利用多源遙感數(shù)據(jù)的高效空難搜索定位與救援方法

晏澤翌，毛志強(qiáng)，孫宏峰，張孟俠

(1.北京市海淀外國語實(shí)驗(yàn)學(xué)校,北京 100095；2.中國石油大學(xué),北京 102249；3.北京匯文中學(xué),北京 100061)

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利用多源遙感數(shù)據(jù)的高效空難搜索定位與救援方法

晏澤翌1，毛志強(qiáng)2，孫宏峰1，張孟俠3

(1.北京市海淀外國語實(shí)驗(yàn)學(xué)校,北京 100095；2.中國石油大學(xué),北京 102249；3.北京匯文中學(xué),北京 100061)

摘要：近年來空難接連不斷，如何降低空難發(fā)生幾率, 及時(shí)發(fā)現(xiàn)失事地點(diǎn)和飛機(jī)殘骸，提供緊急救援，保證航空飛行的安全性是目前急需解決的問題。本文對(duì)飛機(jī)的航行過程如何跟蹤，空難的搜索如何準(zhǔn)確定位進(jìn)行了綜合分析；并以MH370馬航事件為例，使用ENVI軟件，對(duì)收集到的遙感影像圖進(jìn)行影像數(shù)據(jù)分析，提出搜索飛機(jī)殘骸的可能方法。為快速有效地尋找墜機(jī)地點(diǎn)，使損失降到最低提供原理方法和實(shí)踐依據(jù)。

關(guān)鍵詞：空難；搜索；救援；遙感；影像

0引言

空難是不可避免的，但可以通過提高安全措施降低空難發(fā)生的幾率。進(jìn)入21世紀(jì)以來空難發(fā)生的次數(shù)逐年下降，這表明飛行安全逐年得到提高，然而2014年仍有111場(chǎng)空難發(fā)生，造成1 320人遇難。所以提高空難應(yīng)急救援仍是不容忽視的問題，包括：如何降低空難發(fā)生的幾率，提高航空飛行的安全性？在發(fā)生墜機(jī)事件后，如何快速有效地尋找墜機(jī)地點(diǎn)，使損失降到最低？

本文首先對(duì)飛機(jī)跟蹤及事故搜索所對(duì)應(yīng)的技術(shù)進(jìn)行分類分析，引出多源遙感數(shù)據(jù)處理手段的高效空難搜索定位與救援方法，并針對(duì)如何提高安全性和救援的快速性給出系列方案。最后，本文再次聚焦馬航案例，利用遙感數(shù)據(jù)處理方法進(jìn)行空難搜索與救援的具體分析。

1飛機(jī)跟蹤及事故搜索對(duì)應(yīng)技術(shù)分析

1.1多普勒效應(yīng)

多普勒指出：波在波源移向觀察者接近時(shí)接收頻率變高，而在波源遠(yuǎn)離觀察者時(shí)接收頻率變低[1-2]。假設(shè)原有波源的波長為λ，波速為c，觀察者移動(dòng)速度為v：當(dāng)觀察者走近波源時(shí)觀察到的波源頻率為(c+v)/λ，反之則觀察到的波源頻率為(c-v)/λ。如果把聲波視為有規(guī)律間隔發(fā)射的脈沖，可以想象若你每走一步，便發(fā)射了一個(gè)脈沖，那么在你之前的每一個(gè)脈沖都比你站立不動(dòng)時(shí)更接近你自己。而在你后面的聲源則比原來不動(dòng)時(shí)遠(yuǎn)了一步?；蛘哒f，在你之前的脈沖頻率比平常變高，而在你之后的脈沖頻率比平常變低了。一個(gè)較為常見的例子是火車的汽笛聲，當(dāng)火車接近觀察者時(shí)，如果觀察者遠(yuǎn)離波源，其汽鳴聲會(huì)比平常更刺耳。你可以在火車經(jīng)過時(shí)聽出刺耳聲的變化。同樣的情況還有：警車的警報(bào)聲和賽車的發(fā)動(dòng)機(jī)聲。

