Aktualny stan badań i technologii

Rozwój historyczny

      Ze względu na bardziej bezpośrednie zagrożenie amunicją dla bezpieczeństwa ludności, przez długi czas operacje EOD były prowadzone głównie na lądzie. W wielu krajach operacje EOD przeprowadzają wyspecjalizowane jednostki wojskowe. Ze względu na niebezpieczny charakter EOD, powszechną praktyką jest posiadanie tylko jednego eksperta w pobliżu obiektu z amunicją. Doprowadziło to do koncentracji wiedzy i kompetencji decyzyjnych w ograniczonej liczbie indywidualnych ekspertów. Pojawienie się zdalnych technologii do badań, szybkiego przetwarzania i wizualizacji, a także cyfrowego udostępniania danych wraz z możliwością analizy dużych ilości danych historycznych i innych danych stanowi wyzwanie dla tego paradygmatu podejmowania decyzji przez pojedynczego eksperta
      Badania nad amunicją w morzu od dawna koncentrowały się na amunicji chemicznej (np. projekty CHEMSEA, MODUM), ponieważ obawy dotyczące szkodliwych skutków dla środowiska były większe w przypadku bojowych środków trujących niż w przypadku materiałów wybuchowych. Jednak wraz ze wzrostem działalności gospodarczej na morzu - z naciskiem na budownictwo morskie - badania zostały ostatnio rozszerzone na amunicję konwencjonalną (tj. zawierającą materiały wybuchowe). Są one losowo rozmieszczone w morzach europejskich i dlatego stanowią podstawowe ryzyko podczas wszystkich działań na morzu.

Aktualny stan badań i technologii zgodnie z planem pracy

WP1: Kompilacja i zarządzanie danymi

      Obecnie ani w Polsce, ani w Europie nie istnieje żadna kompleksowa i prowadzona baza danych dotycząca saperów morskich. Niemieckie Centrum Bezpieczeństwa Morskiego w Cuxhaven prowadzi bazę danych zawierającą informacje dotyczące usuwania amunicji zgodnie z odpowiednim zaleceniem OSPAR (OSPAR 2010). Baza ta nie zawiera jednak informacji wystarczających do przeprowadzenia analizy statystycznej wzajemnego oddziaływania parametrów EOD. Inne organy i firmy prywatne prowadzące operacje usuwania niewybuchów na morzu nie publikują uzyskanych danych. Dzieje się tak częściowo dlatego, że dane te są własnością klientów firm prywatnych (np. firmy obsługującej morską farmę wiatrową).
      Ze względu na brak kompleksowej bazy danych, nie istnieją standardy dotyczące struktury i formatów danych. Quality Guideline for Offshore Explosive Ordnance Disposal (Frey 2020) proponuje zestaw minimalnych wymaganych informacji, które powinny być gromadzone i przechowywane podczas operacji EOD. Przestrzeganie tych wytycznych nie jest jednak obowiązkowe, dlatego nie można oczekiwać jednolitej struktury i formatowania danych. Nawet dane partnera projektu, SeaTerra, są niejednorodne, ponieważ rozwój technologiczny i zarządczy w ciągu ostatnich dziesięcioleci doprowadził do zmian w danych pozyskanych podczas EOD.
      W przeciwieństwie do bazy danych operacji EOD, istnieje kilka baz danych amunicji zawierających informacje o typie, mechanizmie zapalnika, ilości materiału wybuchowego netto itp. (np. katalog amunicji DAIMON (Miętkiewicz 2020), Dresdener Sprengschule (Fricke 2013) lub repozytorium danych Collaborative ORDnance (CORD)). Eksperci EOD korzystają z tych baz danych, aby zrozumieć właściwości amunicji, z którą mają do czynienia. Te bazy danych mają wady, które zostaną przezwyciężone dzięki wynikom ProBaNNt. Nie uwzględniają one specyfiki zarządzania amunicją pod wodą. Ponadto bazy danych nie obejmują potencjalnych stanów degradacji i biofoulingu, na które narażona jest amunicja przechowywana w słonej wodzie przez ponad 75 lat.

