EXPERIENCIAS DE TELEDETECCIÓN PASIVA Y …Experiencias de teledetección pasiva y activa en el estudio arqueológico de la ciudad celtibérica de Segeda (Mara, Zaragoza) VIII CIA

I. INTRODUCCIÓNLa Zona Arqueológica de Segeda se extiendeentre los términos municipales de Mara y Bel-monte de Gracián, ambos pertenecientes a la pro-vincia de Zaragoza, a escasos 15 km de la ciudadde Calatayud, en la cuenca del río Perejiles. Los tra-bajos arqueológicos que se vienen desarrollandodesde 1998 están confirmando su corresponden-cia con las distintas fases de la homónima ciudadceltibérica (Burillo 2001-2, 215-238). Las fuentesclásicas nos relatan la importancia que tuvo dichaurbe siendo una ampliación de la ciudad y sus for-tificaciones la que conllevó al enfrentamiento conla emergente Roma en el año 153 a.C. (Apiano Iber.,45) en plena expansión por el Noroeste de la Pe-

nínsula Ibérica, trasladándose su población a la ve-cina ciudad de Numancia conllevando su entradaen el conflicto bélico.Sin embargo, no serán los datos aportadospor los autores clásicos, ni la abundante numis-mática emitida (Gomis 2001) y tampoco los mate-riales arqueológicos recuperados por el equipo deinvestigación lo que le confiera a esta yacimientocomo importante para la investigación arqueoló-gica, sino serán sus características topográficas ylas condiciones geomorfológicas que configuraroneste yacimiento arqueológico. La Zona Arqueoló-gica de Segeda se configura con la unión de dosfases distintas de la ciudad de Segeda. La fase cel-tibérica, denominada por el equipo de excavación

EXPERIENCIAS DE TELEDETECCIÓN PASIVA Y ACTIVA EN EL ESTUDIO AR-QUEOLÓGICO DE LA CIUDAD CELTIBÉRICA DE SEGEDA (MARA, ZARAGOZA)

EXPERIENCES OF PASSIVE AND ACTIVE REMOTE SENSING IN THE ARCHAEOLOGICAL STUDY OF THE SE-GEDA CITY (MARA, ZARAGOZA)

Raúl López Romero (1) / Juan Gregorio Rejas Ayuga (2) / Francisco Burillo Mozota (3) / M.ª Ascensión Cano Díaz (1) /M.ª Esperanza Saiz Carrasco (1) / Mercedes Farjas Abadía (4) / Teresa Mostaza Pérez (5) / Julio J. Zancajo Jimeno (5)(1) Centro de Estudios Celtibéricos de Segeda(2) Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial(3) Facultad de Humanidades y Ciencias Sociales de Teruel, Universidad de Zaragoza(4) E.T.S.I. de Topografía, Geodesia y Cartografía, Universidad Politécnica de Madrid(5) Escuela Politécnica Superior de Ávila, Universidad de Salamanca

RESUMEN: En la siguiente comunicación se presenta los diferentes resultados obtenidos tras cuatro años ininte-rrumpidos de aplicación de diferentes técnicas y metodologías de teledetección con imágenes hiperespectrales ymultiespectrales térmicas en la Zona Arqueológica de Segeda (Mara – Belmonte de Gracián, Zaragoza) y su en-torno, como herramientas útiles para el descubrimiento de estructuras o rupturas arqueológicas soterradas. En elpresente se resumen las diferentes campañas de adquisición de datos, la metodología utilizada en el tratamientodigitad de los datos y las posibilidades de integración de esta información en un Sistema de Información Geográ-fica (SIG) para un posterior análisis geoespacial de la configuración del yacimiento.

SUMMARY: In the next article, is the review the different results obtained after four consecutive years of applica-tion of different techniques and methodologies of remote sensing techniques and methodologies applied to thestudy of the archaeological site of Segeda (Mara – Belmonte de Gracián, Zaragoza) and their environment, as toolsuseful for the discovery of buried archaeological structures or ruptures. In this summarizes is the review the variousdata acquisition campaigns, themethodology used in digital processing of data and the possibilities of integratingthis information into a Geogrphical Information Systems (GIS) for further spatial analysis of the configuration ofthe site.