1.2雷達(dá)追蹤

雷達(dá)技術(shù)是當(dāng)今航空偵察的主要工具。對(duì)于民航飛機(jī)來說，雷達(dá)追蹤是保護(hù)其飛行的重要手段。雷達(dá)通過向周圍發(fā)射電磁波，如果有對(duì)象(比如飛機(jī))出現(xiàn)在其搜索范圍內(nèi)，并且該對(duì)象具有一定的體積和運(yùn)動(dòng)速度可以產(chǎn)生有效的回波反射，可以判斷該對(duì)象的大小及速度，從而識(shí)別該對(duì)象。

目標(biāo)在空間、陸地或海面上的位置, 可以用空間任一點(diǎn)目標(biāo)P的位置來決定。雷達(dá)測(cè)定目標(biāo)如圖1所示，下列三個(gè)坐標(biāo)確定: 1) 目標(biāo)的斜距R：雷達(dá)到目標(biāo)的直線距離OP; 2) 方位角α：目標(biāo)斜距R在水平面上的投影OB與某一起始方向(正北、正南或其它參考方向)在水平面上的夾角； 3) 仰角β：斜距R與它在水平面上的投影OB在鉛垂面上的夾角, 有時(shí)也稱為傾角或高低角[3]。

圖1　極(球)坐標(biāo)系統(tǒng)表示目標(biāo)位置

如需要知道目標(biāo)的高度和水平距離, 那么利用圓柱坐標(biāo)系統(tǒng)就比較方便。在這種系統(tǒng)中, 目標(biāo)的位置由以下三個(gè)坐標(biāo)來確定: 水平距離D，方位角α，高度H.這兩種坐標(biāo)系統(tǒng)之間的關(guān)系為

D=Rcosβ， H=Rsinβ，α=α,

(1)

雷達(dá)分為一次雷達(dá)和二次雷達(dá)。

一次雷達(dá)可以分成機(jī)場(chǎng)監(jiān)視雷達(dá)、航路監(jiān)視雷達(dá)、機(jī)場(chǎng)地面探測(cè)設(shè)備三類。在飛行航行中，發(fā)揮主要作用的是航路監(jiān)視雷達(dá)。

二次雷達(dá)也叫做空管雷達(dá)信標(biāo)系統(tǒng)[4]。管制員從二次雷達(dá)上很容易知道飛機(jī)的二次雷達(dá)應(yīng)答機(jī)代碼、飛行高度、飛行速度、航向等參數(shù)，使雷達(dá)由監(jiān)視的工具變?yōu)榭罩泄苤频氖侄巍?/p>

1.3遙感衛(wèi)星

遙感衛(wèi)星是用作外層空間遙感平臺(tái)的人造衛(wèi)星。遙感衛(wèi)星能在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)覆蓋整個(gè)地球或指定的任何區(qū)域，當(dāng)沿地球同步軌道運(yùn)行時(shí)，它能連續(xù)地對(duì)地球表面某指定地域進(jìn)行遙感。遙感衛(wèi)星主要有氣象衛(wèi)星、“陸地衛(wèi)星”和“海洋衛(wèi)星”三種類型。

1) 氣象衛(wèi)星以搜集氣象數(shù)據(jù)為主要任務(wù)的遙感衛(wèi)星，為氣象預(yù)報(bào)、臺(tái)風(fēng)形成和運(yùn)動(dòng)過程監(jiān)測(cè)、冰雪覆蓋監(jiān)測(cè)和大氣與空間物理研究等提供大量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

