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WinSerion, ein Programmpaket für archäologische Auswertungen

- von Seriation bis Analyse der Nächsten Nachbarn – - von der Typentafel bis zum Report im Internet -

von Peter Stadler, Wien

1 Einleitung Bei dem gängigen archäologischen Statistikprogramm WinBASP erfolgt die Auswertung auf dem Niveau der erarbeiteten Typologie und der vorgegebenen Fundkomplexe. Wie man zu dieser Typologie gelangt, ist nicht Gegenstand die-ses Programmes, bestenfalls steht ein Editor, in dem die Daten eingegeben wer-den können, zur Verfügung. Mit dem Programm WinSerion wird nun versucht, die Datenerfassung weiter „unten“ beginnen zu lassen, und zwar in der Art und Weise, wie archäologische Daten zumeist in Publikationen vorliegen: als Abbildungen, Zeichnungen und Fotos. Die als Grafiken abgespeicherten einzelnen Gegenstände können über die Verknüpfung mit einer Datenbank in die Form einer Virtuellen Transparenten Typologie (VTT) gebracht werden. Diese ist dann Ausgangspunkt für die Aus-wertungen. Aber nicht nur „unten“, sondern auch „oben“, in der Präsentation, versucht WinSerion den Weg weiter zu gehen, indem alle Ergebnisse in Form von HTML-Reports direkt ins Internet publiziert werden können. Daneben sind noch Module vorhanden, die Druckerfiles direkt zum digitalen Satz oder auch für klassische Belichtungsmaschinen liefern können (siehe Abb.1).

2 Datenerfassung, ausgehend direkt von Abbildungen und Katalo-gen

Jahrzehntelang, eigentlich seit dem Erkennen der Bedeutung des geschlossenen Fundes für die archäologische Methode1 wurden viele archäologische Fundma-terialien in Form von Tafeln publiziert, die im Zusammenhang mit einem schriftlichen Katalog die Grundinformationen zu dem Fundmaterial von Aus-grabungen und die geschlossenen Fundkomplexe darstellen. In den seltensten Fällen wurde diesen Materialvorlagen eine erschöpfende Auswertung zur Seite

1 Montelius, O., Die älteren Kulturperioden im Orient und in Europa. I. Die Methode. Stock-holm 1903.

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gestellt. Somit bleiben viele quantitative Auswertungen noch zu machen, vor allem auch wegen des großen Arbeitsaufwandes bei der Erstellung einer Typo-logie oder auch nur bei der vollständigen Erfassung von Einzelmerkmalen. Hier versucht nun WinSerion neue Wege zu beschreiten: Diese Abbildungen aus den Publikationen, in denen zumeist das Material in Form von Fundkomplexen vorgelegt wird, manchmal auch in Form von Typen-tafeln, die aber zumeist nur einen ausgewählten kleinen Datensatz betreffen, werden durch Einscannen in eine digitale Form gebracht. Der nächste Schritt ist nun die Erstellung von Grafiken, in denen jeweils nur ein Gegenstand, möglichst auch in mehreren Ansichten, als Atom einer Bilddatenbank anzusehen wäre. Dazu kann der Einzelgegenstand durch zeitaufwendige Bearbeitung in Adobe Photoshop oder ähnlichen Bildbearbeitungsprogrammen am Bildschirm virtuell ausgeschnitten werden. Diese Arbeit kann wesentlich beschleunigt werden durch eine:

2.1 Automatische Bildzerlegung Dieses Programm, das nicht im Lieferumfang von WinSerion enthalten sein wird, wurde im Rahmen eines vom Institut für Ur- und Frühgeschichte und dem Naturhistorischen Museum finanzierten Projektes gemeinsam mit dem Institute of Computer Aided Automation und dessen Abteilung für Pattern Recognition & Image Processing an der TU-Wien entwickelt und steht kurz vor seiner Frei-gabe als Shareware-Programm2, die Oberfläche dieses Programmes zeigt Abb. 2. Bei zwei Computer-Tagungen in den USA soll dieses Programm erstmals öf-fentlich präsentiert werden.3 Die automatische Bildzerlegung erfolgt interaktiv, wobei dem Benutzer ver-schiedene Eingriffsmöglichkeiten gegeben werden. Die automatisch erkannten Einzelgegenstände werden zur Überprüfung für den Benutzer hintereinander auf dem Bild markiert (siehe Abb. 3). So kann dieser entscheiden, welche Auftei-lungen zu weit gingen und die entsprechenden Teile wieder zusammenfügen,

