드론과 AI를 넘어: 인도주의적 지뢰 제거의 미래 재고

저는 2014년부터 드론을 연구해 왔지만, 우크라이나 전쟁 발발은 제 경력의 전환점이 되었습니다. 2022년부터는 드론을 활용하여 인도주의적 지뢰 제거 작업을 자동화하는 방법, 드론에 필요한 역량, 그리고 기술을 통해 이러한 작업을 더욱 안전하고 효율적으로 수행할 수 있는 방법을 연구하는 데 집중하고 있습니다. 이러한 연구의 일환으로 저는 제네바 국제 인도주의 지뢰 제거 센터(Geneva International Centre for Humanitarian Demining)를 면밀히 주시하고 있습니다.기치드), 이벤트에 참석하고, 전문가와 정기적으로 소통합니다.

드론 기반 솔루션과 AI를 함께 활용하면, 실제로는 인도주의적 지뢰 제거 과정의 비기술적 조사(NTS) 단계에서만 도움이 됩니다. 즉, 드론은 넓은 지역을 스캔하고 데이터를 수집합니다. 그런 다음 머신러닝 모델이 이 데이터를 분석하여 수도 지뢰가 있는 곳입니다. 정확한 지뢰 위치는 알 수 없습니다.

오염 지역을 확인하고 지도화하는 기술 조사(TS)는 여전히 금속 탐지기, 훈련된 탐지견, 그리고 기계식 지뢰 제거 장비를 갖춘 인력에 의존하고 있습니다. 이들은 지뢰 지역에 직접 들어가 위험 요소의 정확한 위치를 파악합니다.

이 과정은 길고 위험하며 비용이 많이 듭니다.

• 2023에는 지뢰 제거 작업 중 사상자 15명 발생 3개국에서
• 현재 속도로는 모든 ERW를 청소하는 데 100년 이상 걸릴 것입니다.
• 단일 지뢰 제거 비용은 50개를 생산하는 데 드는 비용의 100~XNUMX배

지뢰는 민간인에게도 계속해서 위협이 됩니다. 5,757년 지뢰/전차폭탄 사상자 2023명.

이 글에서는 현재의 드론 기반 솔루션이 기술 조사(현재 가장 비용이 많이 들고 시간이 많이 걸리는 단계)에 적합하지 않은 이유를 설명하고, 이를 해결하는 가장 좋은 방법을 공유하고자 합니다.

토양이나 식물 아래에서 지뢰를 감지하는 것은 거의 불가능합니다.

표준 광학 또는 열화상 카메라가 장착된 드론은 일반적으로 하향 단일 각도에서 이미지를 촬영합니다. 이러한 접근 방식은 지표면의 이상 징후를 포착하는 데는 효과적이지만, 매설되거나 숨겨진 지뢰를 탐지하는 데는 실패합니다. 이러한 이유로 드론은 주로 인도주의적 지뢰 제거 작업과 같은 비기술적 조사에 사용됩니다.

최전선 솔루션 중 하나인 Safe Pro AI는 탐지율이 5%에 불과하다고 보고합니다. 나무와 덤불이 있는 지역에서.

그것이 덜 관련성이 있더라도 우크라이나에서는 대부분의 지뢰가 땅에 흩어져 있습니다., 묻힌 대신에 상황은 매우 다릅니다(예를 들어) 캄보디아:

• 4~6년대 분쟁으로 인해 1970만~90만 개의 지뢰가 남아 있다.
• 64,000년 이후 1979명 이상의 사상자가 발생했으며 주요 피해자는 어린이였습니다.

비금속 및 오래된 금속 광산은 표면에서도 탐지하기 어렵습니다.

비금속 지뢰는 현재 및 과거 분쟁 지역에서 매설된 지뢰의 상당 부분을 차지합니다. 비금속 지뢰는 기존 금속 탐지기의 탐지를 피하도록 의도적으로 설계되었습니다.

비금속 지뢰는 시각적으로 탐지하기 어렵습니다. 빛나지도 않고, 이미지에서 뚜렷하게 드러나지도 않으며, 열화상 카메라에도 잘 나타나지 않습니다. 금속 탐지기와 자력계는 이를 감지하지 못하거나 너무 많은 오탐지를 유발합니다.

그래서 현재의 드론 기반 탐지 도구는 비금속 지뢰를 전혀 탐지하지 못하는 경우가 많습니다.

오래된 금속 광산의 경우, 부식으로 인해 외관과 행동이 변하기 때문에 지면에 묻혀 탐지 장비에 제대로 반응하지 않습니다. 변형된 광산은 이미지에서 식별하기가 더욱 어렵습니다.

이런 지뢰는 발견하기 어렵기 때문에 찾아서 제거하는 데 시간이 훨씬 더 오래 걸리고, 숨겨져 있어서 지뢰 제거자와 민간인 모두를 위험에 빠뜨립니다.

