Figueiredo, A. - SIgs

Os Sistemas de Informação Geográfica como ferramenta para a compreensão das estações arqueológicas: Análises intra e inter-site Alexandra Figueiredo Instituto Politécnico de Tomar Departamento de Território, Arqueologia e Património alexfiga@ipt.pt

Resumo Os usos dos sistemas de informação geográfica em arqueologia são importantes ferramentas que nos auxiliam na interpretação dos vestígios.

Partindo desta prática pretendemos, com este artigo, explicar resumidamente e de um ponto de vista pedagógico, a metodologia a usar e as técnicas a ter em conta para o geoprocessamento de dados digitais e exposição das informações num sistema de análise geográfico.

1.

INTRODUCÃO

As novas tecnologias de informação aplicadas à arqueologia abarcam toda uma série de sistemas de análise relacionadas com as aplicações informáticas.

Estes mecanismos que em todas as sociedades se vão gradualmente difundindo, em maior ou menor escala, conduzem a alterações no modo de produzir e apresentar os dados (Figueiredo, A. et alli 2009).

As diferentes ferramentas de análise, onde integramos os modernos Sistemas de Informação Geográfica, quer desenvolvidos em softwares privados ou opensource 1, têm progressivamente alcançado as ciências humanas, criando uma relação interdisciplinar bastante coesa. O seu papel potenciador de análise é um dos principais factores do seu uso em Arqueologia (Figueiredo, 2007).

2.

OS SISTEMAS DE INFORMAÇÃO GEOGRÁFICA: O QUE SÃO?

Segundo a empresa ESRI, que lidera o mercado neste meio, um SIG é um conjunto de quatro componentes básicas (E.S.R.I. 1995): • o hardware é o conjunto de dispositivos físicos e mecânicos de um computador, com capacidade suficiente para o processamento de dados e de armazenamento.

• o software é um conjunto de operações e procedimentos que podem ser aplicados a determinado problema. São constituídos por programas onde uma sequência de instruções é seguida e redireccionada para um determinado fim ou informação. Esta sequência de instruções é sempre lógica e realizada na linguagem do computador, sendo interpretada e executada pelo dispositivo a quem é dado as instruções.

Os dispositivos são circuitos complexos compostos por um processador e destinam-se essencialmente ao processamento de dados.

• os dados geográficos são informações, designadas por atributos alfanuméricos computorizados que, ao serem introduzidos, se dispõem numa superfície referenciada geograficamente, podendo consistir elementos de varias categorias ou formatos.

• o operador humano é o indivíduo que irá actuar com o programa através do hardware disponível para o efeito. No software, ele inserirá os dados espaciais e os relacionará com os dados descritivos 1

Exemplo de software SIG em opensource são os: P.MAPPER; MAPSERVER; OPENJUMP; QGIS; GRASS, etc.

(tabulares), que traduzem as informações descritivas dos primeiros. A associação destes elementos permitirá ao utilizador a resolução ou esclarecimento de determinada questão ou problema.

Desta forma, se percebe que a característica básica de um SIG é ter a capacidade de relacionar objectos geográficos no espaço. Esta estrutura de relação denomina-se de topologia. É formado por um interface com o utilizador, por unidades de entrada, por uma integração de dados, por funções de processamento de gráficos e imagens e ainda por um banco de dados que descrevem cada um dos objectos espaciais (Paredes, 1994). Estes dados alfanuméricos são georreferenciados por meio de um SGBDR (sistema de gestão de bases de dados relacional).

Em termos práticos, os SIGs possuem dois padrões de representação: o formato vectorial e o raster. Utilizando um módulo do próprio SIG, estes dois sistemas podem ser convertidos num para o outro. O tipo de análise que se pretende deve estar de acordo com o tipo de especificidades que cada um possui. É portanto compreensível que a criação de modelos envolve a caracterização destas entidades de maneira a representá-las graficamente.

No formato vectorial, o mundo real é adaptado a três formas geométricas bases: os pontos que descrevem locais, as linhas que apresentam limites e os polígonos que sugerem áreas. Assim, os objectos e as estações arqueológicas deverão ser representadas por pontos; as curvas de nível, limites de estruturas, ruas ou fronteiras por linhas; e as áreas ou zonas de actividade, buracos de poste, rochas ou esteios que perfazem as estruturas por polígonos.

