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Open Data & GIS in den archäologischen Wissenschaften

Open Data ist inzwischen in vielen Forschungsbereichen Standard und in den internationalen FAIR (Findable, Accessible, Interoperable & Reusable)-Prinzipien als Leitlinien für die Beschreibung, Speicherung und Veröffentlichung von Wissenschaftsdaten zusammengefasst (https://go-fair.org/fair-principles/). In den archäologischen Wissenschaften werden jedoch noch immer Forschungsdaten meist nicht offen gelegt. Warum ist das so?

Am Beispiel von archäologischen Daten mit Bezug zum geographischen Raum (Geo-Data), die in GIS verarbeitet werden, ist der Nutzen von Open Data besonders offensichtlich. So trägt Open Data dazu bei, u.a. die Nutzung von GIS zu erweitern und die Effizienz sowie die Qualität von Untersuchungen, die auf archäologisch-geografischen Informationen basieren, zu verbessern. Offene Daten der Archäologie können aus verschiedenen Quellen stammen, wie Forschungsinstitutionen, Verwaltungsbehörden und weiteren Archiven. In GIS kann Open Data der Archäologie auf vielfältige Weise, in Form von Kartierungen, Visualisierungen, Raumanalysen, Fundstellenkatalogen et cetera, eingesetzt werden. Trotzdem ist Open-Data in den meisten archäologischen Wissenschaften längst nicht etabliert, da insbesondere in der Forschung, der Verwaltung und in einigen Archiven noch immer restriktive Nutzungsbeschränkungen und/oder Gebührenordnungen vorliegen, die de facto die Datennutzung deutlich erschweren, obwohl diese Daten mit Finanzen des Öffentlichen Sektors erstellt wurden. Die EU-Richtlinie Public Sector Information (PSI), die die kostenfreie Offenlegung und Weiterverwendung aller mit öffentlichen Mitteln erstellten Daten zum Inhalt hat, führte in den Museen und Archiven zu kontroversen Diskussionen. Die diesbezüglichen Stellungnahmen des Deutschen Bibliotheksverbandes und des
Verbandes der Landesarchäologen verdeutlichen dies. Viele Museen und Archive sind zwar mit öffentlichen Mitteln finanziert, jedoch oft nur teilweise, und weitere Einnahmequellen sind dringend notwendig für deren Erhalt. Aufgrund der knappen finanziellen Ausstattung vieler Museen und Archive können diese oft nicht auf die Einnahmen aus den Nutzungsgeldern der Daten verzichten. Im Gegensatz dazu sind in Dänemark u.a. alle nationalen Datenbanken archäologischer Fundstellen, Denkmäler und weiterer Kulturgüter mit den zugehörigen Geo-Daten von der Danish Agency of Culture für die Öffentlichkeit und damit auch die Wissenschaft frei verfügbar, was ein Best-Practice Vorbild darstellt. So dieser Blogbeitrag als Plädoyer für die Verwendung, d.h. Bereitstellung und Nutzung, von Open Data zu verstehen, da diese fokussierte und effiziente Forschungen ermöglicht, die konsequent auf bereits vorhandenes Wissen in den entsprechenden Datensätzen aufbauen und eine Nachnutzung der angereicherten Daten sicherstellen. Einige der wichtigsten Aspekte und Anwendungen von Open Data der Archäologie in GIS sind unter folgenden Punkten grundlegend zusammengefasst.

Reproduktion und Qualitätssicherung: Frei bereitgestellte Datensätze stellen die Nachvollziehbarkeit und Überprüfung aufgestellter Thesen sicher.

Zugang und Vielfalt: Open Data der Archäologie kann in heterogenen Formen wie Texten, Datenbanken (z.B. Fundstellenkatalogen), Tabellen, Karten, Luftbildern, Fotografien, GIS/CAD-spezifischen Datenformaten und Software-Code vorliegen und via Schnittstellen Zugänge zu archäologischen Infrastrukturen/Archäologischen Informationssystemen (AIS) schaffen.

Interoperabilität und Datenintegration: Open Data in GIS ermöglicht die Integration von diversen Datensätzen aus unterschiedlichen Quellen in und aus verschiedenen Systemen.

Entwicklung, Forschung und Bildung: Der Zugang zu freien Forschungsdaten stärkt die Tool-Entwicklung und die Qualität von Forschung und Lehre der Wissenschaftler*innen, Dozent*innen und Studierenden, da mit realen Datensätzen gearbeitet werden kann.

Interdisziplinarität: Open Data fördert den Wissenstransfer über fachspezifische Beschränkungen hinweg und unterstützt das Lernen und die Entwicklung neuer Erkenntnisse in verschiedenen Disziplinen.

