За межі дронів та штучного інтелекту: переосмислення майбутнього гуманітарного розмінування

Я працюю з дронами з 2014 року, але початок війни в Україні став поворотним моментом у моєй кар’єрі. З 2022 року моя увага зосередилася на вивченні того, як дрони можна використовувати для автоматизації гуманітарного розмінування – яких можливостей їм потрібні та як технології можуть зробити ці зусилля безпечнішими та ефективнішими. У рамках цієї роботи я тісно співпрацюю з Женевським міжнародним центром гуманітарного розмінування (GICHD), відвідую їхні заходи та регулярно спілкуюся з їхніми експертами.

Розглядаючи дронові рішення, поєднані з штучним інтелектом, вони фактично корисні лише на стадії не-технічного обстеження (NTS) процесу гуманітарного розмінування. Це означає, що дрони сканують великі території та збирають дані. Потім модель машинного навчання аналізує ці дані, щоб позначити регіони, які можуть містити міни. Не точні місця міни.

Технічне обстеження (TS), яке підтверджує та картографує забруднені території, все ще залежить від персоналу з металодетекторами, навченими собаками та механічними засобами розмінування. Вони входять у мінувані території, щоб точно визначити місця розташування загроз.

Процес залишається тривалим, ризикованим та дорогим:

• У 2023 році було 15 жертв серед розмінувальників у трьох країнах
• За поточної швидкості очищення всіх неозброєних бойових засобів займе понад 100 років
• Вартість видалення однієї міни становить 50-100 разів більше вартості її виробництва

Міни продовжують становити загрозу для цивільного населення – у 2023 році було щонайменше 5757 жертв від міни/неозброєних бойових засобів.

У цьому пості я поясню, чому поточні дронові рішення не працюють для технічного обстеження (найбільш дорогого та тривалого етапу зараз) та поділюся тим, що я бачу як найкращий спосіб виправити це.

Виявлення мін під землею або рослинністю практично неможливе

Дрони зі стандартними оптичними або тепловими камерами зазвичай захоплюють зображення з одного нижнього кута. Цей підхід добре працює для виявлення поверхневих аномалій, але не може виявити закопані або приховані міни. Через це дрони переважно використовуються для не-технічних обстежень у гуманітарному розмінуванні.

Одне з передових рішень – Safe Pro AI – повідомляє, що вони мають лише 5-відсоткову швидкість виявлення у регіонах з деревами та кущами.

Хоча це менш актуально для України, де більшість мін розкидана на поверхні, а не закопана, ситуація дуже відрізняється (наприклад) для Камбоджі:

• 4-6 мільйонів мін залишилися після конфліктів 1970-1990-х років
• 64 000+ жертв з 1979 року, причому діти є основними жертвами

Неметалеві та старі металеві міни важче виявити, навіть на поверхні

Неметалеві міни становлять значну частку мін у поточних та колишніх зонах конфліктів. Вони спеціально розроблені для обходу виявлення традиційними металодетекторами.

Візуально неметалеві міни важко виявити. Вони не блищать, не виділяються на зображеннях, не показуються добре на теплових камерах. Металодетектори та магнетометри або пропускають їх, або спрацьовують занадто багато хибних спрацьовувань.

Отже, поточні дронові інструменти виявлення часто повністю пропускають неметалеві міни.

Якщо говорити про старі металеві міни, корозія змінює їхній вигляд і поведінку, тому вони зливаються з землею та погано реагують на засоби виявлення. Деформовані міни ще важче ідентифікувати на зображеннях.

І оскільки ці міни важче виявити, їхнє виявлення та видалення займає значно більше часу, або вони залишаються прихованими та загрожують як розмінувальникам, так і цивільному населенню.

Погода та залежність від дня

Якщо ми говоримо про дрони з RGB- та багатоспектральними камерами, вони потребують денної пори. У хмарних, низькосвітових або затінених районах (лісах, руїнах) якість зображення та виявлення об’єктів знижуються.

Теплове виявлення, у свою чергу, працює найкраще на світанку чи заході сонця, коли земля та міна відрізняються температурою. Під час дня сонце нагріває все однаково, зменшуючи контраст.

Дощі та волога земля розмивають поверхневі деталі, змінюють колір та температуру землі та можуть приховувати порушення ґрунту або теплові аномалії. Сніг просто закриває візуальні маркери та зрівнює поверхневу температуру, роблячи міни невидимими.

Полет дронів лише в певні часи значно сповільнює навіть стадію НТС розмінування, особливо в районах з непередбачуваною погодою.

Технологія дуже дорога

У 7 постраждалих країнах загальна площа забруднення мін становить понад 100 км².

За даними тестів в Україні, розмінування з використанням нової технології може знизити витрати з $3000-5000 до $600-800 за гектар, що все ще становить $70 000 за квадратний кілометр. І в деяких районах це може перевищити саму ціну землі.

Основною причиною високих витрат є багаторазові хибні спрацьовування, які обробляються як реальні загрози. В середньому команда очищає понад 50 підозрілих мін, щоб знайти лише одну справжню міну.

Більшість сильно забруднених територій знаходиться в країнах, що розвиваються. Вони не можуть собі дозволити розмінування без фінансування міжнародних організацій або урядів.

Витрати також занадто високі для бізнесу, щоб він міг зайнятися цією справою. Як тільки розмінування стане достатньо дешевим, компанії можуть орендувати мінувані території на умовах, що вони очистять їх. В обмін вони отримають довгострокове використання за символічну ціну та деякі податкові пільги.

Рішення?

З моєю командою ми дослідили методи, які збирають більше даних, можуть бачити крізь рослинність та ґрунт, та все ж таки підтримують достатню роздільну здатність.

Прикладом перспективного напрямку розробок є проект дослідників Університету Ов’єдо. Вони тестують систему синтетичної апертурної радіолокації (GPR-SAR) на основі масиву, встановленої на БПЛА.

Їхнє польове підтвердження в реалістичних сценаріях довело, що технологія вирішує наступні проблеми:

1) Радар точно визначає місце розташування міни, залишаючи тільки демонтаж або знищення для виконання вручну.

З використанням усіх можливих радіоходів (повністю мультистатична конфігурація) вони отримали високороздільні зображення, на яких закопані об’єкти виглядали яскравішими та чіткішими. І були能够 виявити з точністю складні цілі, такі як невеликі, неметалеві та мілко закопані об’єкти, як пластикові протипіхотні міни, дерев’яні тискові платформи та ПВХ-труби.

2) Рішення може працювати вдень чи вночі, у різних погодних умовах, та навіть з помірною рослинністю.

Як це працює:

• Надсилає радіоімпульси в землю.
• Виявляє відбиття від підземних змін (наприклад, пластику, металу, порожнин).
• Створює тривимірні підземні зображення з точністю рівня сантиметра шляхом поєднання радіосигналів від多чисельних пар передавача-отримувача (Tx-Rx) та позицій польоту.

Рішення все ще має свої обмеження, але на основі моєї кваліфікації це найактуальніший напрям досліджень та розробок зараз.

Однією з основних переваг GPR є те, що вона може зібрати багато даних. Більше даних означає, що дослідники можуть покращити точність на стадії розпізнавання/класифікації з використанням штучного інтелекту. Це призводить до більш ефективної роботи з обстеження та очищення та знижує загальні витрати на 50% або більше.