Cada ponto de um vector é codificado pelas informações espaciais (X e Y) de acordo com o sistema de coordenadas preestabelecido (UTM, GAUSS, etc.). São os vários pontos unidos que formam as estruturas geométricas das linhas e das áreas. A referência destes elementos é feita por intermédio de um código que fará a ligação da entidade do modelo geográfico (base cartográfica) com os seus atributos na base de dados. A visualização de um arquivo vectorial de um SIG é realizada através de uma planta ou mapa. Já os atributos de cada feição são armazenados mediante o programa de banco de dados relacional (SGBDR), normalmente dispostos por tabelas.

Neste sentido, cada estrutura é constituída por um conjunto de vértices que possuirá os seus atributos espaciais.

Este conjunto agrega informação topológica que o distingue dos demais elementos. A informação descritiva de cada elemento deverá ser guardada numa GEOdatabase.

A segunda forma de representação dos dados espaciais é conhecida por raster. Um raster corresponde a uma matriz de células, isto é, a um conjunto de pixéis. Nessa matriz, as linhas e colunas representam as posições das coordenadas X e Y respectivamente, podendo guardar também as informações da altitude, definida por Z. Uma das maiores capacidades do SIG é o geoprocessamento. Este é caracterizado pelo conjunto de técnicas computacionais relacionadas com a aquisição, armazenamento e tratamento de informações espaciais ou georeferenciadas.

3.

A TÉCNICA

Actualmente é incompreensível não se recorrer à construção de um SIG 2 em todo o tipo de estudos que envolvam a realização de inputs e/ou outputs de natureza cartográfica. Ele surge como a ferramenta mais eficaz para isolar, descrever relações espaciais e elaborar modelos estatísticos de análise.

O espaço é o factor cenário, onde se desenvolvem os vários comportamentos humanos. Às descrições geográficas e geológicas juntam-se, cada vez mais, análises que associam o meio e o homem, numa inter-relação entre cultura, sociedade e espaço… entre sistemas de pensamento, formações socio-económicas e paisagem. Os comportamentos são pensados e perpetuados, inscritos numa linguagem de código que podem ser convertidos em números. As entidades físicas (características do solo, geologia, hidrografia, estruturas, entre outros) são correlacionadas com os vestígios arqueológicos (objectos, organização espacial, deposições simbólicas, relações intra e inter-sites) permitindo percepcionar os padrões de comportamento. Os SIGs permitem aceder a essa linguagem, contribuindo para uma melhor conjugação entre os diferentes elementos em análise.

Qualquer caso em estudo deverá, por isso, possuir vários elementos ou layers, geográficas e descritivas, que se conjugam entre si, formando mapas de informação. Nos nossos registos é importante distinguir 3 grupos de dados, que designamos de nível-base; data-arqueológica; e de conjugação.  Um exemplo claro de uma base para uma aplicação SIG é o tratamento e uso de imagens de satélite, ortofotomapas ou fotografias aéreas associadas a uma exposição de camadas dos serviços de cadastro das mais diversas temáticas (hidrografia, geomorfologia, etc.), com os vários níveis vectorizados, como é o caso das curvas de nível das cartas militares ou alguns levantamentos topográficos específicos da zona de implantação das estações arqueológicas, enquadrando espacialmente os registos arqueológicos, descrevendo as características do meio, das condições de implantação e da paisagem envolvente.  O grupo de informação data-arqueológica, refere-se essencialmente a conteúdos arquegráficos com informações geo-espaciais dos dados, isto é, corresponde a informação que congrega os vários níveis 2

Um Sistema de Informação Geográfica é uma estrutura informática, que combina um conjunto de elementos, que permitem ao utilizador guardar, processar, manipular, analisar, mapear e visualizar dados dispostos numa superfície espacial georreferenciada.

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de dados procedentes dos trabalhos de campo (prospecção ou escavação) ou de gabinete (inventário de dados com categorias geográficas), dependendo dos trabalhos que queiramos desenvolver ou registar.

Neste nível de dados devemos considerar o levantamentos de coordenadas das estações com tecnologia GPS ou os levantamentos espaciais (X, Y, Z), com o uso de estação total, dos objectos e estruturas observadas durante uma escavação ou ainda, sendo de salientar a importância do seu uso, a vectorização e georreferenciação das estruturas registadas em fotografia digital. É com a conjugação destes elementos, numa espécie de reconstituição bi-dimensional dos dados que podemos aferir padrões e comportamentos despercebidos em campo. Esta acção conduz-nos ao nível seguinte.  Os dados de conjugação não são mais do que layers de associação ou resultado das diferentes interligações geo-processadas no sistema, como é o caso de níveis de contextos de análise ou outro equação ou pesquisa realizada, que ao ser desenvolvida resulte numa nova shape.