Einbindung engagierter Laien und Innovation: Die Einbindung von Laien in die Forschung, bspw. im Rahmen von Citizen Science oder Open Science Projekten, erfolgt u.a., um große Datensätze effektiv zu bearbeiten oder um neue Fragestellungen, Feedback und Forschungsansätze zu generieren.

Freie Nutzung, Zugänglichkeit, Kollaboration, Partizipation und Transparenz: Bürger und Organisationen können aktiv an der Analyse und Entscheidungsfindung teilnehmen, was die Transparenz stärkt. Dies fördert die Zusammenarbeit zwischen verschiedenen Akteuren der Forschung und Lehre, der öffentlichen Verwaltung, Unternehmen und der Zivilgesellschaft, um gemeinsame Probleme und Lösungen zu adressieren und Informationen zu demokratisieren.

Preprint

Armin Volkmann, Geografische Informationssysteme in den Digital Humanities. In: F. Jannidis/H. Kohle/M. Rehbein (Hrsg.), Digital Humanities – Eine Einführung (Stuttgart 2017) ISBN 978-3-476-02622-4, 2. Auflage.

Generierung von neuem Wissen in der Digitalen Archäologie: Site Catchment Analysis der Völkerwanderungszeit im Odergebiet in einem GIS

Die Digitale Archäologie ist ein Oberbegriff mehrerer Teildisziplinen, die verstärkt digitale Methoden in Forschung und Lehre der Altertumswissenschaften einsetzen. Darunter ist die Geoarchäologie einzuordnen, die sich primär mit Geo-Fragestellungen im archäologischen Kontext beschäftigt. Im Rahmen der fokussierten geoarchäologischen Untersuchungen ist der grundlegenden Frage nach dem Verhältnis prähistorischer Siedler zu ihrem Umfeld nachgegangen worden. Dabei wurden Verfahren einer Umfelduntersuchung (Site Catchment Analyses) entwickelt, die standardisiert in ein Geographisches Informationssystem (GIS) eingebunden sind. Die Archäo-Daten aus den Fundstellenarchiven der archäologischen Facheinrichtungen wurden im GIS mit den kartographischen Geo-Raumdaten der Geobasisdienste (via WMS- World Map Server) zusammengebracht und systematisch analysiert.

In einer ersten Analyse-Stufe konnte im GIS, neben ansprechenden Visualisierungen, auch eine Modellierung des prähistorischen Raumes anhand von Besiedlungsintensitäten, Kontaktsphären und Besiedlungsmustern im zeitlichen Verlauf durchgeführt werden. Im zweiten Schritt wurden darüber hinaus im Rahmen der Site Catchment Analyses neue Daten zu den Fundstellen gewonnen, die in einer mit jedem Fundpunkt verknüpften Datenbank eingepflegt worden sind und die Basis für folgende statistische Verfahren boten.
Innerhalb der Untersuchung zeigten sich anhand der Daten aus der Umfelduntersuchung im zeitlichen Verlauf stark unterschiedliche Ansprüche der Siedler an ihr direktes und weiteres Wohnumfeld. Gleichzeitig waren jedoch innerhalb einer Zeitstufe die Umfeldansprüche erstaunlich homogen. Bei zugrundeliegender Annahme einer weitgehend stabilen Wirtschaftsweise von der römischen Kaiserzeit bis zum Frühmittelalter (basierend auf den vorliegenden Befunden in der Archäo-Datenbank), ist dies als deutliches Signal von Klimafluktuationen zu werten.
In einem dritten Schritt wurden diese thesenhaften Zusammenhänge von Siedlungsstandortwahl und Klimaveränderungen mit auf naturwissen­schaftlichem Wege gewonnenen Klimaproxis verglichen, wobei es zu einer grundsätzlichen Bestätigung der Klimasignale basierend auf der Umfeldanalyse kann, was das Funktionieren der Methode belegt.
In weiteren Testregionen wird nun die erarbeitete Methode erneut angewandt, um regionale Effekte besser zu identifizieren und um prähistorische Raumkonzepte fallbeispielhaft aufzuzeigen. So ist grundsätzlich zwischen Regionen in inneren Barbaricum, Grenzregionen zum ehemaligen Römischen Reich und Regionen innerhalb des Römischen Reiches zu unterschieden. Im Barbaricum scheinen die Siedlungsstandortwahlen viel stärker von geoökologischen Faktoren geprägt gewesen zu sein, da die wirtschaftliche Grundlage primär auf Ackerbau und Viehzucht beruhte. Im Einflussbereich des Römischen Reiches ist oft der Handel eine ökonomische Basis vieler Siedlungen. Innerhalb des Römischen Reiches deutet sich durch die Romanisierung der Bevölkerung, auch im ländlichen Bereich, eine viel systematischere Raumerschließung an, die teils von standörtlichen Geoökofaktoren recht unabhängig sein kann. In Folgeuntersuchungen wird genau diesen Fragen nachgegangen: Es werden dabei mögliche Konzepte der Raumerschließung im zeitlichen Verlauf und in regionaler Ausprägung methodisch standardisiert (und damit vergleichbar) konsequent in einem GIS analysiert.