2) “陸地衛(wèi)星”是繞地球南北極附近運(yùn)行的太陽同步衛(wèi)星，具有接近圓形的軌道，在上午9時(shí)30分左右從913 km(“陸地衛(wèi)星”1、2、3號(hào))或804 km(陸地衛(wèi)星“4、5”號(hào))的高空跨越赤道?！瓣懙匦l(wèi)星”1、2、3號(hào)每隔18天覆蓋地球一遍；“陸地衛(wèi)星”4、5號(hào)每隔16天覆蓋地球一遍，相鄰條帶相隔的日期為7～9天。衛(wèi)星裝載的多光譜掃描儀(MSS)、返束視像管攝像機(jī)(RBV)和專題制圖儀(TM)等遙感器從北向南每次可掃描 185 km寬的地面條帶。用兩個(gè) RBV相配合來拍攝地面的全色圖像，其分辨率比用MSS提高一倍。TM的圖像數(shù)據(jù)量為MSS的11倍，由于包含紅外波段，并且?guī)缀尉群洼椛渚榷急萂SS的高。

3) 海洋衛(wèi)星以搜集海洋資源及其環(huán)境信息為主要任務(wù)的遙感衛(wèi)星。海洋占地球面積的三分之二以上，蘊(yùn)藏著豐富的資源并對(duì)氣象有重大的影響。海洋衛(wèi)星上的合成孔徑側(cè)視雷達(dá)能晝夜工作。雷達(dá)波穿透云層和濃密的植被獲取地表圖像。它能鑒別冰雪和水，在研究海洋浮冰和陸地積雪、地質(zhì)構(gòu)造、洪水泛濫淹沒等方面都有很大的作用。

1.4GPS導(dǎo)航

現(xiàn)階段衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)有美國全球定位系統(tǒng)(GPS)、中國的北斗、俄羅斯的GLONASS、歐洲“伽利略”(GALILEO)系統(tǒng)。以GPS為例：24顆GPS衛(wèi)星在離地面12 000 km里的高空上，以12小時(shí)的周期環(huán)繞地球運(yùn)行，使得在任意時(shí)刻，在地面上的任意一點(diǎn)都可以同時(shí)觀測(cè)到4顆以上的衛(wèi)星。

由于衛(wèi)星的位置精確可知，在GPS觀測(cè)中，可得到衛(wèi)星到接收機(jī)的距離，利用三維坐標(biāo)中的距離公式，利用3顆衛(wèi)星，就可以組成3個(gè)方程式，解出觀測(cè)點(diǎn)的位置(X,Y,Z)?？紤]到衛(wèi)星的時(shí)鐘與接收機(jī)時(shí)鐘之間的誤差，實(shí)際上有4個(gè)未知數(shù)，X、Y、Z和鐘差，因而需要引入第4顆衛(wèi)星，形成4個(gè)方程式進(jìn)行求解，從而得到觀測(cè)點(diǎn)的經(jīng)緯度和高程。

事實(shí)上，接收機(jī)往往可以鎖住4顆以上的衛(wèi)星，這時(shí)，接收機(jī)可按衛(wèi)星的星座分布分成若干組，每組4顆，然后通過算法挑選出誤差最小的一組用作定位，從而提高精度。

1.5遙感圖像分類

各種監(jiān)測(cè)衛(wèi)星的發(fā)射與運(yùn)行為地表動(dòng)態(tài)變化研究提供了多平臺(tái)、多光譜、多時(shí)相、大范圍的實(shí)時(shí)信息，遙感技術(shù)已成為當(dāng)前人類研究地球資源環(huán)境的一種有力技術(shù)手段。

在遙感技術(shù)的研究中，分類是遙感圖像應(yīng)用的一個(gè)重點(diǎn)和熱點(diǎn)[5-6]，是由圖像生成專題圖的過程。遙感圖像分類就是基于圖像像元的數(shù)據(jù)文件值，將像元?dú)w并成有限幾種類型、等級(jí)或數(shù)據(jù)集的過程。常規(guī)圖像分類主要有兩種方法：非監(jiān)督分類與監(jiān)督分類。

非監(jiān)督分類：是指人們事先對(duì)分類過程不施加任何的先驗(yàn)知識(shí)，而僅憑數(shù)據(jù)(遙感影像地物的光譜特征的分布規(guī)律)，即自然聚類的特性，其類別的屬性是通過分類結(jié)束后目視判讀或?qū)嵉卣{(diào)查確定的。

