Remote Sensing, GIS, GPS e tecniche tradizionali. Percorsi integrati per lo studio dei paesaggi archeologici: Murlo-
Montalcino e bassa Val di Cornia
Stefano Campana
La disciplina Archeologica negli ultimi quindici anni è stata incessantemente stimolata da innovazioni tecnologiche che interessano
tutti i settori applicativi e le diverse fasi della ricerca, dalla acquisizione, alla gestione, all'analisi del dato. Nelle indagini territoriali la novità
forse pii significativa è costituita dall'introduzione della tecnologia GIS che come è noto consente di archiviare, processare, analizzare le
qualità spaziali dei dati archeologici e presentarne i risultati in modo veloce ed efficien
In Italia oltre ai sistemi GIS sono state avviate importanti esperienze di applicazioni di nuove tecnologie tra cui,
il sistema di georeferenziazione satellitare GPS, l'elaborazione di immagini telerilevate (in particolare foto aeree), modelli microtopografici,
laser scan, ecc. Nonostante il successo di numerosi progetti e gli evidenti benefici che i sistemi informativi e le tecnologie innovative
comportano, l'uso di questi strumenti non è ancora diventato parte integrante del modello concettuale del progetto archeologico.
Ad oggi in Italia gran parte delle ricerche sul paesaggio sono condotte secondo i metodi e le tecniche sviluppate fra gli anni Sessanta,
nell'ambito del South Etruria Survey e gli anni Ottanta, in vari progetti subregionali. Le tecniche adottate sono limitate alla ricognizione
di superficie in aree campione, per i suoli agricoli, mentre nelle aree boschive o inaccessibili, sono adottati i metodi
dell'aerofotointerpretazione di riprese il più delle volte non finalizzate. La tecnologia GIS è spesso impiegata in modo limitato per
la catastazione di un numero ristretto di piani informativi georiferiti indirettamente facendo riferimento a basi cartografiche regionali.
Il lavoro che presentiamo affonda le radici nell'esperienza sviluppata presso l'area di Archeologia Medievale dell'Università di Siena che
da più di vent'anni è attiva in progetti di archeologia territoriale con programmi di ricerca a
scala regionale e subregionale tra cui ricordiamo il progetto Siti di Altura della Toscana, le Carte Archeologiche delle province di Siena,
Grosseto ed alcuni comuni del livornese. Queste ricerche nel complesso hanno permesso il riconoscimento di circa 9000 siti archeologici
e 5000 anomalie da foto aerea. Le informazioni raccolte sono gestite dal sistema informatizzato di gestione globale del dato archeologico
realizzato negli ultimi dieci anni presso il Laboratorio di Informatica dell'area di Archeologia Medievale. Nonostante gli ottimi risultati
ottenuti e il progressivo affinamento delle metodologie di indagine adottate è stata sentita l'esigesigenza di esplorare e valutare
nuovi metodi di analisi. Questi sono orientati sia allo studio generale dei paesaggi archeologici sia al riconoscimento di alcune fasi
storiche quali l'altoaltomedioevo che costituisce da sempre un periodo estremamente difficile da individuare sul terreno. E' da
queste constatazioni che l'espeesperienza del mio dottorato di ricerca trae spunto. In origine il titolo del progetto di ricerca presentato
in sede di concorso era "Elaborazione di immagini multispettrali da satellite ad alta risoluzione per l'indiindividuazione di emergenze
archeologiche e paleoambientali".
La questione centrale del progetto era stabilire se le immagini da satellite ad alta risoluzione, nel nostro caso inizialmente Ikonos-2 e solo
negli ultimi mesi QuickBird-2, fossero utili all'identificazione di siti archeologici in un'area quale la Toscana. In passato
i successi registrati dall'impiego in ambito archeologico sono stati ottenuti in aree desertiche o in situazioni dove l'immagine da
satellite costituiva l'unica fonte telerilevata disponibile. In Italia ci sono stati relativamente pochi studi che hanno fatto uso di
immagini da satellite. I successi sono stati registrati soprattutto in merito alla ricerca di elementi lineari, quali le tracce della centuriazione
romana o di sopravvivenze geomorfologiche e paleoambientali. Due sono i principali fattori che hanno condizionato questi risultati.
