Onkraj dronov in umetne inteligence: Ponovni razmislek o prihodnosti humanitarnega razminiranja

Z droni delam od leta 2014, vendar je izbruh vojne v Ukrajini pomenil prelomnico v moji karieri. Od leta 2022 se osredotočam na raziskovanje, kako se lahko droni uporabljajo za avtomatizacijo humanitarnega razminiranja – katere zmogljivosti potrebujejo in kako lahko tehnologija ta prizadevanja naredi varnejša in učinkovitejša. V okviru tega dela pozorno spremljam Ženevski mednarodni center za humanitarno razminiranje (GICHD), udeležujejo se njihovih dogodkov in redno sodelujejo z njihovimi strokovnjaki.

Rešitve na osnovi dronov v kombinaciji z umetno inteligenco so dejansko koristne le v fazi netehničnega pregleda (NTS) v procesu humanitarnega razminiranja. To pomeni, da droni skenirajo velika območja in zbirajo podatke. Nato model strojnega učenja analizira te podatke, da označi regije, ki ... morda vsebujejo mine. Ne natančna mesta min.

Tehnični pregled (TS), ki potrjuje in kartira onesnažena območja, se še vedno zanaša na osebje z detektorji kovin, usposobljenimi psi in mehanskimi stroji za razminiranje. Ti gredo na minirano območje, da natančno določijo lokacije nevarnosti.

Postopek je še naprej dolg, tvegan in drag:

• V 2023-u je bilo 15 žrtev med deminerji v treh državah
• S trenutno hitrostjo bo odstranjevanje vseh eksplozivnih ratnih ostankov trajalo več kot 100 let.
• Stroški odstranitve ene same mine so 50- do 100-krat dražji od izdelave enega

Mine še vedno ogrožajo tudi civiliste – bilo jih je vsaj 5,757 žrtev min/eksplozivnih orožij v letu 2023.

V tej objavi pojasnjujem, zakaj trenutne rešitve na osnovi dronov ne delujejo za tehnični pregled (trenutno najdražja in dolgotrajna faza) in delim, kaj se mi zdi najboljši način za rešitev tega.

Odkrivanje min pod zemljo ali vegetacijo je skoraj nemogoče

Droni s standardnimi optičnimi ali termičnimi kamerami običajno zajemajo slike iz enega samega kota, usmerjenega navzdol. Ta pristop dobro deluje za odkrivanje anomalij na površini, vendar ne zazna zakopanih ali skritih min. Zaradi tega se droni večinoma uporabljajo za netehnične preglede pri humanitarnem razminiranju.

Ena od rešitev na prvi liniji – Safe Pro AI – poroča, da imajo le 5-odstotno stopnjo odkrivanja v območjih z drevesi in grmičevjem.

Čeprav je manj relevantno za Ukrajina, kjer je večina min raztresenih po tleh, namesto zakopanega, je situacija zelo drugačna (na primer) za Kambodža:

• Iz konfliktov v sedemdesetih in devetdesetih letih prejšnjega stoletja je ostalo 4–6 milijonov kopenskih min
• Več kot 64,000 žrtev od leta 1979, predvsem otroci

Nekovinske in stare kovinske mine je težje odkriti, tudi na površini

Nekovinske mine predstavljajo znaten del kopenskih min na sedanjih in nekdanjih konfliktnih območjih. Namerno so zasnovane tako, da jih običajni detektorji kovin ne morejo zaznati.

Vizualno je nekovinske mine težko zaznati. Ne svetijo, ne izstopajo na slikah in se ne vidijo dobro na termovizijskih kamerah. Detektorji kovin in magnetometri jih bodisi zgrešijo bodisi sprožijo preveč lažnih alarmov.

Torej, trenutna orodja za odkrivanje z droni pogosto povsem zgrešijo nekovinske mine.

Pri starih kovinskih rudnikih korozija spremeni njihov videz in obnašanje, zato se zlijejo z zemljo in se slabo odzivajo na orodja za odkrivanje. Deformirane rudnike je še težje prepoznati na slikah.

In ker je te mine težje opaziti, njihovo iskanje in odstranjevanje traja veliko dlje ali pa ostanejo skrite in ogrožajo tako deminerje kot civiliste.

