Українські вчені розробили платформу для виявлення мін з БПЛА

Українські вчені з Наукового центру аерокосмічних досліджень Землі НАН України та Інституту державного управління і наукових досліджень з цивільного захисту представили концепцію геоїнформаційної платформи, яка здатна виявляти та картографувати міни й вибухонебезпечні об’єкти за допомогою безпілотних літальних апаратів (БПЛА). Розробка, опублікована в журналі «Радіоелектронні та комп’ютерні системи», стала відповіддю на гостру потребу в гуманітарному розмінуванні, особливо в Україні, де за даними дослідження площа забруднених територій сягає 174 тисяч км².

Над проєктом працювала команда експертів під керівництвом доктора технічних наук Михайла Попова та доктора технічних наук Сергія Станкевича. До авторів також долучилися Сергій Мосов, що вніс військову експертизу, Станіслав Дугін, відповідальний за технічний нагляд за БПЛА та сенсорами, а також Станіслав Голубов, Артем Андреєв, Артур Лисенко та Євген Саприкін, які займалися аналізом даних, розробкою алгоритмів та інтеграцією з геоінформаційними системами. Дослідження фінансується Національною академією наук України в рамках програми оборонних розробок на 2020–2024 роки.

Платформа базується на відкритому програмному забезпеченні Quantum GIS (QGIS) і розширює його функціонал за допомогою плагінів, написаних на Python. Вона інтегрує дані з різних типів сенсорів, установлених на БПЛА, зокрема мультиспектральні та теплові камери, магнітометри й радари з проникненням у ґрунт. Такий підхід дозволяє об’єднувати інформацію різної фізичної природи, підвищуючи ймовірність виявлення вибухових об’єктів. Ключовою особливістю системи є створення ймовірнісних карт, які відображають місця розташування мін у зрозумілому форматі, полегшуючи прийняття рішень для саперів.

Наразі платформа підтримує роботу з квадрокоптерами DJI Phantom 3 Pro, DJI Phantom 4 MS та DJI Matrice 300 RTK, обладнаними камерами повного кольору, мультиспектральними й інфрачервоними тепловізорами, а також пасивними магнітометрами. Для обробки даних використовуються як статистичні методи, так і сучасні технології машинного навчання, зокрема конволюційні нейронні мережі (CNN) на базі архітектури YOLOv8. Ці алгоритми дозволяють виявляти аномалії на зображеннях, наприклад міни на тлі ґрунту, і проводити їхню автоматичну класифікацію.

Розробка включає кілька модулів: підсистему планування місій, яка враховує погодні умови та особливості території, модуль калібрування й обробки мультиспектральних і теплових зображень, а також модуль виявлення мін на RGB-зображеннях. Наприклад, підсистема планування, побудована на модифікованому плагіні QGIS Flight Planner, оптимізує польоти БПЛА залежно від зовнішніх факторів. Модуль обробки зображень виконує радіометричну калібрування та аналізує аномалії, а CNN-модуль забезпечує швидке виявлення об’єктів на ортофотознімках.

Платформа вже протестована на обмеженій території у вигляді ортофотознімків, однак вчені зазначають потребу в масштабніших випробуваннях, які б відповідали реальним умовам. Однією з проблем є точність координат виявлених об’єктів на великих ортофотознімках, що потребує додаткової оптимізації. Також автори підкреслюють фізичні обмеження технології: магнітне забруднення від залишків війни чи густа рослинність можуть ускладнити роботу сенсорів. Попри це, система демонструє високу продуктивність і може суттєво скоротити час, необхідний для розмінування.

Унікальність розробки полягає в її інтегративному підході. На відміну від традиційних методів, які часто є повільними й небезпечними, або інших БПЛА-систем із недостатньою точністю, українська платформа об’єднує різнотипні дані в єдиному робочому процесі — від планування місії до створення карт. Вона також підтримує базу сигнатур мін, яку можна поповнювати, що робить систему гнучкою для майбутнього вдосконалення.

У перспективі вчені планують розширити сумісність платформи з новими типами БПЛА та сенсорів, удосконалити алгоритми калібрування й навігації, а також інтегрувати дані з наземних роботизованих платформ. Окремий напрям — створення універсального набору даних для порівняння методів виявлення мін, що може стати стандартом у цій галузі.

Геоїнформаційна платформа, запропонована українськими вченими, є важливим кроком у вирішенні проблеми гуманітарного розмінування. Вона поєднує доступні технології з інноваційними методами обробки даних, пропонуючи безпечне й ефективне рішення для очищення територій від вибухових загроз. Подальші дослідження та випробування можуть зробити її ключовим інструментом у відновленні постраждалих від війни регіонів, зокрема в Україні.