自2014年起，我便与无人机技术结下了不解之缘。然而，乌克兰战争的爆发，却成为了我职业生涯中的一个重要转折点。自2022年开始，我的研究重心转移至探索如何利用无人机技术自动化人道主义排雷工作——即无人机应具备哪些功能，以及如何通过科技使排雷行动更加安全高效。在此过程中，我密切关注着日内瓦国际人道主义排雷中心（GICHD）的动态，参与其举办的各项活动，并与该中心的专家们保持着定期交流。
在探讨无人机与人工智能（AI）结合的解决方案时，我们发现这类方案实际上仅在人道主义排雷流程的非技术调查（NTS）阶段发挥辅助作用。这意味着，无人机将负责大面积扫描并收集数据。随后，机器学习模型会对这些数据进行分析，以标记出可能存在地雷的区域，但并非精确位置。
技术调查（TS）阶段，即确认并绘制受污染区域地图的工作，仍然依赖于配备金属探测器的人员、训练有素的探雷犬以及机械排雷设备。他们需要进入雷区，以精确定位危险源。
这一过程漫长、危险且成本高昂：
- 2023年，三个国家共有15名排雷人员遭遇不幸。
- 以当前速度，清除所有战争遗留爆炸物（ERW）将耗时超过100年。
- 排除一枚地雷的成本是其生产成本的50至100倍。
- 地雷仍然是平民的威胁——2023年，至少有5757人因地雷/战争遗留爆炸物而伤亡。
在本文中，我将解释为何当前的无人机解决方案不适用于技术调查阶段（当前最昂贵且耗时的阶段），并分享我认为的最佳解决方案。
地下或植被中的地雷难以探测
配备标准光学或热成像相机的无人机通常只能从一个向下的角度捕捉图像。这种方法在发现地表异常方面表现出色，但无法探测到埋藏或隐藏的地雷。因此，无人机主要被用于人道主义排雷的非技术调查阶段。
前线解决方案之一——Safe Pro AI——报告称，在树木和灌木丛生的地区，其探测率仅为5%。
虽然这对于乌克兰来说影响较小，因为该国的大部分地雷都是散布在地面上，而非埋藏，但其他国家的情况则截然不同（例如柬埔寨）：
- 20世纪70年代至90年代的冲突留下了400万至600万枚地雷。
- 自1979年以来，已有6.4万余人伤亡，其中儿童是主要受害者。
- 非金属和旧金属地雷即使在地表也难以探测。
非金属地雷在当前和曾经的冲突区域占有很大比例。它们被特意设计成能够避开传统金属探测器的探测。从视觉上看，非金属地雷很难被发现。它们不会发光、在图像中不突出，也无法在热成像相机上清晰显示。金属探测器和磁力仪要么无法探测到它们，要么会引发过多的误报。
因此，当前的无人机探测工具经常完全错过非金属地雷。
至于旧金属地雷，腐蚀会改变其外观和行为，使它们融入地面，且对探测工具的响应不佳。形状不规则的地雷在图像中更难识别。
由于这些地雷更难发现，因此找到并清除它们需要更长的时间，或者它们会一直保持隐藏状态，对排雷人员和平民构成威胁。
受天气和昼夜影响
如果谈论的是配备RGB和多光谱相机的无人机，它们需要日光。在阴天、光线不足或遮荫区域（如森林、废墟），图像质量和目标检测能力会大幅下降。
而热成像检测则在黎明或黄昏时效果最佳，此时地面和地雷的温度存在差异。在中午时分，太阳会均匀地加热所有物体，从而降低对比度。
雨水和湿润的土壤会模糊表面细节，改变土壤颜色和温度，并可能隐藏土壤扰动或热异常。雪会覆盖视觉标记并使地表温度均匀化，从而使地雷无法被探测到。
仅在特定时间飞行无人机大大减缓了排雷的非技术调查阶段，尤其是在天气多变的地区。
技术成本高昂
在7个受地雷影响的国家中，估计的反人员地雷污染面积超过100平方公里。
根据乌克兰的测试，使用新技术进行排雷可以将成本从每公顷3000至5000美元降至600至800美元，即每平方公里7万美元。而在某些地区，这一成本甚至可能超过土地本身的价格。
高昂成本的主要原因是将多次误报视为真实威胁。平均而言，一个团队需要清除50多个疑似地雷点，才能找到一个真正的地雷。
大多数重度污染区域位于发展中国家。如果没有国际组织或政府的资助，这些国家无力承担排雷费用。
成本也过高，企业不愿涉足。一旦排雷成本降至足够低，企业可能会以象征性的价格租赁受地雷污染的土地，条件是他们必须清除地雷。作为回报，他们将获得长期使用权和一些税收减免。
解决方案
我和我的团队探索了能够收集更多数据、穿透植被和土壤且仍能保持足够分辨率的方法。
一个有前途的发展方向是西班牙奥维耶多大学研究人员的一个项目。他们正在测试一种安装在无人机上的基于阵列的地面穿透合成孔径雷达（GPR-SAR）系统。
他们在真实场景中的飞行验证证明，该技术解决了以下问题：
- 雷达能够精确定位地雷位置，仅留下人工解除引爆或销毁地雷的工作。通过使用所有可能的雷达路径（完全多静态配置），他们获得了高分辨率图像，其中埋藏目标显得更加明亮和清晰。他们能够精确探测到小型、非金属和浅埋藏物体等具有挑战性的目标，如塑料反人员地雷、木制压力板和聚氯乙烯管。
- 该解决方案可以在白天或黑夜、各种天气条件下，甚至中度植被覆盖的情况下工作。
其工作原理如下：
- 向地面发送雷达脉冲。
- 探测来自地表下变化的反射（例如塑料、金属、空隙）。
- 通过结合来自多个发射器-接收器（Tx-Rx）对和飞行位置的雷达信号，以厘米级的精度构建3D地表下图像。
该解决方案仍存在一定的局限性，但基于我的背景，这是当前最具相关性的研究方向。
GPR的主要优势之一在于其能够收集大量数据。更多数据意味着研究人员可以利用AI在识别/分类阶段提高准确性。这将使调查和清理工作更加高效，并将总体成本降低50%或更多。
原创文章，作者：王 浩然，如若转载，请注明出处：https://www.dian8dian.com/ren-dao-zhu-yi-pai-lei-chao-yue-wu-ren-ji-yu-ren-gong-zhi
