Utanför drönare och AI: Omprövning av humanitär minröjningens framtid

Jag har arbetat med drönare sedan 2014, men krigsutbrottet i Ukraina markerade en vändpunkt i min karriär. Sedan 2022 har min fokus skiftat till att undersöka hur drönare kan användas för att automatisera humanitär minröjning – vilka funktioner de behöver och hur tekniken kan göra dessa insatser säkrare och mer effektiva. Som en del av detta arbete följer jag nära Geneva International Centre for Humanitarian Demining (GICHD), deltar i deras evenemang och engagerar mig regelbundet med deras experter.

Med tanke på drönar-baserade lösningar i kombination med AI, är de faktiskt endast användbara under den icke-tekniska undersökningen (NTS) av humanitär minröjningsprocessen. Det innebär att drönare skannar stora områden och samlar in data. Sedan analyserar en maskinlärningsmodell denna data för att markera områden som kan innehålla minor. Inte exakta platser för minor.

Den tekniska undersökningen (TS), som bekräftar och kartlägger kontaminerade områden, förlitar sig fortfarande på personal med metalldetektorer, tränade hundar och mekaniska minröjningsmaskiner. De går in i det minerade området för att fastställa exakta platser för farorna.

Processen fortsätter att vara lång, riskfylld och dyrbar:

• År 2023 var det 15 offer bland minröjare i tre länder
• Med nuvarande hastighet kommer det att ta över 100 år att rensa alla ERW
• Kostnaden för att avlägsna en enda landmina är 50 till 100 gånger högre än kostnaden för att producera en

Minor fortsätter att utgöra en fara för civila – det fanns minst 5,757 minor/ERW-offer år 2023.

I den här artikeln förklarar jag varför nuvarande drönar-baserade lösningar inte fungerar för teknisk undersökning (den mest kostsamma och tidskrävande etappen just nu) och delar med mig av vad jag ser som den bästa lösningen för att åtgärda detta.

Att upptäcka minor under jord eller vegetation är nästan omöjligt

Drönare med standardoptiska eller termiska kameror fångar vanligtvis bilder från ett enda nedåtriktat perspektiv. Detta tillvägagångssätt fungerar bra för att upptäcka ytnära avvikelser men misslyckas med att upptäcka begravda eller dolda minor. Av denna anledning används drönare främst för icke-tekniska undersökningar i humanitär minröjning.

En av de främsta lösningarna – Safe Pro AI – rapporterar att de endast har en 5-procentig upptäcktsfrekvens i områden med träd och buskar.

Även om det är mindre relevant för Ukraina, där de flesta minor sprids på marken istället för att begravas, är situationen mycket annorlunda (t.ex.) för Kambodja:

• 4-6 miljoner landminor kvarstår från konflikter under 1970- och 90-talen
• 64 000+ offer sedan 1979, med barn som primära offer

Icke-metall och gamla metallminor är svårare att upptäcka, även på ytan

Icke-metallminor utgör en betydande del av landminor i nuvarande och tidigare konfliktzoner. De är avsiktligt utformade för att kringgå upptäckt av konventionella metalldetektorer.

Visuellt är icke-metalliska minor svåra att upptäcka. De skiner inte, sticker inte ut på bilder eller syns inte bra på termiska kameror. Metalldetektorer och magnetometer antingen missar dem eller utlöser för många falska larm.

Således missar nuvarande drönar-baserade upptäcktsverktyg ofta icke-metalliska minor helt.

När det gäller gamla metallminor förändrar korrosion hur de ser ut och beter sig, så de smälter in i marken och reagerar dåligt på upptäcktsverktyg. Deformerade minor är ännu svårare att identifiera på bilder.

Och eftersom dessa minor är svårare att upptäcka, tar de längre tid att hitta och avlägsna, eller så förblir de dolda och utsätter både minröjare och civila för risk.

Väder och dagtidberoende

Om vi pratar om drönare med RGB- och multispektralkameror, kräver de dagsljus. I molniga, låglichtade eller skuggade områden (skogar, ruiner) minskar bildkvaliteten och föremålsupptäckten.

Termisk upptäckt, å sin sida, fungerar bäst vid gryning eller skymning, när marken och minan skiljer sig i temperatur. Under middagen värmer solen upp allt lika, vilket minskar kontrasten.

Medan regn och fuktig jord suddar ut ytdetaljer, förändrar jordfärgen och temperaturen och kan dölja jordstörningar eller termiska avvikelser. Snö täcker bara visuella markörer och utjämnar ytemperatur, vilket gör minor oupptäckbara.

Att flyga drönare endast under vissa tider bromsar avsevärt ner även den icke-tekniska undersökningen av minröjning, särskilt i områden med oförutsägbart väder.

Tekniken är mycket dyr

I 7 drabbade länder uppgår den beräknade arean med antipersonella minor till över 100 km².

Enligt tester i Ukraina kan minröjning med ny teknik minska kostnaderna från 3000-5000 dollar till 600-800 dollar per hektar, vilket fortfarande är 70 000 dollar per kvadratkilometer. Och i vissa områden kan det mycket väl överstiga markpriset i sig.

Huvudorsaken till de höga kostnaderna är de många falska larm som behandlas som verkliga hot. I genomsnitt rensar ett team över 50 misstänkta minor för att hitta en enda riktig landmina.

De flesta kraftigt kontaminerade områdena ligger i utvecklingsländer. De kan inte bekosta minröjning utan finansiering från internationella organisationer eller regeringar.

Kostnaderna är också för höga för företag att engagera sig. När minröjning blir tillräckligt billig kan företag hyra minerade områden på villkor att de rensar dem. I gengäld får de långsiktig användning för en symbolisk pris och vissa skattelättnader.

En lösning?

Med mitt team har vi undersökt metoder som samlar in mer data, kan se genom vegetation och jord och fortfarande upprätthåller tillräcklig upplösning.

Ett exempel på en lovande utvecklingsriktning är ett projekt av forskare vid Universitetet i Oviedo. De testar ett array-baserat markpenetrerande syntetiskt aperturradar (GPR-SAR) system monterat på en UAV.

Deras flygvalidering i realistiska scenarier bevisade att tekniken löser följande problem:

1) Radarn pekar ut minans plats med precision, och lämnar endast avväpning eller förstöring att göras manuellt.

Med användning av alla möjliga radarpunkter (fullständig multistatisk konfiguration) fick de högupplösta bilder där begravda mål syntes tydligare och klarare. Och de kunde upptäcka med precision utmanande mål som små, icke-metalliska och grunt begravda föremål som plastminor, trätryckplattor och PVC-rör.

2) Lösningen kan fungera dag eller natt, i varierande väder och även med måttlig vegetation.

Hur det fungerar:

• Sänder radarpulser in i marken.
• Upptäcker reflektioner från underjordiska förändringar (t.ex. plast, metall, håligheter).
• Bygger 3D-underjordiska bilder med centimeterprecision genom att kombinera radarsignaler från flera sändare-mottagare (Tx-Rx) par och flygpositioner.

Lösningen har fortfarande begränsningar, men baserat på min bakgrund är det den mest relevanta forsknings- och utvecklingsriktningen just nu.

En av GPR:s största styrkor är den mängd data den kan samla in. Mer data innebär att forskare kan förbättra precisionen vid erkännings-/klassificeringsstadiet med AI. Detta leder till mer effektiv undersökning och rensning och minskar de totala kostnaderna med 50% eller mer.