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学生们将使用未来科技来探索过去

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侧扫图像 新发现的约克镇沉船的侧扫声纳图像。图片由大卫·尼布尔提供
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获取 自动水下航行器Fetch在博内尔岛的珊瑚礁上方图片由M. Dale Stokes提供

威廉与玛丽的弗吉尼亚海洋科学研究所和历史悠久的约克镇的水兵博物馆之间的新合作伙伴关系将为当地学生提供一个独特的机会,深入了解殖民历史。

该项目由美国国家科学基金会(National Science Foundation)提供为期一年的资助,学生们将驾驶无人驾驶的机器人潜艇,试图监测被康沃利斯勋爵(Lord Cornwallis)在1781年约克镇战役(美国独立战争的最后一次重大战役)中击沉的失事船只的保护状况。

领导这个项目的是VIMS自主系统佳博体育主任Mark Patterson博士和watermen博物馆馆长David Niebuhr博士。这些学生分别来自纽波特纽斯的Point Option高中、威廉斯堡蒙特梭利中学和格洛斯特的皮斯利中学。作为VIMS GK-12合作伙伴关系的一部分,VIMS研究生Jennifer Elliott也将参与其中。

该项目利用了最近在约克河发现的两艘来自约克镇战役和围攻的新沉船。之前的考古工作已经发现了其他九艘沉船的存在,其中包括HMS Betsy,它是20世纪70年代和80年代深入研究的目标。这些残骸被列在弗吉尼亚地标登记和国家史迹登记上。

A historical map showing some of the vessels scuttled in the York River during the siege and Battle of Yorktown in 1781. Photo courtesy of the Jamestown-Yorktown Foundation.这两艘新沉船是由海洋考古学家先驱约翰·布罗德沃特博士发现的贝琪在为弗吉尼亚历史资源部做的一项调查中。帕特森还独立发现了其中一艘沉船取我他的佳博体育开发了一种“自主水下航行器”或“AUV”。两位探险家都使用格洛斯特海洋声波技术公司制造的侧扫声纳装置进行了发现。这些可以在船上操作,也可以部署在机器人潜艇上获取

研究人员认为,之前被掩埋的残骸是在最近的热带风暴期间被强大的洋流发现的,他们担心这些残骸暴露在海湾地面上可能会导致迅速退化。通过绘制沉船的轮廓图,学生们将帮助维修人员监测沉船的状况,并在必要时采取预防措施。

帕特森说:“让学生在具有国家海洋考古意义的地点使用先进的机器人技术将是第一次。”“把这些工具交到学生手中,让他们监测开始侵蚀沉积物的沉船,是让他们对科学感兴趣的好方法。”

尼布尔补充说:“这些孩子将成为探索这些沉船的第一批人,作为他们科学课程的一部分。”“他们将面临真正的问题——这不是假装,而是真实的。在大多数学校课程中,你很少能做到这一点。”

课程计划

虽然机器人任务的确切时间表仍在计划中,但该计划的大致轮廓已经确定,来自Point Option高中的一个小组已经完成了每所学校计划的三次实地考察中的第一次。实地考察是去水手博物馆,它坐落在离沉船很近的地方,从格洛斯特角和VIMS直接穿过约克河。

“在第一次旅行中,”尼布尔说,“我们谈论了船只,以及它们是如何在18世纪建造的。我们还通过对水流和浑浊度进行简单的实验来了解约克河的生态系统。这有助于学生们了解约克是一个具有挑战性的实地考察地点,如果他们碰巧从底部激起一堆粘液,他们将遇到声纳和视频图像的困难。”

在第二节课中,Patterson和Elliott将向学生们介绍机器人——VIMS自主系统佳博体育的两台fetch级auv和一台从海洋声波技术借来的VideoRay ROV(远程操作车辆)。

“‘fetch’级潜艇配备了一套高科技传感器,”帕特森说。“学生们将学习侧扫声纳、高清视频和用于测量水温、盐度、叶绿素、浊度、溶解氧和ph值的传感器。”

在第三节也是最后一节课中,学生们将通过部署VideoRay和一个Fetch auv,从靠近Watermen码头的指挥站将他们的知识付诸行动。学生们将继续对沉船进行重新调查,并使用侧扫声纳记录它们的状况,如果能见度允许,还会使用高清视频。

帕特森说:“我们将让他们放飞技术并分析数据。”“除了在真实的考古遗址工作的兴奋之外,学生们还将有机会了解海洋环境,自主水下航行器,以及与低能见度水下研究相关的许多创造性问题解决机会。”

合作伙伴

水兵博物馆成立于1981年,是为了纪念约克镇战役200周年。它的目标是承认切萨皮克湾商业渔民和其他航海工人的遗产。博物馆提供大量的动手教育活动,包括一个造船项目,在这个项目中,当地的学生使用传统技术建造历史上精确的船只。康沃利斯项目是博物馆与VIMS的第一次合作。

对于Patterson来说,这个项目是一系列涉及海洋机器人学生的外展活动中最新的一个,这些活动包括VIMS的海洋科学日、国际机器船比赛、SeaCAMEL项目和JASON XI远征。2010年,他获得了弗吉尼亚州高等教育委员会颁发的“科技教学”奖,以表彰他“在使用创新教育/教学技术方面取得的卓越成就”。