PALABRAS CLAVE: Hiperespectral, SAR, anomalías espectrales, teledetección, estructuras arqueológicas, SIG, Segeda.KEY WORDS: Hyperspectral, SAR, spectral anomaly, remote sensing, archaeological structures, GIS, Segeda.

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como Segeda I, surge en el núcleo del cerro delPoyo de Mara y se extiende por los campos del en-torno; posteriormente aparecerá la urbe celtibe-rromana de Segeda II, un asentamiento creado trasla destrucción por Roma del primer núcleo y ca-racterizada por ser una ciudad de las denomina-das en “llano”, encontrándose inmediata al núcleooriginal (Burillo 2006).

Fig. 1. Mapa de situación de la Zona Arqueológica de Segeda.

La gran extensión (entorno a las 40 ha) y laubicación en la que se encuentran estos asenta-mientos configurará un área de test idónea para laaplicación de nuevas metodologías de teledetec-ción por su accesibilidad a diferentes espectros deestructuras arqueológicas. A ello se debe sumar lavariedad tipológica de los restos materiales exis-tentes, tanto por los materiales empleados (yesos,calizas, cuarcitas, adobes, etc.), como en sus di-mensiones y edificación (murallas, muros perime-trales, muros divisores, mosaicos, enlosados, etc.)y a la posibilidad de la comprobación de estos re-sultados con las continuas campañas de excava-ción que en ella se desarrollan. Sin embargo, elmayor aporte para la evaluación de estas técnicasproviene de las notables diferencias del espesor desedimentos bajo los que se encuentran enterradaslas estructuras arqueológicas, localizando en en-tornos próximos restos arqueológicos a menos de30 cm de la superficie (Burillo et al. 2008), frentea otras áreas donde las evidencias arqueológicasson documentadas a profundidades mayores delos 2 m como es el caso del Área 3 de Segeda I (Bu-rillo 2001-2002).Por tanto, a efectos de teledetección, este en-clave arqueológico tiene la relevancia de ser unárea de test idóneo donde poder desarrollar y va-lidar las diferentes metodologías de prospección,debido a su estado de excavación, que si bien es se-cuencial y riguroso, podríamos calificar de inci-piente, lo que permite ir contrastando losresultados según se desarrollan los trabajos ar-queológicos.

Fig. 2. Las dos imágenes muestran el diferentes espesor de sedimentos que cubren los restos de la Zona Arqueológica de Segeda.La imagen izquierda correspondiente al Área 3 con sedimentos a más de 1,60 m y la imagen derecha, Área 4, a menos de 50 cm.

Raúl López Romero/ Juan Gregorio Rejas Ayuga / Francisco Burillo Mozota / M.ª Ascensión Cano Díaz /M.ª Esperanza Saiz Carrasco / Mercedes Farjas Abadía / Teresa Mostaza Pérez / Julio J. Zancajo Jimeno

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Multiespectral ETM+ Landsat 7 2002Hiperespectral AHS Aérea 2005SAR ASAR ENVISAT 2004 y 2006SAR Prototipo-INTA Aérea(*) 2006Térmico Thermacam Terrestre 2006Láser 3D Trimble GX 3D Trípode 2007Fotografía Nikon D70 Terrestre 2007Fotografía Cámara Digital UAV(*) 2008Tabla 1. Origen y características de los datos utilizados en lainvestigación.

Fig. 3. Imagen ASAR multitemporal (2004-2006) correspon-diente al entorno de la Zona Arqueológica de Segeda, super-puesta a vectores (cyan, verde y amarillo) de posibles rutasen dirección a Numancia.

