드론과 AI를 넘어서: 인도주의적 지뢰 제거의 미래를 재고하기

2014년부터 드론을 사용해 왔지만, 우크라이나의 전쟁 발발은 내 경력의 전환점이 되었다. 2022년부터 나는 인도주의적 지뢰 제거를 자동화하기 위한 드론의 사용 가능성과 기술이 이러한 노력을 더 안전하고 효율적으로 만들 수 있는 방법을 탐구하는 데 중점을 두고 있다. 이 작업의 일환으로, 나는 제네바 국제 인도주의 지뢰 제거 센터(GICHD)를密切히 따라가며, 그들의 행사에 참석하고, 그들의 전문가들과 정기적으로 접촉한다.

드론 기반 솔루션과 AI를 고려할 때, 비기술적 조사(NTS) 단계에서만 유용하다. 즉, 드론이 큰 영역을 스캔하고 데이터를 수집한다. 그런 다음, 기계 학습 모델이 이 데이터를 분석하여 지뢰가 있을 수 있는 영역을 표시한다. 지뢰의 정확한 위치가 아니다.

기술적 조사(TS)는 지뢰가 있는 영역을 확인하고 매핑하는 데 여전히 금속 탐지기, 훈련된 개, 기계적 지뢰 제거 기계를 사용하는 인력을 필요로 한다. 그들은 지뢰가 있는 영역으로 들어가서 위험의 정확한 위치를 찾는다.

이 과정은 여전히 오래 걸리고, 위험하고, 비싸다:

• 2023년에 3개국에서 지뢰 제거 전문가 15명이 사망했다.
• 현재 속도면 모든 비상장지뢰를 제거하기에는 100년 이상이 걸린다.
• 지뢰 하나를 제거하는 비용은 지뢰 하나를 생산하는 비용의 50~100배 이상이다.

지뢰는 여전히 민간인에게 위협이 된다. 2023년에 지뢰/비상장지뢰 사고로 인한 사상자는 최소 5,757명이었다.

이 포스트에서, 나는 왜 현재의 드론 기반 솔루션이 기술적 조사를 위해 작동하지 않는지 설명하고, 이를 해결하기 위한 최선의 방법을 공유한다.

토양이나 식물 아래에 있는 지뢰를 감지하는 것은 거의 불가능하다

표준 광학 또는 열화상 카메라를搭載한 드론은 일반적으로 단일 아래쪽 방향의 각도에서 이미지를 캡처한다. 이 접근 방식은 표면 수준의 비정상성을 감지하는 데 잘 작동하지만, 매장 또는 숨겨진 지뢰를 감지하는 데 실패한다. 이러한 이유로, 드론은 주로 인도주의적 지뢰 제거의 비기술적 조사를 위해 사용된다.

최전선 솔루션 중 하나인 Safe Pro AI는,樹木과 관목이 있는 지역에서 5%의 감지율만을 보인다고 보고했다.

우크라이나와 같은 경우, 대부분의 지뢰가 지면에 흩어져 있는 반면, 캄보디아와 같은 경우에는 토양이나 식물 아래에 매장된 지뢰를 감지하는 것이 훨씬 더 어렵다:

• 1970년대~1990년대의 충돌로 인해 400~600만개의 지뢰가 남아 있다.
• 1979년 이후 64,000명 이상의 사상자, 주로 어린이들이 피해를 보았다.

비금속 및 오래된 금속 지뢰는 표면에서도 감지하기 어렵다

비금속 지뢰는 현재 및 과거의 충돌 지역에서 발견되는 지뢰의 상당한 부분을 차지한다.它们는 전통적인 금속 탐지기를 피하기 위해 의도적으로 설계되었다.

비금속 지뢰는 시각적으로 감지하기 어렵다. 그들은 빛나지 않으며, 이미지에서 두드러지지 않으며, 열화상 카메라에서도 잘 보이지 않는다. 금속 탐지기와 자력계는 그들을 놓치거나 너무 많은 거짓 경보를 발생시킨다.

따라서, 현재의 드론 기반 감지 도구는 비금속 지뢰를 완전히 놓치기 쉽다.

오래된 금속 지뢰의 경우, 부식으로 인해 그들의 모양과 행동이 변경되어, 그들이 지면과 섞여서 감지하기 어렵다.歪んだ 지뢰는 이미지에서 식별하기도 어렵다.

