Tiefenhorizonte. |
| 2) |
Überprüfung der wichtigen linearen
Strukturen mit Hilfe der Radargramme. Als Zwischenergebnis können
positive Strukturen (Mauern), negative Strukturen (z.B. Ausriss-Gräben,
Gruben), Grenzkanten und sonstige lineare Elemente differenziert
werden. |
| 3) |
Die positiven und negativen linearen Strukturen
(Mauerzüge im weiteren Sinn) wurden verfolgt, um sie als
dreidimensionale Körper in ihrer realen Ausdehnung bestimmen
zu können. Das Ergebnis ist ein Grundrissplan der Baustrukturen
für verschiedene Tiefenhorizonte |
| 4) |
Zeichnerische Vervollständigung des Gebäudegrundrisses
und isometrische Darstellung des Gebäudegrundrisses als
rekonstruiertes, ergänztes Objekt. |
Die grafischen Ergebnisse der Auswertung wurden
in AutoCAD Zeichnungsdateien abgespeichert. Über das
DXF-Datenaustausch-Format können alle Zeichnungselemente direkt
in ein Geografisches Informations-System übernommen und mit
anderen digitalen Daten verknüpft werden (z.B. Katastralmappe,
Grabungspläne, Luftbilder etc.).
Baubefunde
Das Messgebiet wurde bewusst nach dem zu erwartenden Bebauungsraster
ausgerichtet und es war nicht überraschend, diese Richtungen
auch bei der Auswertung in allen Tiefenhorizonten vorzufinden. Die
Nord- und Südmauern der Insula XXIII liegen knapp innerhalb
des Messgebietes, die Westmauer knapp außerhalb, die Ostmauer
dürfte nach der zu erwartenden Größe der Insula
noch weiter entfernt sein.
Der Erhaltungszustand der Mauern ist sehr unterschiedlich und ändert
sich oft auf kurze horizontale Entfernungen bzw. mit zunehmender
Tiefe. Große Abschnitte sind vor allem im Westen - vermutlich
zur Gewinnung von Bausteinen in der Neuzeit - ausgerissen worden.
Manche Ausriss-Gräben sind in den Radargrammen gut anhand der
Grabenfüllung mit konkaven Strukturen zu erkennen. In anderen
Bereichen ist dies manchmal schwierig: teilweise fehlt ein ausreichender
Kontrast zum umgebenden Boden bzw. es sind so viele Anomalien auf
engstem Raum vorhanden, dass eine Identifizierung nicht mit Sicherheit
durchzuführen ist.
Die als Mauern interpretierten Anomalien ergeben bereits ein plausibles,
wenngleich unvollständiges Grundriss-Schema. Dieses lässt
sich durch Berücksichtigung vertikaler Grenzkanten - in den
Radargrammen an dem unterschiedlichen Aufbau des Boden zu beiden
Seiten erkennbar -, und weiteren linearen Grenzen in den Time Slices
ergänzen. Die Böden - nach dem Reflexionsverhalten und
analog zu archäologischen Befunden dürfte es sich vorwiegend
um Mörtelböden mit Kiesel-Rollierung handeln -, fügen
sich sehr gut in das Grundriss-Schema. Einige sehr kleine rechteckige
Anomalien von 1 ´ 2 m im Grundriss können
eventuell als Herdstellen gedeutet werden - sie liegen in der Regel
knapp an den Mauerzügen. Im Westteil bleiben einige Lücken
bestehen, die in der Rekonstruktionszeichnung (Abb. 6) geschlossen
worden sind.
Die Mauern liegen teilweise knapp unter dem Humus und sind schon
in geringer Tiefe erkennbar, bei 16 ns (ca. 0,8 m) zeichnen
sich bereits große Teile der Insula ab, bei 24 ns (ca.
1,2 m) zeigt sich die vollständigste Gesamt-Übersicht.
Die tiefsten Fundamente reichen etwa 50 bis 52 ns (ca. 2,5
m) hinab.