날씨와 주간 의존성

RGB 및 다중 스펙트럼 카메라를 탑재한 드론의 경우, 일광이 필요합니다. 구름이 끼거나, 조명이 어둡거나, 그늘진 지역(숲, 폐허)에서는 이미지 품질과 물체 감지 성능이 저하됩니다.

열 감지는 지면과 광산의 온도가 다를 때인 새벽이나 해질녘에 가장 효과적입니다. 한낮에는 태양이 모든 것을 똑같이 가열하여 대비를 약화시킵니다.

비와 젖은 토양은 표면의 세부 사항을 흐리게 하고, 토양의 색과 온도를 변화시키며, 토양 교란이나 열적 이상을 감출 수 있습니다. 눈은 시각적인 표식을 가리고 표면 온도를 균일하게 만들어 지뢰를 감지하지 못하게 합니다.

특정 시간에만 드론을 비행하면 지뢰제거의 NTS 단계도 상당히 늦어지며, 특히 날씨가 예측할 수 없는 지역에서는 더욱 그렇습니다.

이 기술은 매우 비쌉니다

영향을 받은 7개국에서는 대인전이 추정됩니다. 광산 오염 면적 100km² 넘어.

에 따르면 우크라이나에서의 테스트, 새로운 기술을 이용한 지뢰 제거 가능 절단 헥타르당 3000~5000달러에서 600~800달러까지 비용이 들지만, 이는 평방킬로미터당 70,000만 달러에 해당합니다. 그리고 일부 지역에서는 토지 가격 자체를 훨씬 초과할 수도 있습니다.

비용이 높은 주된 이유는 여러 건의 허위 경보가 실제 위협으로 간주되기 때문입니다. 평균적으로 한 팀이 50개가 넘는 의심 지뢰를 제거해야 실제 지뢰를 단 하나만 발견할 수 있습니다.

가장 심하게 오염된 지역은 개발도상국에 있습니다. 이들은 국제기구나 정부의 자금 지원 없이는 지뢰 제거에 어려움을 겪습니다.

비용 또한 기업들이 뛰어들기에는 너무 높습니다. 지뢰 제거 비용이 충분히 저렴해지면, 기업들은 지뢰로 오염된 토지를 개간한다는 조건으로 임대할 수 있습니다. 그 대가로 상징적인 가격으로 장기간 사용할 수 있고 세금 감면 혜택도 받을 수 있습니다.

해결책?

저희 팀과 함께 더 많은 데이터를 수집하고, 잎과 흙을 투과해서 볼 수 있으면서도 충분한 해상도를 유지하는 방법을 탐구했습니다.

유망한 개발 방향의 예는 다음과 같습니다. 오비에도 대학교 연구자들의 프로젝트그들은 무인 항공기에 장착된 어레이 기반 지면 투과 합성 개구 레이더(GPR-SAR) 시스템을 테스트하고 있습니다.

현실적인 시나리오에서 비행 중 검증을 통해 해당 기술이 다음과 같은 문제를 해결한다는 것이 입증되었습니다.

1) 레이더는 지뢰의 위치를 ​​정확하게 찾아내므로, 무장 해제나 파괴만 수동으로 수행하면 됩니다.

가능한 모든 레이더 경로(완전 다중 정적인 구성)를 활용하여, 매몰된 표적이 더욱 밝고 선명하게 나타나는 고해상도 이미지를 확보했습니다. 또한 플라스틱 대인지뢰, 목재 압력판, PVC 파이프처럼 작고 비금속이며 얕게 매몰된 물체와 같이 탐지하기 어려운 표적도 정밀하게 탐지할 수 있었습니다.

2) 이 솔루션은 낮이든 밤이든, 다양한 날씨 조건에서, 심지어 적당한 식생 조건에서도 효과가 있습니다.

작동 원리 :

• 지상으로 레이더 펄스를 보냅니다.
• 지하 변화(예: 플라스틱, 금속, 공동)로 인한 반사를 감지합니다.
• 여러 개의 송신기-수신기(Tx-Rx) 쌍에서 수신된 레이더 신호와 비행 위치를 결합하여 센티미터 수준의 정확도로 3D 지하 이미지를 구축합니다.

이 해결책에는 아직 한계가 있지만, 제가 경험한 바에 따르면 지금 당장 가장 관련성 있는 연구 및 개발 방향입니다.

GPR의 주요 장점 중 하나는 수집 가능한 데이터의 양입니다. 데이터가 많을수록 연구자들은 AI를 통해 인식/분류 단계의 정확도를 높일 수 있습니다. 이를 통해 조사 및 정리 작업의 효율성이 높아지고 전체 비용이 50% 이상 절감됩니다.