Prospeção geofísica aplicada à Arqueologia

Abstract

O estudo de metodologias eficazes de prospeção geofísica em ambiente arqueológico é uma proposta para resolver problemas que se colocam quando a Geofísica tenta conceber modelos que satisfaçam os requisitos arqueológicos. A exploração geofísica é uma das ferramentas que a Arqueologia moderna incorpora para obter informação sobre o subsolo através da sua exploração indireta. A presente tese de doutoramento está enquadrada neste domínio e o seu objetivo consistiu no aperfeiçoamento dos modelos de georradar (GPR) e dos mapas de anomalias magnéticas obtidos em condições de baixa detetabilidade. A investigação consistiu no estudo e conceção de novas metodologias focadas no aumento da relação sinal-ruído dos dados e sua aplicação a casos reais para obter modelos mais esclarecedores. Nomeadamente através de: 1) Remoção do ruído de fundo dos dados de GPR utilizando filtros espetrais, com seleção da informação útil utilizando técnicas de fatorização de dados que permitem o aumento da nitidez dos modelos originais (Algoritmo SVD). 2) Aumento da resolução dos modelos de GPR-3D com recurso à interpolação de Fourier de modo a obter-se perfis de GPR entre cada dois perfis existentes (Algoritmo INT-FFT). 3) Aumento da informação geofísica combinando superfícies GPR-2D e mapas de anomalias magnéticas, aplicando técnicas de fusão usadas em Imagiologia Médica para deteção de tumores (Algoritmo FUSÃO-GPR-MAG). 4) Uso de Estatística Geoespacial para otimização da interpolação de malhas de dados associadas a análise espetral e filtragem para avaliar as tendências espaciais dos dados. As metodologias desenvolvidas foram aplicadas ao estudo geofísico da Villa de Pisões (Beja), cujos dados possuem muito baixa percetibilidade. O uso sequencial das metodologias concebidas permitiu passar de um cenário de aparente falta de informação útil e incapaz de produzir modelos aceitáveis, para um em que se tornou possível identificar com clareza as anomalias geofísicas e consequentemente produzir um modelo interpretativo global da área não escavada do perímetro de Pisões; GEOPHYSICAL PROSPECTION APPLIED TO ARCHAEOLOGY ABSTRACT: The study of effective methodologies for geophysical prospection in an archaeological environment is a proposal to solve problems that arise when Geophysics tries to design models that satisfy the archaeological requirements. Geophysical exploration is one of the tools that modern Archaeology incorporates to obtain information about the subsoil through its indirect exploration. This doctoral thesis fits in this domain and its objective was to improve the georradar models (GPR) and the magnetic anomalies maps obtained in conditions of low detectability. The research comprised the study and design of new methodologies focused on increasing the signal-to-noise ratio of the data and its application to real cases to obtain more clarifying models. Namely through: 1) Removal of background noise from GPR data using spectral filters, with selection of useful information using data factoring techniques that allow the increasing of the sharpness of the original models (SVD Algorithm). 2) Increase of the resolution of GPR-3D models using Fourier interpolation in order to obtain GPR profiles between each two existing profiles (INT-FFT Algorithm). 3) Increase of geophysical information combining GPR-2D surfaces and magnetic anomalies maps, applying fusion techniques used in Medical Imaging for tumour detection (FUSÃO-GPR-MAG Algorithm). 4) Use of Geospatial Statistics to optimize the grid data interpolation combined with spectral analysis and filtering to assess spatial trends in the data. The developed methodologies were applied to the geophysical study of Villa Romana de Pisões (Beja), whose data have very low perceptibility. The sequential use of the methodologies conceived allowed to move from a scenario of apparent lack of useful information to one in which it became possible to identify geophysical anomalies. This allowed the production of a global interpretative model of the unexcavated area of the Villa de Pisões.