奧卡姆剃刀
2 0 1 4 年3 月8 日,馬來西亞航空公司的MH3 7 0失聯(lián)。已經(jīng)過去一年了,搜索雖仍在進行,卻看不見一點曙光,為什么會這樣?這篇文章會幫助您了解一個殘酷的真相。
不扯閑篇,直入主題。原本毫無頭緒的搜救工作因為國際海事衛(wèi)星的7次握手信號而起了轉(zhuǎn)機。
衛(wèi)星接收到的這7次飛機握手信號存在頻差,經(jīng)多普勒分析發(fā)現(xiàn)南線比北線的吻合度要高得多。如下圖所示,紅線是北線理論值,黃線是南線理論值,而代表實測值的藍線與南線理論值非常吻合,專家們對MH3 7 0飛行南線的判定很有信心。
我本人也很贊同南線判定,不僅是因為多普勒分析,還有一個地面雷達的原因。MH3 7 0若飛行北線,必會進入陸地上空,不可能不被軍方的預(yù)警雷達發(fā)現(xiàn),即使東亞小國軍備廢弛、雷達失效,中國遍布國境線的預(yù)警雷達可向境外偵察3 0 0千米,不可能看不到偌大民航客機。以前雖然發(fā)生過漏報事件,那都是雷達已經(jīng)看到但操作人員沒上報,這是因為鳥群或天氣現(xiàn)象導(dǎo)致的虛警事件太多,操作人員麻痹大意導(dǎo)致的漏警,絕無事后都查無雷達亮點記錄的可能性。
確定了南線后,專家們根據(jù)數(shù)據(jù)推算出了優(yōu)先搜索區(qū)域,即從布羅肯海嶺(Broken Ridge)向東北延伸6 5 0千米,涵蓋約6 0 0 0 0平方千米,寬度約9 3千米。
當時電視和網(wǎng)絡(luò)上出現(xiàn)了各種科普,最常見的就是根據(jù)7次握手的頻差數(shù)據(jù),推算出以衛(wèi)星為中心的7個圓形航跡。這種解讀其實是不對的,至少是很不準確的。原因在于,多普勒頻差只能反映相對于衛(wèi)星的、或接近或遠離的徑向速度變化值,這是個相對值而不是絕對數(shù)據(jù),并不能給出飛機的實際速度值,更不能直接確定飛機的位置和高度。那握手信號延時的長短能否推算出距離呢?道理是成立的,但您想想,1毫秒的誤差會導(dǎo)致多大的距離偏差?
您一定會問, 那專家是如何推算出最有可能的航跡的?答案一定會令您吃驚,那是專家們猜測出來的。專家們對飛機的飛行速度、高度等推算航跡所必需的參數(shù)進行了大量的假設(shè),從中選出了他們認為最有可能的假設(shè)參數(shù)集,然后配合多普勒頻差數(shù)據(jù)分析,推算出了所謂的最有可能的航跡和優(yōu)先搜索區(qū)域。請看三個基于假設(shè)的航跡分析:
1. 航跡分析A假設(shè)條件:以客機的可能速度、靠近最后雷達點的1 9 4 1弧線為起點,不變飛行高度,自動駕駛模式被考量在內(nèi),包括不變真正航跡、不變真正航向、不變磁道、不變磁航向及大圓弧模擬過程的速度和航向可能會隨著時間而飄移,但仍會趨向于恢復(fù)到一個固定(不可知)標稱值。多普勒頻度偏置均勻(1 4 7至1 5 2),隨機誤差高斯標準偏差5赫茲。
在這些尚未列全的假設(shè)集的基礎(chǔ)之上,可能的航跡如下圖所示(圖中紅/ 橙/ 綠代表與衛(wèi)星數(shù)據(jù)相關(guān)的航跡,紅色相關(guān)性最高)。
2. 航跡分析B如果將假設(shè)集改為:飛機最初航道始于蘇門答臘頂端附近的往南折返處,不變高度、不變地面速度,在每次越過弧線時,航向改變是被允許的,可能的航跡就變成了下面這個樣子(白色代表與衛(wèi)星數(shù)據(jù)相關(guān)性最高的航跡)。
3. 航跡分析C如果修改速度假設(shè),將假設(shè)集改為:飛機最初航道始于蘇門答臘頂端附近的往南折返處,不變高度,地面速度可在每次越過弧線時改變,每次跨越弧線時,航向改變是被允許的,那新的可能航跡就如下圖所示:
請注意,在航跡分析C 中,專家們算出了5 0 0 0個可能的地點。我沒有筆誤,就是5 0 0 0個,專家們在其中找出了排名最高的1 0 0個,繪制了上圖。再請注意,這5 0 0 0個可能航跡還是在明確的第3假設(shè)集的基礎(chǔ)上得來的,如果假設(shè)集發(fā)生變化,那可能性當然會多得多。