2 Der Vertrieb wird über eine eigene Homepage auf dem Server des Naturhistorischen Muse-ums laufen. 3 Sablatnig R., Dangl M., Stadler P. "Adaptive Image Segmentation for Managing Inventories of Museums", submitted to: Intl. Conference on Computer Vision, Pattern Recognition and Image Processing Atlantic City, USA, Feb.27 - Mar. 3, 2000. - Sablatnig R., Dangl M., Stadler P. "Generation of Image Databases from Archive Photos containing Multiple Ob-jects", submitted to: IEEE Southwest Symposium on Image Analysis and Interpretation Aus-tin, Texas, USA, April 2-4, 2000.

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oder welche Bildteile noch getrennt gehören. Gleichzeitig mit den Bildern kann auch verbale Information unter Benutzung eines hierarchischen Thesaurus erfaßt werden. Die erhaltenen Einzelbilder können nun entweder in einer Datenstruktur abgespeichert werden, die für die VTT weiterverwendet werden kann, oder aber direkt in eine Oracle-Datenbank, zusammen mit den Beschreibungen. Vorläufige Zerlegungsergebnisse für eine Testserie von 20 Bildern, sowohl Fo-tografien als auch Zeichnungen, zeigten eine Erfolgsrate von 99% von richtig bestimmten Einzelobjekten. Die durchschnittliche Rechenzeit auf einem Penti-um II-350 mit 128MB RAM für ein Bild mit 2000x2000 Pixel beträgt 2,27sec.

2.2 Virtuelle Transparente Typologie (VTT) Bei der VTT geht es darum, archäologisches Fundmaterial aus den oben erhalte-nen Abbildungen von einzelnen Gegenständen so aufzubereiten, daß letztlich eine Typologie entsteht, die für weitere Auswertungen wie Seriation oder Ana-lyse der Nächsten Nachbarn einsetzbar ist. Die „Virtuelle Transparente Typologie“ archäologischer Fundmaterialien hat als Ziel, geschlossene archäologische Fundkomplexe auf der einen Seite und Ty-pentafeln auf der anderen Seite in einem HTML-Format zu erzeugen und somit auch Internet-tauglich zu machen. Am Beispiel des frühbronzezeitlichen Gräber-feldes von Franzhausen I soll die VTT veranschaulicht werden, die Typologie stammt dabei aus der Tabelle des Katalogbandes4. Ausgangspunkt sind zum einen die Tafeln einer Publikation, die Objekt für Ob-jekt als Einzelbild - manuell mit einem Bildbearbeitungsprogramm oder interak-tiv mit dem oben vorgestellten Bildzerlegungsprogramm aus der eingescannten Tafel auszuschneiden - unter einem eindeutigen Namen, meist zusammengesetzt aus Fundkomplexnamen und Abbildungsnummer, abgespeichert werden. Zum anderen wird eine Datenbank verwendet, die die wichtigsten Merkmale wie Material, typologische Zuordnung, Anzahl der Gegenstände etc. zusammen mit dem eindeutigen Abbildungsnamen enthält. WinSerion enthält nun Pro-grammteile, die aus der Bildersammlung und der Datenbank eine VTT erzeugen können. Die erhaltenen Typentafeln und Fundkomplexe können ohne weitere Änderungen direkt im Internet oder auf CD-ROM publiziert werden.

4 Neugebauer Ch. u. J-W. 1997, Franzhausen. Das frühbronzezeitliche Gräberfeld I. Teil1 Text, Teil 2 Tafelteil. Fundberichte aus Österreich Materialhefte Reihe A, Heft 5/2, Wien 1997.

