Computeranwendungen &

Quantitative Methoden in der Archäologie

2. Workshop

der AG CAA

4. – 5.2.2011

 http://www.ag-caa.de

Die AG Computeranwendungen und Quantitative Methoden in der Archäologie (AG CAA) und das Institut für Raumbezogene Informations- und Messtechnik (i3mainz) haben zum 2. CAA-Workshop vom 4.–5.2.2011 in das i3mainz (www.i3mainz.fh-mainz.de) eingeladen. Der Workshop gab allen, die sich mit Computeranwendungen und quantitativen Methoden in der Archäologie beschäftigen, die Möglichkeit, über ihre laufenden Projekte (Abschlussarbeiten, Forschungsprojekte usw.) zu berichten sowie über Methoden und deren (Weiter-)Entwicklung, Grenzen und Ergebnisse, aber auch über Probleme und Fehler zu diskutieren. Die Einladung richtete sich insbesondere an Studierende archäologischer Fachrichtungen.

 Die AG CAA wird auch beim Archäologiekongress in Bremen eine Vortragssektion organisieren. Diese Tagung der Altertumsverbände findet vom 3.–7.10.2011 statt. Schwerpunktthema der AG CAA ist dort die Auswertung von Prospektionsdaten, dieses Thema wurde daher in Mainz nicht behandelt.

Im Rahmen des CAA-Workshops wurden am Samstagnachmittag zwei parallele Schulungen zur Arbeit mit dem frei verfügbaren Geographischen Informationssystem gvSIG angeboten (Grundlagen und Fortgeschrittene, Genaueres siehe unter www.ag-caa.de/workshop2_gvsig.html).

Erstmalig wurde bei diesem Workshop auch ein „best paper award“ vergeben. Zum Preisträger wurde Ilya Shabanov mit dem Vortrag Automatische Analyse neolithischer Keramikprofile von den Veranstaltern gewählt. Der Preis ist eine Einladung zur GfKl-Tagung nach Frankfurt/Main vom 30.8.–2.9.2011 (Unterkunft und Tagungsgebühr).

Programm der Veranstaltung:

Freitag 
4 Februar Titel (Link zur Zusammenfassung)
PDF des Vortrags
13:30 Posluschny / Bruhn
 BEGRÜSSUNG
13:45 Kai-Christian Bruhn
 Archäologische DateninfrastrukturenLink zu academia.edu
14:15 Eckhardt Reusch
 WebGIS-Anwendung für die archäologische Denkmalpflege
reusch.pdf
14:45 Heiko Kräling Die Einführung digitaler Dokumentationsmethoden in der Lübecker Stadtarchäologie
15:15 Jörg Nowotny
 Haithabu - ein Langzeitforschungsprojekt im GIS
15:45
KAFFEE- / TEEPAUSE
16:15 Stefan Printz / Matthias Lang
 ArchGate - integrierte GIS-Datenbanklösung
16:45 Julia Petzak ArchaeoKM als Instrument der Industriearchäologie – Das ‹Schachtofengebäude I›, Muldenhütten als Anwendungsbeispiel für die semantische Modellierung
17:15 Christian Seitz / Holger Altenbach
 Projekt ArchEye – Der Quadrokopter als Auge des Archäologen
17:45 Andreas Marbs et al.
 Lösungsansätze für die wissensgestützte Rekonstruktion des bronzezeitlichen Holztragwerks von Qatnamarbs.pdf
18:15 Anja Cramer / Guido Heinz / Stefanie Wefers
 Die byzantinischen Wassermühlen in Hanghaus 2 von Ephesos / TR – Dokumentation und Analyse mit Hilfe von 3D-Laserscanningcramer-et-al.pdf
18:45
ENDE DES 1. TAGES, anschließend gemeinsamer Kneipenbesuch




Samstag 5 Februar

9:00 Benjamin Geißler
 arkuBiD – Eine archäologisch-kunsthistorische Bild-Datenbank für den Lehrebetriebgeissler.pdf
9:30 Guido Heinz / Allard Mees
 Korrespondenzanalyse und Seriation für jeden Student einfach gemachtheinz-mees.pdf
10:00 Ilya Shabanov Automatische Analyse neolithischer Keramikprofileshabanov.pdf
10:30
KAFFEE- / TEEPAUSE
11:00 Dietrich Stoyan / Thomas Weber Statistische Analyse von Fundstellenverteilungen aufeinander folgender Siedlungsperioden in Mittel- und Westeuropa
11:30 Anne Klammt / Martin U. Steinert Praxisbericht: Chancen und Grenzen der automatisierten Landschaftsklassifikation am Beispiel des Topographic Position Index nach Jennessklammt_steinert.pdf
12:00
Abschlußdiskussion, Mitgliederversammlung AG CAA / Vereinsgründung CAA e.V.
14:00
 Johannes Valenta /Kai-Christian Bruhn
 gvSIG Schulungen
       
Der ursprünglich geplante Vortrag von C. Lemmen ("Global prähistorische Landnutzungsänderungen in einem sozio-technologischen numerischen Modell") musste leider ausfallen!