Todos estes elementos formam o nosso campo de estudo, em que os produtos criados são traduzidos como ficheiros digitais (mapas, gráficos, tabelas e relatórios convencionais). Estas informações podem ser visualizadas através de mapas, imagens, banco de dados, textos e fotos, activados por botões e ferramentas adicionais.

Assim, conceitos como auto-correlação espacial, buffering (áreas de influência), análises de visibilidade e de pendentes ou overlay (sobreposição de diferentes coberturas geográficas, criando novas coberturas) são operações características dos SIGs e elementares para uma compreensão mais rigorosa da área investigada.

4.

A METODOLOGIA

No estudo de uma paisagem e dos comportamentos que nela tiveram lugar devemos considerar vários níveis de análise ou melhor, várias escalas interpretativas. É neste sentido que consideramos pertinente referir que qualquer SIG deverá pois, permitir entender o conjunto de dados nos seus diferentes patamares de relação.

Qualquer trabalho arqueológico irá sempre defrontar-se com duas dimensões: a do tempo e a do espaço. São elas que perfazem o tal designado “contexto” tão usado na linguagem arqueológica. Daí que um sistema de análise de dados, que possibilite a conjugação do maior número possível de informações, permita ir mais fundo na questão e percepcionar melhor os acontecimentos.

Também, todos sabemos que o trabalho arqueológico não se prende ao trabalho de campo e que, na realidade, a grande fase interpretativa ocorre posteriormente. Por este mesmo motivo, um bom registo será essencial para uma boa reconstrução da estação arqueológica, em gabinete.

Assim, como ponto de partida de um estudo e para melhor entendermos os diferentes sítios arqueológicos devemos atender a pelo menos duas escalas de análise: a Intra e a Inter-site (assim designados na bibliografia internacional, veja-se por exemplo os últimos volumes publicados que integram as actas do congresso internacional Computers Application in Archaeology) (Posluschny, A.K.Lambers & I. Herzog (eds), 2008; Clark, Jeffrey T. & Emily M. Hagemeister (eds) 2007; Figueiredo, A & Leite Velho, G. (eds) 2007; Ausserer, K.F., Börner, w., Goriany, M. & Karlhuber-Vöckl, L. (eds) 2004).

4.1

Análise inter-site

Uma análise inter-site deve integrar um espaço extenso, como um núcleo, concelho ou região, incluindo várias estações arqueológicas do mesmo tipo crono-funcional. A sua análise permite-nos detectar relações com a paisagem, tipos de solo, áreas geológicas, tipos de assentamento, proximidade a núcleos ou jazidas importantes e naturalmente a sua relação com os rios, com zonas de transumância, com superfícies óptimas de circulação ou bem, com os outros elementos arqueológicos que integram a paisagem, podendo posteriormente a uma análise dos elementos do mesmo tipo, associar outras layers de informação de tipos diferentes, registando num mesmo mapa várias estações funcionais (habitats, necrópoles, etc.), percepcionando o espaço que os envolve e os diferentes comportamentos que ali terão ocorrido.

Estas análises poderão suceder-se, permitindo posteriormente relacionar o espaço analisado com outros espaços ou regiões, no sentido de captar questões mais gerais, numa escala de análise muito mais ampla.

Os dados descritivos das estações, normalmente presentes numa ficha de inventário/prospecção deverão estar inseridos numa base de dados, para que convertidos numa geo-database (que integra os valores espaciais – latitude/longitude ou meridiano/paralelo e as informações caracterizadoras do local - topónimo, período cronológico, descrição, etc.) possam estar associados a cada um dos elementos de nível-base registados no SIG. Os dados espaciais deverão estar todos eles na mesma projecção geográfica, permitindo, assim, a relação dimensional.

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Neste sistema, para além das estações arqueológicas, deverão ser inseridos dados referentes à paisagem, desde hidrografia; geomorfologia; geologia; uso dos solos; fotografias, ortofotos, entre outros, no sentido de permitir análises de relação entre as estações arqueológicas (estudos de visibilidade, distancia/proximidade de recursos, analise da funcionalidade das estações, territórios de exploração, pelo desenvolvimento de buffers e cálculos tempo/distancia, tipos de implantação, etc.) (Figueiredo, 2006).

