新的麻省理工学院搜索和救援算法识别海水中隐藏的“陷阱”

一种新的麻省理工学院开发的搜索和救援算法识别海水中隐藏的“陷阱”。该方法可以快速识别物体和遗失人员的地区 - 可能会融合。

方法可以帮助快速识别物体和遗失人员的地区 - 可能会融合。

海洋是一个凌乱和动荡的空间，风和天气在各个方向上踢起来。当物体或人在海上丢失时，海洋的复杂，不断变化的条件可以混淆和延迟关键的搜索和救援行动。

现在研究人员，瑞士联邦理工学院（Eth），森林洞海洋学机构（WHOI）和弗吉尼亚科技赛和弗吉尼亚科技已经开发了一种技术，他们希望能够在缺少物体的海洋区域迅速零零点零点零零点。人们很可能是。

该技术是一种新的算法，可以分析海洋电流，表面风和波浪的强度和方向的海洋状况，并在实时识别浮动物体可能会收敛的海洋中最具吸引力的区域。

该团队在几个现场实验中展示了该技术，其中他们在海洋中的各个地方部署了漂移和人类大小的人体模特。他们发现，在几个小时的过程中，对象迁移到预测的算法基于当前的海洋状况将强烈吸引的区域。

该团队在几个现场实验中展示了该技术，其中他们在海洋中的各个地点部署了漂移和人形的人类米皮金。他们发现，在几个小时的过程中，对象迁移到预测的算法基于当前的海洋状况将强烈吸引的区域。

该算法可以应用于现有的海洋状况模型，以便允许救援团队快速揭示隐藏的“陷阱”，在那里海洋可能在给定时间转向失踪的人。

“我们提供的这个新工具可以在各种型号上运行，看看这些陷阱预测的位置，因此是搁浅的船只或失踪者的最可能的位置，”麻省理工学院机械工程教授托马斯孔雀表示。“此方法以之前尚未使用的方式使用数据，因此它提供了具有新视角的第一响应者。”

孔雀和皮埃尔·莱美苏，也是监督麻省理工学院机械工程教授，他监督该项目，他们的同事们在今天发表的一项研究中报告了他们的研究结果。他们的裁员是Mattia Sertia Sertia Seria Seria Sertia Sertia Sertia·乔治·Haller of Eth苏黎世，Irina Rypina和Anthony Kirincich of Whoi，Shane Ross of Virginia Tech，美国海岸卫队的亚瑟·艾伦和加利福尼亚大学的Pratik Sathe。

隐藏的陷阱

今天的搜索和救援行动将天气预报与海洋动态的模型以及物体可以通过海洋漂移的方式相结合，以映射搜索计划，或者团队应该集中搜索的地区。

但海洋是不稳定，不断变化的流动模式的复杂空间。再加上缺失的人可能一段时间不断地漂浮在这段不稳定的流场上，孔雀和他的同事表示，当使用直接预测轨迹的简单方法时，累积在预测首先在哪里累积几个漂移的对象。

在2017年和2018年，该小组在玛莎葡萄园的海岸驶出了几个小时的小型研究船，在那里他们部署在各个地点，一系列小圆形浮标和人类大小的人体模特。

相反，团队开发了一种使用先进的数据驱动的海洋建模和预测系统来解释海洋复杂流的方法。它们使用了一种新颖的“欧拉”方法，相反，与更常用的“拉格朗日”方法相比，涉及将TheoceanVelocityDue毛巾和电流的快照集成到慢慢生成不确定的轨迹的数学技术，以便在丢失的人或物体被携带的情况下慢慢地产生不确定的轨迹。

新的Eulerian方法使用最可靠的速度预测快照，靠近最后一次看到缺少人或对象的点，并且在给定的时间内快速地揭开了海洋中最具吸引力的地区。然后，当下一批更新的速度信息变得可用时，这些欧拉预测将不断更新。

该团队已经命名为他们的方法陷阱，为其识别瞬态吸引曲线或水可能会聚的短寿命区域，并且可能拉动物体或人的目标。该方法基于最近的数学理论，

由Serra和Haller在Eth苏黎世开发，在高度不稳定的流量数据中揭示隐藏的吸引结构。

“无论是这样的数学理论是否有点持怀疑态度，真正会在船上锻炼，实时，”Haller说。“我们都惊喜地看到它多次做得很好。”

“我们可以将这些”陷阱“视为移动磁铁，吸引一组扔在桌子上的硬币。塞拉说，欧拉磁铁的拉格朗日轨迹是非常不确定的，但最强的欧拉磁铁预测了硬币位置。“塞拉说。

“关键是，陷阱可能在海洋电流场中可能没有任何签名，”孔雀添加。“如果您对陷阱进行此处理，他们可能会在非常不同的地方弹出，从您看到您可能会在哪里突出的海洋电流投影。所以你必须做这个其他级别的处理来拔出这些结构。他们不会立即看到。“

在海上

研究人员通过WHOI海上专家领导，在海上的几个实验中测试了陷阱方法。“与任何新的理论技术一样，重要的是要测试它在真正的效果如何工作，”Rypina说。

在2017年和2018年，该队将一名小型研究船只出去了几个小时的玛莎葡萄园的海岸，在那里他们部署在各个地点，一系列小圆形浮标和甘石。

“这些物体往往相对于海洋不同地行进，因为不同的形状感觉与风和电流不同，”孔雀说。“即便如此，陷阱如此强烈地吸引和强大地对不确定性，他们应该克服这些差异并将一切拉到它们上。”

该团队运行了他们的建模和预测系统，预测了海洋的行为和电流，并使用了陷阱算法在实验过程中映射强烈吸引地区。研究人员让物体随着电流自由漂移几个小时，并通过GPS跟踪器录制其位置，然后在一天结束时检索对象。

“与GPS跟踪器一起，我们可以看到一切都是实时进入的地方，”孔雀说。“所以我们制定了这个初始，广泛的漂流者模式，并看到，最后，他们融合在这些陷阱上。”

研究人员正计划与第一个响应者（如美国海岸警卫队）分享陷阱方法，作为加速搜索和救援算法的方式，并可能节省更多人在海上丢失。

“像海岸警卫队这样的人正在不断运行海洋电流在任何特定时间做的模拟和模型，它们更新了它们与通知该模型的最佳数据，”孔雀说。“使用这种方法，他们现在可以在陷阱目前的位置具有他们可用的数据的位置。因此，如果在最后一小时内发生了意外，他们可以立即看，看到海陷阱的位置。这对于当他们必须回应的有限时间窗口时，这是一个很重要的事情，希望成功的结果。“

参考：Mattia Serra，Pratik Sathe，Irina Rypina，Anthony Kirincich，Shane D.Ross，Pierre Lermusiaux，Arthur Allen，Thomas Peacock和George Haller撰写的“海上海上搜索和救援”，2020年5月26日，自然通讯。DOI ：
10.1038 / s41467-020-16281-x

该研究主要由国家科学基金会的危险所提供资金，即海军研究办公室和德国国家科学基金会的额外支持。