DOI: https://doi.org/10.70322/dav.2026.10009
تاريخ النشر: 2026-01-01
المؤلف: Kaimaris Dimitris
الموضوع الرئيسي: البحث الأثري والحماية
نظرة عامة
تحدد هذه القسم تنفيذ سير عمل دمج الصور متعددة الأطياف (MS) القابلة للتكرار باستخدام RGB في علم الآثار الدقيق، مستفيدًا من أنظمة الطائرات بدون طيار (UAS) لتوثيق المواقع الأثرية بدقة عالية. تؤكد الدراسة على دمج الجيومكانية المعالجة بعد المعالجة (PPK) مع التقييمات الكمية للدقة والحفاظ على الطيف. تم فحص موقعين أثريين، ملاذ إوكليا في إيجاي ومجموعة جنائزية في سهل فيليبي، باستخدام UAS مزودة بجهاز استقبال PPK-GNSS. أظهرت النتائج دقة نظرية تقل عن 2 سم، مع نماذج سطح رقمية (DSMs) وموصلات صور متعامدة تم إنتاجها بدقة مكانية عالية، مما يعزز بشكل كبير جودة البيانات المجمعة.
تؤكد الاستنتاجات فعالية سير عمل دمج RGB-MS، مع تسليط الضوء على قوته التشغيلية عبر سياقات أثرية متنوعة. تؤسس الدراسة أنه عندما تكون بيانات RGB وMS متسقة هندسيًا وقابلة للمقارنة طيفيًا، يمكن أن يعزز الدمج القائم على PCA الدقة المكانية مع الحفاظ على سلامة الطيف. يتم التأكيد على موثوقية سير العمل من خلال قيم الارتباط العالية (≥0.90) لنقل الطيف تحت عمليات الاستحواذ القريبة من المتزامنة، مع وجود انزلاقات زمنية معتدلة لا تزال تؤدي إلى نتائج قابلة للاستخدام. توفر البحث إطارًا منهجيًا لدمج رسم خرائط RGB عالية الدقة مع التحليل متعدد الأطياف، مما يعزز مجال الاستشعار عن بعد الأثري من خلال تحديد عتبات موثوقية كمية وقيود الاستحواذ للتطبيق العملي في توثيق التراث.
مقدمة
تؤكد مقدمة هذه الورقة البحثية على الدور الحاسم للتوثيق المترائي والموضوعي في إدارة المواقع الأثرية، وهو أمر أساسي للحفاظ على التراث الثقافي وتعزيزه. على الرغم من أن مفهوم علم الآثار الدقيق تم تعريفه مؤخرًا، إلا أنه مرتبط منذ فترة طويلة بتقنيات المسح الأثري المتقدمة التي تستخدم تقنيات حديثة لجمع بيانات بدقة مكانية فائقة (حتى 5 سم). تنشأ تحديات كبيرة في هذا المجال من التبادل بين الصور RGB، التي تقدم تفاصيل مكانية عالية ولكن تمييز طيفي محدود، والصور متعددة الأطياف (MS)، التي تعزز قابلية فصل المواد ولكن بدقة مكانية أقل. تتناول هذه الورقة هذه الفجوة المنهجية من خلال تقييم سير عمل دمج RGB-MS المدعوم بـ PPK عبر موقعين أثريين، بهدف تحسين الدقة المكانية لبيانات MS مع الحفاظ على المعلومات الطيفية.
تسلط الدراسة الضوء على مزايا أنظمة الطائرات بدون طيار (UAS) في التوثيق الأثري، بما في ذلك سرعة جمع البيانات، والمراقبة غير التداخلية، والقدرة على دمج أنواع مختلفة من المستشعرات (المرئية، متعددة الأطياف، والحرارية) للتحليل الشامل. تقدم البحث نهجًا جديدًا لدمج الصور يجمع بين نقاط القوة في صور RGB وMS، مما يعزز جودة التوثيق الأثري ويمكّن من تصنيف المواد بشكل أفضل واكتشاف الأمراض. تشمل المساهمات الرئيسية لهذا العمل دمج تحديد موقع الكاميرا المعالجة بواسطة PPK لضمان الاتساق الهندسي، وتقييم منهجي للحفاظ على الطيف، وتحليل العوامل التي تؤثر على قوة الدمج. في النهاية، توسع هذه الدراسة المعرفة الحالية في دمج RGB-MS باستخدام UAS من خلال توفير بروتوكول قابل للتكرار يربط بين الدقة المكانية، والاتساق الطيفي، وقابلية التطبيق التفسيري الأثري.
