Ihmisen avustamien miinienraivaus: Dronet ja tekoäly eivät ole ainoat ratkaisut

Olen työskennellyt dronien parissa vuodesta 2014, mutta Ukrainan sodan puhkeaminen merkitsi urallani käännekohtaa. Vuodesta 2022 lähtien olen keskittynyt tutkimaan, miten dronit voivat automatisoida ihmisen avustamien miinienraivausta, mitkä kyvyt niiden tarvitsee ja miten teknologia voi tehdä näistä ponnistelusta turvallisempia ja tehokkaampia. Tämän työn osana olen seurannut Geneven kansainvälistä miinienraivauskeskusta (GICHD), osallistunut heidän tapaamisiinsa ja keskustellut heidän asiantuntijoidensa kanssa.

Dronipohjaiset ratkaisut yhdistettynä tekoälyyn ovat todella hyödyllisiä vain ei-tekniikan tutkimusvaiheessa (NTS) ihmisen avustamien miinienraivausprosessissa. Tämä tarkoittaa, että dronit skannaavat laajoja alueita ja keräävät dataa. Sitten koneoppimismalli analysoi tämän datan ja osoittaa alueita, jotka saattavat sisältää miinoja. Ei miinojen tarkkoja sijainteja.

Tekninen tutkimus (TS), joka vahvistaa ja kartoittaa saastutettuja alueita, riippuu edelleen henkilöstöstä, joka käyttää metallinilmaisimia, koulutettuja koiria ja mekaanisia miinienraivauskoneita. He menestyvät miinoitettuun alueeseen paikantamaan vaarojen tarkat sijainnit.

Prosessi on edelleen pitkä, riskiallinen ja kallis:

• Vuonna 2023 tapahtui 15 kuolemantapausta miinienraivaajien keskuudessa kolmessa maassa
• Nykyisellä vauhdilla kaikkien miinojen raivaaminen kestää yli 100 vuotta
• Yhden maamiinan poistamisen kustannus on 50-100 kertaa suurempi kuin sen valmistamisen kustannus

Miinat ovat edelleen uhka siviileille – vuonna 2023 tapahtui vähintään 5 757 miina-/miinajäänteen uhria.

Tässä kirjoituksessa selitän, miksi nykyiset dronipohjaiset ratkaisut eivät toimi teknisen tutkimuksen (nykyisin kallein ja aikaa vievin vaihe) kanssa, ja jaan näkemykseni siitä, miten parantaa tilannetta.

Miinojen havaitseminen maan alla tai kasvillisuuden alla on lähes mahdotonta

Dronit, joissa on standardi optiset tai lämpökamerat, ottavat yleensä kuvia yhdestä alaspäin suunnatusta kulmasta. Tämä lähestymistapa toimii hyvin pinnan tasolla olevien poikkeamien havaitsemisessa, mutta epäonnistuu haudattujen tai piilotettujen miinojen havaitsemisessa. Tästä syystä dronit käytetään pääasiassa ei-tekniikan tutkimuksessa ihmisen avustamien miinienraivausprosessissa.

Yksi eturintamalla olevista ratkaisuista – Safe Pro AI – ilmoittaa, että heillä on vain 5 prosentin havaitsemisaste alueilla, joilla on puita ja pensaita.

Vaikka se on vähemmän relevanttia Ukrainaan, jossa useimmat miinat ovat levitettyä maan pinnalla eikä haudattu, tilanne on erilainen (esim.) Kambodžassa:

• 4-6 miljoonaa maamiinaa on jäänyt konflikteista 1970- ja 1990-luvuilla
• 64 000+ uhria vuodesta 1979 lähtien, ja lapset ovat ensisijaisia uhreja

Metallittomat ja vanhat metallimiinat ovat vaikeampia havaita, jopa pinnalla

Metallittomat miinat muodostavat merkittävän osan maamiinoista nykyisissä ja entisissä konfliktialueissa. Ne on tarkoituksella suunniteltu väistämään havaitseminen perinteisillä metallinilmaisimilla.

Näkyvästi metallittomat miinat ovat vaikeita havaita. Ne eivät loista, erottuudu kuvissa tai näydy hyvin lämpökamerassa. Metallinilmaisimet ja magnetometrit joko ohittavat ne tai laukkavat liian monia vääräherkkiä hälytyksiä.

Joten nykyiset dronipohjaiset havaitsemistyökalut usein ohittavat metallittomat miinat kokonaan.

Vanhassa metallimiinassa korroosio muuttaa sen ulkonäköä ja käyttäytymistä, joten se sulautuu maahan ja reagoi huonosti havaitsemistyökaluihin. Epämuodostuneet miinat ovat vielä vaikeampia tunnistaa kuvissa.

Ja koska nämä miinat ovat vaikeampia havaita, niiden löytäminen ja poistaminen kestää paljon kauemmin, tai ne pysyvät piilossa ja asettavat sekä miinienraivaajat että siviilit vaaraan.

