搜索和救援：数学如何拯救海上生命

由苏黎世联邦理工学院和麻省理工学院领导的国际研究合作开发了一种数学方法，可以加快海上搜救行动的速度。新算法可以准确地预测漂浮在水中的物体和人将漂移到的位置。

每年都有数百人因船只和飞机事故在海上死亡。紧急救援队几乎没有时间来救助水中的人，因为六个小时后发现一个活着的人的概率骤降。除了潮汐和恶劣的天气条件之外，不稳定的沿海水流经常使搜索和救援行动异常困难。

苏黎世联邦理工学院非线性动力学教授乔治·哈勒（George Haller）领导的国际研究团队对沿海水流进行了新的研究，有望增强当前使用的搜索和救援技术。该团队使用动力学系统理论和海洋数据中的工具，开发了一种算法来预测漂浮在水中的物体和人将在何处漂移。前博士Mattia Serra说，我们的工作具有挽救生命的明显潜力。她是ETH的学生，现在是哈佛的博士后。他是最近发表在自然通讯上的一项研究的第一作者。

隐藏的陷阱导致失踪人员

在当今的海上救援行动中，复杂的海洋动力学模型和天气预报用于预测漂流物体的路径。但是，对于快速变化的沿海水域，由于参数不确定和数据缺失，这种预测通常是不准确的。结果，可能在错误的位置启动搜索，从而浪费了宝贵的时间。

漂流在海洋表面上的人们沿着特殊的曲线聚集，即所谓的TRAPs。

Haller的研究小组获得了数学结果，这些数学结果预测漂浮在海洋表面上的物体应沿着一些特殊的曲线聚集，这些曲线被称为“瞬态吸引轮廓”（TRAPs）。这些曲线用肉眼是不可见的，但是可以使用ETH团队开发的最新数学方法从瞬时海面洋流数据中提取和跟踪。这样可以快速，准确地规划对事故发生时间和地点的不确定性较不敏感的搜索路径。

救援人员的新工具

与麻省理工学院机械工程系，伍兹霍尔海洋研究所和美国海岸警卫队的团队合作，ETH团队在东北海岸附近玛莎葡萄园附近的两个单独的海洋实验中，对基于TRAP的新搜索算法进行了测试。美国。利用与海岸警卫队可用的相同实时数据，该团队成功地实时识别了该地区的TRAP。他们发现，扔入水中的浮标和人体模型确实迅速沿着这些不断变化的曲线聚集。Haller说：“在该项目中测试的几种竞争方法中，这是唯一在现场始终有效的算法。”

Serra指出：“我们的结果可快速获得，易于解释且成本低廉。”他补充说，他们开发的方法也有可能预测漏油事件的发展。该研究小组的下一个计划是也在其他海洋地区测试他们的新预测工具。正如Haller强调的那样：“我们希望这种方法将成为各地海岸警卫队工具包的标准组成部分。”

阅读有关此研究的更多内容的新MIT搜索与救援算法可识别海洋中隐藏的“陷阱”。

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