Anneaux de coquillages situés sur l'île Daws, Caroline du Sud. Les deux anneaux ont un diamètre d'environ 150 à 200 pieds et sont composés en grande partie d'huîtres, coquilles de moules et de palourdes. Crédit :Dylan Davis, État de Pennsylvanie
Au fond des forêts côtières denses et des marais du sud-est américain se trouvent des anneaux de coquillages et des monticules de coquillages laissés par les peuples autochtones 3, 000 à 5, il y a 000 ans. Désormais une équipe internationale de chercheurs, utiliser l'apprentissage automatique profond pour évaluer les données de télédétection, a localisé des anneaux de coquillages non découverts auparavant. Les chercheurs espèrent que cela conduira à une meilleure compréhension de la façon dont les gens vivaient dans cette région et un moyen d'identifier d'autres, anneaux de coquillages non découverts.
"Les anneaux eux-mêmes sont un trésor pour les archéologues, " a déclaré Dylan S. Davis, doctorant en anthropologie à Penn State. "Les fouilles effectuées sur certains anneaux de coquillages ont mis au jour certains des meilleurs ossements d'animaux, dents et autres artefacts."
Les anneaux de coquillages sont considérés comme des centres d'échange de marchandises, selon Davis. Ils peuvent fournir beaucoup d'informations sur les constructions sociales, la politique et la cueillette. Ils pourraient montrer quelles ressources ont été exploitées et si elles ont été utilisées de manière durable ou non.
"Les anneaux de coquillages ont produit du cuivre provenant de la région des Grands Lacs au Sud-Est, " dit Davis. " Les archéologues trouvent aussi des céramiques, objets décoratifs et lithiques qui peuvent provenir de jusqu'à 100 milles de distance."
Des exemples d'apprentissage d'anneaux de coquillages connus sont à gauche et les identifications faites par la procédure d'apprentissage en profondeur à droite. Notez que dans la plupart des cas, l'ordinateur identifie correctement les exemples connus d'architecture en anneau de coque à partir de ces ensembles de données d'images en dessinant un cadre autour de l'objet. Crédit :Dylan Davis, État de Pennsylvanie
Selon Davis, les environnements où existent ces anneaux de coquillages sont parfois si difficiles à étudier qu'une personne pourrait se tenir à moins de 2 pieds d'un site et ne jamais le voir.
Plutôt que de regarder du sol, les chercheurs ont utilisé trois types de données existantes collectées soit par avion, soit par satellite :lidar, SAR et données multispectrales. Ils rapportent les résultats de leur étude dans un récent numéro de la Journal des sciences archéologiques .
Ils ont commencé avec un ensemble de données lidar de la côte sud-est des États-Unis produit par la National Oceanic and Atmospheric Administration des États-Unis. Ces ensembles de données, à la disposition du public, existent pour les côtes est et ouest du pays. Lidar, généralement obtenu par avion ou drone, utilise des impulsions lumineuses pour cartographier la surface d'une zone. Il est capable de "voir" à travers les forêts et autres couvertures végétales.
Les chercheurs ont utilisé un processus d'"apprentissage en profondeur" pour enseigner à un réseau de neurones convolutifs - un type de réseau de neurones utilisé pour analyser des informations visuelles - à reconnaître les anneaux de coquillages, monticules de coquillages et autres objets du paysage. Ils ont parcouru manuellement les cartes lidar et localisé les anneaux de coquillages connus. En réservant certains des anneaux connus pour tester le CNN plus tard, ils ont "enseigné" le réseau de neurones avec ces anneaux connus, avec des images de monticules et avec des structures modernes aux profils similaires. Ils ont également pris des images d'anneaux connus et créé plus de données en tournant les images de 45 degrés. Ces sites modifiés ont également été inclus.
"Il n'y a qu'une cinquantaine de sites connus d'anneaux de coquillages dans le sud-est des États-Unis, " dit Davis. " Alors, nous avions besoin de plus d'emplacements pour la formation."
Shell sonne dans les données LiDAR. Les anneaux se distinguent par leur dénivelé et leur dénivelé par rapport au paysage environnant. Crédit :Dylan Davis, État de Pennsylvanie
Données SAR - radar à ouverture synthétique - du satellite Sentinel-1 de l'Agence spatiale européenne, et des données multispectrales (imagerie au-delà du spectre visuel) du satellite Sentinel-2 de l'ESA, ajouté aux informations. SAR peut voir quelque peu à travers les arbres et les broussailles et peut fournir des informations sur les attributs du sol. L'imagerie multispectrale peut révéler des caractéristiques non vues par l'œil humain.
En combinant ces trois ensembles de données et en utilisant un entraînement approfondi, les chercheurs ont pu potentiellement identifier des centaines de nouveaux sites d'anneaux coquilliers, y compris trois à cinq nouveaux sites d'anneaux coquilliers dans des comtés où ces anneaux n'avaient jamais été découverts auparavant. La recherche a couvert une zone contenant trois comtés - environ 4, zone de 000 milles carrés.
"Les archéologues utilisent de plus en plus de techniques d'IA et d'automatisation, ", a déclaré Davis. "Cela peut être extrêmement compliqué et nécessite des compétences spécifiques et nécessite généralement de grandes quantités de données."
Les chercheurs notent avoir utilisé des algorithmes d'intelligence artificielle déjà inclus dans ARCGIS, un programme de système d'information géographique disponible dans le commerce. Ils fournissent également le code et les modèles dans leur article afin que d'autres puissent tenter ce type d'analyse dans d'autres domaines pour d'autres choses.
"Une difficulté avec l'apprentissage en profondeur est qu'il nécessite généralement des quantités massives d'informations pour la formation, que l'on n'a pas quand on cherche des bagues coquillages, " a déclaré Davis. " Cependant, en augmentant nos données et en utilisant des données synthétiques, nous avons pu obtenir de bons résultats, même si, à cause du COVID-19, nous n'avons pas pu vérifier nos nouveaux anneaux d'obus sur le terrain."
D'autres chercheurs sur ce projet incluent Gino Caspari, chercheur postdoctoral au Fonds national suisse de la recherche scientifique; Carl P. Lipo, professeur d'anthropologie et doyen associé pour la recherche et les programmes à l'Université de Binghamton; et Matthew C. Sanger, conservateur au Musée national des Indiens d'Amérique.