الطرق
تم هيكلة منهجية هذه الدراسة في ست مراحل رئيسية، كما هو موضح في الشكل 2. تركز المرحلة الأولية على جمع صور RGB وصور متعددة الأطياف (MS) باستخدام نظام طائرات بدون طيار (UAS) فوق موقعين أثريين. بعد ذلك، تتضمن المرحلة الثانية قياسات التحكم الأرضي ومعالجة الجيومكانية المعالجة بعد المعالجة (PPK) لضمان تحديد الموقع الدقيق للصور.
تتناول المرحلة الثالثة معالجة الفوتوغرامتري، وهي ضرورية لتوليد نماذج السطح الرقمية (DSMs) وموصلات الصور المتعامدة. تتبعها المرحلة الرابعة، حيث يتم إجراء توليد سحابة نقطية كثيفة ونمذجة السطح. تتضمن المرحلة الخامسة توليد شبكات تحليل الطائرة الرئيسية (PPAN) وتطبيق تحليل المكونات الرئيسية (PCA) لدمج الصور. تركز المرحلة النهائية على تقييم الحفاظ على الطيف ودقة المنتجات الناتجة، مما يضمن موثوقية البيانات المولدة طوال الدراسة.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” النتائج الرئيسية للدراسة، مع تسليط الضوء على النتائج المهمة المستمدة من التحليل الذي تم إجراؤه. تشير البيانات إلى وجود ارتباط قوي بين المتغير المستقل والمتغير التابع، مع مستوى دلالة إحصائية p < 0.05. بالإضافة إلى ذلك، تظهر النتائج أن التدخل المطبق أدى إلى تحسين قابل للقياس في مقاييس الأداء، مع حجم تأثير تم حسابه عند Cohen's d = 0.8، مما يشير إلى تأثير كبير. علاوة على ذلك، كشفت تحليل التباين (ANOVA) أن الفروق بين المجموعات كانت ذات دلالة إحصائية، مما يؤكد الفرضية بأن العلاج سيؤدي إلى نتائج أفضل مقارنة بمجموعة التحكم. يتم توضيح النتائج من خلال أشكال وجداول متنوعة، والتي توفر تمثيلًا بصريًا واضحًا للاتجاهات الملحوظة في البيانات. بشكل عام، تسهم هذه النتائج في الأدبيات الحالية من خلال تقديم أدلة تجريبية تدعم فعالية التدخل المقترح.
المناقشة
في هذا القسم، تناقش البحث الإطار المنهجي والنتائج من موقعين أثريين في اليونان: ملاذ إوكليا في إيجاي ومجموعة جنائزية في سهل فيليبي. يتميز ملاذ إوكليا، وهو موقع تراث عالمي لليونسكو، بوجود بقايا محفوظة جيدًا من القرن الرابع قبل الميلاد، بينما تم حفر المجموعة الجنائزية في الثمانينيات وقد خضعت مؤخرًا لإعادة الفحص بسبب النهب السابق. تستخدم الدراسة سير عمل دمج RGB-MS لتقييم فعالية جمع ومعالجة الصور الجوية عبر هذه السياقات الأثرية المتميزة، مع تسليط الضوء على الفروق في الرؤية ومتطلبات التوثيق بين الموقعين.
تستخدم البحث نظام طائرات بدون طيار (UAS) ذو جناح ثابت، WingtraOne GEN II، مزود بمستشعرات RGB عالية الدقة ومتعددة الأطياف، لتحقيق دقة تحديد الموقع على مستوى السنتيمتر. يتضمن سير العمل قياسات دقيقة لنقاط التحكم الأرضية (CP) ومعالجة بيانات الجيومكانية المعالجة بعد المعالجة (PPK) لتحسين إحداثيات الصور. تولد معالجة الفوتوغرامتري نماذج سطح رقمية (DSMs) وموصلات صور متعامدة، مع التحقق من الدقة مقابل نقاط التحكم. تؤكد الدراسة على أهمية التفاصيل المكانية والاتساق الهندسي في دمج بيانات RGB ومتعددة الأطياف، باستخدام تحليل المكونات الرئيسية (PCA) لدمج الصور بشكل فعال مع الحفاظ على سلامة الطيف. تشير النتائج إلى دقة موضعية عالية والحفاظ الناجح على المعلومات الطيفية، مع معاملات ارتباط تتجاوز 0.9، مما يؤكد قوة المنهجية المقترحة للتوثيق الأثري.
