Google използва милиони смартфони, за да картографира йоносферата на Земята и да подобри GPS

Google използва милиони смартфони, за да картографира йоносферата на Земята и да подобри GPS

За първи път изследователите са използвали данни в реално време от около 40 милиона мобилни телефона, за да картографират условията в йоносферата-област на горната атмосфера, където някои въздушни молекули са йонизирани. Подобни сигнали, които са в крак, може да подобри сателитната навигация, особено в регионите на света, където иначе данните са оскъдни, като Африка, Южна Америка и Южна Азия.

Проучването за осъществимост на екипа на Google е публикувано на 13 ноември в списанието Nature 1.

„Това е невероятен набор от данни“, казва Антеа Костер, атмосферна физика в Масачузетския технологичен институт в Кеймбридж. „Той значително завършва картата в области, в които спешно се нуждаем от повече информация.“

Данните от мобилните телефони могат да намалят GPS грешките с 10-20% в някои области и още повече в недооценените региони, изчислява Ningbo Wang, атмосферен физик в Института за аерокосмически информационни изследвания на Китайската академия на науките в Пекин. Дори и при корекции, йоносферното прекъсване остава предизвикателство, особено по време на слънчеви бури, които предизвикват петнали условия в йоносферата. „Представените резултати са наистина впечатляващи.“

Двойни групи

Когато въздухът е частично йонизиран, свободно движещите се електрони се забавят леко и влияят на радиосигналите, които идват на земята от GPS и други навигационни спътници. Това може да повлияе на времевата синхронизация на наносекунда на ниво, използвана от сателитните навигационни устройства за определяне на техните местоположения. Това има потенциално сериозни последици за кацане на самолети и автономни превозни средства.

Картите в реално време на плътността на тези електрони често се използват за коригиране на колебанията в йоносферата. Инженерите създават картите, използвайки данни от наземни получаващи станции, които могат да открият времето за пристигане на две различни честоти на радиовълни, получени от един и същ сателит. Електроните в йоносферата забавят нискочестотните вълни повече от високочестотните, с около наносекунда. Тази разлика предоставя информация за плътността на електроните, през която вълната преминава по пътя си към приемник.

Без тези корекции GPS би бил неточен с около 5 метра и от десетки метра по време на слънчеви бури, когато заредените частици от слънцето увеличават плътността на електрон. Но на много региони на света нямат наземни получаващи станции за създаване на тези карти.

фонов шум

Въпреки че не всички навигационни устройства могат да работят с множество честоти, съвременните телефони често правят. Според Брайън Уилямс, компютърен учен от Google в Mountain View, Калифорния, и съавтор на проучването, сензорите за телефон не се считат за практически за картографиране на йоносферата. Това е така, защото данните от мобилните телефони са много по -шумни от тези от специално проектирани научни устройства за получаване, особено защото те получават само периодично сигнали и радиовълните се отразяват на близките сгради в градските райони.

Екипът на Google беше успешен отчасти благодарение на голямото количество, което получиха. „Когато се комбинират големи количества, шумовете се отменят и все още получавате ясен сигнал“, казва Уилямс. „Сякаш във всеки град има научна станция за мониторинг, където има телефони.“

Всеки, който притежава телефон с Android и позволява на Google да събира сензорни данни, за да подобри точността на местоположението, може да допринесе за изследването. Данните обаче бяха агрегирани, така че отделните устройства не могат да бъдат идентифицирани, обяснява компанията.

Уилямс обяснява, че вече е в ход работата, за да се използва тази техника за подобряване на точността на местоположението за потребителите на Android. Но данните трябва да бъдат полезни и за научни изследвания на горната атмосфера на Земята. Картата вече разкри балони в йонизиран газ, известни като плазма, над Южна Америка, които преди това не са били наблюдавани подробно.

За да се възползва наистина от науката, Google трябва да публикува данните, казва Костер, който работи в базата данни на Madrigal, съвместен ресурс за геопространствени данни, който обединява йоносферни данни от хиляди наземни станции. Говорител на Google каза пред Nature's News Team, че данните зад проучването ще бъдат публикувани заедно със статията, но в момента няма планове за предоставяне на нови данни в реално време.

Изследователите работят върху използването на други сензори за смартфони по различни начини. Системата за предупреждение за земетресение в Google през 2020 г. показа как акселерометри в смартфоните на хората могат да открият земетресения и да предупредят други, които все още могат да бъдат засегнати. Потребителите на Apple имат достъп до приложение, което използва подобна технология.

Досега учените разглеждаха телефоните като крайни потребители на навигационни услуги, казва Уанг. Това обръщане за използване на телефонни данни като входни данни е „неизследвана територия“, казва той. „Това проучване бележи вълнуваща промяна.“

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

   Google Учен

Изтеглете референции