Zusammenfassungen der Vorträge

Archäologische Dateninfrastrukturen
Kai-Christian Bruhn
Die Bereitstellung und der Austausch digitaler Datenbestände aus archäologischen Forschungsprojekten stellt eine große Herausforderung dar. Das ist insbesondere in der amtlichen Bodendenkmalpflege der Fall, die auf Grundlage der Geodatenzugangsgesetzgebung des Bundes Datenbestände als Geobasisinformationen zur Verfügung stellen soll. Doch auch an die Ergebnisse universitärer und institutioneller archäologischer Forschung werden ähnlichen Anforderungen gestellt: Die Schwerpunktinitiative „Digitale Information“ der Allianz der Deutschen Wissenschaftsorganisationen etwa fordert in ihren kürzlich publizierten „Grundsätze zum Umgang mit Forschungsdaten“ Strukturen, die es ermöglichen „Forschungsprimärdaten zu sammeln, zu archivieren und für eine Weiternutzung bereitzustellen“. Für Datenbestände aus Objektdatenbanken und archäologischen Feldprojekten gibt es entsprechend vielversprechende Ansätze (Arachne, ArcheoInf).
Da bei allen Bemühungen sowohl der Raumbezug archäologischer Daten als auch eine differenzierte Rechteverwaltung zu den Herausforderungen zählen, sollen im ersten Teil des Vortrags die nach dem SOA-Prinzip (Service-Oriented-Architecture) implementierten und von dem OGC (Open Geospatial Consortium) spezifizierten Webdienste vorgestellt werden. Sie bieten auch wegen ihrer weitverbreiteten Nutzung und der offenen und unabhängigen Standardisierung eine breite Palette an Möglichkeiten die genannten Anforderungen zu erfüllen. Sie bilden die Basis der Geodateninfrastruktur des Bundes und sind daher auch für die Realisierung von archäologischen Dateninfrastrukturen geeignet. Die daraus abzuleitenden Anforderungen an die Vorhaltung archäologischer Daten werden im zweiten Vortragsteil thematisiert.
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WebGIS-Anwendung für die archäologische Denkmalpflege
Eckhardt Reusch
Zur Verbesserung der Verwaltungsverfahren sowie zur effizienteren Bearbeitung der fachlichen Aufgabenstellungen im Denkmalamt der Stadt Frankfurt am Main sollten im Rahmen einer Masterarbeit alle zur Aufgabenwahrnehmung notwendigen Datenbestände für die archäologische Denkmalpflege zusammengeführt und unter Verwendung von Freier- und Open Source Software über ein webbasiertes geographisches Informationssystems (WebGIS) digital verfügbar gemacht werden.
Der Vortrag beschäftigt sich mit der Konzeption und Entwicklung dieses webbasierten Informationssystems zur Visualisierung von Geofach- und Geobasisdaten für die archäologische Denkmalpflege.
Die verwendeten freien Softwarekomponenten MapGuide Open Source, Maestro und PostgreSQL/PostGIS werden kurz vorgestellt und anhand von ausgewählten Beispielen werden die Erfassung, Aufbereitung und Speicherung verschiedener Fachdaten und Geobasisdaten aufgezeigt sowie die Funktionalitäten des entwickelten Fachinformationssystems präsentiert.
Als Datenquellen für die Darstellung der archäologischen Themenkarten dienten Rasterdateien (Orthophotos, Topographische Karten im Maßstab 1:30.000 und 1:10.000), SHP-Dateien (Stadtgrenze, Ortsbezirke, Stadtteile, Gemarkung, Fundorte), SDF-Dateien (Fundorte, Stadtgrundkarte), Daten in einer PostgreSQL/PostGIS-Datenbank (archäologischen Fundstellen, Liegenschaften) und WMS-Dienste (Bebauungspläne und der Flächennutzungsplan). Die entwickelte Anwendung kann sämtliche verfügbaren Geoinformationen aus den genannten Datenquellen darstellen.
Zudem wird durch das Informationssystem die Bereitstellung und Veröffentlichung von Raster- und Vektordaten über Web Mapping Services (WMS) und Web Feature Services (WFS) nach OGC-Standards (Open Geospatial Consortium) der archäologischen Fachdaten unterstützt.
Zusätzlich wurden eine Datenbank und eine Dokumenten- und Fotoverwaltung entwickelt, mit der Sachdaten, Geometriedaten, Dokumente und Fotos über das Informationssystem abgerufen und zugleich verwaltet und fortgeführt werden können.
Im Ergebnis ist ein Informationssystem entstanden, das sämtliche zur Aufgabenwahrnehmung der archäologischen Denkmalpflege notwendigen Datenbestände zusammenführen und über eine einheitliche Oberfläche digital verfügbar machen kann. Es unterstützt die Denkmalpfleger/innen bei der Erfassung und Verwaltung der archäologischen Bodendenkmäler, aber auch bei der Bearbeitung von Stellungnahmen zu Bauanträgen, Bebauungsplanverfahren etc. Alle anfallenden Arbeiten können einfach und ohne Einarbeitungszeit über das Informationssystem erledigt werden, die Informationen sind leicht abrufbar und ortsunabhängig verfügbar.
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Lübecks Archäologie im 21. Jahrhundert – Die Einführung digitaler Dokumentationsmethoden in der Lübecker Stadtarchäologie
Heiko Kräling
Im Rahmen des Projekts „Großgrabung Gründungsviertel“ werden auf 9.000 m2 Fläche archäologische Ausgrabungen im Gründungsbereich der Stadt Lübeck durchgeführt. Neben der Bearbeitung der hier anstehenden historisch- archäologischen Fragestellungen werden mit diesem Projekt vollständig digitale Dokumentationsmethoden in die Stadtarchäologie Lübeck eingeführt.