그리고 이러한 지뢰가 더 어려워서, 더 오래 걸리고, 제거하거나 숨겨져서 지뢰 제거 전문가와 민간인에게 위험을 초래한다.

기상과 주간 의존성

RGB 및 다중 스펙트럼 카메라를搭載한 드론을 사용할 경우, 주간光이 필요하다. 구름이 많거나, 조도が 낮은 지역(산림, 폐허)에서는 이미지 품질과 객체 감지가 떨어진다.

열 감지는, 땅과 지뢰의 온도 차이가 가장 큰黎明 또는 황혼時に 가장 잘 작동한다. 정오에는, 태양이 모든 것을 동일하게加熱하여, 대조가 줄어든다.

비와 습한 토양은 표면의 세부를 흐리게 하고, 토양의 색과 온도를 변경하며, 토양의 변화를 감추거나 열 이상을 숨길 수 있다. 눈은 시각적 표시를 덮고, 표면 온도를 균일하게 하여, 지뢰를 감지할 수 없게 만든다.

드론을 특정 시간에만 비행시키면, 비기술적 조사를 포함하여 지뢰 제거가 더욱 느려진다. 특히, 기상이 예측하기 어려운 지역에서는 더욱 그러하다.

기술은 매우 비싸다

7개국에서 추정된 반인도 지뢰 오염 지역은 100km²를 초과한다.

우크라이나의 테스트에 따르면, 새로운 기술을 사용한 지뢰 제거는 1헥타르당 $3000~5000에서 $600~800으로 비용을 절감할 수 있다. 그러나, 일부 지역에서는 지대 가격 자체를 초과할 수 있다.

고 비용의 주요 이유는 실제 위협으로 처리되는 다수의 거짓 경보이다. 평균적으로, 지뢰 제거 팀은 50개의 의심스러운 지뢰를 제거하여 단 하나의 실제 지뢰를 찾는다.

가장 오염된 지역은 개발도상국에 있다. 국제 기구나 정부의 자금 지원 없이 지뢰 제거를 할 수 없다.

비용은 기업이 참여하기에도 너무 높다. 지뢰 제거가 충분히 저렴해지면, 기업은 지뢰가 있는 땅을 임대할 수 있다. 대가로, 그들은 상징적인 가격과 일부 세금 감면을 받을 수 있다.

해결책?

나의 팀은 더 많은 데이터를 수집하고, 식물이나 토양을 통해 볼 수 있으며, 충분한 해상도를 유지하는 방법을 탐구했다.

유망한 개발 방향의 예는 오비에도 대학교의 연구자들이 테스트하는 어레이 기반 지면 관통 합성 개구 레이다(GPR-SAR) 시스템이다.

그들의 비행 검증은 실제 시나리오에서 다음 문제를 해결한다.

1) 레이다가 지뢰의 위치를 정밀하게 감지하여, 수동으로 무장해제 또는 파괴만 남긴다.

완전한 다중 정적 구성에서, 모든 레이다 경로를 사용하여, 매장된 표적이 더 밝고 명확하게 나타나는 고해상도 이미지를 얻었다. 또한, 작은 비금속, 얕게 매장된 물체와 같은 도전적인 표적을 정확하게 감지할 수 있었다.

2) 이 솔루션은 주간 또는 야간, 다양한 기상 조건, 그리고 중간 정도의 식물에서도 작동한다.

작동 원리:

• 토양으로 레이다 펄스를 보낸다.
• 토양 아래의 변화를 반사하여 감지한다.
• 전송기-수신기(Tx-Rx) 쌍과 비행 위치의 레이다 신호를 결합하여 3D 토양 아래 이미지를 생성한다.

이 솔루션은 여전히 제한이 있지만, 내 배경을 고려할 때, 현재 가장 관련 있는 연구 및 개발 방향이다.

GPR의 주요 강점 중 하나는 수집할 수 있는 데이터의 양이다. 더 많은 데이터는 연구자들이 AI를 사용하여 인식/분류 단계에서 정확도를 개선할 수 있다. 이는 더 효율적인 조사 및 지뢰 제거 작업과 50% 이상의 비용 절감을 가능하게 한다.