A conjugação deste tipo de dados permitirá obter a estrutura necessária para o uso das funcionalidades presentes nos modelos preditivos.

4.2

Análise intra-site

No caso do intra-site referimo-nos a uma escala mais reduzida, centrado na estação arqueológica e em todos os dados daí resultantes. Destaca-se num registo mais individual, tratando concretamente de um único local, das estruturas e dos objectos nele encontrados.

Neste sentido os dados deverão, para uma maior facilidade de trabalho dos mesmos, ser georreferenciados atendendo ao sistema de posicionamento criado para o efeito e a onde todos os objectos são coordenados, à semelhança do característico ponto zero. Assim, cada estação deverá possuir a sua própria base de referência geográfica, que de forma mais pormenorizada permita as interpretações de relação interna. Os objectos deverão ser todos eles levantados segundo os três pontos: X (eixo de referência este-oeste), Y (eixo de medida sul-norte) e Z (eixo de profundidade). Sempre que possível, o levantamento deverá ser realizado por uma estação total, que minimiza qualquer erro humano de medida.

Ao valor espacial dos objectos podemos associar outros elementos descritivos referentes ao contexto percepcionado em campo ou à própria descrição do objecto, que poderá ser posteriormente completada, em gabinete, na base de dados desenvolvida e inter-relacionada com o SIG. A exposição dos dados arqueológicos deverá assentar no nível-base que integre o levantamento topográfico de pormenor, os desenhos realizados e as fotografias digitais retiradas. Estes elementos deverão também ser georeferenciados ao mesmo sistema e vectorizados, transformando imagens e informações raster em dados vectoriais. A vectorização de fotografias digitais geo-referenciadas apresenta um grau de eficiência e rapidez extraordinária, possibilitando rentabilizar o tempo em campo, pela não utilização do registo manual dos desenhos, sempre tão morosos e nada precisos. Para a realização desta técnica, muito produtiva, é somente necessário, que as fotografias sejam tiradas na vertical e que no espaço fotografado existam 3 a 5 pontos coordenados. Já em gabinete, essa fotografia é inserida como imagem raster no SIG e georreferenciada por esses pontos, sendo colocada pelo sistema na posição espacial a que pertence na estação arqueológica. Após a georreferenciação, as estruturas e todos os elementos verificados são vectorizados, materializando-se espacialmente. A cada um destes elementos poder-se-à também dar um valor de Z, sendo este salientado no mapa, sempre que o desejarmos.

Com o auxílio de outras ferramentas todo este sistema bidimensional pode ser transferido para um tridimensional, ao somar-se o valor de Z à realidade espacial. Esta possibilidade pode já ser encontrada em alguns softwares de SIG, como é o caso da funcionalidade ArcScene, do ArcGis da ESRI. Desta forma, facilmente a estação estará reconstruída em gabinete, permitindo percepcionar as relações entre objectos, entre estruturas e unidades estratigráficas, entre as unidades estratigráficas e objectos, ou entre estruturas e objectos, tentando entender os diferentes acontecimentos e deposições de forma individual e depois no seu conjunto; indo desde o pormenor e desenvolvendo vários zooms-outs até chegar à estação na sua totalidade.

5.

ANÁLISE INTER E INTRA-SITE: ALGUNS PONTOS EM OBSERVAÇÃO

O uso dos SIGs começa a generalizar-se nas interpretações arqueológicas. No entanto, torna-se necessário saber até que ponto eles podem ser usados como ferramentas de análise no estudo de sítios, pois os mesmos não se prendem pelo mapeamento bidimensional de dados, quer nos estejamos a referir a uma projecção espacial x-y, quer a uma representação estratigráfica y-z ou x-z. A sua importância reside essencialmente na capacidade que detêm de, pelas relações estabelecidas entre os vários níveis de dados, encontrar processos e respostas interpretativas.