In negativo troviamo la scarsa risoluzione dei satelliti Landsat e Spot, mentre in positivo vi è la capacità dei sensori di acquisire ampie
porzioni di territorio e registrarle a diverse lunghezze d'onda nel visibile, nell'infrinfrarosso vicino, medio e termico dello spettro
elettromagnetico. A questi si aggiunga che l'elabelaborazione digitale delle immagini multispettrali consente, sebbene solo in parte, di
superare la dipendenza dalle ristrette "time windows" in in cui le anomalie risultano particolarmente visibili. I recenti progressi
nel settore dei satelliti di osservazione della terra, in particolare in termini di risoluzione geometrica, stanno progressivamente cambiando
i possibili usi delle immagini da essi prodotte. In circostanze appropriate l'informazione acquisita dai satelliti ad alta risoluzione è
oggi confrontabile con le riprese verticali a media scala. Teoricamente il livello di dettaglio delle immagini Ikonos-2 e QuickBird-2
consente
di distinguere elementi lineari di 1-2 m ed elementi con superfici a partire da 1000-2500 m2. In termini archeologici, castelli medievali,
chiese, monasteri, ville romane, oppida ellenistici, costituiscono strutture della rete insediativa antica potenzialmente osservabili tramite il
dato da satellite. Prima di avviare la nostra esperienza abbiamo identificato una serie di problemi e di domande le cui risposte, molto
probabilmente parziali e forse in alcuni casi ancora insoddisfacenti, costituiscono uno degli obiettivi del progetto. In particolare intendiamo
capire:
- Anzitutto, Il livello attuale di dettaglio delle immagini da satellite ad alta risoluzione è veramente adeguato per procedere
all'interpretazione archeologica?
- Quale tipologie di siti archeologici sono identificabili?
- Quali sono le relazioni e i possibili benefici che derivano dall'integrazione tra dato da satellite e fotografia aerea?
- Quando l'impiego delle immagini da satellite ad alta risoluzione comporta reali benefici all'indagine archeologica?
- Quale è il contributo originale delle immagini da satellite ad alta risoluzione per l'identificazione di siti archeologici
e la migliore comprensione dei paesaggi antichi?
- Infine, perché utilizzare costose immagini da satellite, in Toscana o più in generale in Italia, se altre fonti quali le riprese
verticali a scopo cartografico o le fotografie oblique sono disponibili gratuitamente o possono essere acquisite a costi inferiori?
Riteniamo che il lavoro svolto in questi anni abbia rispettato gli obiettivi iniziali, sebbene nuove opportunità e nuove
considerazioni emerse nel corso della ricerca ne hanno notevolmente ampliato le prospettive. La strategia adottata per valutare
i dati da satellite ha previsto dal principio l'introduzione di strumenti quali il GPS e il confronto con altri dati telerilevati per
determinarne il contributo non ridondate. L'uso sistematico di questi strumenti in laboratorio e nelle operazioni in campagna,
la mole diversificata e consistente dei dati telerilevati acquisiti ed analizzati nel corso delle indagini, le soluzioni adottate per superare i
problemi connessi alla verifica diretta delle anomalie e la comprensione dei limiti attuali del dato da satellite, ci hanno indirizzato a
porre l'accento più sullo sviluppo di percorsi integrati per lo studio dei paesaggi archeologici che sul dato da satellite. In tutto
questo il contributo delle immagini da satellite all'analisi territoriale conserva un'attenzione privilegiata nella nostra indagine.
Oggetto della ricerca sono due territori della Toscana centro meridionale. Il primo in provincia di Siena è caratterizzato dal tipico
paesaggio collinare (distretti comunali di Murlo e di Montalcino). Il secondo, prevalentemente pianeggiante è situato in provincia di
Livorno e comprende l'area di costa tra Populonia, Campiglia Marittima e Donoratico; l'estensione complessiva dei
campioni è di circa 640 km2. I territori sono stati oggetto in tempi recenti di numerosi studi a carattere storico-archeologico, ricognizioni
di superficie, scavi, aereofotointerpretazione di riprese verticali effettuate tra il 1938 e il 1976, ricerche geologiche e geomorfologiche.
