За межами дронів та штучного інтелекту: переосмислення майбутнього гуманітарного розмінування

Я працюю з дронами з 2014 року, але початок війни в Україні став переломним моментом у моєму кар’єрі. З 2022 року моя увага зосереджена на вивченні того, як дрони можуть бути використані 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 дрон-засновані рішення, поєднані зі 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 особового складу 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 серед розмінувальників було 15 жертв у трьох країнах
• За поточною швидкістю, очищення всіх неконтрольованих вибухових речовин 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 5 757 жертв мінах/неконтрольованих вибухових речовин.

У цьому пості я поясню, чому поточні дрон-засновані рішення не працюють для технічного обстеження (найбільш дорогої та тривалої стадії зараз) та поділюся тим, що я вважаю найкращим способом вирішення цієї проблеми.

Виявлення мін під землею або рослинністю майже неможливе

Дрони зі стандартними оптичними або тепловізійними камерами зазвичай захоплюють зображення з одного нижнього кута. Цій підході добре підходить для виявлення поверхневих аномалій, але він 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-процентний рівень 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
• Більше 64 000 жертв з 1979 року, серед яких 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 конвенційними металодетекторами.

Візуально неметалеві міни важко виявити. Вони не світяться, не виділяються на зображеннях, не показуються добре на тепловізійних камерах. Металодетектори та магнетометри або пропускають їх, або викликають багато хибних спрацьовувань.

Отже, поточні дрон-засновані засоби виявлення часто повністю пропускають неметалеві міни.

Що стосується старих металевих мін, корозія змінює їхній вигляд та поведінку, тому вони зливаються з землею та погано реагують на засоби виявлення. Нерівні міни ще важче ідентифікувати на зображеннях.

І через те, що ці міни важче виявити, їхнє виявлення та видалення займає набагато більше часу, або вони залишаються приховані та становлять загрозу як для розмінувальників, так і для цивільного населення.

Залежність від погоди та денної пори

Якщо ми говоримо про дрони з RGB- та багатоспектральними камерами, вони потребують денної пори. У хмарній, низькій освітленості або затінених районах (ліси, руїни) якість зображення та виявлення об’єктів знижується.

Теплове виявлення, у свою чергу, працює найкраще на світанку чи заході сонця, коли земля та міна відрізняються температурою. У полудень сонце нагріває все однаково, знижуючи контраст.

Дощ та волога земля розмивають поверхневі деталі, змінюють колір землі та температуру, і можуть приховати порушення землі або теплові аномалії. Сніг просто покриває візуальні маркери та зрівнює поверхневу температуру, роблячи міни невиявними.

Політ дронів лише в певний час суттєво сповільнює навіть стадію NTS розмінування, особливо в районах з непередбачуваною погодою.

Технологія дуже дорога

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

За даними тестів в Україні, розмінування з новою технологією 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 перевищувати саму ціну землі.

Основною причиною високих витрат є велика кількість хибних спрацьовувань, які обробляються як реальні загрози. В середньому команда ліквідує понад 50 підозрілих мін, щоб знайти лише одну справжню міну.

Більшість сильно забруднених територій розташовані 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 цим. Коли 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 землю, і все ж таки зберігають достатню роздільність.

Приклад перспективного напрямку розвитку – проект дослідників Університету Ов’єдо. Вони тестують систему радару з синтезованою апертурою (GPR-SAR), встановлену на безпілотному літальному апараті.

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

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

З використанням усіх можливих радарних траєкторій (повністю багатостатична конфігурація) вони отримали високороздільні зображення, на яких закопані цілі виглядали яскравішими та чіткішими. І вони змогли виявити з точністю складні цілі, такі як маленькі, неметалеві, неглибоко закопані об’єкти, як пластикові протипіхотні міни, дерев’яні тискові платформи та ПВХ-труби.

2) Рішення може працювати вдень чи вночі, у різній погоді, і навіть з помірною рослинністю.

Як це працює:

• Надсилає радарні імпульси у землю.
• Виявляє відбиття від підземних змін (наприклад, пластику, металу, пустот).
• Створює тривимірні підземні зображення з точністю до сантиметра шляхом поєднання радарних сигналів з多х пар трансмітер-отримувач (Tx-Rx) та позицій польоту.

Рішення все ще має свої обмеження, але на основі моєї кваліфікації це найактуальніший напрямок дослідження та розвитку зараз.

Однією з основних переваг GPR є те, що вона може зібрати велику кількість 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 розмінування та знижує загальні витрати на 50% або більше.