Esta experimentación en el uso de estas nue-vas técnicas busca evaluar la posibilidad de su in-tegración dentro de las diferentes líneas deinvestigación arqueológica que se aplican en la ac-tualidad. En los últimos años, los nuevos sensoresde teledetección, tanto los pasivos como los acti-vos, aplicados en la prospección arqueológica handemostrando su potencial como importantes ins-trumentos para la localización de subsidencias oestructuras arqueológicas, como indican recientespublicaciones científicas (Belvedere et al. 2001;Emmolo et al. 2004; Weller 2006). Sin embargo,son escasas las veces que se pretende localizarestos elementos arqueológicos a partir del estudiode las respuestas que emite la superficie del te-rreno en longitudes de onda más allá del espectrovisible. Los estudios que estamos desarrollandodemuestran que el análisis de la respuesta de la su-perficie en longitudes de onda del espectro reflec-tivo (VIS-SWIR) y emisivo (TIR) puederepresentarnos información de estructuras o for-maciones creadas por el hombre y enterradas enla actualidad. En este caso el estudio se ha cen-trado en las bandas térmicas, por ser aquí dondeen principio, y en base a experiencias previas (Far-jas et al. 2003) es posible discriminar fenómenosque correspondan a estructuras enterradas.II. MARCO DE TRABAJO: ESTRATEGIA MULTIFUENTE YMULTIESCALALa metodología empleada siguió una estra-tegia de trabajo multi, micro, media y macro escala,afectando a los hallazgos y artefactos, al yaci-miento y a la región, respectivamente. Los datosempleados en este trabajo han respondido a esteplanteamiento. Por ello, desde 2005 se adquirie-ron un conjunto de imágenes de distintos senso-res y desde distintas plataformas querepresentamos en la siguiente tabla:

Para aumentar el conjunto de datos se obtu-vieron dos pases ascendentes ASAR (ENVISAT),correspondientes a las fechas del 31 de agosto de2004 y del 5 de septiembre de 2006. Estas escenasfueron seleccionadas porque abarcaban una granárea, 100 x 100 km, entorno a la actual ciudad deCalatayud, englobando así lo que sería la Zona Ar-queológica de Segeda, y su probable área de cap-tación de recursos. Dichas imágenes fueronprocesadas con el programa RAT (HUhttp://srv-43-200.bv.tuberlin.de/rat/UH), transformándolasa formato Simple Look Complex y posteriormentea imágenes de amplitud. La georreferenciación dela escena del año 2004 se realizó por método poli-nómico a partir de 55 GCP’s, corregistrando a suresultado la correspondiente al año 2006.

Junto a la adquisición de estas imágenes, secompletaron los datos con la realización de unacampaña de radiometría de campo, cuyo objetivoera obtener una biblioteca espectral de los materia-les más representativos de los enclaves arqueológi-cos para lo cual se utilizó el espectrorradiómetroGER 1500. A las medidas obtenidas se añadió unaserie de medidas radiométricas realizadas en labo-ratorio con el espectrorradiómetro ASD con la in-tencionalidad de obtener una caracterizaciónespectral de diferentes muestras de minerales re-cogidas y la obtención de firmas espectrales de lassuperficies medidas.

La amplitud y diversidad del origen de losdatos utilizados conllevó necesariamente a unatransformación de los parámetros de las imágenesa una escala absoluta, tanto de forma espacialcomo espectral, para permitir su procesamiento deforma conjunta, de tal manera que podamos refe-rir las medidas extraídas a otras procedentes delos distintos sensores o tomadas en distintas fe-chas. Con esto se preparó el conjunto de los datospara su posterior análisis que permitiesen corre-lacionar espacialmente los elementos correspon-dientes a estructuras o elementos arqueológicos(murallas, muros, estructuras arqueológicas, res-tos de origen orgánico, etc) con la temperaturaemitida por la superficie en el momento que fue-ron registrados por los sensores y otros paráme-tros clásicos extraídos mediante técnicas detratamiento de imagen.III. PREPROCESADO DE LAS IMÁGENES HIPERESPECTRA-LES. CORRECIONES RADIOMÉTRIAS Y CORRECIONES GEO-MÉTRICASEn el inicio del análisis de las imágenes ydatos auxiliares obtenidos es preciso realizar unaserie de tareas con la funcionalidad de corregir dostipos de distorsiones que sufren estas imágenes ensu momento de adquisición, las distorsiones ra-diométricas y las geométricas.En primer paso fue la aplicación del algo-ritmo MNF (Minimum Noise Fraction) en las imá-