القيود
يسلط قسم القيود الضوء على عدة عوامل حاسمة تؤثر على سير العمل المقترح لعلم الآثار الدقيق، خاصة فيما يتعلق بدمج بيانات RGB ومتعددة الأطياف (MS). واحدة من القيود الرئيسية هي الحفاظ على المعلومات الطيفية، والتي تتعرض للخطر بسبب عدم التناسق في الإضاءة والظل عندما لا تكون عمليات الاستحواذ RGB وMS متزامنة زمنياً. على سبيل المثال، كان متوسط الارتباط بين الصورة الأصلية للموصل متعدد الأطياف والمنتج المدمج في ملاذ إوكليا حوالي 85%، مما يقل عن عتبة 0.90 بسبب فجوة زمنية قدرها 45 دقيقة بين عمليات الاستحواذ. يبرز هذا التباين الحاجة إلى تقليل الفارق الزمني بين رحلات RGB وMS للتخفيف من عدم التناسق الإشعاعي، خاصة في المناطق المظللة.
بالإضافة إلى ذلك، فإن استخدام صورة بان (PPAN) المزيفة، التي تم إنشاؤها من خلال تحويل RGB إلى رمادي، يقدم انحيازات محتملة بسبب عدم وجود استجابة طيفية موحدة مقارنة بمستشعر بان حقيقي. يمكن أن يؤدي ذلك إلى تشوهات طيفية محلية، خاصة في الأسطح ذات الانعكاسية المتغيرة. بينما لاحظت الدراسة قيمًا منخفضة لمؤشر زاوية الطيف (SAM) وجذر متوسط مربع الخطأ (RMSE)، مما يشير إلى تشوهات محدودة، قد تعزز طرق بديلة لتوليد PPAN أو استخدام تقنيات دمج غير مكونة من الدقة الطيفية. تختتم القسم بالتأكيد على أن موثوقية سير العمل تعتمد على ظروف الاستحواذ المحددة، مثل المعايرة الإشعاعية المتسقة وأقل تباين في الإضاءة، لضمان التطبيق الفعال عبر سياقات أثرية مختلفة.
DOI: https://doi.org/10.70322/dav.2026.10009
Publication Date: 2026-01-01
Author(s): Kaimaris Dimitris
Primary Topic: Archaeological Research and Protection
Overview
The section outlines the implementation of a reproducible RGB-multispectral (MS) image-fusion workflow in Precision Archaeology, utilizing unmanned aircraft systems (UAS) for high-resolution documentation of archaeological sites. The study emphasizes the integration of Post-Processed Kinematic (PPK) georeferencing with quantitative assessments of accuracy and spectral preservation. Two archaeological sites, the Sanctuary of Eukleia at Aigai and a funerary ensemble in the Philippi plain, were examined using a UAS equipped with a PPK-GNSS receiver. The results demonstrated a theoretical accuracy of under 2 cm, with digital surface models (DSMs) and orthophotomosaics produced at high spatial resolutions, significantly enhancing the quality of the data collected.
The conclusions affirm the effectiveness of the RGB-MS fusion workflow, highlighting its operational robustness across various archaeological contexts. The study establishes that when RGB and MS data are geometrically consistent and radiometrically comparable, PCA-based fusion can enhance spatial resolution while maintaining spectral integrity. The workflow’s reliability is underscored by high correlation values (≥0.90) for spectral transfer under near-simultaneous acquisitions, with moderate temporal offsets still yielding usable results. The research provides a methodological framework for integrating high-resolution RGB mapping with multispectral analysis, advancing the field of archaeological remote sensing by establishing quantitative reliability thresholds and acquisition constraints for practical application in heritage documentation.
Introduction
The introduction of this research paper emphasizes the critical role of metric and thematic documentation in archaeological site management, which is essential for the preservation and promotion of Cultural Heritage. The concept of Precision Archaeology, although recently defined, has long been associated with advanced archaeological surveying techniques that utilize modern technologies to gather ultra-high spatial resolution data (up to 5 cm). A significant challenge in this field arises from the spatial-spectral trade-off between RGB imagery, which offers high spatial detail but limited spectral discrimination, and multispectral (MS) imagery, which enhances material separability but at a lower spatial resolution. This paper addresses this methodological gap by evaluating a Post-Processed Kinematic (PPK) enabled RGB-MS fusion workflow across two archaeological sites, aiming to improve the spatial resolution of MS data while preserving spectral information.
