Google používá miliony chytrých telefonů k mapování ionosféry Země a ke zlepšení GPS
Google používá miliony chytrých telefonů k mapování ionosféry Země a ke zlepšení GPS
Vědci poprvé použili údaje o reálném čase přibližně 40 milionů mobilních telefonů k mapování podmínek v ionosféře - oblast horní atmosféry, ve které jsou ionizovány některé molekuly vzduchu. Takové signály crowdsourcet by mohly zlepšit satelitní navigaci, zejména v regionech světa, kde jsou údaje jinak vzácné, jako je Afrika, Jižní Amerika a jižní Asie.Studie proveditelnosti týmu Google byla zveřejněna 13. listopadu v časopise Nature 1 .
"Jedná se o úžasný datový záznam," říká Anthea Coster, atmosférický fyzik v Massachusetts Institute of Technology v Cambridge. "Kartu dokončí značně v oblastech, kde naléhavě potřebujeme více informací."
Údaje o mobilních telefonech by mohly v některých oblastech snížit chyby GPS o 10–20% a ještě více v nedostatečně zásobovaných regionech, odhaduje Ningbo Wang, atmosférický fyzik v Aerospace Information Research Institute čínské akademie věd v Pekingu. I při úpravách zůstává porucha způsobená ionosférou výzvou, zejména během slunečních bouří, které vyvolávají nerovnoměrné podmínky v ionosféře. "Představené výsledky jsou opravdu působivé."
duální vazy
V případě částečné ionizace vzduchu se volně pohyblivé elektrony snadno zpomalují a ovlivňují rádiové signály, které se dostanou na Zemi z GPS a dalších navigačních satelitů. To může ovlivnit časovou synchronizaci na úrovni nanosekundu, kterou satelitní navigační zařízení používají k určení jejich umístění. To má potenciálně závažné účinky na přistání letadel a autonomní vozidla.
Mapy v reálném čase hustoty těchto elektronů se často používají k opravě fluktuací v ionosféře. Inženýři vytvářejí karty pomocí dat z příjmových stanic založených na podlaze, které mohou rozpoznat časy příchodu dvou různých frekvencí rádiových vln, které obdrží stejný satelit. Elektrony v ionosféře pomalu nízkofrekvenční vlny více než vysokou frekvence, například nanosekunda. Tento rozdíl poskytuje informace o hustotě elektronů, kterými vlna prošla na cestě k příjemci.
Bez těchto oprav by GPS by byl GPS asi 5 metrů nepřesných a během slunečních bouří by desítkami metrů, pokud by pozvané částice zvýšily hustotu elektronů ze slunce. Mnoho regionů světa však chybí recepční stanice založené na podlaze, aby tyto karty vytvořily.
šumové pozadí
Ačkoli ne všechna navigační zařízení mohou pracovat s několika frekvencemi, moderní telefony to často dělají. Podle Briana Williamsa, počítačového vědce společnosti Google v Mountain View v Kalifornii a spoluautora studie, nebyly telefonické senzory dříve považovány za praktické pro mapování ionosféry. Je to proto, že data mobilních telefonů jsou mnohem podrobnější než konkrétně rozvinutá vědecká recepční zařízení, zejména proto, že dostávají signály pouze občas a rozhlasové vlny v městských oblastech se odrážejí na blízkých budovách.
Tým Google byl částečně úspěšný díky velkému počtu získaných dat. „Když se kombinuje velká množství, zvuky jsou kompenzovány a stále získáte jasný signál,“ říká Williams. "Je to, jako by v každém městě, ve kterém jsou telefony, existuje vědecká dozorová stanice."
Každý, kdo má telefon Android a umožňuje Googlu shromažďovat data senzorů ke zlepšení přesnosti polohy, byl schopen přispět ke studii. Údaje však byly agregovány tak, aby nebyla identifikována jednotlivá zařízení, vysvětluje společnost.
Williams vysvětluje, že se již pracuje pomocí této technologie ke zlepšení přesnosti polohy pro uživatele Androidu. Data by však měla být také užitečná pro vědecké studie v horní atmosféře Země. Karta již odhalila bubliny v ionizovaném plynu, známém jako plazma, o Jižní Americe, které nebyly dříve podrobně pozorovány.
Abychom skutečně využili vědy, musí Google publikovat data, říká Coster, který pracuje na Madrigal Database, což je komunitní zdroj pro geoprostorová data, která kombinuje ionosférická data tisíců pozemních stanic. Mluvčí společnosti Google informoval tým Nature News, že data za studií jsou zveřejňována společně s článkem, ale v současné době neexistují žádné plány na poskytování nových dat v reálném čase.
Vědci pracují na používání jiných smartphonů jinými způsoby. Systém Android Erdbiebenwarn Google v roce 2020 ukázal, jak senzory zrychlení v chytrých telefonech lidí rozpoznávají zemětřesení a varují ostatní, které by mohly být stále ovlivněny. Uživatelé Apple mají přístup k aplikaci, která používá podobnou technologii.
Doposud vědci považovali telefony za koncové uživatele navigačních služeb, říká Wang. Tento obrácení k použití telefonních dat jako vstupních dat je „nové území“, říká. "Tato studie znamená vzrušující změnu."