Ground penetrating radar applied to archaeology

Archeologisch onderzoek met grondradar
Start - End 
2013 - 2016 (ongoing)
Department(s) 
Department of Archaeology
Research Focus 
Additional tags 
Ground-penetrating radar
Archaeological geophysics
Geophysical prospection

Tabgroup

Abstract

Ground Penetrating Radar (GPR) prospection is, along with magnetometer prospection, earth resistance survey and prospection with sensors based on electromagnetic induction, one of the most widely used geophysical prospection techniques in archaeology. This method is based on the reflection of radar waves by buried archaeological structures. Measuring the time interval within which a wave returns at the surface, allows estimating the depth of the features.

As a consequence, the most important advantage of this technique is that the information is three-dimensional: one can also have an idea about the depth of the structures. Moreover, GPR prospection allows identifying underground structures with an unequalled spatial resolution. It is capable of detecting a broad range of archaeological structures: walls, floors, ditches, graves, voids, conduits etc. Measurements underneath paved surfaces (floors in houses or churches, asphalt of car parks) are also possible. An important drawback is the limited depth penetration when prospecting soils with a high clay content.

Since 2007 this technique has successfully been used by Dr. Lieven Verdonck on archaeological sites from the Bronze Age until the Middle Ages. The employability of GPR has been demonstrated in several regions in Europe and beyond, including sandy Flanders (Koekelare, Aalter, Middelburg), Kent (Bishopsbourne, Petham, Ickham) and the United Arab Emirates (Mleiha). Nevertheless, the main focus of research is on rural and urban sites in the Mediterranean, dating from the Punic, Greek, Hellenistic and especially the Roman periods. Prospections were conducted in Bidnija (Malta), Ammaia (Portugal), Potentia and Trea (Italy), Mariana (Corsica), Thorikos and Koroneia (Greece). The research is embedded in landscape archaeological projects in which the GPR data are confronted with data from other kinds of archaeological prospection (e.g., field walking, remote sensing, topographic survey) and small-scale excavations. At the moment, the emphasis is on the investigation of two Roman towns in Lazio (Italy): Falerii Novi and Interamna Lirenas. This occurs within the project ‘Beneath the surface of Roman Republican cities: a novel application of landscape-scale ground-penetrating radar (GPR) survey in archaeology’ (2015–2017), in collaboration with the Faculty of Classics, University of Cambridge. The objective is to gain more understanding in the origins of Roman cities in Italy in the fourth–third centuries BC. The survey covers a total area of c. 60 ha.

The methodological perspective of the research includes among others the determination of the optimal GPR sample density. This is dependent on field conditions, although mostly a distance between the measurements of 10 cm in two perpendicular directions can be proposed as optimal. Furthermore,  experiments are being conducted regarding the semi-automatic interpretation of GPR data. Moreover, the benefits of multi-offset measurements (i.e., measurements with multiple distances between transmitter and receiver antennas) are being investigated.

Prospectie met georadar behoort, samen met magnetometerprospectie, elektrische weerstandsmeting en elektromagnetische inductie tot de meest gebruikte geofysische prospectietechnieken binnen de archeologie. Deze methode is gebaseerd op de weerkaatsing van radargolven door ondergrondse archeologische structuren. Het meten van het tijdsverloop waarbinnen een golf aan de oppervlakte terugkeert, laat toe de diepte van de sporen te schatten.

Hieruit volgt meteen het belangrijkste voordeel van deze techniek ten opzichte van andere geofysische prospectiemethoden: de informatie is driedimensionaal, men krijgt ook een idee van de diepte van de structuren. Daarnaast laat georadarprospectie toe ondergrondse sporen te reconstrueren met een ruimtelijke resolutie die door geen enkele andere prospectiemethode geëvenaard wordt. Georadar is in staat om een waaier van archeologische structuren te detecteren: muren, vloeren, grachten, graven, holtes, aan- en afvoerkanalen… Ook metingen onder verharde oppervlakken (vloeren in huizen of kerken, asfalt van parkings) zijn mogelijk. Een belangrijke beperking is het geringe dieptebereik op bodems met een hoog kleigehalte.

Sinds 2007 wordt deze techniek door Dr Lieven Verdonck met succes aangewend op archeologische sites te dateren vanaf de bronstijd tot de middeleeuwen. De inzetbaarheid van georadar is aangetoond in verschillende regio’s van Europa en daarbuiten, waaronder zandig Vlaanderen (Koekelare, Aalter, Middelburg), Kent (Bishopsbourne, Petham, Ickham) en de Verenigde Arabische Emiraten (Mleiha). Niettemin ligt het accent van het onderzoek op landelijke en stedelijke sites in het Middellandse Zeegebied daterend uit de Punische, de Griekse, Hellenistische en vooral de Romeinse periode. Prospecties werden uitgevoerd o.a. in Bidnija (Malta), Ammaia (Portugal), Potentia en Trea (Italië), Mariana (Corsica), Thorikos en Koroneia (Griekenland). Het onderzoek is ingebed in landschapsarcheologische projecten waarbij de georadargegevens worden geconfronteerd met data uit andere vormen van archeologische prospectie (bv. veldprospectie, remote sensing, topografische survey) en kleinschalige opgravingen. Momenteel ligt de nadruk op het onderzoek van twee Romeinse steden in Lazio (Italië): Falerii Novi en Interamna Lirenas. Dit gebeurt binnen het project ‘Beneath the surface of Roman Republican cities: a novel application of landscape-scale ground-penetrating radar (GPR) survey in archaeology’, dat loopt van 2015 tot 2017 in samenwerking met de Faculty of Classics, Universiteit van Cambridge. Het objectief is om meer inzicht te krijgen in de oorsprong van de Romeinse steden in Italië (vierde–derde eeuw v.C.). Het onderzochte areaal beslaat ongeveer 60 ha.

De methodologische invalshoek van het onderzoek omvat o.a. de bepaling van de optimale dichtheid van het meetnet. Deze is afhankelijk van de omstandigheden op het terrein, maar meestal kan een afstand tussen de metingen van 10 cm in twee loodrechte richtingen voorgesteld worden als optimaal. Verder wordt geëxperimenteerd met de semi-automatische interpretatie van georadargegevens, en wordt de meerwaarde van multi-offset metingen (dit zijn metingen met meerdere afstanden tussen zend- en ontvangantenne) onderzocht.

People

Supervisor(s)

Researcher(s)

Publications