ΑΚΡΩΝΥΜΙΟ ΠΡΟΤΑΣΗΣ

EKATY

Τίτλος (Ελληνικά)

Καινοτόμος απεικόνιση υπεδάφους αρχαιολογικών χώρων και εσωτερικού δομικών στοιχείων μνημείων στις 3 και 4 διαστάσεις

Τίτλος (Αγγλικά)

Innovative imaging of the subsurface of archaeological sites and the interior of structural elements of monuments in 3 and 4 Dimensions.

ΠΕΡΙΛΗΨΗ ΠΡΟΤΑΣΗΣ

Το έργο στοχεύει στην ανάπτυξη καινοτόμων μεθόδων, οργάνων και μεθοδολογικών πρωτοκόλλων στον εντοπισμό, την απεικόνιση και τη χαρτογράφηση, αφ' ενός  θαμμένων αρχαιοτήτων και ιδιαίτερα των επιχωμένων σε τύμβους, αφ' ετέρου αστοχιών και υγρασίας σε δομικά στοιχεία μνημείων.
Το πρόβλημα της ενδοσκόπησης τύμβων με σκοπό να επακολουθήσει στοχευμένη (περιορισμένη στο χώρο) ανασκαφή θα αντιμετωπισθεί με ανάπτυξη πολυμεθοδικής τομογραφίας (ηλεκτρική, σεισμικής, μιονικής τομογραφίας συνδυασμένης με βαρυτική διασκόπηση). Έτσι, θα διασφαλίζεται η ακεραιότητα των τύμβων που αποτελούν καθ' εαυτοί σημαντικά αρχαία μνημεία. Είναι δε χιλιάδες στην Ελληνική επικράτεια και απαντώνται παντού στον κόσμο. Θα κατασκευαστεί διάταξη ανιχνευτών μιονίων και θα αναπτυχθούν για το συγκεκριμένο στόχο οι γεωφυσικές τομογραφίες που θα χρησιμοποιηθούν.
Θα βελτιωθούν οι υπάρχοντες αλγόριθμοι μείξης εικόνων και θα αναπτυχθούν μεθοδολογικά και προγραμματιστικά νέοι αλγόριθμοι συγχώνευσης της πληροφορίας, η οποία προέρχεται από διαφόρων ειδών δεδομένα. Σκοπός είναι να παράγονται τελικές εικόνες του υπεδάφους που θα προσομοιάζουν στην κάτοψη των αποκαλυμμένων ερειπίων που θα σχεδιαζόταν αν είχε γίνει ανασκαφή.
Θα αναπτυχθεί η διαχρονική ηλεκτρική τομογραφία και διασκόπηση με ραντάρ υπεδάφους (GPR) με σκοπό την παρακολούθηση της χρονικής και χωρικής εξέλιξης αστοχιών και περιεχομένου σε υγρασία δομικών στοιχείων αρχαίων. Θα αναπτυχτούν οι σχετικές διατάξεις μέτρησης και θα θεσπιστεί πρωτόκολλο για τη σχετική διαδικασία.

PROPOSAL ABSTRACT

The project aims to develop innovative methods, instruments and methodological protocols in for the detection, imaging and mapping of buried antiquities. The detection of structures under the tumuli is specifically addressed. Further, monitoring of the development of failures and moisture impregnation in the structural elements of monuments will be treated. 
Polymetodological tomography will be developed to investigate the interior of tumuli (electrical resistivity and seismic tomography, muography and gravity prospecting). The target is to focus the forecoming excavations in order preserve the integrity of the tumuli since they comprise by themselves monuments of the mast human activity. 
The existing image fusion algorithms will be improved and new ones will be developed to cope with various kinds of data aiming to map the buried antiquities. The aim is to produce images resembling the ground view that could be possibly drawn if excavation is carried out in the future.
Time lapse electrical resistivity tomography algorithms will be developed in order to monitor failures and impregnating moisture within the structural elements of monuments. It will be combined with Ground Penetrating Radar data.

