Za hranice dronů a AI: Přemýšlení o budoucnosti humanitárního odminování

Pracuji s drony od roku 2014, ale vypuknutí války na Ukrajině znamenalo zásadní změnu v mé kariéře. Od roku 2022 se můj zájem soustředí na zkoumání toho, jak lze drony využít k automatizaci humanitárního odminování – jaké schopnosti potřebují a jak technologii lze využít k tomu, aby tyto úsilí byly bezpečnější a efektivnější. V rámci této práce úzce spolupracuji s Ženevským mezinárodním centrem pro humanitární odminování (GICHD), účastním se jejich akcí a pravidelně komunikuji s jejich odborníky.

Pokud zvažujeme řešení založená na dronech a AI, jsou tyto skutečně užitečné pouze ve fázi netechnického průzkumu (NTS) humanitárního odminovacího procesu. To znamená, že drony skenují velké oblasti a shromažďují data. Poté analyzuje strojové učení tato data a označí oblasti, které možná obsahují miny. Ne přesně místa, kde se miny nachází.

Technický průzkum (TS), který potvrzuje a mapuje kontaminované oblasti, stále závisí na personálu s detektory kovů, vycvičených psech a mechanických odminovacích strojích. Tyto osoby vstupují do minovaného území, aby přesně určily polohu nebezpečí.

Proces zůstává dlouhý, riskantní a drahý:

• V roce 2023 došlo k 15 úmrtím mezi odminovači ve třech zemích
• Při současné rychlosti bude odstranění všech nevybuchlých municií trvat více než 100 let
• Náklady na odstranění jedné pozemní miny jsou 50 až 100krát vyšší než náklady na výrobu jedné miny

Míny také nadále představují hrozbu pro civilisty – v roce 2023 došlo k minimálně 5 757 obětem min a nevybuchlé munice.

V tomto příspěvku vysvětluji, proč současné řešení založené na dronech nefungují pro technický průzkum (nejdražší a nejnáročnější fázi současnosti) a sdílím, co považuji za nejlepší způsob, jak tento problém vyřešit.

Detekce min pod zemí nebo vegetací je téměř nemožná

Drony se standardními optickými nebo termálními kamerami obvykle pořizují snímky z jednoho dolního úhlu. Tento přístup funguje dobře pro detekci povrchových anomálií, ale selhává při detekci pohřbených nebo skrytých min. Z tohoto důvodu se drony většinou využívají pro netechnický průzkum v humanitárním odminování.

Jedno z předních řešení – Safe Pro AI – hlásí, že má pouze 5% detekční úspěšnost v oblastech se stromy a keři.

I když je to méně relevantní pro Ukrajinu, kde většina min leží na povrchu, místo toho, aby byly pohřbeny, situace je velmi odlišná (například) pro Kambodžu:

• 4-6 milionů pozemních min zůstalo z konfliktů v 70. a 90. letech
• 64 000+ obětí od roku 1979, s dětmi jako primárními oběťmi

Ne kovové a staré kovové miny jsou obtížněji detekovatelné, dokonce i na povrchu

Ne kovové miny představují významnou část pozemních min v současných a bývalých konfliktních zónách. Jsou úmyslně navrženy tak, aby obcházely detekci konvenčními detektory kovů.

Ve vizuálním smyslu jsou nekovové miny obtížně detekovatelné. Nezáří, nevyčnívají na snímcích a neukazují se dobře na termálních kamerách. Detektory kovů a magnetometry je buď přehlížejí, nebo spouštějí příliš mnoho falešných poplachů.

Takže současné nástroje založené na dronech často úplně přehlížejí nekovové miny.

Když jde o staré kovové miny, koroze mění, jak vypadají a chovají se, takže se slévají se zemí a reagují špatně na detekční nástroje. Deformované miny jsou ještě obtížněji identifikovatelné na snímcích.

