Sztuczna inteligencja pomoże w masowym wykrywaniu pradziejowych zabytków

Sztuczna inteligencja i uczące się sieci neuronowe są innowacyjnym sposobem wspomagania pracy człowieka w coraz większej liczbie dziedzin, od diagnostyki medycznej, technicznej, po automatyczne tłumaczenia. Przez wiele lat uważano, że maszyny należy zaprogramować w pełni, a całą potrzebną wiedzę do ich działania zapisać w postaci kodu. Powstające ostatnio sztuczne sieci neuronowe działają jednak inaczej, bo podobnie do mózgu. Dzięki temu systemy oparte o nie same się uczą i stają się "same" coraz bardziej skuteczne.

"Chcemy wykorzystać sztuczne sieci neuronowe do wykrywania dawnych śladów po konstrukcjach wzniesionych przez człowieka. Wbrew utartej opinii nawet w Polsce są jeszcze tysiące nieznanych reliktów po intensywnej i długotrwałej obecności człowieka" - powiedział PAP Piotr Wroniecki, który otrzymał na ten cel grant z NCN. W skład jego kilkunastoosobowego zespołu, oprócz archeologów, wchodzą m.in. geografowie, historycy, informatycy i eksperci z sektora komercyjnego.

"Jeśli system będzie działał zgodnie z naszymi oczekiwaniami, może on z powodzeniem zrewolucjonizować archeologię - podobnie, jak wprowadzenie na jej potrzeby datowania radiowęglowego w pierwszej połowie XX w." - uważa Wroniecki. Datowanie radiowęglowe spowodowało, że możliwe stało się dość dokładne określanie wieku wielu odkryć dzięki datowaniu fragmentów organicznych. W ulepszonej formie metoda ta jest stosowana z powodzeniem na szeroką skalę w archeologii do dziś.

"Będziemy ją +karmić+ terabajtami zobrazowań satelitarnych"

Jak opowiada Wroniecki, aby sztuczna sieć neuronowa działała w odpowiedni sposób, potrzebuje ona bardzo dużej ilości danych do przetwarzania. "Dlatego w ramach projektu będziemy ją +karmić+ terabajtami zobrazowań satelitarnych. Od kilku dekad na potrzeby archeologii naukowcy analizują te obrazy, ale zdjęcia przeglądają ludzie. Zajmuje to bardzo dużo czasu. Dodatkowo ludzie patrzą na nie w sposób subiektywny. Dlatego wielokrotnie przegapiają na nich dawne ślady po działalności człowieka. Liczymy, że sztuczna inteligencja będzie w stanie w sposób szybki, sprawny i zobiektywizowany je oznaczać" - opowiada Wroniecki.

Sieć neuronowa będzie zaprogramowana w taki sposób, aby skupiać się na tzw. wyróżnikach roślinnych, widocznych na zdjęciach satelitarnych czy fotografiach lotniczych. W miejscach, pod którymi znajdują się pozostałości po dawnych budowlach, zboża czy trawy rosną w nieco inny sposób, niż w otaczającym terenie. Zarysy pradziejowych domostw sygnalizuje np. obecność ciemniejszej roślinności. Nowe stanowiska archeologiczne na terenie Europy wykrywa się często właśnie w taki sposób - poszukując charakterystycznych zmian widocznych z lotu ptaka.

"Skupimy się zatem nie na jakimś konkretnym typie obiektu - cmentarzysku czy grobowcu megalitycznym, ale typie pośrednika w formie wyróżnika roślinnego, ujawniającego podziemną obecność danego zabytku" - wyjaśnia Wroniecki.

Opisując powstające narzędzie, Wroniecki tłumaczy, że do systemu sztucznej inteligencji wgrane będą zdjęcia satelitarne. Sam zaś system znajdzie wyróżniki roślinne, które zakwalifikuje jako pozostałości archeologiczne. Oznaczy je, obrysuje i naniesie na mapę. Taki "produkt" otrzyma archeolog. "Ręczne wykonanie takiej pracy zajęłoby nam tygodnie, a może miesiące, w zależności od obszaru. Sztuczna sieć neuronowa zrobi to w kilka lub kilkanaście godzin dla setek tysięcy kilometrów kwadratowych" - przekonuje.

Sztuczne sieci neuronowe - jak opowiada Wroniecki - wchodzą przebojem w różne dziedziny życia. W archeologii również nie będzie to ich pierwsze zastosowanie, bo z ich pomocą wykonywane są np. próby klasyfikowania fragmentów ceramiki. To jedna z najczęstszych kategorii zabytków odrywanych przez archeologów.

"Nikt jednak do tej pory na świecie nie wykorzystywał sztucznych sieci neuronowych do analizy wyróżników roślinnych na zobrazowaniach satelitarnych w poszukiwaniu śladów dawnej działalności człowieka" - podkreśla archeolog.

Jak mówi Wroniecki, archeolodzy dzisiaj często skupiają się na pojedynczych stanowiskach archeologicznych, czyli osadach czy cmentarzyskach. Tymczasem - według niego - liczy się całościowe podejście do tematu. Mówi o zintegrowanych badaniach krajobrazu archeologicznego.

"Dogłębna analiza zdjęć satelitarnych umożliwi analizę śladów obecności człowieka w sposób kompleksowy, holistyczny. Wyłonią się nam nie tylko pojedyncze osady, ale położone obok nich cmentarze, trakty komunikacyjne i pozostałości po innych konstrukcjach. Możemy spodziewać się bardzo dużego przyrostu danych - nawet większego, niż w momencie, gdy kilka dekad temat na szerszą skalę zaczęto korzystać z zobrazowań satelitarnych" - podkreśla Wroniecki.

Projekt potrwa trzy lata. Archeolog liczy, że w jego wyniku powstanie prototyp narzędzia, które będzie można wykorzystać w całej Europie. Zastrzega, że nie będzie to gotowy produkt - narzędzie będzie wymagało doskonalenia.

Wroniecki od dekady zajmuje się wykorzystaniem na szeroką skalę nieinwazyjnych metod w archeologii. W praktyce oznacza wykorzystanie narzędzi, które umożliwiają namierzenie dawnych konstrukcji bez wbijania łopaty w ziemie. Oprócz zdjęć lotniczych czy satelitarnych korzysta on również z różnych metod geofizycznych. Dzięki temu odkrył m.in. zaginione miasto Nieszawę czy kilka olbrzymich konstrukcji kultowych sprzed nawet 7 tys. lat, tzw. rondeli. "Jeszcze kilka lat temu uważano, że ludzie ich nie budowali na terenie Polski" - podkreśla Wroniecki.

"Już teraz widać, że pogląd o peryferyjnym charakterze osadnictwa Polski wiele tysięcy lat temu, jaki utrwalił się w polskiej archeologii, należy uznać za fałszywy. Coraz szersze wykorzystanie metod nieinwazyjnych pokazuje, że rozpoznanie Polski pod względem archeologicznym jest nadal bardzo dalekie od doskonałości. Liczę, że włączenie do badań archeologicznych tego systemu opartego o sieci neuronowe przyniesie nam nowe rewelacje" - kończy.