Используя бортовой GPS и датчики сорта сотового телефона, каждый дрейфующий воздушный шар становится частью ”роя” автоматизированных транспортных средств, которые могут периодически сообщать, через спутниковый канал восходящей связи, их положение, местную температуру, давление, влажность и скорость ветра.Эта новая, сравнительно недорогая стратегия ощущения обещает обеспечить весьма необходимую выборку на месте условий окружающей среды для более длинного диапазона времени и со многих точек зрения в развивающихся ураганах.
У этого есть потенциал, чтобы значительно улучшить усилия оценить и предсказать интенсивность и след будущих ураганов в режиме реального времени.Прогнозы текущих двух – пяти дней многих ураганов значительно отклоняются друг от друга, и от правды. Например, поскольку Ураган Мэтью крутился к восточному побережью в начале октября 2016, различные новостные источники сообщили, что «прогнозы» как «Ураган Мэтью, вероятно, достигнут берега где-нибудь между Чарлстоном и Бостоном, таким образом, все будут готовиться».
«Руководство как это совершенно несоответствующее для приготовлений к ответу эвакуации и появления», сказал Томас Бьюли, преподаватель в Школе Джейкобса Разработки в Сан-Диего UC и ведущего автора газеты.Улучшенные прогнозы, чтобы быть значительно облегченными улучшенной экологической выборкой на месте, важны, чтобы защитить собственность и спасти жизни от таких чрезвычайных экологических угроз, добавил он.Ключевые проблемы в этом усилии включают дизайн маленьких, прочных, управляемых плавучестью воздушных шаров, которые не накопят льда; эффективная координация движения этих воздушных шаров держать их перемещающийся в урагане, между высотой 0 и 8 километрами (приблизительно 5 миль); и сохранять их хорошо распределенными по динамично значительным регионам в урагане, максимум в течение недели за один раз.
Bewley и UC San Diego постдокторская деталь исследователя Джанлуки Менегелло различные аспекты их работы над этой проблемой в выпуске в октябре 2016 Жидкостей Physical Review, полагаясь на работу они издали на слушаниях восьмого Международного Симпозиума по Стратифицированным Потокам (ISSF) в Сан-Диего (1 сентября 2016). Они планируют подробно остановиться на своей работе над предстоящей Конференцией по Космосу IEEE в Биг-Скай, Монтана (6 марта 2017).Как модель работает
Модель для крупномасштабной координации роев воздушного шара в ураганах, как обсуждено в статье Physical Review Fluids, использует умную стратегию смоделировать прогнозирующий контроль, усиливая ультрасовременное Погодное Исследование и Предсказывая кодекс, разработанный Национальным Центром Атмосферного Исследования, Национальным управлением океанических и атмосферных исследований и Air Force Weather Agency (AFWA).’Ключевая идея нашей крупномасштабной стратегии координации воздушного шара”, сказал Бьюли, «состоит в том, чтобы ‘пойти с потоком’, командуя маленькими вертикальными перемещениями воздушных шаров и усилив сильную вертикальную стратификацию горизонтальных ветров в урагане, чтобы распределить воздушные шары желаемым способом горизонтально».Промежуточный масштаб и небольшие колебания сильного турбулентного течения урагана, которые не решены, предсказав кодексы как WRF, довольно существенные.
Стратегия исследователей? «Мы просто выдерживаем колебания меньшего масштаба потока», сказал Менегельо. «Меньший масштаб flowfield колебания вызывает что-то вроде случайной прогулки в движении воздушного шара. Мы моделируем эти колебания статистически и отвечаем исправлениями, только если воздушный шар отклоняется слишком далекий от его желаемого местоположения в формировании».Фон на проектеКак получено в итоге в их статье ISSF, стратегии исследователей применения таких исправлений, назвал Три Контроля за Уровнем (и привлекательно сократил TLC), применяет конечное переключение на вертикальное местоположение перемещенного воздушного шара в течение короткого периода времени, снова усиливание сильной вертикальной стратификации горизонтальных ветров, чтобы возвратить воздушный шар к его номиналу желало местоположения.
Третья существенная составляющая проекта, полученного в итоге в газете IEEE исследователей, является дизайном маленьких (приблизительно 3 кг или 6,5 фунтов.), прочные, энергично эффективные, управляемые плавучестью воздушные шары, которые могут выжить, без значительного накопления льда, в холодной, влажной, бурной, электрически активной среде урагана. Воздушные шары могут работать эффективно максимум в течение недели за один раз на заряде батареи, не намного больше, чем что горстки iPhone. «Технологии сорта сотового телефона, и для экологических датчиков, а также низкоэнергетических радио и для микропроцессоров, вместе с новой технологией воздушного шара космического сорта, разработанной Тонким Красным Космосом Линии, находятся на остром выступе создания этой амбициозной автоматизированной выполнимой миссии ощущения», сказал Бьюли.Теория контроля примениласьВ дополнение к робототехнике команда Бьюли специализируется на области теории контроля, которая является существенной «скрытой технологией» во многом техническом применении, таком как круиз-контроль и адаптивные системы подвески в автомобилях, системы увеличения стабильности в высокоэффективном самолете и адаптивное подавление помех в телекоммуникации.
Теория контроля позволила ракетам SpaceX приземлиться на баржи в море. Хотя математика и включенные численные методы сложны, основной принцип прямой: датчики проводят измерения физической среды, затем компьютер использует эти измерения в режиме реального времени, чтобы скоординировать соответствующие ответы системой (в этом случае, плавучесть воздушных шаров), чтобы достигнуть желаемого эффекта.Bewley, Meneghello и коллеги теперь работают для тестирования воздушных шаров и алгоритмов, разработанных в этом исследовании в реальном мире.
С роями воздушного шара датчика и специальным выходом TLC из их лаборатории, у огня и чиновников безопасности могут скоро быть решающие дополнительные несколько дни, чтобы переместить людей в безопасности и подготовить экстренные реагирования, когда следующая Катрина или Сэнди угрожают.