A protože tyto miny jsou obtížněji detekovatelné, trvá mnohem déle, než je najdou a odstraní, nebo zůstávají skryté a ohrožují jak odminovače, tak civilisty.

Pochodně a denní závislost

Pokud mluvíme o dronech s RGB a multispektrálními kamerami, vyžadují denní světlo. Ve zatažených, nízkých světelných nebo stinných oblastech (lesy, trosky) klesá kvalita obrazu a detekce objektů.

Termální detekce funguje nejlépe na úsvitu nebo soumraku, kdy se teplota země a miny liší. Během dne slunce ohřívá všechno stejně, což snižuje kontrast.

Dešťové a vlhké půdy rozmažou povrchové detaily, mění barvu půdy a teplotu a mohou skrýt půdní poruchy nebo termální anomálie. Sníh prostě zakrývá vizuální značky a sjednocuje povrchovou teplotu, což činí miny nerozlišitelnými.

Létání dronů pouze v určitých časech podstatně zpomaluje i fázi NTS odminování, zvláště v oblastech s nepředvídatelným počasím.

Technologie je velmi drahá

V sedmi postižených zemích dosahuje odhadovaná kontaminovaná oblast antipersonálních min více než 100 km².

Podle testů na Ukrajině může odminování s novou technologií snižovat náklady z 3000-5000 na 600-800 dolarů za hektar, což je stále 70 000 dolarů za kilometr čtvereční. A v některých oblastech může to dokonce přesáhnout cenu pozemku samotného.

Hlavním důvodem vysokých nákladů je mnoho falešných poplachů, které jsou považovány za skutečné hrozby. Průměrně tým odstraní více než 50 podezřelých min, aby našel pouze jednu skutečnou minu.

Nejvíce kontaminované oblasti se nacházejí v rozvojových zemích. Tyto země si nemohou dovolit odminování bez financování ze strany mezinárodních organizací nebo vlád.

Náklady jsou také příliš vysoké pro podniky, aby se do odminování zapojily. Jakmile se odminování stane dostatečně levným, firmy by mohly pronajmout kontaminované pozemky za podmínky, že je vyčistí. Výměnou by získaly dlouhodobé užívání za symbolickou cenu a některé daňové úlevy.

Řešení?

S naším týmem jsme prozkoumali metody, které shromažďují více dat, mohou prohlédnout skrz listí a půdu a přitom zachovat dostatečné rozlišení.

Příklad slibného směru vývoje je projekt výzkumníků z Univerzity v Oviedu. Testují systém radaru se syntetickou aperturou (GPR-SAR) namontovaný na UAV.

Ihned po ověření v reálných scénářích prokázala technologie, že řeší následující problémy:

1) Radar přesně určuje polohu miny, takže zbývá pouze ruční dezaktivace nebo zničení.

Použitím všech možných radarových cest (plně multistatická konfigurace) získali vysoce rozlišené obrázky, na kterých pohřbené cíle vypadaly jasněji a zřetelněji. A byli schopni přesně detekovat náročné cíle, jako jsou malé, nekovové a mělké pohřbené objekty, jako jsou plastové protipěchotní miny, dřevěné tlakové desky a PVC trubky.

2) Řešení může fungovat ve dne i v noci, v různých podmínkách počasí a i s mírnou vegetací.

Jak to funguje:

• Pošle radarové pulsy do země.
• Detekuje odrazy z podzemních změn (například plast, kov, dutiny).
• Vytvoří 3D podzemní obrázky s centimetrovou přesností kombinací radarových signálů z více párů Tx-Rx a letových pozic.

Řešení stále má své omezení, ale na základě mé zkušenosti je to nejrelevantnější směr výzkumu a vývoje právě teď.

Jedním z hlavních předností GPR je množství dat, které může shromáždit. Více dat znamená, že výzkumníci mohou zlepšit přesnost ve fázi rozpoznání/třídění pomocí AI. To vede k efektivnějšímu průzkumu a odminovacím pracím a snižuje celkové náklady o 50 % nebo více.