За межами дронів та штучного інтелекту: переосмислення майбутнього гуманітарного розмінування

Я працюю з дронами з 2014 року, але початок війни в Україні став поворотним моментом у моїй кар'єрі. З 2022 року моя увага зосередилася на дослідженні того, як дрони можна використовувати для автоматизації гуманітарного розмінування – які можливості їм потрібні, і як технології можуть зробити ці зусилля безпечнішими та ефективнішими. У рамках цієї роботи я уважно стежу за Женевським міжнародним центром гуманітарного розмінування (ЖМЦГД), відвідують їхні заходи та регулярно спілкуються з їхніми експертами.

Якщо враховувати рішення на основі дронів у поєднанні зі штучним інтелектом, то вони насправді корисні лише на етапі нетехнічного обстеження (НТО) в процесі гуманітарного розмінування. Це означає, що дрони сканують великі території та збирають дані. Потім модель машинного навчання аналізує ці дані, щоб позначити регіони, які може бути містять міни. Не точні місця розташування мін.

Технічне обстеження (ТО), яке підтверджує та картографує забруднені ділянки, все ще залежить від персоналу з металошукачами, навченими собаками та механічними машинами для розмінування. Вони потрапляють у заміновану зону, щоб точно визначити місця розташування небезпек.

Процес залишається тривалим, ризикованим і дорогим:

• У 2023 були 15 жертв серед саперів в трьох країнах
• За нинішніх темпів, видалення всіх ВЗВ займе понад 100 років
• Вартість знешкодження однієї міни становить у 50–100 разів дорожче, ніж вартість одного виробництва

Міни також продовжують становити загрозу для цивільного населення – їх було щонайменше 5,757 жертв мін/ВЗВ у 2023 році.

У цій публікації я пояснюю, чому сучасні рішення на основі дронів не працюють для технічного обстеження (найдорожчого та найтривалішого етапу наразі), і ділюся тим, що, на мою думку, є найкращим способом це виправити.

Виявити міни під ґрунтом або рослинністю практично неможливо

Дрони зі стандартними оптичними або тепловізійними камерами зазвичай знімають зображення під одним кутом, спрямованим вниз. Цей підхід добре працює для виявлення аномалій на рівні поверхні, але не виявляє закопаних або прихованих мін. З цієї причини дрони здебільшого використовуються для нетехнічних досліджень у гуманітарному розмінуванні.

Одне з передових рішень – Safe Pro AI – повідомляє, що їхній рівень виявлення становить лише 5 відсотків у місцях з деревами та кущами.

Навіть якщо це менш актуально для Україна, де найбільше мін розкидано по землі, замість того, щоб бути похованим, ситуація зовсім інша (наприклад) для Камбоджа:

• 4-6 мільйонів наземних мін залишаються після конфліктів 1970-х-90-х років
• Понад 64,000 1979 жертв з XNUMX року, серед яких головними жертвами є діти

Неметалеві та старі металеві міни важче виявити, навіть на поверхні

Неметалеві міни становлять значну частину наземних мін у сучасних та колишніх зонах конфліктів. Вони навмисно розроблені таким чином, щоб їх не виявляли звичайні металошукачі.

Візуально неметалеві міни важко виявити. Вони погано блищать, не виділяються на зображеннях і не добре відображаються на тепловізорах. Металошукачі та магнітометри або пропускають їх, або викликають забагато хибних спрацьовувань.

Отже, сучасні засоби виявлення на основі дронів часто повністю пропускають неметалеві міни.

Коли йдеться про старі металеві шахти, корозія змінює їхній зовнішній вигляд та поведінку, тому вони зливаються з землею та погано реагують на засоби виявлення. Деформовані шахти ще важче ідентифікувати на зображеннях.

А оскільки ці міни важче виявити, їх пошук та знешкодження займає набагато більше часу, або ж вони залишаються прихованими та наражають на небезпеку як саперів, так і цивільних осіб.