監(jiān)督分類。又稱訓(xùn)練場(chǎng)地法，是以建立統(tǒng)計(jì)識(shí)別函數(shù)為理論基礎(chǔ)，依據(jù)典型樣本訓(xùn)練方法進(jìn)行分類的技術(shù)。即根據(jù)已知訓(xùn)練區(qū)提供的樣本，通過選擇特征參數(shù)，求出特征參數(shù)作為決策規(guī)則，建立判別函數(shù)以對(duì)各待分類影像進(jìn)行的圖像分類，是模式識(shí)別的一種方法。要求訓(xùn)練區(qū)域具有典型性和代表性。判別準(zhǔn)則若滿足分類精度要求，則此準(zhǔn)則成立；反之，需重新建立分類的決策規(guī)則，直至滿足分類精度要求為止。常用算法有：判別分析、最大似然分析、特征分析、序貫分析和圖形識(shí)別等。

2如何提高安全性和救援的快速性

2.1發(fā)現(xiàn)目標(biāo)、全程追蹤提高安全性

1) 實(shí)時(shí)追蹤一次和二次雷達(dá)

一次雷達(dá)依靠目標(biāo)對(duì)雷達(dá)發(fā)射的電磁波的反射機(jī)理工作，它可以主動(dòng)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)并對(duì)目標(biāo)定位；二次雷達(dá)了解飛機(jī)的二次雷達(dá)應(yīng)答機(jī)代碼、飛行高度、飛行速度、航向等參數(shù)，使雷達(dá)由監(jiān)視的工具變?yōu)榭罩泄苤频氖侄危卫走_(dá)的主天線安裝在一次雷達(dá)的上方，和一次雷達(dá)同步旋轉(zhuǎn)。加強(qiáng)雷達(dá)的覆蓋使得這種有效識(shí)別方法能夠?qū)崟r(shí)追蹤到飛機(jī)。

圖2為雷達(dá)掃描的工作圖，界面上不同的光斑代表不同的反射，民航飛機(jī)穿過固定的雷達(dá)區(qū)域時(shí)，雷達(dá)的界面上就會(huì)出現(xiàn)移動(dòng)的小光斑，觀測(cè)人員就可以清楚地發(fā)現(xiàn)該飛機(jī)，并反饋偵測(cè)信息。遙感衛(wèi)星在太空中獲取對(duì)地的觀測(cè)數(shù)據(jù)，通過對(duì)衛(wèi)星獲取的圖像進(jìn)行預(yù)處理(輻射校正、幾何校正)，之后對(duì)遙感圖像進(jìn)行分類，可以通過模式識(shí)別技術(shù)來識(shí)別衛(wèi)星圖像上的飛機(jī)。以此來輔助雷達(dá)系統(tǒng)，全方位追蹤飛機(jī)的飛行。

2) GPS全球定位系統(tǒng)確定飛機(jī)位置

每架飛機(jī)都裝有GPS導(dǎo)航設(shè)備。通過該設(shè)備能夠獲得飛機(jī)確切的三維坐標(biāo)，一是為飛行員提供相關(guān)飛行數(shù)據(jù)，指導(dǎo)其正常駕駛，二是可以將這些數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送給航管部門，當(dāng)飛機(jī)的位置信息出現(xiàn)偏差，可以向飛行員提出警告，并按照飛行位置的偏離程度，制定相應(yīng)的應(yīng)急措施，使得飛機(jī)還沒有發(fā)生事故之前就做好相應(yīng)準(zhǔn)備，也可以將人為因素(飛行員操作不當(dāng))造成的影響降到最低。

圖2　雷達(dá)工作圖

2.2出現(xiàn)事故、快速查找保證救援

應(yīng)急救援系統(tǒng)：組織建立擴(kuò)區(qū)域的應(yīng)急救援系統(tǒng)，當(dāng)飛機(jī)出現(xiàn)事故能夠快速的提出相應(yīng)的解決方案，并通知最近的國家救援隊(duì)，使得救援能夠火速進(jìn)行。該系統(tǒng)可以充分利用雷達(dá)、GPS、遙感等獲取信息，并通過相應(yīng)的模式識(shí)別或者消息警報(bào)來處理應(yīng)急事件，及時(shí)生成應(yīng)急方案實(shí)施救援。