Ziel des Vortrags ist es, den Übergang von erprobter und bewährter – „analoger“ – archäologischer Dokumentation hin zu digitaler Dokumentation anhand der bisher gemachten Erfahrungen in Lübeck zu beschreiben. Problembereiche und Chancen sowohl dieser Übergangsphase als auch der verwendeten Methoden an sich werden aufgezeigt und gangbare Lösungsansätze dargestellt.
Zugleich soll der Vortrag einen Überblick über die verwendete Dokumentationsmethodik inklusive verwendeter Hard- und Software bieten.
Hauptteil
Zuerst wird an dieser Stelle die Dokumentationsarbeit im Projekt „Großgrabung Gründungsviertel“ vorgestellt. Die verwendete Hard- und Software wird gezeigt, die Arbeits- und Datenverarbeitungsschritte systematisch präsentiert und einige Ergebnisse exemplarisch vorgeführt.
Ein kleiner Exkurs zu den bisherigen Arbeitsweisen in der Lübecker Archäologie leitet über zur Benennung von Problembereichen im Übergang von traditioneller zu voll- digitaler Dokumentationsweise.
Hierzu gehören beispielsweise die Umsetzung von bestehenden bzw. die Anpassung an bestehende Dokumentationsanweisungen, Bedenken zur dauerhaften Lesbarkeit und Archivierbarkeit der erzeugten Daten, die stark unterschiedlichen Vorkenntnisse der Anwender im Umgang mit EDV allgemein bzw. der genutzten Software im Besonderen oder auch Technik-Skepsis und die notwendige Anpassung der Seh- Gewohnheiten bei den erzeugten Zeichnungen. Weitere aktuelle Beispiele werden im Vortrag genannt werden.
Hieran anschließend werden Erfahrungen im Umgang mit den genannten Problembereichen vorgestellt und praxiserprobte Lösungsansätze aufgezeigt.
Zusammenfassung
Die Zusammenfassung bietet sowohl einen Überblick über die gemachten Erfahrungen als auch über einige Ergebnisse des Projekts in Lübeck und soll durch einzelne Fragen ans Publikum den Einstieg in eine nachfolgende Diskussion anstoßen.
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Haithabu – ein Langzeitforschungsprojekt im GIS
Jörg Nowotny
Die Forschungen in Haithabu dauern nunmehr seit mehr als einhundert Jahren an. Es handelt sich um ein langfristig angelegtes Forschungsprojekt, in dessen Rahmen sich im Laufe der Zeit eine enorme Menge an Daten jeder Art angesammelt hat. Das Datenmanagement in Form von Datenerfassung, Verwaltung und Analyse ist dabei mehrfach den jeweiligen Anforderungen angepasst worden. Während laufende Forschungen wie die Siedlungsgrabung im nordöstlichen Bereich des Halbkreiswalles unter der Leitung von Dr. V. Hilberg, Schleswig, direkt und zeitnah ins GIS integriert werden, wurden und werden die großen Siedlungsgrabungen aus den 1930er Jahren (Leitung: H. Jankuhn) und den 1960er Jahren (Leitung: K. Schietzel) sowie die Grabungen im Hafen in den Jahren 1979 und 1980 (Leitung: K. Schietzel) nachträglich ins GIS eingepflegt. Mit den Siedlungsgrabungen beschäftigt sich Dr. J. Schultze, die Grabungen im Hafen wurden von Dr. S. Kalmring bearbeitet.
Für die Arbeit mit GIS in Haithabu soll vorwiegend die Aufbereitung der seit 1900 ausgegrabenen Gräberfelder innerhalb und außerhalb des Halbkreiswalles vorgestellt werden. Die zur Verfügung stehenden Daten lagen zum größten Teil nur in analoger Form vor. Dabei handelte es sich einerseits um originale Dokumentation der jeweiligen Ausgräber, aber auch um Umzeichnungen späterer Bearbeiter, bei denen zu beachten ist, dass es sich bei diesen Vorlagen in einer gewissen Größenordnung um interpretierte Daten handelt, die bereits einen Verlust an Informationen beinhalten. Ziel der im Rahmen der Publikation des fünfzehnten Bandes der Reihe „Die Ausgrabungen in Haithabu“ erfolgten Bearbeitung war eine weitest mögliche Erfassung und Auswertung der zur Verfügung stehenden Daten, die die gesamte Bandbreite der Forschungen an diesem bedeutenden Fundplatz widerspiegeln. Es gelang, die analoge Dokumentation weitestgehend vollständig in digitaler Form zu sichern und diese Datengrundlage in ein GIS zu integrieren, in dem alle seit dem 19. Jh. in Haithabu gemachten Gräber erfasst und verwaltet werden. In Verbindung mit einer leistungsfähigen Datenbank sind schnelle und gezielte Suchabfragen möglich, die den jeweiligen Anforderungen angepasst werden können. So lassen sich archäologische Daten mit Ergebnissen naturwissenschaftlicher Forschungen wie etwa der Anthropologie kombinieren. Neben der Publikation stehen die Daten auch weiterhin für wissenschaftliche Analysen zu Verfügung, und durch die Architektur des GIS ist es möglich, weitere Daten schnell und effektiv einzupflegen. Auf diese Weise ist es möglich, die Forschungsarbeiten in Haithabu zukunftssicher zu machen.
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ArchGate – integrierte GIS-Datenbanklösung
Stefan Printz, Matthias Lang
In einem gemeinsamen Projekt des Fachbereichs für Vermessung und Geoinformatik der Hochschule Bochum und dem Archäologischen Institut der Universität Göttingen wird seit einigen Monaten die Software ArchGate entwickelt. ArchGate ist eine integrierte Datenbank- GIS-Lösung für die archäologische Feldforschung, die es ermöglicht Geodaten und archäologische Fachdaten in einem gemeinsamen System zu verwalten.  ArchGate stellt ein modulares System dar, das mittels Plug-Ins an die Anforderungen unterschiedlicher Projekte angepasst werden kann. Alle Bestandteile sind Open-Source-Software.