WP2: Praca w terenie, zastosowanie technologii i szczegółowe mapowanie

      Pozyskiwanie danych wizualnych podczas EOD jest zwykle przeprowadzane za pomocą kamery o wysokiej rozdzielczości przymocowanej do ROV. Na podstawie oceny uzyskanych obrazów 2D, eksperci EOD muszą podjąć decyzję o sposobie postępowania z danym obiektem amunicji. Decyzje mogą obejmować wydobycie obiektu i przetransportowanie go do zakładu utylizacji na lądzie, przeniesienie obiektu w inne miejsce pod wodą lub przeprowadzenie detonacji na miejscu. Eksperci nie mają możliwości kompleksowego porównania własnej oceny z decyzją, którą podjęliby lub podjęli inni eksperci w podobnych sytuacjach w przeszłości. Podczas procesu EOD personel zazwyczaj ma dostęp do cyfrowej bazy danych amunicji, aby wspierać podejmowanie decyzji.
      W innych przypadkach nurek jest zatrudniany do wykonywania zadań EOD, takich jak szczegółowe obserwacje, wydobycie amunicji lub umieszczanie ładunków do detonacji in situ. Nurek może mieć przy sobie kamerę, aby zespół wsparcia na pokładzie statku mógł nadzorować jego pracę. W tym przypadku kamery są wykorzystywane wyłącznie do monitorowania, a nie do gromadzenia danych i ich dalszego przetwarzania.
      W mętnej wodzie, sonar patrzący w przód (FLS) / kamery akustyczne oparte na zasadzie sonarów skanujących, ale z wieloma głowicami przetworników, są używane do zastąpienia kamer optycznych, biorąc pod uwagę ich zdolność do dostarczania wysokiej jakości obrazów akustycznych z szybkością zbliżoną do wideo. Obrazy FLS zostały wykorzystane do inspekcji struktur podwodnych (Chen 2011) i automatycznego wykrywania celów na dnie morskim (Galceran 2012). Z powodzeniem zastosowano je do identyfikacji amunicji w programach MODUM i DAIMON (Grabowski 2018; Vanninen 2020).
      W celu mapowania obszaru obiektu pomiary magnetyczne są przeprowadzane za pomocą jednego lub wielu magnetometrów transduktorowych zamontowanych na ROV. Mogą one być rozmieszczone tak, aby rozróżniać kilka gradientów pola magnetycznego. Kierunek gradientu i jego zmiana w czasie wraz ze zmianą wartości pola w różnych lokalizacjach są podstawą do określenia, czy w pobliżu znajduje się obiekt ferromagnetyczny. Po zakończeniu zbierania dane muszą zostać przefiltrowane i przetworzone. W ten sposób możliwe jest określenie lokalizacji obiektu i oszacowanie odległości między czujnikiem a obiektem.

WP3: Opracowanie demonstratora do analizy właściwości osadów in situ

      Osady w pobliżu niewybuchów są często zanieczyszczone, zarówno produktami degradacji materiałów wybuchowych, jak i metalami ciężkimi z zapalników amunicji (Hg, Pb) (Bełdowski 2019, Vanninen 2020). Dlatego ryzyko resuspensji osadów podczas EOD musi być określone ilościowo. Modele przewidujące erozję osadów wykorzystują krytyczną wartość naprężenia ścinającego do obliczenia prędkości prądu wymaganej do erozji pojedynczych cząstek lub warstw osadów (Jakacki 2020). Wartości te opierają się albo na eksperymentach laboratoryjnych z resuspensją osadów w określonych miejscach (Emeis 2002), albo na pomiarach terenowych za pomocą mierników prądu i stężenia osadów w słupie wody (Salehi 2012). Procedura laboratoryjna jest skomplikowana i podatna na błędy, ponieważ wymaga zebrania idealnych, niezakłóconych rdzeni osadów. Z drugiej strony, metoda terenowa opiera się w dużej mierze na obliczeniach teoretycznych, ponieważ mierniki prędkości prądów mają zwykle słabą rozdzielczość w przydennej warstwie wody. Pomiary krytycznego naprężenia ścinającego są rzadkie, co oznacza, że modele wykorzystują te same wartości dla podobnych rodzajów osadów, często zebranych setki kilometrów lub dziesięciolecia od siebie. Prowadzi to do niepewności w przewidywaniu masy ponownie zawieszonego osadu, a tym samym rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń podczas operacji EOD. Można temu zaradzić poprzez rzeczywisty pomiar σ0 na miejscu przy użyciu zdefiniowanych, sztucznych prądów dennych i pomiarów optycznych całkowitej zawiesiny ciał stałych w komorze bentosowej.