Ποιες αναγκαιότητες θεμελίωσαν το ΕΚΑΤΥ

Α. Η στοχευμένη ανασκαφή τύμβων με σκοπό την αποκάλυψη των επιχωμένων αρχαίων τάφων και κατασκευών θα βοηθήσει σημαντικά στο να αποτραπεί η καταστροφή των μνημείων αυτών, μεγάλος αριθμός των οποίων διατηρούνται μέχρι τις ημέρες μας σχεδόν ανέπαφα. Σημειωτέον δε ότι τα μνημεία αυτά είναι χιλιάδες στην Ελληνική επικράτεια, αλλά και στις όμορες χώρες, ενώ είναι μάρτυρες πολυάριθμων πολιτισμών σε όλη τη Γη και σε όλες τις εποχές. Με τον τρόπο αυτό θα μπορέσει να γίνει οικονομία μέσων, πόρων και χρόνου στις σχετικές ανασκαφικές έρευνες. Είναι δε γνωστό ότι τα ευρήματα στους τύμβους είναι συνήθως σημαντικά για την γνώση του παρελθόντος και τη συμπλήρωση της Ιστορίας, πράγμα το οποίο είναι ανεκτίμητο. Από μια όμως άλλη οπτική γωνία αποτελούν σημαντικούς πόλους έλξης επισκεπτών (π.χ. ευρήματα βασιλικών τάφων Βεργίνας, τάφων Μικρής Δοξιπάρας-Ζώνης Έβρου, κ.α.) πράγμα που αυξάνει το τουριστικό δυναμικό της χώρας.

B. Τα αποτελέσματα της έρευνας αυτής αναμένεται να συμβάλουν, στην επιτάχυνση της αρχαιολογικής έρευνας, την επισήμανση νέων άγνωστων πιθανών αρχαιολογικών χώρων και την δημιουργία της απαραίτητης τεχνογνωσίας για την ενσωμάτωση επιπλέον δεδομένων που ενδέχεται να γίνουν διαθέσιμα στο μέλλον. H τεχνογνωσία που θα αναπτυχθεί από την επικείμενη έρευνα εκτός της αρχαιολογίας, έχει δυνητική χρησιμότητα σε περιβαλλοντολογικές και χωροταξικές εφαρμογές καθώς επίσης και σε προβλήματα φυσικών καταστροφών. Οι διαδικασίες που θα τυποποιηθούν καθώς επίσης και το λογισμικό που θα παραχθεί ως τελικό προϊόν θα επικουρήσει την αρχαιολογική έρευνα προσφέροντας εικόνα των θαμμένων αρχαίων αρχιτεκτονικών λειψάνων ή των θαμμένων κατασκευών σε μια περιοχή. Συνεπώς η εφαρμογή ή χρήση των νέων προϊόντων θα έχει ως αποτέλεσμά την πληρέστερη σχεδίαση των ανασκαφών, τη συμπλήρωση των ανασκαφικών δεδομένων και την επιτάχυνση της έρευνας. Με βάση το αποτέλεσμα των συγχωνευμένων από αέρος εικόνων και της γεωφυσικής διασκόπησης, η ανασκαφική έρευνα θα μπορεί να κατευθυνθεί επιλεκτικά. Επιπλέον, τα όποια συμπεράσματα από την αρχική αυτή και στοχευμένη ανασκαφική έρευνα, θα μπορούν να προεκτείνονται στη συνέχεια σε πολύ μεγάλες περιοχές, που θα έχει καλύψει η γεωφυσική διασκόπηση.