Als Backend fiel die Wahl auf eine PostgreSQL-Datenbank mit dem zugehörigen PostGIS-Aufsatz. In dieser Open-Source-Datenbank können nun die Fach- und die Geodaten in gemeinsamen Tabellen verbunden und verwaltet werden. Somit kann jede archäologisch relevante Information direkt mit dem dazugehörigen Geoobjekt verknüpft werden.
Der große Vorteil einer solchen Lösung liegt in der Netzwerkfähigkeit sowie im Verzicht auf ein proprietäres Dateiformat, das unter Umständen schon in wenigen Jahren nicht mehr ohne Konvertierung gelesen werden kann (vgl. File-Maker, Paradox, Access u.a.).  Die Datenbank kann ohne Probleme von beliebig vielen Nutzen über das Netzwerk genutzt werden.
Die Geodaten werden über die frei erhältliche GIS-Software uDig angezeigt. Dieses besitzt eine lebendige Community und ist durch seine Java-Programmierung im Eclipse-Framework zukunftsweisend und plattformübergreifend.  Durch eine Vielzahl von Plug-Ins ist uDig leicht in seiner Funktion erweiterbar und kann so an die Bedürfnisse der Nutzer angepasst werden.
Die Geodaten können als Esri-Shape-Datei gespeichert, die von den wichtigsten kommerziellen GIS-Anwendungen ebenfalls lesbar sind; aufgrund der Einhaltung der OGC Normen und Standards ist eine langfristige Nutzbarkeit der Daten  gesichert.
Ebenso wie MySQL verfügt auch PostgreSQL über kein Interface. Um eine Darstellung der archäologischen Daten zu ermöglichen, können an uDig erweiternde Formulare anprogrammiert werden. Durch diese sind nun die Geodaten, die archäologischen Fachdaten sowie die Fotos und Zeichnungen in einem Interface –  direkt miteinander – verknüpft sicht- und abfragbar. 
ArchGate verfügt über einen Thesaurus-Editor, der ein direktes Mapping der projektspezifischen Begriffe mit einem SKOS-Thesaurus ermöglicht. Der Datenbank liegt das CIDOC-CRM Referenzmodell zu Grunde, hierdurch soll eine leichte Austausch- und Vergleichbarkeit gewährleistet werden.
In einem nächsten Schritt sollen in ArchGate Analysefunktionen eingebunden werden, die direkt auf die Bedürfnisse der beteiligten Archäologen abgestimmt sind.
ArchGate versteht sich als Community-Projekt, dessen Weiterentwicklung durch eine große Anzahl gleichberechtigter Nutzer und Entwickler realisiert werden soll.
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ArchaeoKM als Instrument der Industriearchäologie – das ‹Schachtofengebäude I›, Muldenhütten als Anwendungsbeispiel für die semantische Modellierung
Julia Petzak
Die Bedeutung der Arbeit mit EDV-Instrumenten, wie RiO, dem räumlichen Informationssystem für industriearchäologische Objekte und ArchaeoKM, dem Archaeological Knowledge Management von RiO, kann für die Industriearchäologie gar nicht hoch genug eingeschätzt werden. So hat man früh beim Umgang mit dem industriearchäologischen Erbe in Großbritannien (ab den 1960er Jahren) auf eine detaillierte Dokumentation gesetzt, die häufig zugunsten eines Erhalts der Objekte angelegt wurde und hier ganze Industrielandschaften oder auch Branchen in ihren sachlichen Überlieferungen repräsentieren sollte. Schon aus der Aufgabenstellungen der Dokumentation einer nationalen Industriegeschichte folgen Anforderungen an die Vergleichbarkeit der einzelnen Sachzeugnisse. Diese Vergleichbarkeit ist nur über die semantische Modellierung zu erreichen, die den einzelnen Ontologien Name und Adresse gibt. So muss die industriearchäologische Erfassung, Dokumentation und Analyse insgesamt auf vier Säulen aufbauen: Erstens auf einem Prozessmanagement, das den notwendigen Arbeitsablauf organisiert und so die Dokumentation steuert. Zweitens auf den konkreten Rauminformationen, drittens auf der Dokumentation und der gezielten Distribution von Quellen bzw. Belegen zu den einzelnen Objektinformationen sowie viertens auf einer semantischen Modellierung. Hinzu kommt als besondere Anforderung fünftens die Organisation der einzelnen Zeitschichten innerhalb der Dokumentation.
ArchaeoKM stellt die grundlegende Technologie zur Verfügung, die vor allem durch den Anwendungsfall ‹Schachtofengebäude I› des historischen Hüttenstandortes Muldenhütten erstmals und umfassend industriearchäologisch genutzt sowie nach den Bedürfnissen des Industriearchäologen ausgeformt wurde. Das ‹Schachtofengebäude I› in Muldenhütten ist also nicht nur ein Anwendungsfall innerhalb von ArchaeoKM sondern dient vor allem der exemplarischen Diskussion der semantischen Modellierung sowie der exemplarischen Etablierung eines Prozessmanagements für Industriearchäologen. Beschränkten sich die bisher in der Forschungsliteratur diskutierten semantischen Modelle für Industriearchäologen auf die Diskussion der Branchenzugehörigkeit einzelner Objekte, ist im Rahmen meiner Diplomarbeit erstmals eine semantische Modellierung für Industriearchäologen erprobt worden, die das ganze Set der industriearchäologischen Methodologie berücksichtigt. Diese Diplomarbeit wurde im Oktober 2010 am Institut für Industriearchäologie, Wissenschafts- und Technikgeschichte der TU Bergakademie Freiberg angenommen und Anfang November 2010 erfolgreich verteidigt.