遙感衛(wèi)星拍攝圖片輔助分析：遙感衛(wèi)星圖像可以作為航空飛行的底圖，若發(fā)生空難可以通過相應(yīng)位置信息確定飛機(jī)。當(dāng)飛機(jī)收到重創(chuàng)，失聯(lián)后繼續(xù)飛行一段時(shí)間才墜毀的，可以通過衛(wèi)星圖像來識(shí)別飛機(jī)，達(dá)到縮小搜索范圍目的。

俄羅斯專家公布并稱馬來西亞的波音MH17是被烏克蘭的戰(zhàn)斗機(jī)擊落，而不是被地對(duì)空導(dǎo)彈擊毀。俄羅斯的國家電視臺(tái)發(fā)布了一張被泄露的衛(wèi)星圖像，顯示一枚導(dǎo)彈快速擊落民航客機(jī)，如圖3所示。

圖3　衛(wèi)星圖像顯示MH17被戰(zhàn)機(jī)擊落

運(yùn)用GPS導(dǎo)航：通過實(shí)時(shí)的GPS數(shù)據(jù)(不受人為控制)快速獲得飛機(jī)失聯(lián)的最終位置，這樣就可以將救援范圍劃定在相當(dāng)小的范圍內(nèi)。這樣可以縮短救援時(shí)間，為減少人員傷亡提供可能。

3以馬航MH370為案例進(jìn)行空難搜索與救援分析

3.1海事衛(wèi)星Inmarsat分析

先分析海事衛(wèi)星Inmarsat，Inmarsat通信系統(tǒng)的空間段由四顆工作衛(wèi)星和在軌道上等待隨時(shí)啟用的五顆備用衛(wèi)星組成。這些衛(wèi)星位于距離地球赤道上空約35 700 km的同步軌道上，四個(gè)衛(wèi)星覆蓋區(qū)分別是大西洋東區(qū)、大西洋西區(qū)、太平洋區(qū)和印度洋區(qū)。另外飛機(jī)上的天線都是自動(dòng)指向衛(wèi)星的。

根據(jù)這些信息，可以得出結(jié)論：馬航飛機(jī)只能與印度洋區(qū)的衛(wèi)星聯(lián)系，排除掉根據(jù)GPS類似的原理對(duì)飛機(jī)進(jìn)行定位。GPS是根據(jù)定位者和多顆衛(wèi)星距離不同，而無線電傳輸速度為30萬公里每秒，GPS衛(wèi)星上有著非常精準(zhǔn)的時(shí)鐘，接收器可以根據(jù)接受的GPS信號(hào)時(shí)間的差異進(jìn)行空間定位，理論上三顆衛(wèi)星即可定位。但在只有一顆海事衛(wèi)星的前提下，是不可能根據(jù)時(shí)間定位的，何況Inmarsat是以通信為主，并不實(shí)時(shí)廣播時(shí)間信號(hào)的，雙方的通信也只有飛機(jī)發(fā)出的ping信號(hào)，飛機(jī)上是不可能有非常精準(zhǔn)的時(shí)鐘(要達(dá)到原子鐘級(jí)別)，從通信的協(xié)議看也不可能傳輸精確到微秒以上的時(shí)間精度(一般只會(huì)到毫秒級(jí))，因此所有所謂根據(jù)GPS定位原理進(jìn)行海事衛(wèi)星定位的猜測(cè)都是不成立的。

3.2多普勒效應(yīng)法分析

由于波源和觀察者之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使觀察者感到頻率發(fā)生變化的現(xiàn)象，稱為多普勒效應(yīng)。如果二者相互接近，觀察者接收到的頻率增大；如果二者遠(yuǎn)離，觀察者接收到的頻率減小。