Γ. Τα διαγνωστικά εργαλεία για την ακεραιότητα των μνημείων που θα παραχθούν θα μπορούν να δώσουν στοιχεία για την εξέλιξη πιθανών αστοχιών (ρωγματώσεων, μετατοπίσεων, ασταθειών, κλπ), καθώς και για την είσοδο υγρασίας, μέσα στα δομικά στοιχεία με ένα πλήρως μη καταστροφικό τρόπο. Το γεγονός αυτό θα οδηγήσει σε έγκαιρη διάγνωση και αξιολόγηση των πιθανών επιπτώσεων των φαινομένων αυτών και συνακόλουθα στην έγκαιρη, σωστή και αποτελεσματική αντιμετώπισή τους. Έτσι, θα προληφθούν πιθανές καταστροφές στα μνημεία, η επανόρθωση των οποίων, αν δεν είναι δυνατή, θα είναι πολύ δαπανηρή και χρονοβόρα. Γενικά, τα εργαλεία που θα αναπτυχθούν, είτε πρόκειται για πρωτόκολλα , διαδικασίες, προσεγγίσεις, είτε για λογισμικά, θα οδηγήσουν σε παρεμβάσεις που θα γίνονται σε πολύ σύντομο χρονικό διάστημα και με μικρό κόστος. Υπό κατάλληλες συνθήκες, θα είναι δυνατή και η διερεύνηση πάρα πολύ μεγάλων εκτάσεων. Τα προϊόντα που θα παραχθούν θα μπορούν να εφαρμοστούν και για την επίλυση προβλημάτων που αφορούν κινδύνους που απειλούν την αρχαιολογική κληρονομιά όπως μελέτη των συνθηκών έδρασης των μνημείων, καθορισμός των υδάτινων γραμμών ροής που διαπερνούν αρχαιολογικούς χώρους, κ.α. Οι συμμετέχουσες ΜΜΕ θα αποκτήσουν νέα τεχνολογικά εργαλεία για διεξαγωγή ερευνών, πράγμα που θα αυξήσει την παρουσία τους στη συγκεκριμένη αγορά τόσο στην Ελλάδα όσο και στο εξωτερικό. Επιπλέον θα τους δώσει ένα χώρο ανάπτυξης και δημιουργίας θέσεων εργασίας νέων, εξειδικευμένων επιστημόνων.

Ερευνητικά ενδιαφέροντα και εμπειρία των συνεργαζόμενων φορέων

Το Εργαστήριο Εφαρμοσμένης Γεωφυσικής (ΕΕΓ) του ΑΠΘ έχει τριακονταενταετή πείρα σε βασική και εφαρμοσμένη έρευνα συντονίζοντας ή συμμετέχοντας σε μεγάλα διεθνή και εθνικά προγράμματα. Τα κύρια ενδιαφέροντα του ΕΕΤ είναι η ανάπτυξη γεωφυσικών μεθόδων, μαθηματικών αλγορίθμων και λογισμικού, εντοπισμού και απεικόνισης θαμμένων αρχαιοτήτων, οι σχετικές πλευρές της θεωρίας πεδίων και της θεωρίας αντιστροφής, η ανάπτυξη νέων μεθόδων μείξης εικόνων για την παραγωγή πιο λεπτομερών και πιο φερέγγυων απεικονίσεων του υπεδάφους. Το ΕΕΓ έχει επανειλημμένες διεθνείς βραβεύσεις (http://geophysics.geo.auth.gr/ApplGeo/documents/awards.html).  Η ερευνητική δραστηριότητα αιχμής και η απήχηση του ΕΕΓ τεκμαίρεται από τον αριθμό και την ποιότητα των δημοσιεύσεων στα πλέον έγκυρα διεθνή περιοδικά (http://geophysics.geo.auth.gr/ApplGeo/documents/publications.html) και από το γεγονός ότι ο διευθυντής του είναι αντιπρόεδρος της διεθνούς ένωσης ISAP (International Society for Archaeological Prospection). Το ΕΕΓ εξερεύνησε σημαντικούς αρχαιολογικούς χώρους (Ακρόπολη, κέντρο Αθηνών και Πειραιά, Πρωτάτο, Βεργίνα, Δίον, λόφος «Καστά» στην Αμφίπολη, Ήλιδα, Ακρωτήρι Σαντορίνης, Αιανή, Σπάρτη, Θήβα, Μαραθώνας και 330 περίπου άλλες θέσεις. Έχει πραγματοποιήσει επίσης διασκοπήσεις στην Ιταλία, την Ισπανία, την Αίγυπτο, την Κύπρο, την Ιορδανία, το Κουβέιτ και τη Ρωσία.

