失事马航的精确搜寻

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1、失事航班的精确搜寻问题介绍回想一下那些没有飞到目的地的航班，2009年06月01日法航失踪航班上载有228人在大西洋上失去联系，2014年失联了的马来西亚航班MH370等等，空难已经成为了全世界的传染病，很多国家和地区相继发生了一系列飞机失事的惨剧。在我们悲痛之余，第一要务便是寻找飞机残骸和黑匣子。如果飞机坠入大海，飞机残骸和黑匣子将藏匿于大海里，那将给搜索带来巨大的困难，而我们为了避免这类事情的再次发生，我们必须要找到飞机残骸和黑匣子解开飞机失事的谜底。问题背景飞机是远距离航行的主要交通方式之一

2、，其主要特点是速度快，安全性高。据统计，飞机是汽车、火车、轮船等几种交通方式中事故率最低的交通方式，但是飞机一旦发生事故，乘客的生还几率非常小。据统计，自1948年至今，全球共有80架航班彻底失踪，就这些飞机最后一次与地面联系的位置来看，它们中近六成消失在海上，毫无异议，这些飞机应该是失事了，只是在茫茫大海中找到残骸的难度太大，导致它们的葬身之地成为了永久的谜。而我们要搜索飞机残骸的同时也要找到飞机失事时的黑匣子，黑匣子是飞机专用的电子记录设备之一，它能记录各种飞行参数，供事故分析使用。黑匣子记录

3、的参数包括：飞机停止工作或失事坠毁前半小时的语音对话和两小时的飞行高度、速度、航向、爬升率、下降率、加速情况、耗油量、起落架放收、格林尼治时间、飞机系统工作状况和发动机工作参数等。假设和参数假设：1.假设飞机在发生事故时突然失去动力，考虑飞机在坠落到海表面的过程中，只受空气阻力，飞机升力，自身重力。2.假设飞机的坠落过程中，视为相应的质点的运动过程。（相对于大海的宽阔而言，飞机的大小形状可以忽略）3.假设飞机在坠落到大海表面那一刻，飞行员为了避免黑匣子受到损坏，将黑匣子从飞机内部抛出，并获得一水平

4、速度。5.假设当我们的搜索计划进行时，飞机已经坠落到海床上，成为静止目标。参数：问题分析问题一：对国际上现有的航班进行分类。不同型号参数的飞机运用聚类分析分成三类，聚为一类的飞机可能在失事的原因上，飞机坠落的途径上，以及搜救飞机的选用上有较大的相似性。本文运用spass软件对飞机类型进行k-均值聚类，聚类为三类是最优的结果。问题二：确定飞机的落海区域。想要确定飞机的具体落海点，飞机在飞行的过程中地面雷达将对飞机的高度与速度间断性的监视，间隔期间被称为无线电静默。当飞机离开海岸线时，飞机将通过高频无

5、线电与地面联系，本文建立一个物理模型，飞机失去联系的空中位置（经纬度及高度）我们可以认为是最初确定圆的圆心，我们将考虑空气阻力对飞机的坠落轨迹模拟，最后确定大致的搜索区域。问题三：在已知区域内进行精确搜索当飞机落在坠落在大致的区域内，我们将会派遣搜救飞机进行搜索，由于海上幸存人员的生存能力随着随着遇险事到被确认位置和获得救援之间的时间长度的延长而减小，以及黑匣子有限的生存时间。缩短搜寻时间，开展有计划有步骤的搜寻的重要性非常显著。设定搜寻区域的各分区的搜寻优先次序是海上搜寻计划中不可或缺的一部分。

6、本文利用物理方法和信息手段相结合的方法，对我们已经确定区域不断缩小，最终确定坠机区域。模型建立模型一：聚类分析模型通过查找文献，本文找到目前现役的各种型号的商用飞机的性能参数，并对飞机失事时，其所在高度以及速度，和发动机等一些重要的性能参数对其进行聚类分析，目的在于如果有飞机失事后我们将根据失事飞机所属的类别，为其选定较为适合的搜索方法，进行有效性搜索，其分析过程如下：(1）数据标准化由于所选数据的量纲和数值大小都不一致，数值的变化范围也不同，变量在数量级和计量单位上的差别，从而使得各个变量之间不

7、具有综合性，这时就必须采用某种方法对个变量数值进行标准化处理，或者叫无量纲化处理，解决各数值不具综合的问题。本文在标准化处理上选择了Z标准化方法。即每一变量与其平均值之差除以该变量的标准差。无量纲化后各变量的平均值为0，标准差为1，从而消除量纲和数量级的影响。该方法是目前多变量综合分析中使用最多的一种方法。标准化方法如果有个样本，个样本有个指标，则每个变量可表示为，均值标准方差则标准化后（2）K-均值聚类分析K-均值聚类分析利用距离作为度量个体之间关系紧密程度的指标，并通过指定分类数而求得聚类结果

8、，其步骤如下：(1)选择聚类分析的变量和类数(2)确定k个初始类中心(3)根据距离最近原则进行分类(4)根据聚类终止条件进行迭代最终聚类中心　聚类　123Zscore:PASS.1.39838-.45836.13812Zscore:WINGSPAN1.64669-.64379.58679Zscore:WINGAREA1.68051-.63582.50227Zscore:MAX.LENGTH1.55926-.60477.66020Zscore:MAX.HEIGHT1.48463-.6