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Projekt ArchEye – Der Quadrokopter als Auge des Archäologen
Christian Seitz, Holger Altenbach
In der archäologischen Forschung hat die Erkundung von Bodendenkmälern aus der Luft eine lange Tradition und ist ein notwendiger Bestandteil. Im Gegensatz zur Erkundung neuer Bodenbefunde wird diese Technik – ebenso wie andere verfügbare Wege – nur selten für die Dokumentation laufender Grabungen oder zur Forschung an Baudenkmälern benutzt, obwohl Senkrechtfotos sehr wertvoll für die Dokumentation sind. Mögliche Gründe dafür sind z.B. erhöhte Kosten vorhandener Techniken vor allem bei konventionellen Luftbildaufnahmen sowie lange Vorbereitungszeiten für den Einsatz anderer Methoden wie einem kleinen Zeppelin.
Hier setzt unser Projekt ArchEye als günstige und flexible Möglichkeit an: Die Basis bildet momentan ein Quadrokopter aus dem Modellbaubereich zur Erzeugung von qualitativ hochwertigen Fotos. Die montierte Spiegelreflexkamera kann mit einer speziellen Halterung geschwenkt werden, so dass die Kamera in beliebigem Winkel, von senkrecht bis horizontal, Fotos machen kann. Das Fluggerät hat einen Durchmesser von nur 60 cm und ermöglicht einen einfachen Transport in einer Alubox sowie einen schnellen und flexiblen Aufbau, da nach dem Ausladen nur noch die Propeller montiert werden müssen. Mit einer digitalen Spiegelreflexkamera sind dabei momentan Flugzeiten von 10–20 Minuten pro Akkuladung möglich.
Gerade der Einsatz herkömmlicher Modellbauteile erlaubt es, im Vergleich zu anderen Projekten dieser Art die Kosten für die Hardware vergleichsweise niedrig zu halten. Ein großer Vorteil der kompakten und leichten Bauweise ist, dass ArchEye nahezu überall eingesetzt werden kann – auch innerhalb der Stadt und sogar in Gebäuden. Bereiche in denen nicht geflogen werden darf, sind typischerweise Gebiete in der Nähe von Flughäfen.
Die einzelnen Fotos werden aus nicht allzu großer Höhe, circa 50–100 m, entlang einer vorher einprogrammierten Wegpunktstrecke aufgenommen. Anschließend werden sie in der Nachbearbeitung halbautomatisch zu einem hochauflösenden digitalen Foto zusammengefügt. Die Software übernimmt zusätzlich auch die im Vorhinein notwendigen Berechnungen der benötigten Flughöhe und des Flugpfades. Diese hängen sowohl von der verwendeten Kamera und dem Objektiv als auch von der gewünschten Auflösung ab. Mit Hilfe auf dem Boden aufgebrachter Passpunkte kann dieses Foto schließlich entsprechend entzerrt und in die bestehende – digitale oder analoge – Dokumentation nahtlos eingefügt werden.
Als Beispiele unserer Arbeit präsentieren wir die Ergebnisse der Flüge auf einer Grabung in der Nähe von Ludwigshafen, zwei Beispiele aus Kambodscha sowie zwei Burgen in der Eifel. Aufgrund der guten Ergebnisse ist die Anbindung von weiteren Methoden, wie zum Beispiel Photogrammetrie, geplant.
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Lösungsansätze für die wissensgestützte Rekonstruktion des bronzezeitlichen Holztragwerks von Qatna
Andreas Marbs, Peter Pfälzner, Conrad Schmidt, Francesco Leprai, Frank Boochs, Carsten Krämer, Tobias Reich
Einer der Schwerpunkte der Ausgrabungen auf dem Ruinenhügel von Tall Misrife, dem alten Qatna, ist die Freilegung eines Brunnens, in dem ca. 200 intakte bronzezeitliche Holzstämme und bearbeitete Holzbalken gefunden wurden, darunter Teile von bis zu 5 Metern Länge. Diese Stücke wurden durch den feuchten Boden im Brunnen über Jahrtausende konserviert und stellen damit den umfangreichsten Fund von bronzezeitlichem Feuchtholz im gesamten Vorderen Orient dar. Eine bislang nicht lösbare Frage ist die der Funktion der Hölzer. Die konstruktive und funktionale Rekonstruktion der Hölzer scheitert bisher wegen fehlender methodischer Werkzeuge.
Mit dem Ziel einer solchen Rekonstruktion wurden grabungsbegleitend alle Hölzer sowohl in Fundlage als auch nach Bergung mittels Mehrbildphotogrammetrie und Laserscanning dreidimensional dokumentiert. Damit liegt ein Archiv von Daten vor, welches die Basis für die Rekonstruktion der Versturzlage, der Simulation des Zerstörungsprozesses sowie der Entwicklung von Bauhypothesen für die ursprüngliche intakte Holzkonstruktion ist.
Für die Lösung dieser Fragestellungen soll nun im Rahmen eines Forschungsprojektes methodisches Neuland betreten werden. Im Zusammenspiel mit modernen Methoden der 3D-Messtechnik sollen wissensgestützte Verfahren aus der Informatik zum Einsatz kommen, um den Prozess der archäologischen Erkenntnisgewinnung zu unterstützen.
