Jenseits von Drohnen und KI: Die Zukunft der humanitären Minenräumung neu denken

Ich arbeite seit 2014 mit Drohnen, doch der Ausbruch des Krieges in der Ukraine markierte einen Wendepunkt in meiner Karriere. Seit 2022 konzentriere ich mich darauf, zu erforschen, wie Drohnen zur Automatisierung der humanitären Minenräumung eingesetzt werden können – welche Fähigkeiten sie benötigen und wie Technologie diese Bemühungen sicherer und effizienter machen kann. Im Rahmen dieser Arbeit beobachte ich aufmerksam das Genfer Internationale Zentrum für Humanitäre Minenräumung (GICHD), nehmen Sie an ihren Veranstaltungen teil und tauschen Sie sich regelmäßig mit ihren Experten aus.

Drohnenbasierte Lösungen in Kombination mit KI sind eigentlich nur in der nicht-technischen Untersuchungsphase (NTS) der humanitären Minenräumung hilfreich. Dabei scannen Drohnen große Gebiete und sammeln Daten. Anschließend analysiert ein maschinelles Lernmodell diese Daten, um Regionen zu kennzeichnen, die könnte enthalten Minen. Nicht die genauen Standorte der Minen.

Bei der technischen Vermessung (TS), die kontaminierte Gebiete bestätigt und kartiert, kommt nach wie vor Personal mit Metalldetektoren, ausgebildeten Hunden und mechanischen Minenräumgeräten zum Einsatz. Sie begeben sich in das verminte Gebiet, um die genauen Standorte der Gefahren zu lokalisieren.

Der Prozess ist weiterhin langwierig, riskant und teuer:

• In 2023 gab es 15 Opfer unter den Minenräumern in drei Ländern
• Bei der derzeitigen Geschwindigkeit wird die Beseitigung aller ERW über 100 Jahre dauern
• Die Kosten für die Beseitigung einer einzigen Landmine betragen 50 bis 100 Mal so teuer wie die Herstellung eines

Auch für die Zivilbevölkerung stellen Minen weiterhin eine Bedrohung dar – es gab mindestens 5,757 Minen-/ERW-Opfer im Jahr 2023.

In diesem Beitrag erkläre ich, warum aktuelle Drohnenlösungen für technische Vermessungen (derzeit die teuerste und zeitaufwändigste Phase) nicht geeignet sind, und teile mit, was meiner Meinung nach die beste Lösung dafür ist.

Das Aufspüren von Minen unter der Erde oder der Vegetation ist nahezu unmöglich

Drohnen mit herkömmlichen optischen oder Wärmebildkameras erfassen Bilder in der Regel aus einem einzigen, nach unten gerichteten Winkel. Dieser Ansatz eignet sich gut zum Erkennen von Anomalien an der Oberfläche, verfehlt jedoch die Erkennung vergrabener oder versteckter Minen. Aus diesem Grund werden Drohnen hauptsächlich für nicht-technische Untersuchungen im Rahmen der humanitären Minenräumung eingesetzt.

Eine der führenden Lösungen – Safe Pro AI – berichtet, dass sie nur eine Erkennungsrate von 5 Prozent haben in Regionen mit Bäumen und Sträuchern.

Auch wenn es weniger relevant ist für Ukraine, wo die meisten Minen auf dem Boden verstreut sind, anstatt vergraben, ist die Situation ganz anders (zum Beispiel) für Kambodscha:

• Aus den Konflikten der 4er- und 6er-Jahre sind noch 1970-90 Millionen Landminen übrig
• Mehr als 64,000 Opfer seit 1979, vor allem Kinder

Nichtmetallische und alte Metallminen sind selbst an der Oberfläche schwerer zu erkennen

Nichtmetallische Minen stellen einen erheblichen Anteil der Landminen in aktuellen und ehemaligen Konfliktgebieten dar. Sie sind bewusst so konstruiert, dass sie nicht von herkömmlichen Metalldetektoren erkannt werden.

Nichtmetallische Minen sind optisch schwer zu erkennen. Sie leuchten nicht, sind auf Bildern nicht gut erkennbar und auf Wärmebildkameras nicht gut zu erkennen. Metalldetektoren und Magnetometer übersehen sie entweder oder lösen zu viele Fehlalarme aus.

Daher übersehen aktuelle Drohnen-basierte Ortungsgeräte nichtmetallische Minen oft vollständig.

Bei alten Metallminen verändert Korrosion ihr Aussehen und Verhalten, sodass sie mit dem Boden verschmelzen und schlecht auf Ortungsgeräte reagieren. Deformierte Minen sind auf Bildern noch schwieriger zu identifizieren.

Und weil diese Minen schwieriger zu erkennen sind, dauert es viel länger, sie zu finden und zu entfernen, oder sie bleiben verborgen und gefährden sowohl Minenräumer als auch Zivilisten.

