數學可以挽救海上生命

每年有數百人因船隻和飛機事故在海上死亡。緊急救援隊幾乎沒有時間來救助水中的人，因為六個小時後發現一個活著的人的概率驟降。除了潮汐和惡劣的天氣條件之外，不穩定的沿海水流經常使搜索和救援行動異常困難。

蘇黎世聯邦理工學院非線性動力學教授喬治·哈勒（George Haller）領導的國際研究團隊對沿海水流進行了新的研究，有望增強當前使用的搜索和救援技術。該團隊使用動力學系統理論和海洋數據中的工具，開發了一種演算法來預測漂浮在水中的物體和人將在何處漂移。 「我們的工作具有挽救生命的明顯潛力，」前博士Mattia Serra說。是ETH的學生，現在是哈佛的博士後研究員，他是《自然通訊》最近發表的一項研究的第一作者。

隱藏的陷阱導致失蹤人員

在當今的海上救援行動中，使用複雜的海洋動力學和天氣預報模型來預測漂流物體的路徑。然而，對於快速變化的沿海水域，由於不確定的參數和缺少的數據，這種預測常常是不準確的。結果，可能在錯誤的位置啟動搜索，從而浪費了寶貴的時間。

Haller的研究小組獲得了數學結果，預測漂浮在海洋表面的物體應沿著一些特殊的曲線聚集，這些曲線被稱為「瞬態吸引剖面」（TRAP）。這些曲線肉眼不可見，但是可以使用ETH團隊開發的最新數學方法從瞬時海面洋流數據中提取和跟蹤。這樣可以快速，準確地規劃對事故發生時間和地點的不確定性不太敏感的搜索路徑。

救援人員的新工具

ETH小組與麻省理工學院機械工程系，伍茲霍爾海洋研究所和美國海岸警衛隊的團隊合作，在北部附近瑪莎葡萄園島附近的兩個單獨的海洋實驗中，對基於TRAP的新搜索演算法進行了測試。美國東部海岸。利用與海岸警衛隊可用的相同實時數據，該團隊成功地實時識別了該地區的TRAP。他們發現，扔入水中的浮標和人體模型確實迅速沿著這些不斷變化的曲線聚集。 Haller說：「在該項目測試的幾種競爭方法中，這是唯一一貫在原位工作的演算法。」

Serra指出：「我們的結果可以快速獲得，易於解釋且成本低廉。」他補充說，他們開發的方法也有可能預測漏油事件的發展。該研究小組的下一個計劃是也在其他海洋地區測試他們的新預測工具。正如Haller強調的那樣：「我們希望這種方法將成為各地海岸警衛隊工具包的標準組成部分。」

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