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新算法追踪海面漂浮物


图片来源:Pixabay

当海上有船只沉没或失踪时,搜救队往往需要利用计算机模型来反推应该从哪里开始寻找幸存者。目前的常用模型综合了来自卫星和离岸传感器的数据,可以预测漂浮物的移动路径,从而绘制出最有可能发现目标物的区域地图。如果前几次搜索不成功,模型还会综合失败的经验更新之后的预测结果。现在,数学家团队开发了一种新算法,能够预测在搜索的前3个小时中漂浮物的位置变化。不同于模拟失踪物的轨迹,这种方法能在水中找到一种名为瞬态吸引剖面(TRAPs)的区域,在这样的区域中,洋流和海浪共同作用牵引附近的物体。在搜救行动的最初几个小时中,这些此前从未被纳入考虑的“牵引因素”可能在挽救生命时扮演了至关重要的角色。

海水的运动可以用被称为“速度场”的数学形式表示,速度场描述了水面上每一点的速度和方向。发表于《自然·通讯》杂志的研究显示,新算法在该领域常用预测模型的基础上加入海浪的数据后,发现了牵引力比平均水平高出至少30%的特殊区域。虽然在水中不可见,但每个瞬态吸引剖面都可以在地图上画成100~1000米长的曲线。随着海面条件的变化,瞬态吸引剖面移动得很慢,足以拖拽物体,这一切就像在桌子下面移动的磁铁可以拖拽桌子上的金属物体一样。


图片来源:Pixabay

由美国哈佛大学的马蒂亚·塞拉(Mattia Serra)领导的团队实地测试了这种方法,他们把人体模型扔进了马萨诸塞州玛莎葡萄园岛南部汹涌的海水中。每个人体模型都沿着不同的轨迹漂移,但正如算法预测的那样,“最终,它们都聚集在同一个瞬态吸引剖面上。”塞拉说。这些初步的测试是在靠近海岸的地方进行的,但是利用相同的数学方法推算,可以发现在开阔海面上依然存在瞬态吸引剖面。

美国密特隆公司(Metron,一家科学顾问公司)的研究员、美国海岸警卫队标准搜救协议的首席设计师劳伦斯·斯通(Lawrence Stone,并未参与这项研究)对这些“非常迷人、令人印象深刻的研究成果”表示欣赏。斯通说:“这项研究正好涉及我们感兴趣的事情,是一项很好的科学研究,而且站得住脚。我们用得上这种新算法。”


图片来源:Pixabay

斯通强调,这种预测瞬态吸引剖面的新算法是对现有模型的补充,而不是为了取代后者。海岸警卫队表示,他们正在努力将瞬态吸引剖面的预测曲线纳入其预测地图。在接下来的研究中,塞拉和他的同事们希望将风和浮力的影响因素考虑在内,以提高其算法预测结果的准确性。

撰文:斯科特•赫什伯格(Scott Hershberger)

翻译:施怿

引进来源:环球科学


本文来自:中国数字科技馆
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