根據(jù)多普勒效應(yīng)，如果能知道飛機(jī)發(fā)出的無線電通信頻率和衛(wèi)星實(shí)際接收到的頻率，通過對(duì)比就可以計(jì)算出飛機(jī)和衛(wèi)星之間的相對(duì)速度。

要指出一點(diǎn)，那就是因?yàn)轱w機(jī)高速運(yùn)動(dòng)引起的多普勒效應(yīng)比較嚴(yán)重，因此在航空衛(wèi)星通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，已經(jīng)采取了許多技術(shù)措施來改善多普勒頻移的影響，例如頻率校正技術(shù)等，這些會(huì)對(duì)上述計(jì)算有影響，但是，類似頻率校正技術(shù)應(yīng)該是在ping成功建立通信聯(lián)系后才會(huì)進(jìn)行，而馬航因?yàn)槲从嗁徯l(wèi)星服務(wù)，所以建立不起成功的連接，但多普勒效應(yīng)是成立的。

3.3ping數(shù)據(jù)分析

飛機(jī)上的ping數(shù)據(jù)是一組無線信號(hào)，直接與衛(wèi)星通信，以建立連接。ping數(shù)據(jù)包含的內(nèi)容包括飛機(jī)的唯一識(shí)別代碼，根據(jù)目前公開的信息看還應(yīng)包括飛機(jī)高度數(shù)據(jù)。此外，在數(shù)據(jù)包之外的原始無線數(shù)據(jù)，還應(yīng)包含衛(wèi)星接收到的信號(hào)強(qiáng)度和信號(hào)頻率等信息。

Inmarsat衛(wèi)星是正對(duì)赤道的印度洋上空的一顆地球靜止軌道同步衛(wèi)星，根據(jù)信號(hào)強(qiáng)度能得到飛機(jī)離衛(wèi)星的大概距離,如圖4所示，也就是假設(shè)飛機(jī)信號(hào)發(fā)射功率恒定下，衛(wèi)星能接收到的信號(hào)強(qiáng)度與距離成三次方反比，當(dāng)然因?yàn)樾盘?hào)測(cè)量精度和無線信號(hào)傳輸本身的不穩(wěn)定性，這個(gè)精度肯定是比較低的。

圖4　擬MH370飛行路線

根據(jù)這個(gè)大概距離，再結(jié)合飛機(jī)的飛行高度和地球的表面交集，再根據(jù)飛機(jī)能飛到的可能距離，就能得到飛機(jī)在地球上的大概范圍，這個(gè)范圍肯定是以衛(wèi)星為中心對(duì)稱的，也就是媒體所說的南北兩個(gè)走廊區(qū)域。其實(shí)北走廊早就可以排除，中國也沒有把北走廊作為重點(diǎn)，因?yàn)檫@一帶軍事基地眾多，大型民航飛機(jī)想躲過雷達(dá)偵察是不可能的。

根據(jù)信號(hào)頻率能得到什么呢？假設(shè)飛機(jī)信號(hào)發(fā)射頻率恒定的情況下，根據(jù)多普勒效應(yīng)，飛機(jī)遠(yuǎn)離衛(wèi)星頻率就比正常的低，飛機(jī)靠近衛(wèi)星頻率就比正常的高，這樣通過計(jì)算就能得到飛機(jī)離衛(wèi)星的相對(duì)速度。如果假設(shè)飛機(jī)的飛行速度和高度固定(這就是此次計(jì)算必備的前提假設(shè)，外方也如此，所以很可能ping數(shù)據(jù)包含飛機(jī)速度和高度)，那么理論上就能計(jì)算出飛機(jī)相對(duì)精確的位置。當(dāng)然，這個(gè)精度同樣受限于飛機(jī)發(fā)射無線信號(hào)本身的穩(wěn)定性以及衛(wèi)星接收信號(hào)的測(cè)量精度，當(dāng)然，再結(jié)合前面提到的信號(hào)強(qiáng)度，交叉計(jì)算就能大致得出飛機(jī)最后一次和衛(wèi)星聯(lián)系時(shí)的點(diǎn)坐標(biāo)。至于為什么能計(jì)算出是南半球而不是北半球，這個(gè)很可能和地球的形狀和地理高度差別有關(guān)，地球并不是個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的球體，南北半球在對(duì)稱地理位置、同樣的飛行高度和速度下，多普勒效應(yīng)會(huì)有細(xì)微的差異，這也就是為什么這個(gè)結(jié)果是通過類似區(qū)域其他飛機(jī)的ping數(shù)據(jù)比對(duì)而來的原因。