Das allgemeine Grundriss-Schema der Insula ist über längere
Zeit hinweg ohne bedeutende Veränderungen beibehalten worden
- die Nord-Süd und Ost-West verlaufenden Hauptachsen zeigen
keine erkennbaren Veränderungen. Im Nordosten und im Süden
lassen sich bauliche Umgestaltungen nachweisen, die durch parallel
verlaufende und weniger tief fundamentierte Mauern gekennzeichnet
sind. Die zahlreichen Mörtel?böden deuten tendenziell
auf eine Nutzung als Wohnräume, wenngleich andere Nutzungsformen
grundsätzlich nicht auszuschließen sind.
Innerhalb des Messgebietes sind keine größeren Hofareale
mit ausreichender Klarheit erkennbar, wie dies für andere Insulae
typisch ist. Allenfalls könnten Teile im Westen in einigen
Nutzungsphasen als solche verwendet worden sein. Möglicherweise
sind durch tief reichende Fundamente jüngerer Bauphasen ehemalige
Hofbereiche geteilt worden und dadurch in den Daten nicht erkennbar.
Eine weiter gehende Interpretation der Bauentwicklung und funktionellen
Interpretation einzelner Gebäudeteile ist archäologischen
Untersuchungen vorbehalten.
Literatur
Literatur, Pläne, Unterlagen
[1] Fruhwirth, R.K., Kogler, A., Schmöller, R., Rieger, R.,
Stummer, P., Fischer, L. (1995): Aufbau eines Center of Competence
für Bodenradartechnik, Forschungsbericht gefördert durch
das Bundesministerium für Wissenschaft und Forschung, Joanneum
Research.
[2] Fruhwirth, R.K., Fuchs, G., Morawetz, R., Schreilechner, M.
(2000): Radarmessung Flavia Solva. Zwischenbericht, Joanneum Research.
[3] Fuchs, G. (1981): Die römerzeitlichen Gräberfelder
von Flavia Solva. Ungedr. Dissertation Univ. Graz, Planbeilagen.
[4] Hebert, B., Kainz, I. (1991): Denkmalschutz für eine Römerstadt:
Flavia Solva. Österreichische Zeitschrift für Kunst- und
Denkmalpflege, Wien, 197 – 201.
[5] Hudeczek, E. (1989): Flavia Solva. Sprechende Steine, 3, Sondernummer,
Leibnitz.
[6] Groh, S., Neubauer, W., Eder-Hinterleitner, A. (1999): A Resitivity
Survey to Locate the Forum of the Roman Town Flavia Solva (Austria).
In: J.W.E. Fassbinder & W.E. Irlinger (eds), Archaeological
Prospection. Arbeitshefte des Bayerischen Landesamtes für Denkmalpflege,
108, München, 38 – 39.
[7] Kainz, I. (1990): Applications of GIS in Archaeology in the
Province of Styria. GIS/LIS Technical Papers, ACSM-ASPRS Annual
convention, vol. 3, Bethesda, 323 – 327.
Anschrift der Verfasser:
DI Dr. Rudolf K. Fruhwirth
Joanneum Research, Institut für Angewandte Geophysik
Roseggerstr. 17, A-8700 Leoben
Tel. +43-3842-47060-2236
Email:
rudolf.fruhwirth@joanneum.at
Internet: www.joanneum.at
Ing. Rainer Morawetz
Joanneum Research, Institut für Angewandte Geophysik
Roseggerstr. 17, A-8700 Leoben
Tel. +43-3842-47060-2261
Email:
rainer.morawetz@joanneum.at
Internet: www.joanneum.at
Dr. Gerald Fuchs, ARGIS Archäologie Service
A – 8114 Kleinstübing 56
Tel. +43-3127-28633
Email: office@argis.at
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Abb. 5:
Flavia Solva: Time Slice für den Tiefenbereich 16 ns. Es
zeigen sich Mauerzüge, Ausrissgräben und flächenhafte
Elemente.
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Abb. 6: Isometrische Darstellung
des rekonstruierten Gebäudegrundrisses |
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