La complessità delle vicende del paesaggio, la variabilità geomorfologica e l'intensa attività di ricerca, conferiscono ai campioni
un alto grado di rappresentatività.
In relazione alla caratteristiche storico-archeologiche dei territori indagati e agli strumenti adottati abbiamo circoscritto una serie di
problematiche a cui la nostra indagine potenzialmente avrebbe potuto dare un contributo:
- viabilità romana e medievale (in particolare la Via Consolare Aurelia e la Via Maremmana);
- riconoscimento di tracce relative ad aree lacustri ed aree emerse (area costiera);
- messa a fuoco delle risorse economiche, tra cui aree palustri e minerarie (area costiera);
- approdi marittimi primari (Baratti e Piombino) e secondari;
- topografia urbana della città di Populonia (area costiera);
- individuazione di castelli, monasteri, ville medievali, ville romane, ecc.;
- diacronia delle reti insediative;
- evidenze paleoambientali.
Dal principio, oltre all'adozione di tecnologie innovative, abbiamo previsto il largo impiego della "tradizionale"
ricognizione di superficie che a nostro parere continua a rappresentare la metodologia di indagine più efficace per
l'individuazione e la comprensione delle emergenze nel territorio. Non potendo estendere le ricerche ad entrambe le aree
campione, abbiamo focalizzato la nostra attenzione solo sul comprensorio comunale di Montalcino.
Se questa scelta, per rientrare entro tempi di realizzazione del progetto è stata inevitabile, il risultato è un evidente squilibrio
nell'intensità della ricerca a vantaggio del campione 1 (Murlo/Montalcino). Oltre alle ricognizioni di superficie svolte nel
comune di Montalcino, l'area di Murlo è stata interessata tra il 1995 e il 1999 da indagini territoriali condotte dallo
scrivente nell'ambito del Progetto Carta Archeologica della Provincia di Siena.
Per questi motivi abbiamo deciso di esporre nel capitolo X i risultati di una serie di casi di studio relativi ad entrambi i campioni
territoriali ed esemplificativi della casistica individuata. Nel capitolo successivo ci siano invece soffermati sullo sviluppo dei modelli
insediativi diacronici, limitatamente al comprensorio ilcinese.
SOMMARIO
L'elaborato scritto è organizzato in quattro sezioni principali per un totale di dodici capitoli di testo e tre capitoli dedicati
alla documentazione grafica e agli schedari. La prima parte è rivolta allo sviluppo storico delle tecnologie adottate e
all'inquadramento del contesto territoriale oggetto del nostro studio. La seconda parte è relativa alle fasi principali della ricerca,
strategia, peculiarità delle metodologie adottate, trattamento digitale dei dati, interpretazione degli stessi, gestione delle informazioni
e lavoro in campagna. La terza parte è rivolta alla presentazione dei risultati tramite la discussione di casi di studio costituiti da
analisi intra-site e modelli di lettura diacronica del comune di Montalcino. Al termine della sezione, l'ultimo capitolo raccoglie
le considerazioni conclusive sull'esperienza condotta. L'ultima sezione comprende tutta la documentazione raccolta e prodotta,
compresi i riferimenti bibliografici .
Parte I - Background
Capitolo II: Archeologia e Remote Sensing
Considerato che la gran parte delle tecnologie applicate all'indagine sono afferenti alla disciplina del telerilevamento, abbiamo
ritenuto indispensabile proporre un quadro delle relazioni tra Archeologia e Remote Sensing, indicando per grandi linee le tappe
fondamentali dello sviluppo storico e lo stato dell'arte. Il capitolo tratta questi argomenti spaziando dalla fotografia aerea, alle
immagini da satellite, agli scanner aviotrasportati, alla geofisica applicata, fino alle più recenti esperienze tese alla combinazione di dati
multisensore.
