Poza dronami i sztuczną inteligencją: ponowne rozważanie przyszłości humanitarnego rozminowania

Od 2014 roku pracuję z dronami, ale wybuch wojny na Ukrainie oznaczał punkt zwrotny w mojej karierze. Od 2022 roku moja uwaga skierowana jest na badanie, w jaki sposób drony mogą być wykorzystywane do zautomatyzowania humanitarnego rozminowania – jakie możliwości są im potrzebne, i jak technologia może uczynić te wysiłki bezpieczniejszymi i bardziej efektywnymi. W ramach tej pracy, ściśle śledzę Genewskie Międzynarodowe Centrum Rozminowania (GICHD), uczestniczę w ich wydarzeniach i regularnie współpracuję z ich ekspertami.

Rozważając rozwiązania oparte na dronach w połączeniu z sztuczną inteligencją, okazuje się, że są one pomocne tylko na etapie nietechnicznego rozpoznania (NTS) procesu humanitarnego rozminowania. Oznacza to, że drony skanują duże obszary i zbierają dane. Następnie model uczenia maszynowego analizuje te dane, aby oznaczyć regiony, które można zawierać miny. Nie dokładne miejsca min.

Techniczne rozpoznanie (TS), które potwierdza i mapuje zanieczyszczone obszary, nadal opiera się na personelu z wykrywaczami metalu, wyszkolonych psach i maszynach do rozminowania. Wchodzą oni na zaminowany obszar, aby dokładnie określić położenie niebezpieczeństw.

Proces pozostaje długi, ryzykowny i kosztowny:

• W 2023 roku odnotowano 15 ofiar wśród rozminowaczy w trzech krajach
• Przy obecnej szybkości, usunięcie wszystkich niewybuchów zajmie ponad 100 lat
• Koszt usunięcia jednej miny lądowej wynosi 50 do 100 razy więcej niż koszt jej produkcji

Miny nadal stanowią zagrożenie dla cywilów – w 2023 roku odnotowano co najmniej 5757 ofiar min/ niewybuchów.

W tym poście wyjaśniam, dlaczego obecne rozwiązania oparte na dronach nie działają dla technicznego rozpoznania (najbardziej czasochłonnego i kosztownego etapu obecnie) i przedstawiam, co uważam za najlepszy sposób, aby to naprawić.

Wykrywanie min pod ziemią lub roślinnością jest prawie niemożliwe

Drony ze standardowymi kamerami optycznymi lub termalnymi zwykle rejestrują obrazy z jednego kąta patrzenia w dół. Ten podejście działa dobrze dla wykrywania anomalii na powierzchni, ale nie potrafi wykryć zakopanych lub ukrytych min. Z tego powodu drony są głównie wykorzystywane do nietechnicznego rozpoznania w humanitarnym rozminowaniu.

Jedno z czołowych rozwiązań – Safe Pro AI – raportuje, że mają tylko 5 procentową skuteczność wykrywania w regionach z drzewami i krzakami.

Chociaż jest to mniej istotne w przypadku Ukrainy, gdzie większość min jest rozrzucona na ziemi, zamiast być zakopana, sytuacja jest bardzo inna (na przykład) w Kambodży:

• 4-6 milionów min lądowych pozostało z konfliktów w latach 70. i 90.
• 64 000+ ofiar od 1979 roku, z dziećmi jako głównymi ofiarami

Miny nie metalowe i stare miny metalowe są trudniejsze do wykrycia, nawet na powierzchni

Miny nie metalowe stanowią znaczną część min lądowych w bieżących i byłych strefach konfliktów. Są one celowo zaprojektowane, aby ominąć wykrywanie przez konwencjonalne wykrywacze metalu.

Wizualnie, miny nie metalowe są trudne do wykrycia. Nie świecą, nie wyróżniają się na zdjęciach, ani nie są dobrze widoczne na kamerach termalnych. Wykrywacze metalu i magnetometry albo ich przegapują, albo wywołują zbyt wiele fałszywych alarmów.

Dlatego też obecne narzędzia do wykrywania oparte na dronach często całkowicie pomijają miny nie metalowe.

Jeśli chodzi o stare miny metalowe, korozja zmienia ich wygląd i zachowanie, więc mieszają się z ziemią i źle reagują na narzędzia wykrywania. Miny zniekształcone są jeszcze trudniejsze do identyfikacji na zdjęciach.

Ponieważ te miny są trudniejsze do zauważenia, zajmuje to znacznie więcej czasu, aby je znaleźć i usunąć, lub pozostają one ukryte i narażają zarówno rozminowaczy, jak i cywilów.

