تستخدم Google ملايين الهواتف الذكية لرسم خريطة للأيونات الأرضية وتحسين GPS

تستخدم Google ملايين الهواتف الذكية لرسم خريطة للأيونات الأرضية وتحسين GPS

تم نشر دراسة الجدوى لفريق Google في 13 نوفمبر في مجلة Nature 1 .

"إنه سجل بيانات مذهل" ، كما يقول أنثيا كوزستر ، عالم الفيزياء في الغلاف الجوي في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا في كامبريدج. "إنه يكمل البطاقة بشكل كبير في المناطق التي نحتاج فيها بشكل عاجل إلى مزيد من المعلومات."

يمكن أن تقلل بيانات الهواتف المحمولة من أخطاء GPS في بعض المناطق بنسبة 10-20 ٪ وأكثر في المناطق التي يعانون من نقص التناوب ، وتقدر نينغبو وانغ ، فيزيائي في الغلاف الجوي في معهد أبحاث المعلومات الجوي التابعة للأكاديمية الصينية للعلوم في بكين. حتى مع التعديلات ، لا يزال الاضطراب الناجم عن أيونوسفير يمثل تحديًا ، خاصة خلال العواصف الشمسية التي تؤدي إلى ظروف غير متساوية في الأيونوسفير. "النتائج المقدمة رائعة حقًا."

الأربطة المزدوجة

في حالة التأين الجزئي للهواء ، تبطئ الإلكترونات المنقولة بحرية بسهولة وتؤثر على إشارات الراديو التي تصل إلى الأرض من GPS وغيرها من أقمار التنقل. يمكن أن يؤثر ذلك على المزامنة الزمنية على مستوى النانو ثانية ، والتي تستخدمها أجهزة التنقل عبر الأقمار الصناعية لتحديد مواقعها. هذا له آثار خطيرة محتملة على هبوط الطائرات والمركبات ذاتية الحكم.

تُستخدم خرائط الوقت الحقيقية لكثافة هذه الإلكترونات لتصحيح التقلبات في الأيونوسفير. يقوم المهندسون بإنشاء البطاقات باستخدام بيانات من محطات الاستقبال المستندة إلى الأرضية والتي يمكنها التعرف على أوقات وصول الترددين المختلفين لموجات الراديو التي تلقاها نفس القمر الصناعي. الإلكترونات في الأيونوسفير تبطئ أمواج التردد أكثر من التردد العالي ، على سبيل المثال نانو ثانية. يوفر هذا الاختلاف معلومات حول كثافة الإلكترونات التي من خلالها تم خلالها الموجة في الطريق إلى المستلم.

بدون هذه التصحيحات ، سيكون GPS حوالي 5 أمتار غير دقيق وخلال العواصف الشمسية بعشرات الأمتار إذا زادت الجزيئات المدعومة من كثافة الإلكترون من الشمس. لكن العديد من مناطق العالم تفتقد محطات الاستقبال المستندة إلى الأرضية لإنشاء هذه البطاقات.

خلفية الضوضاء

على الرغم من أنه لا يمكن أن تعمل جميع أجهزة التنقل مع العديد من الترددات ، فإن الهواتف الحديثة غالباً ما تفعل ذلك. وفقًا لبرايان ويليامز ، عالم الكمبيوتر في Google في ماونتن فيو ، كاليفورنيا ، ومؤلف الدراسة ، لم تكن مستشعرات الهاتف تعتبر عملية من قبل أن يرسم الخريطة الأيونوسفير. وذلك لأن بيانات الهواتف المحمولة أكثر تسممًا من أجهزة الاستقبال العلمية المطورة على وجه التحديد ، خاصةً لأنها تتلقى فقط إشارات بشكل متقطع وتنعكس موجات الراديو في المناطق الحضرية في المباني القريبة.

كان فريق Google ناجحًا جزئيًا بفضل العدد الكبير من البيانات التي تم الحصول عليها. يقول وليامز: "عندما يتم دمج كميات كبيرة ، يتم تعويض الضوضاء عنك وما زلت تحصل على إشارة واضحة". "يبدو الأمر كما لو أن هناك محطة مراقبة علمية في كل مدينة تكون فيها الهواتف".

أي شخص لديه هاتف Android ويسمح لـ Google بجمع بيانات المستشعر لتحسين دقة الموقع تمكن من المساهمة في الدراسة. ومع ذلك ، تم تجميع البيانات بحيث لا يمكن تحديد الأجهزة الفردية ، كما توضح الشركة.

Williams أنه يتم عمله بالفعل على استخدام هذه التكنولوجيا لتحسين دقة الموقع لمستخدمي Android. ولكن يجب أن تكون البيانات مفيدة أيضًا للدراسات العلمية في الغلاف الجوي العلوي للأرض. كشفت البطاقة بالفعل عن فقاعات في الغاز المؤين ، والمعروفة باسم البلازما ، حول أمريكا الجنوبية التي لم يتم ملاحظتها من قبل بالتفصيل.

يعمل الباحثون على استخدام الهواتف الذكية الأخرى بطرق أخرى. أظهر نظام Google Android erdbiebenwarn في عام 2020 كيف يتعرف أجهزة استشعار التسارع في الهواتف الذكية للأشخاص على الزلازل ويحذرون الآخرين الذين لا يزالون يتأثرون. يمكن لمستخدمي Apple الوصول إلى تطبيق يستخدم تقنية مماثلة.

حتى الآن ، اعتبر العلماء الهواتف كمستخدمين نهائيين لخدمات التنقل ، كما يقول وانغ. هذا الانعكاس لاستخدام بيانات الهاتف لأن بيانات الإدخال هي "منطقة جديدة" ، كما يقول. "هذه الدراسة تمثل تغييرًا مثيرًا."

1. Smith ، J. et al. Nature 635 ، 365–369 (2024).

تنزيل المراجع