Capitolo III: Il contesto territoriale
Il primo paragrafo è indirizzato a motivare la scelta delle aree da sottoporre ad indagine. In seguito il capitolo descrive le caratteristiche
geomorfologiche, geologiche, insediative e l'uso del suolo in età moderna. Il livello di approfondimento dei singoli argomenti
varia in base alla letteratura disponibile per le diverse aree considerate.
Parte II - La ricerca
Capitolo IV: Strategia e metodologia della ricerca
La ricerca ha preso avvio dall'ipotesi che i dati da satellite di ultima generazione possono dare un contributo originale
all'indagine archeologica. In seconda istanza l'introduzione di tecniche quali le ricognizioni aeree e la geofisica hanno
aggiunto una seconda ipotesi relativa alla necessità di procedere all'integrazione dei dati in ambiente GIS per ottenere
risultati diversamente non conseguibili. In questo capitolo sono esplicitate le modalità e le scelte attuate per confermare o
smentire le ipotesi iniziali.
Capitolo V: Tecniche e strumenti dell'indagine: caratteristiche, potenzialità e limiti
Il capitolo analizza le tecniche adottate nel corso dell'indagine indicandone le principali applicazioni e le caratteristiche con
particolare attenzione a potenzialità e limiti. Al termine del capitolo in una tabella sono schematizzati i risultati.
Capitolo VI: Trattamenti digitali delle immagini ed elementi di fotogrammetria digitale: tecniche utilizzate e tendenze
La fase analitica della ricerca ha fatto largo uso di tecniche di enfatizzazione delle informazioni-contenute nelle immagini.
Il primo paragrafo descrive brevemente le caratteristiche principali delle immagini digitali. In seguito l'articolazione degli
argomenti segue in successione le fasi del processo di estrazione delle informazioni: pre-trattamento (operazioni cosmetiche,
georeferenziazione), generiche tecniche di miglioramento dell'immagine (contrasto, filtri, pseudocolore), trattamento di immagini
multispettrali. Oltre alla descrizione delle trasformazioni applicate, di volta in volta sono indicati i risultati attesi e reali. L'ultimo
paragrafo è dedicato ai procedimenti di analisi dei dati geoelettrici.
Capitolo VII: Contenuto semantico delle immagini
Questo capitolo è indirizzato all'esposizione dei principi adottati per interpretare le tracce evidenziate nelle immagini. Il contributo
descrive i criteri di identificazione ed interpretazione delle discontinuità archeologiche e non archeologiche. Nella seconda parte abbiamo
avanzato alcune considerazioni morfometriche e descritto in modo schematico il procedimento analitico distinto per po di immagine:
multispettrale da satellite, foto aerea verticale, foto aerea obliqua.
Capitolo VIII: Gestione delle informazioni: RDBMS, GIS e mobile systems
Giunti a questo punto del lavoro risulta piuttosto evidente che per gestire e quindi accedere alla consiste mole di dati raccolti è
indispensabile organizzare un sistema informativo adeguato alle nostre esigenze. Il capitolo è sostanzialmente distinto in due sezione
relative al sistema GIS (Data Base, Data entry, interfaccia grafica) e agli strumenti adottati sul terreno (GPS e GIS tascabili).
Capitolo IX: Il lavoro sul campo
Una fase consistente e fondamentale del nostro lavoro si è svolta in campagna. Nella prima parte del capitolo sono descritti i sistemi
di battitura degli spazi agricoli e i criteri adottati nell'interpretazione delle concentrazioni di superficie. Il secondo paragrafo è
rivolto alla verifica sul terreno delle anomalie e all'impiego sia del sistema GPS sia del Mobile GIS. L'ultima parte mostra come
nella pratica sono state condotte le indagini geofisiche sui poggi di Cosona e di San Pietro ad Asso.
Parte III - Conclusioni
Capitolo X: Casi di Studio
In questo capitolo abbiamo raccolto sei situazioni che riteniamo esemplificative del lavoro condotto nelle due aree campione.