這三個航跡分析最終指向的區(qū)域還算是比較集中的,這就是專家們確定搜索區(qū)域的核心基礎(chǔ),而這是建立在很多假設(shè)基礎(chǔ)上的。您一定會感嘆,可能航跡這么多、散布的范圍這么大,這7個握手信號可真沒用!其實您錯了,這7個握手信號是非常有用的,如果沒有它們的話,可能的搜索面積會是地球表面積的1/7,可能的航跡會是這個樣子:
還是讓我們感謝這7個握手信號吧。專家們根據(jù)它們確定了下面的搜索區(qū)域。大區(qū)(灰色)、中等區(qū)(藍色)及優(yōu)先區(qū)(橙色)與S3/S5和紅、黃、綠搜尋區(qū)域比較:您一定會問,我們把這片區(qū)域搜索完了,就一定能找到飛機嗎?這是一個非常好的問題,我先舉個例子:您家有1 0 0塊地板磚,鑰匙掉在了某一塊上,您通過科學(xué)的方法確定了某塊地板磚的概率是其他磚的2倍,那當然要從它先開始找起。但鑰匙真的就在這塊地板磚上的概率有多大呢?不難看出只有大約2%,如果您真的在這塊磚上找到了鑰匙,那只是撞了大運。
MH3 7 0的優(yōu)先搜索區(qū)域也是同理,按照推理,我們判斷出優(yōu)先搜索區(qū)域——那塊紅色地板磚——應(yīng)該比周邊區(qū)域的可能性大,但由于可能地域的廣闊(類比于多達1 0 0塊的地板磚),飛機落在這個區(qū)域的可能性遠遠沒有你想象中的大,不會是9 5%,更可能是4 0%,或者更低。
《中國新聞周刊》記者周瑤跟蹤MH 3 7 0事件整整一年了,她前兩天就這個問題采訪過我。她說她去澳大利亞咨詢過調(diào)查機構(gòu),該機構(gòu)稱他們成立了5個獨立的研究小組,研究結(jié)論非常一致,從而信心很足。我給周瑤記者說,這根本就不是一個算法優(yōu)劣的問題,而是一個數(shù)據(jù)極端不足的問題,5個小組依據(jù)的是同樣的數(shù)據(jù),得出一致的結(jié)論是很正常的,但這并不能證明結(jié)論的可靠性。
由于數(shù)據(jù)的極端不足,在確定優(yōu)先地域的過程中使用了大量的假設(shè),而且每一種估計都設(shè)置了不止一個的假設(shè),這些假設(shè)集完全成立的可能性有多少呢?即使假設(shè)集是成立的,在此基礎(chǔ)上的最優(yōu)搜索區(qū)域的可能性,占所有可能性的比例又有多少呢?例如航跡分析C 中的1 0 0個最高相關(guān)性航跡,比其他4 9 0 0個航跡的可能性高出多少呢?
我研讀了官方報告,沒有發(fā)現(xiàn)“飛機果真落在優(yōu)先搜索區(qū)域的概率有多大”這個數(shù)據(jù),而要計算這個概率,就必須對所有假設(shè)本身的可能性進行概率分析,而這是幾乎不可能完成的任務(wù)。專家們的分析有個基本假設(shè),即飛行速度在4 0 0千米/ 時至4 5 0千米/ 時,而這種假設(shè)未必準確,被劫持的飛機完全可能以更高的速度飛行,那樣的話墜落地點就會偏差非常遠。有人會質(zhì)疑,若飛行速度超過假定,多普勒頻差數(shù)值就會加大,而不會像現(xiàn)在這樣。前面已經(jīng)分析過,多普勒頻差只能反映相對于衛(wèi)星的徑向速度變化,更高的速度加上不同的方向和高度,當然可以生成與實際采集到的完全相同的頻差值。
簡單來說,我們實際采集到的頻差值,可以有無數(shù)種速度、方向和高度的組合方式來達成,而現(xiàn)在的基礎(chǔ)假定只是專家覺得可能性最大的那一種組合。專家們拿一個最常規(guī)的飛行數(shù)據(jù)組合來推測一個可能的劫機犯的瘋狂行為,這其實是很靠不住的。
您一定會問,既然你覺得問題出在假設(shè)上,那請你給出一個更可靠的假設(shè)唄。我只能遺憾地回答,調(diào)查專家給出的假設(shè)已經(jīng)是最優(yōu)的了,這是僅僅憑借7次握手的頻差數(shù)據(jù)所能得到的最佳推測。我們必須清楚的是,這套假設(shè)雖然是最佳的,但據(jù)此推算出的優(yōu)先搜索區(qū)卻未必靠譜。這就好比你買了1張彩票,他買了1 0張,要我猜誰更可能中大獎,我猜他
更可能,因為他中獎的概率是你的1 0倍。這當然是一種科學(xué)的判斷,但誰都知道他幾乎定中不了大獎。
全世界每年都會掉幾架航飛機,只是MH3 7 0太受世人關(guān)注了,即使科學(xué)家明知這樣的尋找方式很難奏效,但政府也絕不敢不繼續(xù)找,這恐怕就是殘酷的真相。已經(jīng)一年了,愿MH3 7 0的旅客安息……