機器學習分析陽光偏振模式，打造全新水下定位方法

GPS 是全球衛星定位系統（Global Positioning System）的縮寫，但只能用在確定陸地上的座標，GPS 無法穿透水面，因此現在科學家想開發水下可以使用的定位系統，透過深度神經網路分析陽光在水下偏振（polarization）的方式，找出水下定位新方法。

GPS 是計算用戶相對於四顆或更多衛星的位置，因此 GPS 只有在能夠接收衛星的無線訊號的前提下才能運作，至於水下，也不能小看水的隔絕效果，故潛水員、潛艇、遙控潛水設備等都無法在水下使用 GPS。

美國伊利諾大學厄巴納-香檳分校（UIUC）團隊認為，雖然液體會讓光偏振，但至少光在水中傳播效果比無線電波好太多了。光是種電磁波，在空氣中會朝多個方向散播，在水中光波會沿著單一平面、單一方向傳播，方樣則由陽光入射水面的角度決定，根據日期、太陽高度（時間）和地理位置而變化。

因此 UIUC 團隊首先用搭載特殊鏡頭的水下相機拍約 1,000 萬張照片，顯示出伊利諾伊州香檳市淡水湖（能見度 0.3 公尺）、佛羅里達群島的沿海水域（能見度 0.3~5 公尺）、佛羅里達州坦帕市的海灣（能見度 0.5 公尺）和北馬其頓國家的湖泊（能見度 10 公尺以上） 4 個地點的水下偏振模式。

團隊在不同天、不同時間、不同水深拍攝照片，水質從清澈到渾濁、白天還夜晚，每張照片都標有明確標示，最後團隊再以此建立資料庫，用於訓練神經網路，讓機器學習不同的偏振模式，之後才能預測各種變化。

之後就能夠根據日期、時間和偏振模式確定水下照片的地理位置，該系統目前的精確範圍為 40 至 50 公里，不過隨著技術進一步發展，之後範圍會再擴大，但有鑑於光無法穿透水下 300 公尺處，系統還是有深度限制。

UIUC 電機和電腦工程教授 Viktor Gruev 表示，我們首次展示該技術，可以在多種不同的條件在水下定位自己或相機，無論是在開闊的海域、清澈的水域還是能見度較低的水域，又或是白天、晚上，一旦了解自己所在的位置，就可以開始探索並利用這些訊息探索水下世界。

• Sunlight polarization patterns may be an underwater substitute for GPS
• Navigating the future of underwater geolocalization: how polarization patterns enable new technology

（首圖來源：UIUC）