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从3月8日马航MH370客机失联至今分分秒秒所发生的，都似小说里的情节让人难以接受。这是现代航空史上大型飞机失踪时间最长的一次，面对谜题，高新技术帮助我们按图索骥，一点点描绘出灾难背后的模糊真相，然而，连连的噩耗却又告诉我们，这一次，现代科技似乎有点捉襟见肘……
波音777被认为是航空制造历史上最值得信赖的器械之一—在信息技术如此发达、航空雷达的监控下竟然凭空消失；为了搜救飞机黑匣子，各国动用了从太空、空中到海上、水下等多个领域的技术手段和高科技装备，高科技舰只、灵巧的超音速飞机、全景卫星、结合了26个国家的资源和技术，展开了一场史无前例的国际大搜索。
在灾难和搜救的背后，哪些本该起到巨大作用的技术却出现了问题? 哪些技术在搜救过程中起到了作用？哪些方面是我们在未来能更好地得以发展以防止悲剧的再次发生的？⋯本期专题，我们从疑问、搜救、以及未来可完善的技术空间三大视角来回顾马航事件给当今现代通信与安全技术应用的现状,短板与发展所带来的启示。
疑问——
为什么移动通信网络不起作用？
的确，目前智能手机已经实现在空中可以通过GSM，CDMA通信技术与地面上的通信信号塔相连接，并且可连接的范围并不小。GSM的信号链接范围可达方圆21英里。
如果是在飞机上，想要实现智能手机与信号塔连接，要求飞机在较低的空中飞行，并且地理位置靠近人口密集的大中型城市才能行得通。
如果是这样的话，根据报道，马航在失联之前飞行的高度为35000左右，确实已经超出了可连接信号范围的两倍之多。
即便根据某些报道所称，MH370客机曾经一度为了雷达讯号降低飞行高度至5000英尺左右，确实达到信号塔连接要求。但是我们从地图可以看到，马航的航线路程中所途径的大部分地区均为低人口密度区域，对于宽带的需求并不如大城市那么巨大。中国移动，Celcom等通讯商在这些地区无法建设足够多的信号塔，这也导致了失联客机无法顺利地与地面的通信信号塔取得联系。
GPS定位系统呢？
也许有人会问，如果电话通信系统无法运作，那么GPS信号呢？很不幸，GPS并不是一个双向通信系统。手机中的GPS芯片可以与卫星通信相连接，通过这块芯片，卫星通信系统可以定位该手机芯片所在的地理为止，但是所有信息均在手机的GPS芯片之中，也就是说，但从卫星上是无法得知手机的为止信息的。
Inflight Wi-Fi：目前大部分航班上未实现网络连接服务
尽管目前大部分航班在飞行过程中仍然会要求乘客关机，并且航班上是无法提供WIFI网络连接的，但是我们知道已经有不少航空公司已经在飞机上提供无线网络了，可惜的是，这项服务还没有得到广泛的应用。
根据ROUTEHAPPY在2013年的一份国际旅游行业调查报告的数据显示，全球仅6.5%的国际航班提供Wi-Fi服务，但值得我们关注的是，仅美国就已经有38%的航班为乘客提供给网络连接功能。所以，让我们十分遗憾，如果马航的飞机上有WIFI，那么也许乘客就能通过社交平台，微博，朋友圈等，为我们提供更多关于这一灾难发生的真相了。
此外。海上没有雷达覆盖，海域搜寻面积过大都造成了搜救的难度。
搜救——
参与MH370搜救的卫星：
点击图片查看大图——图片来源：第一财经周刊
Imarsat 与多普勒效应
前身为国际海事卫星组织的Inmarsat公司为世界各地的用户提供电话和数据服务，便携式或移动式终端能够通过Inmarsat的10颗同步通信卫星与地面站进行通信。Inmarsat的网络可以为政府、援助机构、媒体和企业等在缺乏可靠地面网络的偏远地区提供通信服务。
通过已知的卫星位置、ping信号的发送和返回时间以及仰角信息，Inmarsat计算出一个以接收到信号的卫星地球投射点为圆心，半径为8000公里左右的圆形。在考虑到航班的实际载油量、飞行时间以及由两者共同决定的最大飞行距离，并减去多国雷达已经监测过的范围后，最终推测出南北两条MH370最后可能的飞行区域弧形区域：一条经印度尼西亚至南印度洋，一条自泰国北部至哈萨克斯坦和土库曼斯坦边境。
基于多普勒效应，Inmarsat和英国航空事故调查局（AAIB）通过分析将MH370的最后飞行路线锁定在南部线路，即南印度洋。