Zentraler Bestandteil ist dabei die Schaffung einer Wissensbasis auf Grundlage einer Ontologie sowie eines Regelwerks, in dem das archäologische und baugeschichtliche Vorwissen der beteiligten Fachleute formalisiert werden kann. Weiterhin soll ein Softwaretool geschaffen werden, das eine 3D-Kartierung der Holzfunde ermöglicht und das Verknüpfen von Objektteilen mit semantischen Informationen gestattet (Bearbeitungsspuren, Zapfenlöcher, Brandstellen etc.). Durch eine auf diese Art und Weise aufgebaute Wissensbasis über die Holzfunde werden dann automatisierte Abfragen und Analysen ermöglicht, die sowohl geometrische wie auch semantische Merkmale der Funde mit einbeziehen. Auf diesem Weg sollen Erkenntnisse über Bautechniken und Konstruktionsweisen gewonnen werden, die bisher an keinem anderen Ausgrabungsbefund im Vorderen Orient in ähnlicher Weise erarbeitet werden konnten. Außerdem werden weitere Erkenntnisse zu Erbauung, Nutzung und Verfall des Königspalastes von Qatna erwartet, die mit herkömmlichen archäologischen Methoden nicht gewonnen werden können. Es ist davon auszugehen, dass diese Erkenntnisse in generalisierter Form für die allgemeinen Bauweisen und Konstruktionstechniken der Bronzezeit in Vorderasien von besonderer Relevanz sind.
Die Ergebnisse des Projektes in Form von entwickelten Techniken und Methoden werden bei erfolgreicher Anwendung – so das Ziel – nicht nur für den Brunnen von Qatna, sondern auch für die Bauforschung im Allgemeinen und für die zukünftige Auswertung von architekturbezogenen Ausgrabungsbefunden richtungweisend sein.
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Der byzantinische Mühlen- und Werkstattkomplex in Hanghaus 2 von Ephesos/TR – Dokumentation und Analyse mit Hilfe von 3D-Laserscanning
Anja Cramer, Guido Heinz, Stefanie Wefers
Im Fokus des am Römisch-Germanischen Zentralmuseum Mainz angesiedelten Projekts steht die Dokumentation und kulturhistorische Auswertung eines byzantinischen wassergetriebenen Mühlen- und Werkstattkomplexes in Hanghaus 2 von Ephesos.
Um den aktuellen Zustand zu dokumentieren und die geometrischen Daten für wissenschaftliche Analysen nutzbar zu machen, wurde ein terrestrischen 3D-Laserscanner eingesetzt. Damit konnten die sehr engen Räume und komplexen Strukturen effektiv vermessen werden. Zusätzlich aufgenommene Panoramabilder ermöglichten es, die Punktwolke einzufärben, so dass im Computermodell die noch erhaltene Bausubstanz besser identifiziert werden kann.
Die so entstandene konsistente 3D-Punktwolke des gesamten Werkstattkomplexes dient als räumliche Datengrundlage für Analysen, Rekonstruktionen und Pläne. Aus diesen Daten werden mit speziellen Programmen Grundrisse, Schnittansichten, Wandansichten, etc. für wissenschaftliche Analysen und Publikationen abgeleitet.
Für die Bearbeitung bestimmter Fragestellungen wie dem Verlauf des Gerinnes oder die Größe und Lage der Wasserräder ist es unabdingbar, dass die Archäologen im Projekt interaktiv mit den gesamten Geometriedaten arbeiten können. Dazu werden die Daten für eine Nutzung im Internet-Browser exportiert und stehen dann unter Verwendung eines kostenlosen Plugins lokal oder im Internet zur Verfügung. Das einfach zu bedienende Interface erlaubt es, innerhalb der Scannerstandpunkte Punktkoordinaten und 3D-Strecken zu messen sowie zu markieren. Diese können gespeichert und ausgetauscht werden. Zusätzlich wird mit dieser Technik eine Auswahl der 3D-Daten im Internet allgemein verfügbar gemacht.
In der Präsentation werden unter anderem Beispiele der Pläne und Ansichten für die Publikation und das Arbeiten mit den Geometriedaten in der archäologischen Analyse gezeigt.
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arkuBiD – Eine archäologisch-kunsthistorische Bild-Datenbank für den Lehrebetrieb
Benjamin Geißler
arkuBiD ist eine Bilddatenbank für den Lehrbetrieb, die an der Projektstelle arkuBiD von den Abteilungen Klassische Archäologie und Kunstgeschichte der Rheinischen-Friedrich-Wilhelms Universität in Bonn entwickelt wird. Sie entstand aus dem Bedürfnis dieser beiden Fächer heraus, ihre analogen Diatheken in eine digitale Form zu überführen und durch die Zusammenlegung einen Synergie Effekt zu erreichen.  Grundanforderung war, dass sich die Datenbank von ihrer Konzeption und Bedienung her an die bestehenden Strukturen der Diatheken anpasst. Dabei sollten die teilweise komplexen Informationen archäologischer Objekte problemlos verwaltet und zugleich intuitiv suchbar sein. Da kein Anspruch auf Korrektheit oder Vollständigkeit der Meta-Daten erhoben wird, sollte kein Zwang zur Eingabe vieler Informationen bestehen. Vielmehr sollte die Datenpflege, aufgrund des hohen Arbeitsaufkommens in den Diatheken, möglichst schnell und unkompliziert sein. Die Möglichkeit der Erstellung komplexer Thesauri zu Beginn war dabei aufgrund der thematischen Breite des Lehrbetriebes beider Fächer nicht möglich.
Die Entscheidung, eine eigene Lösung zu entwickeln, wurde getroffen, da die bestehenden Lösungen für Lehrdatenbanken (dilps, diathek) entweder technisch veraltet sind oder in ihrer Datenstruktur nicht den Anforderungen der Archäologie genügten. easyDB hätte zwar entsprechend den Bedürfnissen angepasst werden können, jedoch wäre dies mit deutlich höheren Anschaffungs- und Wartungskosten verbunden, zumal hier viele nicht benötigte Funktionen mitgeliefert worden wären. ARACHNE und ArcheoInf kamen hingegen aufgrund ihrer Konzeption als Forschungsdatenbanken nicht in Frage.
