Kunstig intelligens finner skjulte kulturminner

Nå finner kunstig intelligens spor fra historien som ellers kunne forblitt uoppdaget. Den norske metoden har vakt internasjonal oppmerksomhet og er på vei ut i Europa.

Viten er Aftenpostens satsing på forskning og vitenskap, der forskere og fagfolk fra hele landet bidrar med artikler.

Norsk Regnesentral har i samarbeid med Riksantikvaren og Oppland, Vestfold og Trøndelag fylkeskommuner utviklet en metode som hjelper arkeologer med å finne kulturminner ved hjelp av kunstig intelligens.

Kunstige nevrale nettverk etterligner hvordan hjernen tolker det vi ser med øynene. Nettverket trenes først opp på over en million fotografier. På den måten lærer den seg til å se enkeltdeler som ringer, linjer, farger, kontraster og teksturer, og sette disse sammen til objekter vi ønsker å finne. Nå er nettverket i stand til å finne skjulte kulturminner.

Dette har vakt internasjonal oppsikt innenfor arkeologimiljøet, og Historic Environment Scotland ønsker at Norsk Regnesentral skal videreutvikle metodene for å finne gravrøyser og rester av rundhus på øya Arran. Dersom dette er vellykket, ønsker de å bruke metodene i hele Skottland.

Laserskanning fra fly

Historisk har kartleggingen i Norge stort sett vært basert på flybilder, der alle offentlige veier og de aller fleste hus og bygninger er synlige. Men mange kulturminner er skjult av skog og er dermed ikke blitt kartlagt.

Så, for 20 år siden, skjedde det en liten revolusjon. Laserskanning fra fly ble introdusert i skogkartlegging, og det gjorde oss i stand til å lese høyden på bakkenivået. Slik kan vi søke gjennom gigantiske arealer på kort tid. Hvis folk ute i felt skulle gjort samme jobben, ville det blitt usannsynlig dyrt og dermed urealistisk.

Nå bruker den kunstige intelligensen dataene fra flyskanningene for å finne skjulte kulturskatter. Metoden innebærer noen av de nyeste teknikkene innen kunstig intelligens. Nevrale nettverk er dataprogrammer som etterligner hvordan menneskehjernen tolker sanseinntrykk.

Les også

Team av hjerneceller gir nettsus

Et nevralt nettverk som skal finne objekter i et bilde, vil som regel starte med å finne linjer, kanter, mørke områder og lyse områder i små deler av bildet. Disse settes så sammen til større og større objekter, helt til man har noe som ligner i størrelse og fasong på de objektene som nettverket er trent opp til å kjenne igjen. Til slutt finner nettverket ut hvilken type hvert enkelt objekt ligner mest på, og hvor sikkert det er på en skala fra 0,0 til 1,0. Hvert av objektenes posisjon i bildet markeres med en firkant.

Hvordan arbeider det nevrale nettverket?

Et nevralt nettverk med navnet «faster R-CNN» brukes i denne metoden. «Faster R-CNN» er utviklet for å kjenne igjen objekter i vanlige bilder, som mennesker, hunder, katter, sykler, biler og så videre. Nettverket er trent opp på over en million slike bilder. Så brukes en teknikk som kalles overføringslæring, hvor vi foretar en ny runde med opptrening på den typen bilder vi er interessert i.

I dette tilfellet har vi laget bilder basert på laserskanningens meget detaljerte digitale modell av terrengoverflaten. Fra modellen har vi laget en visualisering som fremhever lokale høydeforskjeller, mens de store terrengformasjonene ikke vises. Dette gjør at kulturminner som gravhauger, fangstgroper og kullmiler blir tydelige i bildene.

Les også

Maskiner ser nå bedre enn de beste av oss

Ved å trene opp «faster R-CNN» på bildeutsnitt som inneholder kjente forekomster av disse kulturminnene, kan vi bruke det for å finne hittil ukjente forekomster andre steder. I sommer ble over 1000 kullmiler funnet på denne måten i Øvre Eiker kommune.

En utfordring i opptreningen av nevrale nettverk er at vi gjerne skulle hatt flere eksempelbilder med kjente forekomster av objekter. En enkel måte å øke antallet på er å benytte roterte og speilvendte versjoner av de samme bildene. Ved å rotere 0, 90, 180 og 270 grader og speilvende får vi enkelt åtte ganger så mange eksempelbilder. En annen teknikk er å forskyve bildeutsnittet tilfeldig, slik at det merkede objektet ikke lenger er i midten av bildet.

Viktige funn i hele Norge

Tusenvis av kullmiler er blitt funnet siden metoden ble innført. Oppland fylkeskommune har kartlagt Lesjadalen, der flere jernverk ble anlagt i Norge på 1600-tallet for å dekke danskekongens behov for jern til skip, armeringer og andre militære formål. Metoden er også brukt for å kartlegge fangstgroper. I dag er de delvis sammenrast slik at det ikke er vanskelig for hjortedyr å komme opp fra dem, men de er fortsatt meget tydelige i terrenget.

Ved Vang i Oppdal har kartlegging av gravhauger fra vikingtiden blitt kvalitetssikret med kunstig intelligens. Den opprinnelige kartleggingen av de mer enn 800 gravhaugene ble gjort i 1936 og revidert i 1967, men var unøyaktig. Sør-Trøndelag fylkeskommune ønsket derfor å kvalitetssikre ved å kartlegge Norges største jernaldergravfelt detaljert. De fleste gravhaugene her er fra vikingtiden, mens noen er eldre. Det finnes også enkelte gravrøyser fra folkevandringstiden.

Les også

Nytt vikingskip funnet i Vestfold

Ved Kjoseveien i Larvik kommune fant metodene et gravfelt med 15 gravhauger skjult i tett granskog. Vestfold fylkeskommune har brukt metodene for å kartlegge gravhauger i flere kommuner, men også til å påvise at kjente gravhauger har ligget med feil posisjon i kartet.

Nå skal alt under tregrensen laserskannes

Nå er det bestemt at hele Norges areal under tregrensen skal laserskannes med fly, for å kunne lage en nøyaktig tredimensjonal terrengmodell. Dermed vil det kunne være mulig å gjøre en detaljert kulturminnekartlegging i hele Norge ved bruk av kunstig intelligens.

Riksantikvaren ønsker å bruke metodene til systematisk kartlegging av gravhauger og fangstanlegg i mange kommuner, og Norsk Regnesentral jobber med å tilpasse og forbedre metodene for forskjellige behov.

Se funnene selv

Høydedata er åpent for alle. Du kan selv se noen av strukturene som metoden har påvist på hoydedata.no. I den hvite boksen øverst kan du skrive inn søkeordet, og til høyre velger du data fra «Prosjekter innenfor kartutsnitt».

• Olavskjelda, Lesja, «Nord-Gudbrandsdalen 2013»: De sirkulære strukturene er kullmiler fra Lesja jernverk (1660-1812).
• Snubbuin, «Olstappen 2010»: Gropene er fra fangstanlegg som ble brukt til jakt på hjortevilt for 500-2000 år siden.
• Gammelsykehjemmet, «Oppdal 12pkt 2011»: Haugene er gravhauger fra vikingtiden.
• Kjoseveien 934, «NDM Larvik 5 pkt 2017»: Vest for gården og nord for Kjoseveien finnes over 15 jernaldergravhauger.

• Følg Aftenposten Viten på Facebook og Twitter!