基于多普勒效应，Inmarsat和AAIB在波音公司和行业专家等的协助下，将MH370的飞行路线锁定在南印度洋。这同时也意味着飞机远离了可能的着陆地点，最终坠入了南印度洋。
多普勒效应是指由于波源与观察者之间的相对速度造成的波的频率的变化，即由于波源和观察者之间有相对运动，使观察者感到频率发生变化的现象。如果二者相互接近，观察者接收到的频率增大；如果二者远离，观察者接收到的频率减小。这种波可以是光波，也可以是声波。音调的变化同声源与观测者间的相对速度和声速的比值有关。这一比值越大，改变就越显著。如一列火车从身边驶过时，火车从远到近的过程中，汽笛声变响，音调变尖，而从近而远的过程里汽笛声变弱，音调变低。
由于在吉隆坡机场和早前的飞行阶段MH370发送过几次信息，而且目前飞机的大概飞行区域和卫星的位置都是已确定，所以可以计算出飞机、卫星和地面站的数据关系。地面站记录了每次“握手”的脉冲频率，在数据关系和卫星地点已知的情况下，再考虑到飞机的性能就可以判断出两条弧形线路上最符合频率偏移的地点。如图所示，蓝色的线是测量到的MH370频率偏移的情况；绿色的线是预测的南部路线频率偏移的情况，它与6次“握手”中测量到的实际数据显示出密切的相关性；红色的线预测的北部路线频率偏移的情况，与实际数据不存在相关性。
img source: BBC
DigitalGlobe与众志成城的众包搜救平台
同样加入寻找飞机与搜救的还有来自美国的商用高分辨率地球影像产品及服务供应商DigitalGlobe。
此前澳大利亚政府发布声明宣称发现疑似残骸的卫星图像，正是来自于这家全球最大的卫星影像提供商。在收购知名的地理空间信息供应商GeoEye之后，美国政府3／4的卫星图像均购买自DigitalGlobe。
为了响应MH370失联事件，DigitalGlobe启动了应急服务项目FirstLook，对于时间要求严苛的突发事件，该服务可以通过网络快速提供事发前后的卫星影像。2014年年初，DigitalGlobe的卫星就曾在南苏丹冲突最严重的时候纪录了战乱对民众的影响。
但是，广阔的搜索面积和紧迫的时间，让我们单凭卫星影像来进行搜救已完全不足以应付。DigitalGlobe决定采用众包的方式来寻找飞机。
3月9日当天，DgitalGlobe把超过3200平方公里的卫星影像全部上载到了Tomnod众包平台，建立了志愿者众包寻找失踪马航飞机的项目，试图加快救援进程。
在进入Tomnod网站后，它会给志愿者适当的引导，比如告诉他们海面的浮油在卫星地图中的样子。Tomnod还提供了一些基本的符号来帮助志愿者快速标记可疑物体的类型，比如油罐标识、飞机标识等。除此之外，志愿者也可以根据自己的判断对其他人的标记结果做出“赞成”或者“反对”的评价。
截至3月27日，针对MH370可能坠毁的南印度洋海域，DigitalGlobe最新上传了超过20万平方公里的影像到Tomnod平台。DigitalGlobe会对志愿者在卫星影像中同一地点进行标记的次数进行统计，一旦有足够多的人已经标记了这块图像，Tomnod的专业团队就会从光谱分析、图像加强等方面对这块地区进行审查确认，统计出排在前十位的最为可疑的地区，并与相关政府机构共享信息。
根据DigitalGlobe提供的数据，自MH370搜寻工作被放上Tomnod的4天时间内，已经有超过170万特征点被标记，26.5万注册用户，地图浏览量超过1.9亿人次。而截至3月19日，注册用户已经几近翻倍达到48.5万人，地图浏览量翻了3倍超过4.8亿次，众包参与者人数则达到630万。
自2013年被DigitalGlobe收购以来，Tomnod平台已经参与了美国爱达荷州轻型飞机失事搜救和俄克拉荷马州龙卷风等多起自然及人为灾害的应急响应和灾后重建工作。尽管目前MH370航班在卫星影像方面仍然没有太大的进展，但DigitalGlobe的努力确实有针对性地排除了大片海洋卫星影像，帮助政府有效地减少了需要搜索的面积。
当然，除了卫星通信系统之外，各国也出动了各种海上与空中搜救措施，包括美国排除的水下机器人。
未来——
有人说，这次马航的灾难是一次对于现代航空通信技术和航海搜救技术的一次重大考验，通信技术应用的落后，搜救技术的无奈，都是血淋淋的教训。未来，我们可以从哪些技术着手，去弥补和改进技术应用的不足？