arkuBiD ist daher gemäß den Anforderungen den Abläufen einer analogen Diathek nachempfunden, d.h. Studenten können Bilder bestellen, indem sie den entsprechenden Datensatz anlegen, der von den Hilfskräften kontrolliert und mit dem entsprechenden Bild versehen wird. Zugleich können Hilfskräfte Bilder auch direkt einpflegen. Die Eingabe der meisten Werte erfolgt dabei mit Hilfe von Autoergänzungs-Feldern. Hierbei wird bei der Eingabe eines Wertes eine Liste mit den bestehenden Einträgen angezeigt, sodass der entsprechende Wert aus dieser ausgewählt werden kann. Neue eingetragene Werte werden automatisch in den jeweiligen Thesaurus übernommen. Durch die Anlage von Synonymen, die automatische Bestimmung von Plural Formen und Wortbestandteilen wird eine möglichst große Anzahl von Stichwörtern für jeden Datensatz erzeugt, um diesen leicht finden zu können. Durch die Übertragung der Meta-Daten von einem Datensatz auf einen anderen sowie die automatische Ergänzung von verketteten Einträgen wird die Anlage von Datensätzen zusätzlich beschleunigt.
Darüber hinaus bietet arkuBiD die Möglichkeit die Bilder und Meta-Daten automatisch mit anderen arkuBiD Installationen auszutauschen. Da sowohl die Bilder als auch die Meta-Daten übertragen werden, hat jeder Teilnehmer alle Daten und Bilder lokal vorliegen und ist somit unabhängig von anderen Instituten oder deren Servern.
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Korrespondenzanalyse und Seriation für jeden Student einfach gemacht
Guido Heinz, Allard Mees
In den letzten Jahren hat das RGZM in Mainz neue Vermessungs-, Kartierungs- und Dokumentationsverfahren entwickelt und diese auch teilweise online zur Verfügung gestellt. Ausgangspunkt war dabei oft eine unbefriedigende Situation mit bestehenden archäologischen Software-Paketen.
Auch für den Statistik-Bereich traf dies zu, da für viele Studenten ohne Kommandozeilenerfahrung die Konvertierung von MSAccess-Daten nach dem früher weitverbreiteten Softwarepaket WinBasp eine fast unüberwindbare Hürde wurde.
Als Spinn-Off der RGZM-Forschung entstand eine Weboberfläche (http://www4.rgzm.de/adp),  bei der man eine einfache aus MSExcel oder MSAccess exportierte CSV-Datei als Liste oder sogar als Matrix hochladen kann. Nach dem online eventuelle weiteren Filterkriterien gesetzt worden sind, kann eine zoombare und 3D rotierende Korrespondenzanalyse oder eine Seriation erzeugt werden. Ein gewählter Winkel der 3D-Graphik kann zusätzlich als skalierbare Postscript-Datei exportiert werden.
Die Website basiert auf Open-Source Modulen der Software R.
Der niedrigschwellige Zugang zu diesen Instrumenten entlässt die studentische Ausbildung aber nicht aus der Pflicht, das Verständnis dieser statistischen Verfahren zu fördern.
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Automatische Analyse neolithischer Keramikprofile
Ilya Shabanov
In den letzten Jahrzehnten wurden zahlreiche Ansätze zur automatischen Analyse steinzeitlicher Keramik erforscht. Mit zunehmender Verbreitung günstiger, schneller Rechensysteme werden immer umfangreichere Datensätze analysiert und komplexere Ansätze erforscht. Dennoch sind die Ergebnisse weit davon entfernt die Stufe menschlicher Expertise zu erreichen. Ein ernst zu nehmendes Problem stellt ebenfalls das Fehlen standardisierter Datensätze und Methoden zur Evaluierung dieser Algorithmen.
In dieser Arbeit wird NLCM (Non-Linear Curvature Mapping), eine neuartige Methode zur Messung der Ähnlichkeit von Gefäßen und Scherben, vorgestellt. Die Basis dieser Methode bildet die Auswertung der Krümmung und Ausrichtung der Profile, wobei eine diskrete Darstellung gewählt wurde. Unser Ansatz bedient sich des DTW (Dynamic Time Warping) Algorithmus, der eine nichtlineare Abbildung der Profile ermöglicht und somit sehr flexibel mit nicht linearen Skalierungs- und Rotationsunterschieden der Funde umgehen kann. Scherben und vollständig erhaltene Gefäße können gleichermaßen berücksichtigt werden. Zur Messung der Ähnlichkeit von nicht vergleichbaren Scherben (wie bspw. Fuß- und Randscherben) wird GWENN (Global Weighting by Evaluation of Nearest Neighbors), ein indirektes Verfahren vorgeschlagen, das auf der Ähnlichkeit von nächsten Nachbarn beruht.
In einer vergleichenden Studie zeigen wir, dass NLCM signifikante Vorteile gegenüber aktuellen Methoden zur Messung von Ähnlichkeiten von Keramiken bietet. Die Studie besteht aus zwei Arten von Experimenten. Erstere simulieren datenbankähnliche Anfragen, letztere zielen darauf ab homogene Gruppen von Gefäßen und Scherben zu clustern. Für das Clustering wird eine agglomerative semi- supervised Methode benutzt. Unser Datensatz besteht aus 1615 keramischen Funden der jungsteinzeitlichen Vinča Kultur, von welchen 152 vollständig erhaltene Gefäße sind. Diese liegen als Bilder vor. Die Krümmung wird zunächst mit diskreten Methoden vollautomatisch extrahiert und liegt dann als diskrete Funktion vor.
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  Der ursprünglich geplante Vortrag von C. Lemmen fällt leider aus!