Sää- ja päiväajan riippuvuus

Jos puhumme dronista, joissa on RGB- ja monispektrikamerat, ne vaativat päivänvaloa. Pilvisissä, heikossa valossa tai varjoisilla alueilla (metsät, rauniot) kuvanlaatu ja objektin havaitseminen laskevat liian alas.

Lämpöhavaitseminen puolestaan toimii parhaiten aamulla tai illalla, kun maan ja miinan lämpötila eroaa. Keskipäivällä aurinko lämmittää kaiken tasaisesti, mikä vähentää kontrastia.

Sade ja märkä maa sumeavat pinnan yksityiskohtia, muuttavat maan väriä ja lämpötilaa ja voivat piilottaa maan häiriöitä tai lämpöanomalia. Lumipeite peittää näkyvät merkit ja tasaa pinnan lämpötilan, mikä tekee miinoista havaitsemattomia.

Dronien lentäminen vain tiettyinä aikoina hidastaa jopa ei-tekniikan tutkimusvaihetta miinienraivausprosessissa, etenkin alueilla, joilla on epävakaa sää.

Teknologia on erittäin kallis

7 maassa arvioidaan, että henkilömiinojen saastuttama alue on yli 100 km².

Ukrainan testeissä selvisi, että uusi teknologia voi leikata kustannukset 3000-5000 dollarista 600-800 dollariin hehtaarille, mikä on edelleen 70 000 dollaria neliökilometrille. Joidenkin alueiden kohdalla se voi ylittää jopa maan hinnan itsessään.

Pääsyy kalliille kustannuksille on useat väärät hälytykset, jotka käsitellään oikeina uhkina. Keskimäärin tiimi raivaa yli 50 epäiltyä miinaa löytääkseen vain yhden todellisen maamiinan.

Useimmat voimakkaasti saastutetut alueet sijaitsevat kehitysmaissa. Ne eivät voi itse maksaa miinienraivausta ilman kansainvälisten järjestöjen tai hallitusten rahoitusta.

Kustannukset ovat myös liian korkeat yrityksille, jotta ne voivat osallistua. Kun miinienraivaus muuttuu tarpeeksi edulliseksi, yritykset voivat vuokrata miinoitettuja maa-alueita ehdolla, että ne raivavat ne. Vastineeksi he saavat pitkäaikaisen käytön symbolisella hinnalla ja joitain verovähennyksiä.

Ratkaisu?

Tiiminani kanssa olemme tutkineet menetelmiä, jotka keräävät enemmän dataa, voivat nähdä läpi kasvillisuuden ja maan, ja ylläpitävät riittävää resoluutiota.

Lupauksellinen kehityssuunta on esimerkiksi tutkijoiden projekti Oviedon yliopistossa. He testaavat maan lävistävää syntetistä aukkoradaria (GPR-SAR) -järjestelmää, joka on asennettu UAV:lle.

Heidän lennokokeensa realistisissa skenaarioissa osoitti, että teknologia ratkaisee seuraavat ongelmat:

1) Tutka määrittää miinan sijainnin tarkasti, jättäen vain miinan purkamisen tai tuhoamisen tehtäväksi.

Käyttämällä kaikkia mahdollisia tutkaratoja (täysin monistatistinen konfiguraatio) he saivat korkearesoluutioisia kuvia, joissa haudatut kohteet näkyivät kirkkaammin ja selkeämmin. He pystyivät havaitsemaan tarkasti haastavia kohteita, kuten pieniä, metallittomia ja matalasti haudattuja esineitä, kuten muovisia jalankulkijamiinoja, puurunkoja ja PVC-putkia.

2) Ratkaisu toimii päivällä ja yöllä, vaihtelevissa sääolosuhteissa ja jopa kohtalaisen kasvillisuuden kanssa.

Miten se toimii:

• Lähettää tutkasignaaleja maan alle.
• Havaitsee heijastuksia maanpinnan muutoksista (esim. muovi, metalli, tyhjöt).
• Rakentaa 3D-maanalaisia kuvia senttimetrin tarkkuudella yhdistämällä tutkasignaaleja useista lähettimistä ja vastaanottimista sekä lentokoneen asemista.

Ratkaisulla on edelleen rajoituksia, mutta taustani perusteella se on tärkein tutkimus- ja kehityssuunta tällä hetkellä.

Yksi GPR:n tärkeimmistä vahvuuksista on se, kuinka paljon dataa se voi kerätä. Enemmän dataa tarkoittaa, että tutkijat voivat parantaa tarkkuutta tunnistus-/luokitusvaiheessa tekoälyllä. Tämä johtaa tehokkaampiin tutkimus- ja raivaustöihin ja leikkaa kustannuksia 50 % tai enemmän.