genes hiperespectrales, que permitió reducir elruido. Para las bandas térmicas, se han desechadolos canales 55 a 64 y canal 70 por presentar unarelación señal/ruido elevada en este caso, y se haaplicado una interpolación lineal utilizando el niveldigital registrado y la temperatura asignada a loscuerpos negros de referencia (10 y 50 ºC) del AHS.Para el caso de las bandas reflectivas delsensor (hasta los 2,5 μm) los niveles digitales ori-ginales se calibraron a radiancias mediante coefi-cientes de calibración obtenidos utilizando la“esfera integradora” de calibración USS 400(http://www.labsphere.com/) cubierta con Spec-traflect. Para las bandas térmicas se aplicó una in-terpolación lineal utilizando el nivel digitalregistrado y la temperatura asignada a los cuerposnegros de referencia (10 y 50 ºC) situados antes ydespués de cada línea escaneada.Para convertir los valores de radiancia obte-nidos en el sensor a valores de reflectividad del te-rreno, parámetro este indicativo del estado de losmateriales y comparable con otras firmas espec-trales procedentes de librerías, se utilizaron lasmedidas radiométricas realizadas en campo asícomo las tomadas en el laboratorio. Con este mé-todo se consiguieron dos objetivos en un solo paso,la transformación de radiancia en el sensor a re-flectancia del terreno y la corrección de la distor-sión radiométrica producida por la atmósfera, alabsorber y dispersar parte de la radiación que


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Fig. 4. Ejemplo de fichero multifuente empleado para el estu-dio del Área 4 del yacimiento de Segeda I (Mara, Zaragoza). Fig. 5. Imagen multitemporal ASAR combinada con la imagenhiperespectral y los límites del área arqueológica de Segeda.

llega a la superficie. Para ello se aplicó al puerto 1del AHS el algoritmo "Empirical Line" (Smith y Mil-ton 1999) mediante firmas espectrales de superfi-cies "brillantes" y "oscuras" dentro de la zona deestudio, adquiridas en la campaña de espectrora-diometría de campo anteriormente descrita.La segunda gran tarea que se abordó du-rante el preprocesado de los datos concernía a lasnecesarias correcciones geométricas y georrefe-renciación de las imágenes. Para el caso de la ima-gen hiperespectral se aplicó un métodoparamétrico de georreferenciación, conocido comogeorreferenciación directa, que a partir de datos deposición y orientación medidos por un sistema in-ercial GPS/IMU en el momento de adquisición deestas imágenes, permitirá corregir las distorsionesgeométricas producidas por los movimientos de laplataforma y georreferenciar cada píxel de la ima-gen en un único proceso automático. También fueindispensable transformar los parámetros delresto de imágenes y datos auxiliares a una escalaabsoluta, tanto espacial como espectral, con el finde que pudiéramos referir las medias extraídas delas imágenes a otras procedente de otros sensoreso fuentes de información.La última fase fue la fusión de estas imáge-nes con fotografías área mediante Imgfuse (Geo-matica), generándose una nueva subescena a 0.5m de resolución espacial, manteniendo la infor-mación espectral original.IV. ANÁLISIS Y RESULTADOS OBTENIDOSAnálisis de datos térmicos: Anomalías térmicas yreducción de la dimensionalidad (PCA)Para el análisis de datos térmicos se siguie-ron dos técnicas. En primer lugar se calcularonanomalías aplicando una combolución medianteun filtro de mediana, para posteriormente esta-blecer un índice térmico (Rejas et al. 2006) basadoen la separabilidad de clases que presentan los ca-nales 74 y 80 del puerto térmico del AHS. La fun-ción diseñada se ha corregido en base a la relaciónde los parámetros de ganancia de ambos canales,resultando la siguiente expresión:

(Conv(AHS74)-Conv(AHS80))/(Conv(AHS74)+Conv(AHS80))*0,24Conv = image convolutionLa búsqueda de estas anomalías térmicas sebasa en la hipótesis conocida de que cuerpos en-terrados pueden inducir una temperatura super-ficial diferente para un mismo materialenvolvente.El resultado obtenido con esta técnica fueuna imagen en la que se detectaban píxeles con res-puestas anómalas térmicas con respecto al restodel territorio. El análisis de estas imágenes nos per-mitió localizar algunas de estas anomalías comosería el caso de una disposición circular concén-trica correspondiente a una estructura soterradaubicada en la margen derecha de la rambla deOrera y sita entre los restos de ambas urbes (Fig.6.3). En 2008 se confirmó mediante prospecciónarqueológica su correspondencia con un yaci-miento de cronología romana altoimperial, corres-pondiente a una villa en la que existen restos de unárea de producción cerámica. Del mismo modo, enel interior de los restos de la fase de Segeda II, sedocumentan rupturas y líneas que parecen indicarsu correspondencia con estructuras soterradas in-ternas (Fig. 6.2) o el caso del patrón geométrico dela Fig. 6.1, que la comprobación arqueológica de-mostró su correspondencia con una edificaciónagrícola de época moderna (s. XVII-XVIII).Otra línea de trabajo que hemos seguido res-pecto a los canales térmicos ha sido la reducciónde la dimensionalidad, mediante el Análisis deComponentes principales (PCA). El objetivo es ob-tener una nueva variable que exhiba el mayor con-traste térmico, principalmente entre las longitudesde onda de 10,16 micrómetros y 12,89 micróme-tros. Experiencias previas han mostrado resulta-dos satisfactorios de PCA en datos hiperespectralespara arqueología (Traviglia 2006).En nuestro caso, el PCA se focalizó para loscanales térmicos del AHS fusionados con fotogra-fía aérea. Los cuatro primeros PC permitieron de-tectar y extraer una alineación que presentaba enun punto de inflexión del terreno un giro brusco


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en dirección SW, pudiéndose corresponder conalgún tipo de estructura enterrada o muro de for-tificación existente en la ciudad de Segeda I (Rejaset al. 2006). Su aplicación en los restos de la ciu-dad celtiberorromana de Segeda II, mostró comoel Componente Principal 14 (CP14), en las áreasde mayor concentración de humedad se corres-pondía con el perímetro amurallado de la ciudad,o a estructuras internas que podrían correspondera las calles principales de la ciudad romana. Esteresultado fue relevante, ya que nos permitió de-tectar en las zonas del espectro electromagnéticomencionado estructuras arqueológicas enterradaso semienterradas del área arqueológica de Segeda.

Interferometría SAR (InSAR). Cálculo de subsiden-cias del terrenoOtra de las líneas de investigación que seestán explorando es la aplicación de interferome-tría SAR para el cálculo de subsidencia en el te-rreno. Se ha generado un par interferométrico apartir de las imágenes ASAR de 2004 y 2006, obte-niéndose una baja coherencia, porque aunque lasimágenes correspondían a la misma estación delaño, en esos años no se daban las mismas condi-ciones de humedad, y por ello existía un distintoestado de las coberturas terrestres. Para solucio-nar este inconveniente se han adquirido nuevos


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Fig. 6. Zonas caracterizadas por anomalías calculadas a partir de los canales térmicos del AHS.