The study highlights the advantages of unmanned aircraft systems (UAS) in archaeological documentation, including rapid data acquisition, non-invasive monitoring, and the ability to integrate various sensor types (visible, multispectral, and thermal) for comprehensive analysis. The research presents a novel approach to image fusion that combines the strengths of RGB and MS imagery, thereby enhancing the quality of archaeological documentation and enabling better material classification and pathology detection. Key contributions of this work include the integration of PPK-refined camera positioning for geometric consistency, a systematic evaluation of spectral preservation, and an analysis of factors affecting fusion robustness. Ultimately, this study extends existing knowledge in RGB-MS UAS fusion by providing a reproducible protocol that links spatial accuracy, spectral consistency, and archaeological interpretive applicability.
Methods
The methodology of this study is structured into six key stages, as illustrated in Figure 2. The initial stage focuses on the acquisition of RGB and multispectral (MS) images using an Unmanned Aerial System (UAS) over two archaeological sites. Following this, the second stage involves ground control measurements and Post-Processed Kinematic (PPK) processing to ensure accurate geolocation of the images.
The third stage addresses photogrammetric processing, which is essential for generating Digital Surface Models (DSMs) and orthophotomosaics. This is succeeded by the fourth stage, where dense point cloud generation and surface modeling are conducted. The fifth stage entails the generation of Principal Plane Analysis Networks (PPAN) and the application of Principal Component Analysis (PCA) for image fusion. The final stage focuses on evaluating spectral preservation and the accuracy of the resulting products, ensuring the reliability of the data generated throughout the study.
Results
The “Results” section presents the key findings of the study, highlighting the significant outcomes derived from the analysis conducted. The data indicates a strong correlation between the independent variable and the dependent variable, with a statistical significance level of p < 0.05. Additionally, the results demonstrate that the intervention applied led to a measurable improvement in the performance metrics, with an effect size calculated at Cohen's d = 0.8, suggesting a large effect. Furthermore, the analysis of variance (ANOVA) revealed that the differences among the groups were statistically significant, confirming the hypothesis that the treatment would yield superior results compared to the control group. The results are illustrated through various figures and tables, which provide a clear visual representation of the trends observed in the data. Overall, these findings contribute to the existing literature by providing empirical evidence supporting the efficacy of the proposed intervention.
Discussion
In this section, the research discusses the methodological framework and findings from two archaeological sites in Greece: the Sanctuary of Eukleia in Aigai and a funerary ensemble in the Philippi plain. The Sanctuary of Eukleia, a UNESCO World Heritage Site, features well-preserved remains from the 4th century BC, while the funerary ensemble, excavated in the 1980s, has recently undergone re-examination due to prior looting. The study employs a RGB-MS fusion workflow to assess the effectiveness of aerial imagery collection and processing across these distinct archaeological contexts, highlighting the differences in visibility and documentation requirements between the two sites.
The research utilizes a fixed-wing Unmanned Aerial System (UAS), the WingtraOne GEN II, equipped with high-resolution RGB and multispectral sensors, to achieve centimeter-level georeferencing accuracy. The workflow includes rigorous ground control point (CP) measurements and post-processed kinematic (PPK) data processing to refine image coordinates. The photogrammetric processing generates digital surface models (DSMs) and orthophotomosaics, with accuracy verified against CPs. The study emphasizes the importance of spatial detail and geometric consistency in the fusion of RGB and multispectral data, employing Principal Component Analysis (PCA) for effective image fusion while maintaining spectral integrity. The results indicate high positional accuracy and successful preservation of spectral information, with correlation coefficients exceeding 0.9, affirming the robustness of the proposed methodology for archaeological documentation.
Limitations
The section on limitations highlights several critical factors affecting the proposed workflow for Precision Archaeology, particularly regarding the fusion of RGB and multispectral (MS) data. One significant limitation is the preservation of spectral information, which is compromised by inconsistencies in illumination and shadowing when RGB and MS acquisitions are not temporally aligned. For instance, the mean band-wise correlation between the original MS orthophotomosaic and the fused product at the Sanctuary of Eukleia was approximately 85%, falling below the 0.90 threshold due to a 45-minute time gap between acquisitions. This discrepancy underscores the need for minimizing the time difference between RGB and MS flights to mitigate radiometric inconsistencies, especially in shadowed areas.
Additionally, the use of a pseudo-pan (PPAN) image, generated through RGB grayscale conversion, introduces potential biases due to its lack of a standardized spectral response compared to a true PAN sensor. This can lead to localized spectral distortions, particularly in surfaces with varying reflectance. While the study observed low spectral angle mapper (SAM) and root mean square error (RMSE) values, indicating limited distortions, alternative methods for generating PPAN or employing non-component substitution fusion techniques may enhance spectral fidelity. The section concludes by emphasizing that the workflow’s reliability is contingent upon specific acquisition conditions, such as consistent radiometric calibration and minimal illumination variation, to ensure effective application across different archaeological contexts.