WP4: Optyczna i akustyczna rekonstrukcja 3D obiektów amunicji

      W ciągu ostatnich dwóch dekad nastąpił znaczący postęp w wizualnym mapowaniu podwodnym (Vincent 2003, Pizarro 2004, Nicoserici 2009, Johnson 2010, Jordt 2016). Ze względu na załamanie i pochłanianie światła, rozpraszanie wsteczne cząstek i trudne oświetlenie, podwodna rekonstrukcja 3D z obrazów jest nadal trudniejsza niż na lądzie lub w kosmosie (Köser 2020). Została ona z powodzeniem wykorzystana do wykrywania amunicji (Shiavuddin 2014) i rekonstrukcji (Song 2019), monitorowania środowiska, archeologii i inspekcji infrastruktury. W ramach poprzednich projektów GEOMAR wygenerował wielkoskalowe obrazy dna morskiego o wymiarach 400 m na 500 m (Kwasnitschka 2016; Simon-Lledo 2019) i zrekonstruował obiekty amunicji na podstawie obrazów uzyskanych przez AUV i nurków w 3D, jak pokazano na rysunku 4 (niepublikowane dane z projektów UDEMM i BASTA). Obszar dna morskiego wokół torpedy był systematycznie fotografowany. Każde z tych zdjęć osobno obejmuje tylko niewielką część obszaru i oferuje ograniczony widok. Jednak poprzez złożenie nakładających się na siebie zdjęć i usunięcie wody i efektów świetlnych można uzyskać cyfrowe modele 3D, które pozwalają na inspekcję obiektu w wirtualnym 3D.

WP5: Analiza danych za pomocą aplikacji Bayesian Neural Network

      Nie istnieje narzędzie wspomagania decyzji dla operacji EOD, które umożliwia obiektywną ocenę różnych możliwości usunięcia konkretnego obiektu amunicji i wydanie obiektywnej rekomendacji. W ramach projektu DAIMON opracowano bardziej ogólne narzędzie wspomagania decyzji do oceny zagrożeń związanych z obiektami amunicyjnymi i obszarami amunicji w morzu. Narzędzie to wykorzystuje różne czynniki środowiskowe do oceny ryzyka związanego z amunicją dla różnych zainteresowanych stron, w tym dla środowiska. Przeprowadza ono ocenę ryzyka w skali makro, umożliwiając decydentom nadanie priorytetu składowiskom lub poszczególnym obiektom amunicji oraz zaproponowanie strategii oczyszczania. Nie wspiera ekspertów EOD podczas planowania projektu lub procesu oczyszczania. Niemniej jednak wyniki DAIMON zostaną zweryfikowane pod kątem ich użyteczności w ProBaNNt. Powszechną praktyką podczas operacji EOD jest przeprowadzanie oceny na podstawie danych historycznych. Nie jest to zgodne ze standardową procedurą i może obejmować ocenę ryzyka ALARP. Takie oceny są wykorzystywane do planowania projektów i nie są oparte na statystycznej ocenie danych EOD. Po znalezieniu amunicji wykonywana jest procedura operacyjna, która różni się w zależności od firmy. Większość decyzji jest podejmowana ad hoc na statku oczyszczającym. Proces decyzyjny rzadko jest w pełni udokumentowany: Jest on uzależniony od poziomu doświadczenia, dokładności odpowiedzialnego eksperta EOD i narzędzi dostępnych w czasie operacji. Sieci bayesowskie zostały wykorzystane do oceny zakopania i mobilności amunicji w projekcie SERDP MR-2227 (Rennie & Brandt, 2015). Szereg parametrów wykorzystanych w tym projekcie będzie istotnych dla narzędzia wsparcia EOD opracowanego w ProBaNNt. Jednak sieci bayesowskie są określane na podstawie jednorazowych danych wejściowych. Z drugiej strony, sieci neuronowe Bayesa są w stanie uczyć się prawdopodobieństw w sieci przy użyciu sztucznej inteligencji sieci neuronowych. W BNN każdy węzeł reprezentuje zdarzenie, a krawędzie wnioskują o prawdopodobieństwie, co nie jest prawdą w przypadku innych sieci neuronowych (NN). Sieci neuronowe nie były stosowane do oceny ryzyka związanego z amunicją.