Anéis de concha localizados na Ilha Daws, Carolina do Sul. Ambos os anéis têm aproximadamente 150 a 200 pés de diâmetro e são compostos principalmente de ostras, conchas de mexilhões e amêijoas. Crédito:Dylan Davis, Estado de Penn
Nas profundezas das densas florestas costeiras e pântanos do sudeste americano encontram-se anéis de conchas e montículos de conchas deixados pelos povos indígenas 3, 000 a 5, 000 anos atrás. Agora uma equipe internacional de pesquisadores, usando aprendizado de máquina profundo para avaliar dados de sensoriamento remoto, localizou anéis de concha previamente desconhecidos. Os pesquisadores esperam que isso leve a uma melhor compreensão de como as pessoas viviam naquela área e uma forma de identificar outras, anéis de concha não descobertos.
"Os próprios anéis são um tesouro para os arqueólogos, "disse Dylan S. Davis, doutorando em antropologia pela Penn State. "Escavações feitas em alguns anéis de concha revelaram algumas das melhores formas de preservação de ossos de animais, dentes e outros artefatos. "
Os anéis de casca são considerados centros de troca de mercadorias, de acordo com Davis. Eles podem fornecer muitas informações sobre construções sociais, política e forrageamento. Eles podem mostrar quais recursos foram explorados e se eles foram usados ou não de forma sustentável.
“Os anéis de casca produziram cobre que veio da região dos Grandes Lagos para o Sudeste, "disse Davis." Os arqueólogos também encontram cerâmicas, itens decorativos e líticos que podem ter vindo de até 160 quilômetros de distância. "
Exemplos de treinamento de anéis de concha conhecidos estão à esquerda e as identificações feitas pelo procedimento de aprendizado profundo à direita. Observe que, na maioria dos casos, o computador identifica corretamente exemplos conhecidos de arquitetura de anel de concha a partir desses conjuntos de dados de imagens, desenhando uma caixa ao redor do objeto. Crédito:Dylan Davis, Estado de Penn
De acordo com Davis, os ambientes onde existem esses anéis de concha às vezes são tão difíceis de inspecionar que uma pessoa poderia estar a menos de 60 centímetros de um local e nunca vê-lo.
Em vez de olhar do chão, os pesquisadores usaram três tipos de dados existentes coletados por aeronave ou satélite — lidar, SAR e dados multiespectrais. Eles relatam os resultados de seu estudo em uma edição recente da Journal of Archaeological Science .
Eles começaram com um conjunto de dados lidar da costa sudeste dos EUA produzido pela Administração Oceânica e Atmosférica dos EUA. Esses conjuntos de dados, disponível ao público, existem para as costas leste e oeste do país. Lidar, geralmente obtido por avião ou drone, usa pulsos de luz para mapear a superfície de uma área. É capaz de "ver" através das florestas e outras coberturas do solo.
Os pesquisadores usaram um processo de "aprendizado profundo" para ensinar uma rede neural convolucional - um tipo de rede neural usada para analisar informações visuais - para reconhecer anéis de concha, montes de conchas e outros objetos de paisagem. Eles examinaram manualmente os mapas lidar e localizaram anéis de concha conhecidos. Reservar alguns dos anéis conhecidos para testar a CNN mais tarde, eles "ensinaram" a rede neural com esses anéis conhecidos, com imagens de montes e com estruturas modernas com perfis semelhantes. Eles também tiraram imagens de anéis conhecidos e criaram mais dados girando as imagens em 45 graus. Esses sites alterados também foram incluídos.
"Existem apenas cerca de 50 locais conhecidos de shell ring no sudeste dos EUA, "disse Davis." Então, precisávamos de mais locais para treinamento. "
Shell rings em dados LiDAR. Os anéis destacam-se pela mudança de declive e elevação em relação à paisagem circundante. Crédito:Dylan Davis, Estado de Penn
Dados SAR - radar de abertura sintética - do satélite Sentinel-1 da Agência Espacial Europeia, e dados multiespectrais - imagens além do espectro visual - do satélite Sentinel-2 da ESA, adicionado à informação. O SAR pode ver através de árvores e arbustos e pode fornecer informações sobre os atributos do solo. A imagem multiespectral pode revelar características não vistas pelo olho humano.
Combinando esses três conjuntos de dados e usando treinamento profundo, os pesquisadores foram capazes de identificar potencialmente centenas de novos locais de anel de concha, incluindo três a cinco novos locais de anéis de concha em condados onde esses anéis nunca foram descobertos antes. A pesquisa cobriu uma área contendo três condados - cerca de 4, Área de 000 milhas quadradas.
"Os arqueólogos estão usando cada vez mais IA e técnicas de automação, "disse Davis." Pode ser extremamente complicado e requer conjuntos de habilidades específicas e geralmente requer grandes quantidades de dados. "
Os pesquisadores observam que usaram algoritmos de inteligência artificial que já estão incluídos no ARCGIS, um programa de sistema de informação geográfica disponível comercialmente. Eles também fornecem o código e os modelos em seu papel para que outras pessoas possam tentar esse tipo de análise em outras áreas para outras coisas.
"Uma dificuldade com o aprendizado profundo é que geralmente requer uma grande quantidade de informações para o treinamento, que não temos quando procuramos anéis de concha, "disse Davis." No entanto, aumentando nossos dados e usando dados sintéticos, conseguimos bons resultados, Apesar, por causa do COVID-19, não pudemos verificar nossos novos anéis de concha no solo. "
Outros pesquisadores deste projeto incluem Gino Caspari, um pós-doutorado na Swiss National Science Foundation; Carl P. Lipo, professor de antropologia e reitor associado de pesquisas e programas na Binghamton University; e Matthew C. Sanger, curador do Museu Nacional do Índio Americano.