Alle Interessierten sind herzlich zum Vortrag im Kolloquium Digital Humanities der Universität Trier am 09.01.2013 (8:30 Uhr, Raum A 338) eingeladen.

http://www.coli.uni-saarland.de/~csporled/trier/DHKolloq.html

http://kompetenzzentrum.uni-trier.de/de/extra/aktuell/

http://armin-volkmann-geoarchaeology.de

Perspektiven der Digitalen Archäologie

In der Archäologie sind digitale Methoden zur Datengenerierung, -erfassung, -auswertung und -darstellung weit verbreitet und gehören zum Standardrepertoire der verschiedenen archäologischen Disziplinen, wo sie spezifiziert an den inner- und außeruniversitären Instituten, Forschungseinrichtungen und innerhalb der behördlichen Denkmalpflege eingesetzt werden.

Der Einsatz der Digitalen Archäologie ist grundsätzlich in vier Anwendungsbereiche zu unterteilen: 1. digitale Prospektions- und Grabungsverfahren, 2. digitale Dokumentations­prozesse der Befund- und Fundbearbeitung bis hin zur Archivierung, 3. digitale Analysen der Befund- und Funderforschung, 4. digitale Aufarbeitungen zur Visualisierung für Rekonstruktionen und (museale) Präsentationen/Publikationen. Diese sehr umfangreichen und heterogenen Anwendungsbereiche digitaler Anwendungen und Methoden können hier in ihrer Gänze nur ansatzweise vorgestellt werden, sodass nur eine ausgewählte Übersicht der wichtigsten Fallbeispiele aufgeführt wird:

Geoelektrische und geomagnetische Prospektionen dienen, durch Messung der unterschiedlichen elektrischen oder magnetischen Leitfähigkeit des Bodens, der Erfassung von anthropogenen Bodeneingriffen, den Spuren von ehemaligen Gräbern, Häusern etc., die lagegerecht in der aus den Signalen generierten Impulsgrafik, oft kombiniert mit einem GPS, dargestellt werden. Die elektromagnetischen Wellenmessungen dienen somit der Erkennung von unbekannten Bodendenkmalen, wie das Projekt ArcLand – Archeo Landscapes Europe[1] mit dem Deutschen Archäologischen Institut zur Vernetzung eines European Cultural Heritage beispielhaft aufzeigt. Die meisten archäologischen Fachbehörden der Bundesländer und zahlreiche universitäre Forschungsprojekte setzen diese Prospektionsverfahren zielgerichtet ein, die auch als Bodenradar und Geomagnetik bezeichnet werden. Fotogrammetrie ist differenzierbar in terrestrische Fotogrammetrie (z.B. entzerrte Befundfotographien) und Aerofotogrammetrie (z.B. stereoskopische Luftbildauswertung), wobei beide ebenfalls etablierte Verfahren zur digitalen Datenerfassung im Dokumentations- und Archivierungswesen sind, die zum Standard der archäologischen Dokumentationsrichtlinien gehören.[2]  Laserscann-Verfahren sind auch in terrestrische und durch Befliegungen (Airborne laser scanning) erhobene Datensätze zu unterteilen. Beiden liegen jedoch ähnliche Techniken der Laserabtastungen zugrunde, die in wählbarer Messpunktdichte (Maschenweite) recht unterschiedlich umfangreiche Datensätze (mit X, Y, Z-Werten) erzeugen und im folgenden Arbeitsschritt zu 2D- oder 3D-Visualisierungen interpoliert werden. Die Haupanwendung von terrestrischen Laserscanns sind Abtastungen von Befundlagen und Gebäude(reste)n, die zur Baudenkmalpflege und Architektur überleiten, und beispielsweise mit georeferenzierten Fotos der Fotogrammetrie zu fotorealistischen digitalen 3D-Objekten animiert werden können.[3] Airborne Laserscanns dienen meist der Erstellung von Geländemodellen, die die Befundlagen in ihrem Umfeld darstellen und oft unter landschaftsarchäologischen Fragestellungen eingesetzt werden.  Diese 3D-Visualisierungen dienen in erster Linie der systematischen Bestandserfassung, aber auch als Grundlage von 3D-Rekonstruktion einer Paläolandschaft, die aber eine umfangreiche (Mess-)Datenmanipulation voraus setzen. Digitale Auswertungsprozesse erfolgen zudem auch mittels Bildannotation sowie perspektivisch mit automatisierter Bildmustererkennung zum typologischen Reihenvergleich bestimmter Artefaktgruppen, wobei Verbindungen zur Kunstgeschichte bestehen.

