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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