Zależność od pogody i dnia

Jeśli mówimy o dronach z kamerami RGB i multispektralnymi, wymagają one światła dziennego. W zachmurzonych, słabo oświetlonych lub zacienionych obszarach (lasach, ruinach), jakość obrazu i wykrywanie obiektów maleje.

Wykrywanie termalne, z kolei, działa najlepiej o świcie lub zmierzchu, kiedy ziemia i mina różnią się temperaturą. W południe słońce nagrzewa wszystko równomiernie, redukując kontrast.

Podczas deszczu i mokrej ziemi szczegóły powierzchniowe są rozmyte, kolor ziemi i temperatura są zmienione, a mogą one ukryć zaburzenia gleby lub anomalie termalne. Śnieg po prostu zakrywa widoczne znaki i wyrównuje temperaturę powierzchni, sprawiając, że miny są niewykrywalne.

Latanie dronami tylko w określonych godzinach znacznie spowalnia nawet etap NTS rozminowania, szczególnie w obszarach z nieprzewidywalną pogodą.

Technologia jest bardzo droga

W 7 dotkniętych krajach szacowany obszar zanieczyszczenia minami przeciwpiechotnymi osiąga ponad 100 km².

Zgodnie z testami na Ukrainie, rozminowanie z nową technologią może obniżyć koszty z 3000-5000 do 600-800 dolarów za hektar, co wciąż jest 70 000 dolarów za kilometr kwadratowy. A w niektórych obszarach może to przekroczyć cenę samej ziemi.

Głównym powodem wysokich kosztów jest wiele fałszywych alarmów traktowanych jako prawdziwe zagrożenia. Średnio zespół rozminowuje ponad 50 podejrzanych min, aby znaleźć tylko jedną prawdziwą minę.

Najbardziej zanieczyszczone obszary znajdują się w krajach rozwijających się. Nie mogą one pozwolić sobie na rozminowanie bez finansowania ze strony organizacji międzynarodowych lub rządów.

Koszty są również zbyt wysokie dla firm, aby mogły się w to zaangażować. Gdy rozminowanie stanie się wystarczająco tanie, firmy mogą wynająć ziemie zaminowane na warunkach, że je rozminują. W zamian otrzymają długoterminowe użytkowanie za symboliczną cenę i pewne ulgi podatkowe.

Rozwiązanie?

Wraz z moim zespołem, badaliśmy metody, które pozwalają zebrać więcej danych, przeglądać przez liście i glebę, a jednocześnie utrzymać wystarczającą rozdzielczość.

Przykładem obiecującego kierunku rozwoju jest projekt badaczy z Uniwersytetu w Oviedo. Testują oni system radaru syntetycznej apertury (GPR-SAR) oparty na tablicy, zamontowany na UAV.

Ich walidacja w locie w realistycznych scenariuszach wykazała, że technologia rozwiązuje następujące problemy:

1) Radar precyzyjnie wskazuje położenie miny, pozostawiając tylko rozbrojenie lub zniszczenie do wykonania ręcznie.

Z użyciem wszystkich możliwych ścieżek radarowych (pełna konfiguracja wielostatyczna), uzyskali oni obrazy o wysokiej rozdzielczości, na których zakopane cele były jaśniejsze i wyraźniejsze. I byli w stanie wykryć z precyzją trudne cele, takie jak małe, nie metalowe, płytko zakopane obiekty, jak miny przeciwpiechotne z plastiku, drewniane płyty naciskowe i rury z PVC.

2) Rozwiązanie może działać w dzień i w nocy, w różnych warunkach pogodowych, a nawet przy umiarkowanym zagęszczeniu roślinności.

Jak to działa:

• Wysyła impulsy radarowe do ziemi.
• Wykrywa odbicia od zmian podziemnych (np. plastik, metal, pustki).
• Tworzy trójwymiarowe obrazy podziemne z dokładnością na poziomie centymetrów, łącząc sygnały radarowe z wielu par nadajnik-odbiornik (Tx-Rx) i pozycji lotu.

Rozwiązanie wciąż ma swoje ograniczenia, ale na podstawie mojego doświadczenia, jest to najbardziej istotny kierunek badań i rozwoju obecnie.

Jedną z głównych zalet GPR jest to, ile danych może zebrać. Im więcej danych, tym lepsza może być dokładność na etapie rozpoznania/klasyfikacji z użyciem sztucznej inteligencji. To prowadzi do bardziej efektywnej pracy rozpoznawczej i rozminowania, oraz obniża ogólne koszty o 50% lub więcej.