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Die folgenden Abbildungen zeigen die VTT der Fundkomplexe mit dem Titel-blatt (Abb. 4) und die VTT der Typologie, ebenfalls mit dem Titelblatt (Abb. 5). In den darauf folgenden Abbildungen sind Beispiele von Fundkomplexen und Typologie gegeben (Abb. 6 und 7). Somit kann in einer bisher nicht möglichen Art und Weise eine Typologie dar-gestellt und transparent gemacht werden. Weil dabei Typentafeln nur virtuell erzeugt und alle Zuordnungen zu einem Typ auf einer Typentafel transparent gemacht werden, ergibt sich unsere Benennung „Virtuelle Transparente Typolo-gie“.

3 Auswertungen Die Abb. 8 zeigt, welche Auswertungen, ausgehend von der VTT, mit Hilfe von WinSerion möglich sind. Es handelt sich in erster Linie um Verfahren der Seriation: dazu gehören das klassische Verfahren von Goldmann5, nach Sir William Flinders Petrie6, dem Begründer einer modernen Seriation, auch Petrification genannt. Ferner das Re-ciprocal Averaging nach Peter Ihm7, das als Sonderfall der Korrespondenzana-lyse mathematisch besser begründbar ist als die Petrification. Außerdem die Triangulation, bei der versucht wird, die Reihenfolge einer einfachen Seriation so umzuordnen, daß die Fundkomplexe nach dem jüngsten in ihnen enthaltenen Gegenstand und die Typen nach ihrem ersten Auftreten angeordnet werden. Ferner die Kondensation, bei der man chronologisch weniger relevante Typen bei der Berechnung der Reihenfolge weniger stark gewichtet als Typen, die eine enge chronologische Verbreitung haben. Neben der Seriation wird ein Schwerpunkt auf die Erstellung von Verbreitungs-karten gelegt. Zu diesem Zweck wird ein AutoCAD-File, sei es ein Gräberfeld-plan oder eine Europakarte mit den Fundstellen einer Kultur, in WinSerion im-portiert. Darüber hinaus wird versucht, mit Hilfe der Analyse der Nächsten Nachbarn festzustellen, in welchen Verbreitungen sich eine vom Zufall unabhängige Ten-denz zeigt. Diese – mit einer Konfidenzangabe – sicher nicht zufälligen Vertei-lungen können dazu verwendet werden, die Belegungsabfolge in einem Gräber-

5 Goldmann Klaus 1980, Die Seriation chronologischer Leitfunde der Bronzezeit. Berliner Beiträge zur Vorge-schichte 1,196p. 6 Flinders Petrie W. M., Quibell J.E. 1896, Naqada and Ballas. London 1895. Flinders Petrie W. M., 1899, Sequences in prehistoric remains. Journal of the Anthropological Institute 29, 295-301. 7 Ihm Peter 1983, Korrespondenzanalyse und Seriation. Archäologische Informationen 6/1, 8-21.

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feld oder die Besiedlungsgeschichte einer Region zu rekonstruieren oder aber die Verteilung von hypothetischen Werkstätten wahrscheinlich zu machen. Bei der Analyse der Nächsten Nachbarn wird, worauf wir anläßlich eines Vortrages bei einem früheren Workshop hingewiesen haben8, die Gesamtheit aller nicht zufälligen Verbreitungen nach gemeinsamen Tendenzen untersucht, die dann in einer resultierenden Gesamtkartierung zum Ausdruck gebracht werden können.

4 Verwendung von Job-Files und Templates Die von WinSerion 1.0 zur Verfügung gestellten Prozeduren können mit einer eigenen Syntax in Form von Job-Files aufgerufen werden. Dabei werdn immer eine Prozedur und auf der nächsten und den folgenden Zeilen zugehörige Para-meter und Parameterwerte angegeben. Ein derartiges Job-File zur Durchführung einer Seriation sieht folgendermaßen aus: SERIATION Freqency=Off & EPS2JPEG=On SortByTaF NoEmptyL=Off & OverRiUp=Off REDUDATA ClusIn=On & Document=1 & FindExcl=Off & FindLim=2 & InList=Off & TypeExcl=On & TypeLim=2 *Petrification PETRIFIC Document=2 & OrderN=1 & RunTiDoc=0 & Seed=1000 & miSteps=30 LPRESULT Origin=PE GRAFIRES Legend=On & MaxDiv=20 & Origin=PE & PlotMean=Off SEQUENCE KatMode=T & ListFind=On & Origin=PE SEQUENCE KatMode=F & ListFind=On & Origin=PE