A associação dos elementos alfanuméricos à base cartográfica geo-espacial permite o desenvolvimento de várias pesquisas e uma facilidade extraordinária na exposição e associação desses dados a novos interfaces, podendo os mesmos, por exemplo, no caso de objectos recolhidos numa escavação, estar expostos num sistema x-y e num y-z ou x-z, conjugando elementos espaciais e temporais, pela interpretação das unidades estratigráficas, sobre um levantamento de perfil. Uma análise detalhada e espacial de um perfil e dos objectos que o integra, sobretudo se se apresentar perturbado ou alterado, será muito importante na compreensão da distribuição dos mesmos e na captação dos diferentes momentos ou deposições humanas.

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A maior parte dos programas inclui já módulos de visualização 3D, ainda que traduzidos num ambiente precário, tendo-se tornado rotina a projecção de dados geográficos neste tipo de visualização para uma melhor interpretação dos mesmos. Aqui, através de uma ferramenta, que os mais recentes SIGs nos oferecem, podemos conjugar as dimensões de x,y e z num só espaço, reconstruindo o sítio arqueológico ou a região onde estes se integram. Em alguns sistemas é-nos mesmo permitido construir animações para uma melhor apresentação.

No entanto, de um ponto de vista computacional, existem certos problemas a resolver, quer no que diz respeito à representação de elementos que apresentam certos níveis de abstracção, quer de estudos de localização móvel, como é o caso de aplicações de dados, por exemplo, astronómicos. Também ainda não está claro a possibilidade de uso de bases de dados geo-temporais que permitam de forma mais eficaz a compreensão dos comportamentos ao longo do tempo. Estas análises só são possíveis nos SIGs após um desdobramento dos dados. A aplicação de estudos de SIG de investigação arqueológica a análises estratigráficas ainda não é muito comum, pelo que à medida que forem sendo usados, acredito que novas ferramentas sejam incluídas nos programas que permitam uma aplicação mais eficiente nas reconstruções temporais. E quem sabe com o uso da inteligência artificial ou com novas aplicações de modelos preditivos reconstruir (em probabilidades) as alterações naturais ou humanas de que os sítios foram alvo, dando-nos a indicação das posições originais dos dados exumados em escavações já muito danificadas e mal preservadas.

6.

BIBLIOGRAFIA

Ausserer, K.F., Börner, w., Goriany, M. & Karlhuber-Vöckl, L. (eds) 2004. Enter the Past. The E-way into the four Dimensions of Cultural Heritage. CAA 2003, Computer Applications and Quantitative Methods in Archaeology. BAR International Series 1227, Archaeopress, Oxford.

Clark, Jeffrey T. & Emily M. Hagemeister (eds) 2007. Digital Discovery. Exploring New Frontiers in Human Heritage. CAA2006. Computer Applications and Quantitative Methods in Archaeology. Archaeolingua, Budapest E.S.R.I. (1995) – GIS in K-12 Education, White Papers, Environmental Systems, Research Institute (E.S.R.I.): Redlands, Ca, USA Figueiredo, A. 2006. Complexo megalítico de Rego da Murta. Pré-História recente do Alto Ribatejo (IV-IIº milénio a.C.): Problemáticas e Interrogações, dissertação de doutoramento em Arqueologia e Pré-História, Universidade do Porto, Faculdade de Letras. 2006 Figueiredo, A. 2007. “Os sistemas de informação geográfica na análise de sítios arqueológicos: o caso do Complexo Megalítico de Rego da Murta (Alvaiázere)”, Actas do V Congresso do CAAPortugal2007: A Arqueologia e Património: Algoritmos com História (Figueiredo, A. & Alexandrino, A. eds.), Leiria Figueiredo, A. & Kamersman, H. (eds) 2009. C04: Technology and Methodology for Archaeological Practice: Practical applications for the past reconstruction, Proceedings of Comisson 4, UISPP, Linbon. BAR Figueiredo, A & Leite Velho, G. (eds) 2007. The world is in your eyes - Proceedings of the XXXIII Computer Applications in Archaeology Conference: Tomar March 2005, CAAPortugal, Tomar.

Paredes, E. A., 1994 - Sistema de Informação Geográfica - Princípios e aplicações (Geoprocessamento). São Paulo, Érica Posluschny, A., K. Lambers & I. Herzog (eds), 2008. Layers of Perception. Proceedings of the 35th International Conference on Computer Applications and Quantitative Methods in Archaeology (CAA), Berlin, Germany, April 2–6, 2007. Kolloquien zur Vor- und Frühgeschichte, Vol. 10. Dr. Rudolf Habelt GmbH, Bonn.

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