Odvisnost od vremena in dneva

Če govorimo o dronih z RGB in multispektralnimi kamerami, potrebujejo dnevno svetlobo. V oblačnih, slabo osvetljenih ali senčnih območjih (gozdovi, ruševine) se kakovost slike in zaznavanje objektov prav tako poslabšata.

Termično zaznavanje pa najbolje deluje ob zori ali mraku, ko se temperatura tal in rudnika razlikuje. Opoldne sonce enakomerno segreva vse, kar zmanjšuje kontrast.

Medtem ko dež in mokra tla zamegljujeta podrobnosti površine, spreminjata barvo in temperaturo tal ter lahko skrijeta motnje tal ali toplotne anomalije, sneg le prekrije vizualne oznake in izenači temperaturo površine, zaradi česar so mine neopazne.

Uporaba dronov le ob določenih urah precej upočasni celo fazo NTS razminiranja, zlasti na območjih z nepredvidljivim vremenom.

Tehnologija je zelo draga

V 7 prizadetih državah ocenjena protipehotna Območje onesnaženja z minami presega 100 km².

Glede na testi v Ukrajini, razminiranje z novo tehnologijo lahko cut stane od 3000–5000 do 600–800 dolarjev na hektar, kar je še vedno 70,000 dolarjev na kvadratni kilometer. In na nekaterih območjih lahko precej preseže samo ceno zemljišča.

Glavni razlog za visoke stroške so številni lažni alarmi, ki se obravnavajo kot resnične grožnje. V povprečju ekipa odstrani več kot 50 domnevnih min, da bi našla samo eno dejansko kopensko mino.

Večina onesnaženih območij je v državah v razvoju. Te si ne morejo privoščiti razminiranja brez financiranja mednarodnih organizacij ali vlad.

Stroški so tudi previsoki, da bi se podjetja lotila tega. Ko bo razminiranje dovolj poceni, bodo podjetja morda najela zemljišča, onesnažena z minami, pod pogojem, da jih očistijo. V zameno bi dobila dolgoročno uporabo za simbolično ceno in nekaj davčnih olajšav.

rešitev?

Z mojo ekipo smo raziskali metode, ki zbirajo več podatkov, omogočajo vid skozi listje in zemljo ter še vedno ohranjajo zadostno ločljivost.

Primer obetavne razvojne smeri je projekt raziskovalcev na Univerzi v OvieduPreizkušajo sistem sintetičnega aperturnega radarja za prodiranje v zemljo (GPR-SAR), nameščen na brezpilotnem letalniku.

Njihova potrditev med letom v realnih scenarijih je dokazala, da tehnologija rešuje naslednje težave:

1) Radar natančno določi lokacijo mine, tako da je treba ročno opraviti le še razorožitev ali uničenje.

Z uporabo vseh možnih radarskih poti (popolnoma multistatična konfiguracija) so dobili slike visoke ločljivosti, kjer so bili zakopani cilji videti svetlejši in jasnejši. Z natančnostjo so lahko zaznali tudi zahtevne cilje, kot so majhni, nekovinski in plitvo zakopani predmeti, kot so plastične protipehotne mine, lesene tlačne plošče in PVC cevi.

2) Rešitev lahko deluje podnevi ali ponoči, v različnih vremenskih razmerah in celo z zmerno vegetacijo.

Kako deluje:

• Pošilja radarske impulze v tla.
• Zaznava odboje sprememb pod površjem (npr. plastika, kovina, praznine).
• Z združevanjem radarskih signalov iz več parov oddajnik-sprejemnik (Tx-Rx) in položajev leta ustvari 3D-slike podzemlja z natančnostjo do centimetra.

Rešitev ima še vedno svoje omejitve, vendar je glede na moje izkušnje trenutno najpomembnejša smer raziskav in razvoja.

Ena glavnih prednosti georadara je količina podatkov, ki jih lahko zbere. Več podatkov pomeni, da lahko raziskovalci z umetno inteligenco izboljšajo natančnost v fazi prepoznavanja/razvrščanja. To vodi do učinkovitejšega geodetskega in čistilnega dela ter zmanjša skupne stroške za 50 % ali več.