In diesem Job-File werden ein Petrification mit nachgeschalteter Ausgabe der Seriationsmatrix in zwei Formen sowie eine Auswertung des Datenfiles durch-geführt. Der Benutzer braucht die Prozeduren und ihre Parameter nicht zu ken-nen, weil durch die Verwendung von Standard-Jobs, sogenannter templates, be-reits ein Großteil aller Auswertungen durchgeführt werden kann. Erst wenn

8 Stadler P., Horizontalstratigrafische Auswertungen mittels Analyse der Nächsten Nachbarn. Archäologie und Computer 1996. Workshop 1, 37-48.

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Aufgaben anstehen, für die (noch) keine templates bestehen, dann kann man auch eigene Job-Files erstellen.

5 Benutzung von WinSerion 1.0 Im folgenden sollen einige Features von WinSerion 1.0 präsentiert werden.9 Abb. 9 zeigt die Oberfläche von WinSerion 1.0 auf einem 32-Bit Windows-Betriebssystem (Windows95, Windows98 oder Windows NT 4.0) mit dem Me-nü-System, der Toolleiste, der Statuszeile, dem Progressindikator unter der Toolleiste links sowie dem Log-Window. In der Statuszeile wird angezeigt, ob das Programm auf Eingaben wartet, unten links („Ready“), rechts wird das aktu-ell geöffnete „Project“ angegeben, in der Mitte verschiedene Projektparameter. In Abb. 10 ist das Run/Conversion-Menü heruntergeklappt. Man sieht dabei fol-gende Möglichkeiten: • FED2TED: Umwandlung des nach Fundkomplexen ausgegebenen Datenfiles

in ein nach Typen sortiertes File.

• TED2FED: Umwandlung des nach Typen ausgegebenen Datenfiles in ein nach Funden sortiertes File.

• SortByTaf: Umwandlung des aus der Datenbank erhaltenen „Komma-Delimited“-Files in ein Datenfile, sortiert nach Fundkomplexen, und in ein zweites Datenfile, sortiert nach Typen.

• MakeNeighbourFiles: Erstellung von Neighbour-Files aus den Koordinaten-files zur Optimierung der Ermittlung der Nächsten Nachbarn.

• SPS2Serion: Umwandlung einer komplizierteren Datenstruktur im SPSSX-Format in das WinSerion 1.0 Format.

• Serion2BASP: Umwandlung des Formats der Daten in WinSerion 1.0, so daß sie in WinBASP weiterbehandelt werden können.

9 Das Programm befindet sich momentan, nach langwierigen Alpha-Tests im Stadium des Beta-Testes, der mit ausgewählten Benutzern durchgeführt wurde. Wenn die Beta-Tests weit-gehend erfolgreich abgeschlossen sein werden, wird auch WinSerion 1.0 über eine eigene Homepage auf dem Server des Naturhistorischen Museums erhältlich sein. Der URL wird lauten: http://www.nhm-wien.ac.at/WinSerion/

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• DXF2Serion: Umwandlung eines AutoCAD-DXF-Files (Version 12.0) in ein WinSerion 1.0 Map-File. Dieses wird zur Erstellung der Kartierungen benö-tigt.

In Abb. 11 ist das Run/template Job-Menü heruntergeklappt. Ein template-Job faßt verschiedene Prozeduren und Parameter zu einem Job zusammen. Fix vor-gegebene templates umfassen Standardaufgaben. Daneben ist es möglich, belie-big andere Jobs einzurichten. Folgende Aufgaben sind dabei vorgegeben: • Seriation: Ablauf eines einfachen Seriations-Jobs mit den oben angeführten

Seriationsmöglichkeiten. Dazu Analyse der Ergebnisse, Ausgabe in Form von HTML-Reports mit JPEG-Grafiken der Seriationsmatrix oder Ausgabe als Postscript-Files.

• TopoSeriation: Durchführung einer Seriation und Kartierung der erhaltenen Sequenz z.B. auf einem Gräberfeldplan.

