Maritime Archaeology, Second Edition: A Technical Handbook

491 Pages·2004·9.09 MB·English

by  Jeremy N. Green

SECOND EDITION
Maritime
Archaeology
ATechnical Handbook
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SECOND EDITION
Maritime
Archaeology
A Technical Handbook
Jeremy Green
Department of Maritime Archaeology
Western Australian Maritime Museum
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04 05 06 07 08 09 9 8 7 6 5 4 3 2 1
Contents
Preface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xiii
Acknowledgments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xv
Chapter 1
Introduction to Maritime Archaeology . . . . . . . . . . . . 1
Chapter 2
Research . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
I. Project Planning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
II. Archival Research . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
III. Site Research . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
IV. Preparation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
V. Staff . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
VI. Safety . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
Chapter 3
Search and Survey . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
I. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
II. Position Fixing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
A. General Considerations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
B. Transits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
C. Sextant Survey . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
D. Photographic Angle Measurement . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
E. Double Theodolite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
v
vi Contents
F. Theodolite and Distance Measuring System . . . . . . . . . . 41
G. Electronic Position Fixing Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
H. Total Station . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
I. Radar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
J. Global Positioning System (GPS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
III. Visual Search Techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
A. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
B. Swim-Line . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
C. Circular Search . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
D. Towed Search . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
E. GPS Search . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
IV. Other Visual Techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
A. Submersibles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
B. ROV’s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
C. Aerial Photography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
V. Electronic Techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
A. Magnetometer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
B. Other Towed Detector Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
VI. Acoustic Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
A. Echo Sounder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
B. Scanning Sonar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
C. Multibeam Sonar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
D. Side-Scan Sonar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
E. Sonar Mosaic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
F. Sub-Bottom Profiler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
VII. Other Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
A. Local Knowledge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
Chapter 4
Conventional Survey . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
I. Objectives of Predisturbance Survey . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
A. Basic Survey . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
II. Two-Dimensional Surveying Techniques . . . . . . . . . . . . . . . . 91
A. Distance-Angle or Radial Survey . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
B. Right Angle Survey . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
C. Retangular Measuring Systems Offset Survey . . . . . . . . 95
D. Trilateration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
III. Three-Dimensional Survey Techniques . . . . . . . . . . . . . . . . 100
A. General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
B. Three-Dimensional Rectangular Coordinate
Survey . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
Contents vii
C. Angular Measurement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
D. Three-Dimensional Least-Squares Adjustment . . . . . . . 108
E. Three-Dimensional Trilateration . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
IV. Profiling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
A. The Offset Bar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
B. The Distance-Angle Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
C. Mechanical Profiling Device . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
D. Leveling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
V. Computer-Based Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
A. General Considerations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
B. Least-Squares Adjustment Technique . . . . . . . . . . . . . . 119
C. The Direct Survey Method System . . . . . . . . . . . . . . . . 121
D. Site Surveyor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
VI. Acoustic Surveying Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
A. The Pandora . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
B. Roman Bridge at Maastricht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
VII. Comparison of Techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
A. Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
B. Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155
Chapter 5
Subsurface Survey . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
I. Close-Plot Magnetometer Survey . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
II. Metal Detector Survey . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160
III. Probe Survey . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162
IV. Ground-Penetrating Radar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164
Chapter 6
Photogrammetric Techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
I. Site Recording . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
II. Small-Site Survey . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166
A. Site Surveying Using Grid Frames . . . . . . . . . . . . . . . . 167
III. Photomosaics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168
A. Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170
B. Grid Line Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170
C. Grid Frame Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172
D. Network Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173
E. Correcting for Tilt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
F. Rectification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178
viii Contents
G. Laying Up a Photomosaic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178
H. Computer-Based Applications of Photomosaic . . . . . . . 182
IV. Stereophotography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
A. Optical Alignment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186
V. Phototriangulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187
A. PhotoModeler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187
VI. Stereophotogrammetry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194
A. Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196
B. Accuracy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198
C. Rhino . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202
VII. Low-Visibility Work . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203
Chapter 7
Site Plans and Geographical Information
Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205
I. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205
II. Raster Graphic Packages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206
III. Vector Graphic Packages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208
A. Two-Dimensional Packages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208
B. Three-Dimensional Packages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208
IV. Geographical Information Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210
A. Survey . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212
B. Excavation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214
C. Site Distribution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215
Chapter 8
Field Photography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217
I. General Considerations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217
II. Camera Equipment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218
A. Digital Cameras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218
B. The Nikonos System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219
III. Miscellaneous Equipment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221
A. Exposure Meters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221
B. Flash and Artificial Light . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222
C. Film . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223
D. Miscellaneous . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224
E. Scales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225
IV. General Field Photography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226
Contents ix
V. General Underwater Photography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227
A. Low Light Levels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230
VI. Technical Field Photography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232
VII. Video Cameras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234
Chapter 9
Excavation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235
I. General Considerations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235
II. Excavation Techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237
III. Stratigraphy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244
IV. Communication . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245
V. Machinery . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247
A. Work Platforms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247
B. Airlift . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252
C. Water Dredge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256
D. Water Jet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259
E. Water or Air Probe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259
F. Prop-Wash . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259
VI. Recording . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260
A. Writing Slates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261
B. Carrying . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261
C. Tools . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262
D. Chainsaw . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 266
E. Explosives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268
F. Lifting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268
Chapter 10
Recording . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275
I. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275
II. Recording During Excavation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275
III. Registration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281
IV. Additional Recording . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284
Chapter 11
Artifact Drawing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289
I. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289
II. Objectives of Artifact Drawing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291