更完善的定位技术
正如上文中提到的GPS定位技术存在的疑问，GPS系统属于飞机在飞行过程中确定自身位置的技术，这些技术无法帮助旁人找到飞机的确切位置，当然也就不可能通过GPS等导航技术来确定MH370的精确位置。
实际上，失踪的MH370波音777客机上装载有ASD-B系统——这是目前最先进的民航数据传输系统，它每隔几分钟就会将飞机全方位的地理位置信息发至空中交通管制中心。但问题在于，失去联络前，MH370未有任何通报飞机出现异常，马来西亚军方的雷达跟踪到空中有物体在飞行，但几分钟后，飞行物体的信号消失”，可能出现的情况之一就是，驾驶员主动关掉信号。因此，马航事件也给整个航空业提醒：飞机上必须安装禁止人员修改的数据设备，并将数据实时传送个卫星，告知自己的真正位置。
更高精度的卫星图像识别技术
在这几天的搜救过程中，各国卫星曾多次发现疑似残骸的神秘图像，但绝大部分最终都被一一否决。目前，美国最好的间谍卫星分辨率已经达到0.1米，能够看到一顶漂浮的帽子，一些民用卫星分辨率也达到了0.4米左右。但是海上的漂浮物大多形状不一，目前还没有很好的识别软件来识别这些目标，而且海上各种船只、漂浮物乃至海浪，都可能极大影响图像判读。
从目前应用在移动设备上的软件来看，现在的识别技术具备一定的精准度，或许这些图像识别技术，未来也将应用到卫星身上。
多层次的通讯系统
有航空业人士指出，马航失联事件表明，全球航空业的数据通信、数据备份技术实在太落伍，今天的航空业，仍在使用上个世纪70年代的落后技术！
未来我们或许可以在飞机上看到一个多层次的通信系统：全数字化数据传输，空对地，地对空，信息传送，以及当前依赖于模拟无线电通信的航迹系统。该系统涉及到硬件、软件、改善网络的整合，由传输网络、先进飞行通讯系统和卫星线路构成。
可实时报告飞行状况的软件
3月，《华盛顿邮报》称，马航客机失踪良久而无法确定失踪范围，原因之一就是该航空公司没有花钱，为每架航机更新升级价值10美元、可源源不绝提供关键资料的电脑软件——Swift系统。
Swift系统的工作原理与智能手机向卫星发送数据的原理相似：飞机通信寻址与报告系统（ACARS）就好比是手机上的一款应用。当ACARS被关闭的时候，Swift还可以继续工作。如果将Swift设置成追踪引擎数据，那些数据就会向外发送。只要飞机还在运行，Swift就会一直工作下去。
如果MH370使用的Swift系统经过升级，那么不管雷达收发机和ACARS是否能够正常工作，它都可以发出有关引擎性能、燃油消耗量、飞行速度、飞行高度和飞行方向等重要信息。
无人机自动驾驶技术
或许很多人都认为，现代化的飞机凭借其智能化和自动化，完全可以实现全自动飞行，并且可以避免恐怖分子潜入的危险。但是，无人机可以替代飞行员的说法这并不确切。某些情况下，自动化可以减轻飞行员的工作负担。但如果当自动化系统并不适用时，使用它反而会增加工作负担。飞行员应该知道怎样合理地使用何种级别的自动化水平。
计算机只能按照人的指令执行操作，不管飞行员是用双手还是在技术的帮助下飞行，从根本上讲还是靠他们的大脑来飞，他们要对外部的实际情况如飞机、环境等保有准确的“情景意识”，要随时运用多年积累的经验、知识和技术来迅速考量，权衡他们所掌握的一切以及他们未知的事情。
当然，如果无人机驾驶技术能够达到更为先进的程度，拥有更高级的情境识别感知技能，或许可以完美解决这些顾虑。但是，这依然取代不了飞行员的必要性。在飞行过程中，飞行员的重要性体现在，他是一名管理者。作为一名管理者，在机器的自动运行当中，永远是由人来决定什么时候用自动化设备来减轻当下的工作负担，用计算机给予飞机指令来代替飞行员的双手。
结语——
快速发展的科技使空中旅行越来越安全、方便，但是技术应用本身也是个存在着颇多争议的双刃剑。如果更好地维持人类生活，人身安全与高新科技的合理应用，为人类生活所需，形成一个和谐平衡的生态机制永远是一个值得我们去努力探讨的命题。或许，马航事件是一次清醒的警钟和清楚的注解。
参考资料来源：
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