3.4遙感影像分析

然而在本次的馬航事件中，雷達(dá)與GPS衛(wèi)星均不能提供有效的數(shù)據(jù)。事故已經(jīng)無法逆轉(zhuǎn)，現(xiàn)在要做的是搜索墜機(jī)地點(diǎn)，找到殘骸，分析事故原因。

首先，尋找數(shù)據(jù),如圖5所示。本次研究根據(jù)網(wǎng)絡(luò)及中科院提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行影像分析。緊接著，便嘗試使用ENVI軟件對(duì)該地區(qū)的遙感影像進(jìn)行分析。

圖5　獲取數(shù)據(jù)

1) 目視解譯

以3個(gè)波段，分別作為R、G、B 顏色分量，對(duì)圖片進(jìn)行目視解譯如圖6所示。由于遙感衛(wèi)星的分辨率不夠目視解譯很難發(fā)現(xiàn)體積較小的目標(biāo)，在空難事故中飛機(jī)若發(fā)生解體，飛機(jī)碎片由于燃燒、碰撞體積不會(huì)很大，因此在分辨率不高的情況下，目視解譯作用有限。

圖6　目視解譯

2) 非監(jiān)督分類

對(duì)其結(jié)果進(jìn)行大量分析及處理，分類出的集群與地類間不對(duì)應(yīng)，加上普遍存在的“同物異譜”及“異物同譜”現(xiàn)象，使集群組與類別的匹配難度大；因各類別光譜特征隨時(shí)間、地形等變化，則不同圖像間的光譜集群組無法保持其連續(xù)性，難以對(duì)比。如圖7所示，紅色為云層，藍(lán)色為海面，依舊不能通過非監(jiān)督分類得到MH370的具體位置。

圖7　非監(jiān)督分類視圖

3) 監(jiān)督分類

首先從研究區(qū)域選取有代表性的訓(xùn)練場(chǎng)地作為樣本。根據(jù)樣本，通過選擇特征參數(shù)(如像素亮度均值、方差等)，建立判別函數(shù)，據(jù)此對(duì)樣本像元進(jìn)行分類，依據(jù)樣本類別的特征來識(shí)別非樣本像元的歸屬類別。在此，將云層，海水，及其交界處分為3個(gè)樣本。

然而監(jiān)督分類只能識(shí)別訓(xùn)練樣本中所定義的類別，對(duì)于因訓(xùn)練者不知或因數(shù)量太少未被定義的類別，監(jiān)督分類不能識(shí)別，從而影響結(jié)果。如圖8所示，無法準(zhǔn)確地分辨白色物體與云層。因此，對(duì)于空難事故中，事先獲得空難的大致位置信息再通過遙感圖像進(jìn)行分析效果會(huì)更佳。

圖8　監(jiān)督分類視圖

圖9　海面油污視圖

使用監(jiān)督分類及非監(jiān)督分類依次進(jìn)行影像分析，如圖9所示。可以清楚地發(fā)現(xiàn)一些類似于油污的圖像。油污來源分析：1) 海上采油點(diǎn)泄漏的石油；2) 飛機(jī)解體所遺留的油；3) 海上交通工具如輪船等泄漏造成。