I casi proposti mostrano l'analisi delle singole fonti utilizzate, in genere immagini da satellite, foto aeree oblique, foto aeree
verticali, rilievi GPS, indagini geofisiche. Successivamente si procede al dialogo tra le diverse fonti in ambiente GIS e
all'interpretazione complessiva. Il percorso di indagine varia in relazione alle caratteristiche del contesto e alla
disponibilità di dati ma il contributo offerto dall'integrazione dei dati in ambiente GIS risulta sempre sostanziale.
Capitolo XI: Modelli di lettura diacronica del comune di Montalcino
Sulla base dei dati raccolti dalla schedatura della letteratura archeologica e delle fonti documentarie edite, dalle ricognizioni di
superficie e dall'analisi dei dati telerilevati sono stati sviluppati modelli dell'organizzazione insediativa e socioeconomica
dell'area ilcinese tra la preistoria e il bassomedioevo.
Capitolo XII: Conclusioni
Il bilancio del'esperienza condotta viene esposto rispondendo nel primo paragrafo alle domande presentate nell'introduzione
in merito al contributo delle immagini da satellite ad alta risoluzione. In seguito si passa a considerare le altre fonti utilizzate e il
ruolo della tecnologia GIS.
Parte IV -Documentazione
XIV - Tavole
Le tavole costituiscono un supporto fondamentale alla lettura dell'elaborato, senza le quali la comprensione del lavoro svolto risulta
incompleta ed in alcuni casi difficilmente accessibile.
XV - Schedario delle anomalie
Le informazioni su ogni singola anomalia individuata sono state sintetizzate in forma di scheda. I record sono numerati progressivamente
in relazione al campione di appartenenza. Il toponimo successivo al numero del sito indica il luogo preciso del rinvenimento o nel caso
in cui non vi sia precisa corrispondenza tra località ed emergenza si intende con il toponimo della località più vicina.
Le informazioni contenute nelle schede possono essere distinte in tre gruppi:
- elementi di localizzazione - toponimo, riferimento cartografico (da I.G.M. 1: 25.000 o dalla CTR 1:10.000), coordinate
geografiche Gauss-Boaga, quota altitudinale, morfologia, formazione geologica di riferimento, bacino d'approvvigionamento idrico più
vicino, uso del suolo attuale;
- caratteristiche delle fonti - descrizione cartografia, descrizione riprese consultate, digital image processing.
- caratteristiche dell'anomalia - descrizione anomalia, forma, orientamento, dimensioni, formazione, tipo di traccia,
interpretazione delle immagini, definizione anomalia;
- verifica sul terreno - descrizione sopralluogo, caratteristiche dell'evidenza archeologica, rilievi GPS, interpretazione, cronologia,
materiali presenti, elementi datanti.
Al termine dello schedario segue l'elenco di tutte le tracce telerilevate, edite ed inedite censite nelle due aree campione.
XVI - Schedario topografico del comune di Montalcino
Il catalogo comprende 531 siti che sono il risultato delle ricognizioni di superficie e della schedatura dei rinvenimenti archeologici e
documentari editi. Lo schedario è suddiviso in relazione al quadrante I.G.M. di appartenenza posto in ordine ascendente
(F.120 II, F.121 III, F.128 I, F.129 IV)Le schede sono numerate progressivamente sulla base del quadrante I.G.M. secondo il seguente
criterio: i rinvenimenti editi sono indicati con numeri maggiori di 1 e minori di 100 mentre i rinvenimenti inediti con numeri maggiori di
100.
Le informazioni contenute nelle schede possono essere distinte in due gruppi:
- elementi di localizzazione - caratteristiche geografiche, geologiche. Toponimo, riferimento cartografico
(da I.G.M. 1: 25.000 o CTR 1:10.000), coordinate geografiche Gauss-Boaga, quota altitudinale, formazione geologica di riferimento,
morfologia, bacino d'approvvigionamento idrico più vicino, uso del suolo attuale, descrizione del sito;
- caratteristiche dell'evidenza archeologica - affidabilità identificazione, stato di conservazione del deposito, descrizione del
deposito in superficie, definizione del deposito, interpretazione, cronologia.
