科學探索：新算法追蹤海面漂浮物
發(fā)布時間：2021-06-09
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科學探索：新算法追蹤海面漂浮物
圖片來源：Pixabay
當海上有船只沉沒或失蹤時，搜救隊往往需要利用計算機模型來反推應(yīng)該從哪里開始尋找幸存者。目前的常用模型綜合了來自衛(wèi)星和離岸傳感器的數(shù)據(jù)，可以預(yù)測漂浮物的移動路徑，從而繪制出最有可能發(fā)現(xiàn)目標物的區(qū)域地圖。如果前幾次搜索不成功，模型還會綜合失敗的經(jīng)驗更新之后的預(yù)測結(jié)果?，F(xiàn)在，數(shù)學家團隊開發(fā)了一種新算法，能夠預(yù)測在搜索的前3小時中漂浮物的位置變化。不同于模擬失蹤物的軌跡，這種方法能在水中找到一種名為瞬態(tài)吸引剖面（TRAPs）的區(qū)域，在這樣的區(qū)域中，洋流和海浪共同作用牽引附近的物體。在搜救行動的最初幾小時中，這些此前從未被納入考慮的“牽引因素”可能在挽救生命時扮演了至關(guān)重要的角色。
海水的運動可以用被稱為“速度場”的數(shù)學形式表示，速度場描述了水面上每一點的速度和方向。發(fā)表于《自然·通訊》雜志的研究顯示，新算法在該領(lǐng)域常用預(yù)測模型的基礎(chǔ)上加入海浪的數(shù)據(jù)后，發(fā)現(xiàn)了牽引力比平均水平高出至少30%的特殊區(qū)域。雖然在水中不可見，但每個瞬態(tài)吸引剖面都可以在地圖上畫成100~1000米長的曲線。隨著海面條件的變化，瞬態(tài)吸引剖面移動得很慢，足以拖拽物體，這一切就像在桌子下面移動的磁鐵可以拖拽桌子上的金屬物體一樣。


圖片來源：Pixabay
由美國哈佛大學的馬蒂亞·塞拉（Mattia Serra）領(lǐng)導(dǎo)的團隊實地測試了這種方法，他們把人體模型扔進了馬薩諸塞州瑪莎葡萄園島南部洶涌的海水中。每個人體模型都沿著不同的軌跡漂移，但正如算法預(yù)測的那樣，“最終，它們都聚集在同一個瞬態(tài)吸引剖面上。”塞拉說。這些初步的測試是在靠近海岸的地方進行的，但是利用相同的數(shù)學方法推算，可以發(fā)現(xiàn)在開闊海面上依然存在瞬態(tài)吸引剖面。
美國密特隆公司（Metron，一家科學顧問公司）的研究員、美國海岸警衛(wèi)隊標準搜救協(xié)議的首席設(shè)計師勞倫斯·斯通（Lawrence Stone，并未參與這項研究）對這些“非常迷人、令人印象深刻的研究成果”表示欣賞。斯通說：“這項研究正好涉及到我們感興趣的事情，是一項很好的科學研究，而且站得住腳。我們用得上這種新算法?！?/span>


圖片來源：Pixabay
斯通強調(diào)，這種預(yù)測瞬態(tài)吸引剖面的新算法是對現(xiàn)有模型的補充，而不是為了取代后者。海岸警衛(wèi)隊表示，他們正在努力將瞬態(tài)吸引剖面的預(yù)測曲線納入其預(yù)測地圖。在接下來的研究中，塞拉和他的同事們希望將風和浮力的影響因素考慮在內(nèi)，以提高其算法預(yù)測結(jié)果的準確性。
撰文：斯科特?赫什伯格（Scott Hershberger）
翻譯：施懌
引進來源：環(huán)球科學



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