在事故預(yù)測(cè)的區(qū)域內(nèi)發(fā)現(xiàn)油污是非常有利的一個(gè)證據(jù)，但油污可能有其他來源，同時(shí)油污隨水偏移，不能提供準(zhǔn)確位置。然而并沒有數(shù)據(jù)能夠顯示馬航的具體位置，同時(shí)遙感影像分類也具有一定的誤差?；谫Y料不足，不能很好的得到馬航墜落的具體位置。

4結(jié)束語

1) 照情理，客機(jī)從執(zhí)行航班任務(wù)開始，就不應(yīng)中斷和地面的航管聯(lián)系；如果“失聯(lián)”，則應(yīng)第一時(shí)間通報(bào)。然而馬來西亞空管部門和馬航方面，竟過了五六個(gè)小時(shí)才披露失聯(lián)一事，且馬航最初通報(bào)的失聯(lián)時(shí)間2時(shí)40分(馬六甲海峽霹靂島附近)，后來被悄悄修改為1時(shí)30分(馬來西亞與越南雷達(dá)管制交接處)。

2) 馬來西亞方面的信息不公開直接導(dǎo)致馬航370航班搜救工作復(fù)雜化，救援盲目進(jìn)行，使得黃金救援期白白浪費(fèi)掉。

3) 衛(wèi)星導(dǎo)航定位是非常重要的，在此基礎(chǔ)上借助遙感影像可實(shí)現(xiàn)飛機(jī)殘骸或狀態(tài)發(fā)現(xiàn)。

4) 僅僅通過遙感影像分析，不能準(zhǔn)確的尋找到馬航殘骸的具體位置。在衛(wèi)星導(dǎo)航關(guān)閉情況下，只有通過多手段如多普勒效應(yīng)大范圍、雷達(dá)縮小范圍和方位、遙感影像多尺度小范圍，才能實(shí)現(xiàn)有效監(jiān)測(cè)與查找。

5) 空管部門對(duì)二次雷達(dá)的管理機(jī)制需要修改，衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)該作為強(qiáng)制性飛機(jī)定位手段?，F(xiàn)在飛機(jī)可單方面關(guān)閉雷達(dá)應(yīng)答、非強(qiáng)制性裝載衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的缺陷，實(shí)屬本次事故的原因之一。

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晏澤翌男，主要對(duì)飛機(jī)跟蹤及事故搜索方法整理，進(jìn)行對(duì)高效空難搜索與救援方法的研究，并使用envi軟件對(duì)遙感影像進(jìn)行分析。

毛志強(qiáng)男，教授、博士生導(dǎo)師，遙感影像分析、解釋與評(píng)價(jià)。

孫宏峰男，主要從事數(shù)據(jù)信息的收集、整理、提取、分析研究工作。

張孟俠女，主要從事數(shù)據(jù)的后期處理與分析工作。

Efficient Air Crash Search and Rescue Methods Based on Multisource Remote Sensing Images

YAN Zeyi1,MAO Zhiqiang2,SUN Hongfeng1,ZHANG Mengxia3

(1.BeijingHaidianForeignLanguageShiyanSchool,Beijing100095,China;2.ChinaUniversityofPetroleum,Beijing102249,China;3.BeijingHuiwenMiddleSchool,Beijing100061,China)

Abstract:There were many air crashes in 2014. Current urgent and critical issues include (1) to understand how to reduce the probability of air crash, (2) to locate the accident and airplane remains, (3) to provide rescues, and to (4) ensure the safety of the flights. In this paper, we investigated how to track airplanes and how to locate air crashes by using literature searching, website searching, and interviewing experts. In addition, we used MH370 air crash as an example and proposed a possibility of searching the airplane remains. This was done by analyzing data from remote sensing images by ENVI software. Our research provides both theoretical and practical evidence to efficiently locate air crashes and to minimize the financial loss.

Keywords:Air crash; search; rescue; remote sensing; image

作者簡(jiǎn)介

中圖分類號(hào)：P237

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1008-9268(2016)01-0100-06

收稿日期：2015-11-13

doi:10.13442/j.gnss.1008-9268.2016.01.021

聯(lián)系人： 晏澤翌 E-mail: obbie1@163.com