Global prähistorische Landnutzungsänderungen in einem sozio-technologischen numerischen Modell
Carsten Lemmen
Schon im frühen Holozän begannen mit dem Aufkommen und der Ausbreitung der Feld- und Weidewirtschaft große Landnutzungsänderungen;  bisher sind solche anthropogenen Änderungen nicht in modernen Erdsystemmodellen berücksichtigt.  Ich stelle ein numerisches Modell zur Simulation des Übergangs von Jäger- und Sammler- zu weide- und landbaubasierten Gesellschaften  vor. Aufgrund der simulierten potenziellen Vegetation und des kulturellen Bedarfs an Ressourcen berechne ich die Landnutzung und die dabei aufgetretenen Kohlenstoffemissionen.  Mein Ansatz basiert darauf, die soziokulturelle Entwicklung mit nur wenigen charakteristischen Eigenschaften zu beschreiben, deren Dynamik sich aus der Variabilität innerhalb einer Gesellschaft und dem Gradienten des Reproduktionserfolgs ableiten läßt.  Ich stelle ausgesuchte Anwendungen dieser Simulation der potenziellen sozio-kulturellen Entwicklung vor, z.B. die Attribuierung früher Kohlenstoffemissionen an regionale Verursacher, und eine globale Rekonstruktion regionaler Bevökerungsdichte. Weiterhin stelle ich die von mir abgeleitete quantitative Differenzierung in demische (aufgrund von Migration) und kulturdiffusive (aufgrund von Handel und Informationsaustausch) Prozesse bei der Neolithisierung Europas zur Diskussion.
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Statistische Analyse von Fundstellenverteilungen aufeinander folgender Siedlungsperioden in Mittel- und Westeuropa
Dietrich Stoyan, Thomas Weber
Die Muster ur- und frühgeschichtlicher Siedlungen werden als Punktwolken betrachtet und mit den Mitteln der Punktprozessstatistik analysiert. Dabei wird im Gegensatz zu den meisten bisherigen Arbeiten auf diesem Gebiet von den naturräumlichen Details der betrachteten Region abstrahiert und ein Gesamtbild zu zeigen versucht. Diese Analyse zeigt nicht nur charakteristische Verteilungsmuster von Siedlungsplätzen (Fundstellen) für jeweils eine prähistorische Periode auf, sondern auch – mehr oder weniger enge – Korrelationen der Punktwolken zwischen aufeinander folgenden Siedlungsperioden. An einem – somit von typologischen Überlegungen zu Ähnlichkeiten und Unterschieden der materiellen Kultur völlig unabhängigen – Beispiel aus dem Rheinland wird gezeigt, welche Kulturabfolgen eher auf eine Kontinuität hindeuten und wo möglicherweise ein Bruch zu erkennen ist. Zugleich wird auf den hohen Stellenwert verwiesen, den die Erfassung und Dokumentation der Ausgangsdaten (in diesem Fall die schlichte Präsentation der geographischen Koordinaten aller erfassten Fundstellen) für derartige weiterführende Untersuchungen besitzt.
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Praxisbericht: Chancen und Grenzen der automatisierten Landschaftsklassifikation am Beispiel des Topographic Position Index nach Jenness
Anne Klammt, Martin U. Steinert
Eine überaus traditionelle Betrachtung des naturräumlichen Bezugs von archäologischen Bodendenkmalen ist die Abfrage der Position im Relief. Aufgelöst nach absoluter Höhe, Hangneigung und Ausrichtung wird die Lage eines Fundplatz erhoben und je nach Fragestellung  mit anderen Fundplätzen verschiedener Zeitstellung, Funktion etc. verglichen. Vielfach verläuft diese Frage sehr unbefriedigend, denn ein Fundplatz auf schwach geneigtem, nach Südwesten gerichteten Hang mittlerer Höhe kann sowohl am Hangfuß wie knapp unterhalb der Kuppe liegen und ist somit von seiner Lage her, denkbar unterschiedlich zu beurteilen. Die herkömmliche händische Qualifizierung der Position, wie sie aus den Eintragungen etwa in den Fundmeldungen bekannt ist, hat die Nachteile hoher Subjektivität, eventuell hohem Arbeitsaufwand beim Erheben der Daten und schließlich mangelnder Quantifizierbarkeit. Es besteht also letztlich die Notwendigkeit einer automatisierten Reliefklassifikation, in der die genannten Parameter zu einem Indexwert kombiniert werden.  Eine Klassifikation bietet der Topographical Position Index, der die Verknüpfung von Hangneigung und Reliefformen (Kuppe, Tal, Mittelhang etc.) ermöglicht. Es handelt sich um eine von J. Jenness entwickelte Extension für ArcView, die von den Referenten im Rahmen einer  lanschaftsarchäologischen Studie verwendet wurde.
An einem konkreten Beispiel, nämlich der Untersuchung unterschiedlichen Auswahlverhaltens bei der Siedlungsplatzwahl der Kaiserzeit und des Frühmittelalters in Norddeutschland, werden die Anwendung, Vorteile und Problembereiche des Verfahrens vorgestellt. Der inhaltliche Schwerpunkt des Beitrages wird auf die Auswahl des geeigneten Einzugsgebietes der Berechnung (threshold) und die auch für andere Ableitungen zentrale Frage der Konsistenz der Höhendaten – hier des DGM 25 und der SRTM90 Daten – gelegt. Berücksichtigt werden auch Ergebnisse anderer geoarchäologischer Studien, die mit dem Index gearbeitet haben.
Zielgruppe: Archäologen/-innen mit Basiskenntnissen in GIS-Anwendungen und einem Interesse an landschaftsbezogenen Untersuchungen. Es werden keine neuen Tools, Algorithmen usw. vorgestellt, sondern Überlegungen zur Verwendbarkeit dargelegt.

Literatur:
A. Klammt/M. Steinert, „Slavs, Waters and GIS“ - methods and base data to Search for Watercourses and Floodplains in a Meso Scale Study. Nova Acta Leopoldina NF 98 Nr. 360, 2009, 205-217.
J. Jenness, Topographic Position Index (tpi_jen.avx) extension for ArcView 3.x, v.1.3a. Jenness Enterprises. http://www.jennessent.com/arcview/tpi.htm (letzter Abruf 15.11.2010).
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