Залежність від погоди та денного часу доби

Якщо мова йде про дрони з RGB та мультиспектральними камерами, їм потрібне денне світло. У хмарних, слабо освітлених або затінених місцях (ліси, руїни) якість зображення та виявлення об'єктів також падає.

Теплове виявлення, у свою чергу, найкраще працює на світанку або в сутінках, коли температура землі та шахти відрізняється. Опівдні сонце нагріває все однаково, зменшуючи контраст.

У той час як дощ і вологий ґрунт розмивають деталі поверхні, змінюють колір і температуру ґрунту, а також можуть приховувати порушення ґрунту або теплові аномалії, сніг лише покриває візуальні маркери та вирівнює температуру поверхні, роблячи міни непомітними.

Польоти дронів лише у певний час значно уповільнюють навіть етап розмінування, що виконується за принципом NTS, особливо в районах з непередбачуваною погодою.

Технологія дуже дорога

У 7 постраждалих країнах, за оцінками, протипіхотні Площа мінного забруднення перевищує 100 км².

За оцінкою тести в Україні, розмінування за допомогою нових технологій може вирізати коштує від 3000-5000 до 600-800 доларів за гектар, що все ще становить 70,000 XNUMX доларів за квадратний кілометр. А в деяких районах це може значно перевищувати ціну на саму землю.

Основною причиною високих витрат є численні хибні тривоги, які розглядаються як реальні загрози. В середньому команда знешкоджує понад 50 підозрілих мін, щоб знайти лише одну справжню міну.

Найбільше забруднених територій знаходяться в країнах, що розвиваються. Вони не можуть дозволити собі розмінування без фінансування з боку міжнародних організацій чи урядів.

Витрати також занадто високі для бізнесу, щоб брати участь у цьому. Як тільки розмінування стане достатньо дешевим, компанії можуть орендувати забруднені мінами землі за умови їх очищення. Натомість вони отримають довгострокове користування за символічну ціну та деякі податкові пільги.

Рішення?

З моєю командою ми дослідили методи, які дозволяють збирати більше даних, бачити крізь листя та ґрунт і при цьому зберігати достатню роздільну здатність.

Прикладом перспективного напрямку розвитку є проєкт дослідників з Університету Ов'єдоВони випробовують систему георадара із синтезованою апертурою (GPR-SAR) на основі антени, встановлену на безпілотному літальному апараті.

Їх перевірка в польоті в реальних умовах довела, що технологія вирішує такі проблеми:

1) Радар точно визначає місцезнаходження міни, залишаючи вручну лише її знешкодження або знищення.

Завдяки використанню всіх можливих радіолокаційних траєкторій (повністю мультистатична конфігурація), вони отримали зображення високої роздільної здатності, на яких закопані цілі виглядали яскравішими та чіткішими. І змогли з точністю виявляти складні цілі, такі як невеликі, неметалеві та неглибоко закопані об'єкти, такі як пластикові протипіхотні міни, дерев'яні натискні пластини та ПВХ труби.

2) Рішення може працювати вдень чи вночі, за різної погоди та навіть з помірною рослинністю.

Як це працює:

• Посилає радарні імпульси в землю.
• Виявляє відбиття від змін під поверхнею (наприклад, пластик, метал, порожнини).
• Створює 3D-зображення підземних шарів з точністю до сантиметра, комбінуючи радіолокаційні сигнали від кількох пар передавач-приймач (Tx-Rx) та положень польоту.

Це рішення все ще має свої обмеження, але, виходячи з мого досвіду, це найактуальніший напрямок досліджень і розробок на даний момент.

Одна з головних переваг георадара полягає в обсязі зібраних даних. Більший обсяг даних означає, що дослідники можуть підвищити точність на етапі розпізнавання/класифікації за допомогою штучного інтелекту. Це призводить до ефективнішої роботи з обстеження та очищення територій, а також скорочує загальні витрати на 50% або більше.