Weiterhin sind komplexe Geografische Informationssysteme (GIS) und deren konsequente methodische und technische Weiterentwicklung mit Open-Source-Softwarelösungen hin zu WebGIS-Verbünden europäischer Fundstellenlandschaften ein zentrales Thema der Digitalen Archäologie. Sehr wichtig ist dabei die Umsetzung von europaweiten Standards einheitlicher, bzw. interoperabler Koordinatensysteme und WMS (World Map Services) Applikationen, die kooperative Forschungen über bislang bestehende Landes- und Verwaltungsgrenzen hinweg überhaupt erst ermöglichen.[4] Im Gegensatz dazu verfügen Geobrowser meist nicht über zugängliche Basisdatenbanken, da sie hauptsächlich Visualisierungs-Tools mit beschränkten Analyseoptionen sind.


[2] Verband der Landesarchäologen der BRD mit dem Grabungsstandard und Datenbankstandard ADeX: http://www.landesarchaeologen.de/

[3] Beispielsweise Landesamt für Archäologie Sachsen: http://www.archaeologie.sachsen.de/951.htm

[4] INSPIRE (Infrastructure für Spatial Information in the European Community) Richtlinie der EU: http://europa.eu/legislation_summaries/environment/general_provisions/l28195_de.htm

http://inspire.jrc.ec.europa.eu

The Landscape Research Centre

Am britischen Landscape Research Centre wurden jüngst sehr richtungsweisende Untersuchungen zum Umfeld von Siedlungsbefunden unternommen. Am Fallbeispiel des Anglo-Saxon Sherburn wurden Luftbildbefunde in einem GIS in Bezug zur Fund- und Befundlage (der Oberflächenbegehungen und Grabungen) analysiert. In dieses GIS sind ebenso die geomagnetischen Prospektionen georeferenziert eingebunden. Die Untersuchungen sind aber nicht nur auf die Anglo-Saxon völkerwanderungszeitliche bis frühmittelalterliche Siedlung  Sherburn beschränkt, sondern es wurde aus den Forschungsdaten der letzten 30 Jahre ein digitaler Atlas aller Befundlagen in auswählbarer Verschneidung mit den Prospektions- und fernerkundlichen Daten des gesamten Vale of Pickering in allen Zeitstufen generiert. Dieses sehr anspruchsvolle 3D-Web-GIS kann mit einem Plugin in den eigenen Browser eingelesen und visualisiert werden. Die Implementation des Google-Earth Geo-Browsers erschließt auch die topographische Lage im weiteren Umkreis. Eine Zeitleiste des Web-GIS erschließt die vierte Dimension, den Raum im zeitlichen Verlauf. Web-GIS dieser Art werden bald zum Standard der Raum-Zeitdarstellung avancieren – noch sind sie außergewöhnlich innovativ.

http://thelrc.wordpress.com/

http://www.landscaperesearchcentre.org/

ArchaeoLandscapes

ArchaeoLandscapes ist ein Projekt der Europäischen Union, das die Kooperationspartner der archäologischen Institute, Universitäten und Landesbehörden zusammenbringt und somit den Dialog im europäischen Kontext voranbringt.  Die Fundstellenlandschaften werden besonders mit Methoden der Luftbildarchäologie, aber auch mit der einhergehenden Interpretation von Aerial-Laserscanning- und Satellitendaten-Befunden sowie Prospektionen der Geomagnetik, analysiert. Das Projekt ArchaeoLandscapes hat aber auch zum Ziel, den durch Baumaßnahmen teils sehr gefährdeten Bodendenkmalbestand innerhalb des Weltkulturerbes durch zielgerichtete Prospektionen systematisch zu erfassen, zu dokumentieren und im Bestand zu sichern.

http://www.archaeolandscapes.eu/

Digitale Geländemodelle in Sachsen

Am Sächsischen Landesamt für Archäologie läuft ein Projekt zur systematischen Erforschung von hochauflösenden Airborne Laserscanning-Geländemodellen. Diese basieren auf einer Messpunktdichte von 2m und ermöglichen damit auch die Erkennung von kleineren Bodendenkmälern, die im Bereich von 5-10m aufwärts liegen. Die interpolierten Geländemodelle werden in ein GIS (Geografisches Informationssystem) implementiert und dort mit den Fundstellenkartierungen und z.B. historischen Kartenwerken (oder Luftbildern) verschnitten und systematisch analysiert. Durch die archäologischen Funde können bisher unbekannte Befunde der Geländemodelle datiert werden. Ebenso kann die topografische Lage der Fundstellensituation bereits bekannter Fundstellen fernerkundlich exakt erörtert werden. Damit wird ein großer Betrag zum Verständnis der Mensch-Umweltbeziehungen in der Landschaftsarchäologie geleistet.

http://www.archaeologie.sachsen.de/3548.htm