Το Εργαστήριο Κατασκευής και Ελέγχου Ανιχνευτών ακτινοβολίας, και ειδικότερα ανιχνευτών μιονίων ανήκει στο Εργαστήριο Πυρηνικής και Σωματιδιακής Φυσικής του ΑΠΘ. Δημιουργήθηκε το 1995 με στόχο να συμμετέχει στο Πείραμα ATLAS του CERN. Την περίοδο 1997-2007 το Εργαστήριο κατασκεύασε, σε ειδικά διαμορφωμένο και εξοπλισμένο χώρο ελεγχόμενων συνθηκών (Clean Room) το 10% του μιονικού φασματομέτρου του ATLAS (συνολικής έκτασης 5500 m2), που συνίσταται από αναλογικούς θαλάμους Monitoring Drift Tubes (MDTs), μεγέθους 2 x 1 x 0.3 m3 και με ακρίβεια στην κατασκευή μερικών μm. Σήμερα το Εργαστήριο συμμετέχει στην αναβάθμιση του εμπρόσθιου Τμήματος του μιονικού φασματομέτρου του ATLAS (New Small Wheel -NSW) με την κατασκευή ανιχνευτών μιονίων τεχνολογίας MicroMegas: Micro Mesh Gaseous detectors (MM). Η τεχνολογία των micromegas έχει πρόσφατα χρησιμοποιηθεί με επιτυχία σε μετρήσεις πεδίου και συγκεκριμένα στην αποτύπωση του εσωτερικού της πυραμίδας του Khudu (Nature, 2017 Morishima, K. et al). Το Εργαστήριο έχει περάσει τους απαιτούμενους ελέγχους από το CERN και το πείραμα ATLAS για την μέθοδο κατασκευής των ανιχνευτών ΜΜ και την εξειδίκευση του προσωπικού που διαθέτει και έχει ξεκινήσει με επιτυχία την κατασκευή και τον αρχικό έλεγχο των πρώτων ανιχνευτών ΜΜ για το πείραμα. Το όλο έργο θα πρέπει να έχει ολοκληρωθεί μέχρι το τέλος του 2018. Το Εργαστήριο διαθέτει χώρο ελεγχόμενων συνθηκών πλήρως εξοπλισμένο για τις κατασκευές, συστήματα ελέγχου της ηλεκτρικής αγωγιμότητας των θαλάμων και της στεγανότητάς του καθώς και σύστημα για την αναγνώριση και καταγραφή της κοσμικής ακτινοβολίας. Παράλληλα το ερευνητικό του δυναμικό έχει εμπειρία στην κατασκευή και τον έλεγχο ανιχνευτών ΜΜ καθώς και στην λήψη και επεξεργασία γεγονότων από κοσμική ακτινοβολία, με ιδιαίτερη συμβολή σε προσομοιώσεις, επεξεργασία και ανάλυση δεδομένων καθώς και σε τεχνικές αναγνώρισης εικόνας με νέες μεθόδους “Νοημοσύνης Μηχανών” (Machine Learning), νευρονικά δίκτυα (Neural Network) κλπ.

Οι συνεργαζόμενοι κρατικοί φορείς είναι καθ’ ύλην αρμόδιες υπηρεσίες του Ελληνικού Κράτους για τη διαχείριση της αρχαιολογικής κληρονομιάς. Συμμετέχουν δε στην πρόταση έξι «Εφορείες Αρχαιοτήτων» της Β. Ελλάδας. Οι ιδιωτικές γεωφυσικές ΜΜ εταιρείες που συμμετέχουν, διαθέτουν σύχρονο εξοπλισμό και τεχνογνωσία που τους διοχετεύθηκε σε μεγάλο βαθμό από το ΑΠΘ, στη μακροχρόνια συνεργασία τους. Διεξάγουν επί δεκαετίες έρευνες με σκοπό την μελέτη και την απεικόνιση του υπεδάφους σε διάφορα πλαίσια. Ο εξοπλισμός του ΕΕΓ και του ΕΑΠΦ του ΑΠΘ, αλλά και των λοιπών συνεργαζόμενων φορέων είναι σύγχρονος και αναφέρεται στα επισυναπτόμενα αρχεία.