Wetter- und Tagesabhängigkeit

Bei Drohnen mit RGB- und Multispektralkameras ist Tageslicht erforderlich. In bewölkten, schwach beleuchteten oder schattigen Gebieten (Wälder, Ruinen) lassen auch die Bildqualität und die Objekterkennung nach.

Die Wärmeerkennung wiederum funktioniert am besten in der Morgen- oder Abenddämmerung, wenn sich die Temperatur von Boden und Mine unterscheidet. Mittags erwärmt die Sonne alles gleichmäßig, wodurch der Kontrast abnimmt.

Regen und nasser Boden verwischen Oberflächendetails, verändern Bodenfarbe und -temperatur und können Bodenstörungen oder thermische Anomalien verbergen. Schnee verdeckt lediglich optische Markierungen und gleicht die Oberflächentemperatur aus, wodurch Minen nicht erkennbar sind.

Das Fliegen von Drohnen nur zu bestimmten Zeiten verlangsamt sogar die NTS-Phase der Minenräumung erheblich, insbesondere in Gebieten mit unvorhersehbarem Wetter.

Die Technologie ist sehr teuer

In 7 betroffenen Ländern wurden geschätzte Antipersonenangriffe Das Gebiet der Minenverseuchung erstreckt sich über 100 km².

Laut Tests in der Ukraine, Minenräumung mit der neuen Technologie kann Ausschneiden Die Kosten liegen zwischen 3000 und 5000 Dollar und zwischen 600 und 800 Dollar pro Hektar, also immer noch 70,000 Dollar pro Quadratkilometer. In manchen Gegenden können sie sogar den Grundstückspreis selbst übersteigen.

Der Hauptgrund für die hohen Kosten sind die vielen Fehlalarme, die als echte Bedrohungen interpretiert werden. Durchschnittlich muss ein Team über 50 mutmaßliche Minen räumen, um nur eine einzige echte Landmine zu finden.

Die am stärksten kontaminierten Gebiete liegen in Entwicklungsländern. Diese können sich die Minenräumung ohne finanzielle Unterstützung durch internationale Organisationen oder Regierungen nicht leisten.

Die Kosten sind zudem zu hoch, als dass sich Unternehmen beteiligen würden. Sobald die Minenräumung günstig genug ist, könnten Unternehmen vermintes Land unter der Bedingung pachten, dass sie es räumen. Im Gegenzug könnten sie gegen einen symbolischen Preis die langfristige Nutzung und einige Steuererleichterungen erhalten.

Eine Lösung?

Mit meinem Team haben wir Methoden erforscht, die mehr Daten erfassen, durch Laub und Erde hindurchsehen können und dennoch eine ausreichende Auflösung beibehalten.

Ein Beispiel für eine vielversprechende Entwicklungsrichtung ist eine Projekt von Forschern der Universität OviedoSie testen ein arraybasiertes, auf einer Drohne montiertes Bodenradarsystem mit synthetischer Apertur (GPR-SAR).

Ihre Validierung im Flug in realistischen Szenarien hat gezeigt, dass die Technologie die folgenden Probleme löst:

1) Das Radar lokalisiert die Position der Mine präzise, ​​sodass nur noch die Entschärfung oder Zerstörung manuell erfolgen muss.

Durch die Nutzung aller möglichen Radarpfade (vollständig multistatische Konfiguration) erhielten sie hochauflösende Bilder, auf denen vergrabene Ziele heller und klarer erschienen. Zudem konnten sie anspruchsvolle Ziele wie kleine, nichtmetallische und flach vergrabene Objekte wie Antipersonenminen aus Kunststoff, hölzerne Druckplatten und PVC-Rohre präzise erkennen.

2) Die Lösung kann Tag und Nacht, bei unterschiedlichem Wetter und sogar bei mäßiger Vegetation eingesetzt werden.

Wie es funktioniert:

• Sendet Radarimpulse in den Boden.
• Erkennt Reflexionen von Veränderungen im Untergrund (z. B. Kunststoff, Metall, Hohlräume).
• Erstellt 3D-Untergrundbilder mit zentimetergenauer Genauigkeit durch die Kombination von Radarsignalen mehrerer Sender-Empfänger-Paare (Tx-Rx) und Flugpositionen.

Die Lösung hat noch ihre Grenzen, aber aufgrund meines Hintergrunds ist sie derzeit die relevanteste Richtung für Forschung und Entwicklung.

Eine der Hauptstärken von GPR liegt in der Datenmenge, die es erfassen kann. Mehr Daten bedeuten, dass Forscher die Genauigkeit in der Erkennungs- und Klassifizierungsphase mithilfe von KI verbessern können. Dies führt zu effizienteren Vermessungs- und Räumungsarbeiten und senkt die Gesamtkosten um 50 % oder mehr.