pares de imágenes ASAR comprendidos entre 2004y 2006, que actualmente están siendo analizados eintegrados en un SIG, junto con el resto de capas deinformación generadas y superpuestas a distintosyacimientos arqueológicos, con el objetivo de ex-plorar las capacidades para su interconexión conestructuras o evidencias de actividad humanascomo antiguos caminos, explotaciones mineras,etc. y que en la actualidad no sean visibles.Aplicación de la técnica de Crosta. Estudio demate-riales de alteración hidrotermalPor último, otra de las líneas de experimen-tación para la aplicación de la teledetección en la

arqueología, es la aproximación a las posibles va-riables geológicas de la ciudad celtibérica de Se-geda y su entorno de captación próximo. Para elloestamos aplicando la denominada Técnica deCrosta, que nos está permitiendo detectar mate-riales de alteración hidrotermal, en concreto, dosgrandes grupos, materiales arcillosos y compues-tos de óxidos de hierro.La aplicación de esta técnicas se esta reali-zando sobre las imágenes ETM+ y en las imágeneshiperespectrales, destacando en ella agrupacionesde arcillas, que se podrían encontrar en relacióncon talleres de alfarería, y agrupaciones de óxidosde hierro, buscando en ello rupturas antrópicasque nos indiquen que han sido en el pasado objeto


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Fig. 7. Combinación de RGB PC14 más PC3 (izquierda) y canal AHS 8 con estructuras localizadas (derecha).

de explotaciones metalúrgicas. La hipótesis de par-tida es la posibilidad de combinación de técnicasdescritas, junto a la información de enclaves ar-queológicos para intentar deducir si existe una re-lación de estos recursos humanos con posiblesactividades antrópicas.V. CONCLUSIONESEste trabajo ha buscado presentar una revi-sión crítica de las diversas aplicaciones de técni-cas y metodologías de teledetección activa y pasivaque se están usando en la Zona Arqueológica de Se-geda como área de Test de pruebas para la experi-mentación en el uso de estas nuevas herramientas.

Tras cinco años de trabajos podemos afirmar quelos datos hiperespectrales y térmicos multiespec-trales aportados por estos sensores poseen ungran potencial para la determinación de paráme-tros que indiquen, en condiciones favorables, la lo-calización de estructuras arqueológicas. En estecaso, el Análisis de Componentes Principales (PCA)que se realizó permitió corroborar alineamientosy anomalías indicativos de posibles restos arqueo-lógicos. La integración de estos resultados permi-tió establecer relaciones entre puntos de inflexióndel terreno y variabilidad térmica, que combina-dos con nuevos análisis (Técnica de Costra) per-mitirán localizar evidencias de actividadeseconómicas en el entorno de los yacimientos.


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246 Fig. 8. Combinación de color rgb PC4, PC3 y PC2 superpuesta a ortofoto aérea, en la que se observa una estructura en codo.

El análisis de la validez para el cálculo desubsidencias mediante interferometría, han dadoresultado negativo. Esto fue debido a la baja cohe-rencia entre las imágenes ASAR, lo que ha imposi-bilitando su aplicación. Sin embargo, creemos queeste tipo de datos tendrán un importante poten-cial puesto que complementarían el estudio en laregión de las microondas.Por último, la actual integración de estosdatos en un Sistema de Información Geográfica(SIG) nos está permitiendo analizar espacialmenteamplias regiones del territorio en conjunción conotros datos del terreno, lo que esta permitiendogenerar modelos de predicción para la localizaciónde estas anomalías o subsidencias que nos pre-

sentarían nuevos emplazamientos arqueológicos.Por tanto la conjunción de los trabajos multifuente,multiescala, multitemporal y multidisciplinarionos está posibilitando obtener mejores resultadospara el acometido propuesto, y lo que es más im-portante, validarlos.AGRADECIMIENTOSAgradecemos al Área de Teledetección delINTA por facilitar los datos térmicos e hiperespec-trales necesarios para realizar este trabajo.Este trabajo se desarrolla dentro del pro-yecto I+D: HAR2008-04118, financiado por el MECy los FEDER.


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