• Test Next Neighb.by1 Type: Kartierungen aller Typen oder Merkmale auf dem Plan und Berechnung der Signifikanz jeder Kartierung.

• Test Next Neighb.by2 Type: Kartierungen aller Typen oder Merkmale zu-sammen mit den anderen Typen auf dem Plan und Auswahl der Doppelkar-tierungen aufgrund der Übereinstimmungen, wobei deren Signifikanz ausge-geben wird.

• Analyze Next Neighb.by1 Type: Kartierungen aller Typen oder Merkmale auf dem Plan und Ermittlung einer Gesamtkartierung.

• Analyze Next Neighb.by2 Type: Kartierungen aller Typen oder Merkmale zusammen mit den anderen Typen auf dem Plan und Auswahl der Doppel-kartierungen aufgrund der Übereinstimmungen, gemeinsame Auswertung in einer Gesamtkarte.

Abb. 12 zeigt die HTML-Help Hilfefunktion für WinSerion 1.0. In Abb. 13 wird das Log-Window mit der Ausgabe bei einem Seriations-Job ge-zeigt. Der Progressindikator zeigt den Fortschritt des Jobs an. Die Abb. 14, 15 und 16 zeigen die bei einem Seriations-Job erhaltenen HTML-Reports in Frames. Im linken Frame steht das Inhaltsverzeichnis, im rechten Frame der aktuelle Teil des Reports, der links ausgewählt wurde. In Abb. 14 sieht man die Startseite des WinSerion 1.0 Reports. Abb. 15 zeigt die Ausgabe

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der Prozedur LPRESULT, also die Ausgabe einer geordneten Seriationsmatrix mit „Chars“. Bei jeder Inzidenz von Zeile und Spalte ist ein “*“ zu sehen, sind zwei Inzidenzen gegeben, dann wird ein „A“, bei drei ein „B“ usw. angegeben. In Abb. 16 ist die grafische Ausgabe einer geordneten Seriationsmatrix zu se-hen, wie sie von der Prozedur GRAFIRES geliefert wird. Mit diesem Beitrag hoffe ich wenigstens ein kleinen Einblick in die Möglichkei-ten von WinSerion vermittelt zu haben.

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Abb. 1 Von der Publikation zu Virtuellen Typentafeln und Fundkomplexen

Tafeln mit

Fund-komplexen Bild-

zerlegung Einzelabbil-dungen

Datenbank

WinSerion

Katalog

VTT

Virtuelle Ty-pentafeln

Virtuelle Fundkomplexe

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Abb. 2 Bildzerlegungsprogramm mit Tafel 259

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Abb. 3 Bildzerlegungsprogramm mit Tafel 259, schwarzes Objekt als Ein-zelgegenstand erkannt.

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5.1 Abb. 4: VTT, linker Frame TreeView Komplexe, rechter Frame Titelblatt

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Abb. 5: VTT, linker Frame Typologie, rechter Frame Titelblatt

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Abb. 6: VTT, linker Frame TreeView Komplexe, rechter Frame Komplex

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Abb. 7 VTT, linker Frame TreeView Typologie, rechter Frame Beispiel eines Typs

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Abb. 8, Von der VTT zur Auswertung

Virtuelle Ty-pentafeln

Virtuelle Fundkomplexe

WinSerion

Seriation Petrification

Reciprocal Avera-ging

Triangulation Kondensation

Kartierungen

AutoCad- Pläne

ANN

Relativ- chronologie

Absolut- chronologie

Chorologie Absolutdaten

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Abb. 9: Oberfläche von WinSerion 1.0 auf Windows 95/98/NT

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Abb. 10: Oberfläche von WinSerion 1.0 mit aufgeklapptem Run/Conversion-Menu

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Abb. 11: Oberfläche von WinSerion 1.0 mit aufgeklapptem Run/template Job-Menu

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Abb. 12: HTML-Help für WinSerion 1.0

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6 Abb. 13: Dokumentation beim Abauf einer Seriation

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Abb. 14: Browsing eines Seriations-Jobs Startseite

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Abb. 15: Browsing der Matrix in Char-Form

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Abb. 16: Browsing der Matrix in Grafik-Form