Google používá miliony chytrých telefonů k mapování ionosféry Země a zlepšení GPS

Google používá miliony chytrých telefonů k mapování ionosféry Země a zlepšení GPS

Poprvé vědci použili data v reálném čase z přibližně 40 milionů mobilních telefonů k mapování podmínek v ionosféře-oblasti horní atmosféry, kde jsou některé molekuly vzduchu ionizovány. Tyto signály s davem 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.

"Je to úžasný soubor dat," říká Anthea Coster, atmosférický fyzik v Massachusetts Institute of Technology v Cambridge. "Významně dokončuje mapu v oblastech, kde naléhavě potřebujeme více informací."

Údaje o mobilním telefonu by mohly v některých oblastech snížit chyby GPS o 10–20% a ještě více v nedostatečně obsluhovaných regionech, odhaduje Ningbo Wang, atmosférický fyzik v Institutu pro výzkum informací o leteckém průzkumu Čínské akademie věd v Pekingu. Ionosférické narušení zůstává inosférickou narušením, zejména při solárních bouřích, které vyvolávají nerovnoměrné podmínky v ionosféře. "Představené výsledky jsou opravdu působivé."

Duální pásma

Když je vzduch částečně ionizován, volně se pohybující elektrony mírně zpomalují a ovlivňují rádiové signály, které přicházejí na Zemi z GPS a dalších navigačních satelitů. To může ovlivnit časovou synchronizaci na nanosekundové úrovni používanou satelitními navigačními zařízeními k určení jejich umístění. To má potenciálně závažné důsledky pro přistání letadel a autonomní vozidla.

Mapy hustoty těchto elektronů v reálném čase se často používají k opravě kolísání ionosféry. Inženýři vytvářejí mapy pomocí dat z pozemních přijímacích stanic, které mohou detekovat časy příchodu dvou různých frekvencí rádiových vln přijatých ze stejného satelitu. Elektrony v ionosféře zpomalují nízkofrekvenční vlny více než vysokofrekvenční vlny asi o nanosekundu. Tento rozdíl poskytuje informace o hustotě elektronů, kterými vlna prošla na cestu do přijímače.

Bez těchto korekcí by GPS byl nepřesný asi 5 metrů a o desítky metrů během slunečních bouří, když nabité částice ze slunce zvyšují hustotu elektronů. Mnoho regionů světa však postrádá přijímací stanice založené na pozemních pozemcích, aby tyto mapy vytvořily.

hluk na pozadí

Ačkoli ne všechna navigační zařízení mohou pracovat s více frekvencemi, moderní telefony často dělají. Podle Briana Williamsa, počítačového vědce společnosti Google v Mountain View v Kalifornii a spoluautor studie, nebyly telefonické senzory dříve považovány za praktické pro mapování ionosféry. Je to proto, že data z mobilních telefonů jsou mnohem hlučnější než data ze speciálně navržených vědeckých přijímacích zařízení, zejména proto, že dostávají pouze signály občas a rozhlasové vlny se odrážejí mimo nedaleké budovy v městských oblastech.

Tým Google byl zčásti úspěšný díky velkému množství dat, které obdrželi. "Když jsou kombinovány velké množství, zvuky se zruší a stále získáte jasný signál," říká Williams. "Je to, jako by v každém městě je vědecká monitorovací stanice, kde jsou telefony."

Každý, kdo vlastní telefon Android a umožňuje Googlu shromažďovat data senzorů ke zlepšení přesnosti polohy, by mohl přispět ke studii. Data však byla agregována, takže společnost nelze identifikovat jednotlivá zařízení, vysvětluje společnost.

Williams vysvětluje, že práce již probíhá k použití této techniky ke zlepšení přesnosti polohy pro uživatele Androidu. Údaje by však měly být také užitečné pro vědecké studie horní atmosféry Země. Mapa již odhalila bubliny v ionizovaném plynu, známém jako plazma, přes Jižní Ameriku, které nebyly dříve podrobně pozorovány.

Aby Google skutečně prospěl vědě, musí publikovat data, říká Coster, který pracuje na Madrigal Database, kolaborativním zdroji geospatiálních dat, který sdružuje ionosférická data z tisíců pozemních stanic. Mluvčí společnosti Google řekl zpravodajskému týmu Nature, že data za studií budou zveřejněna vedle článku, ale v současné době neexistují žádné plány na poskytování nových údajů v reálném čase.

Vědci pracují na používání dalších senzorů smartphonů různými způsoby. Systém varování před zemětřesením Android v roce 2020 ukázal, jak by akcelerometry v chytrých telefonech lidí mohly detekovat zemětřesení a varovat ostatní, kteří by mohli být stále ovlivněni. Uživatelé Apple mají přístup k aplikaci, která používá podobnou technologii.

Až dosud vědci považovali telefony za koncové uživatele navigačních služeb, říká Wang. Tento obrácení k použití telefonních dat jako vstupních dat je „nezmapované území“, říká. "Tato studie znamená vzrušující posun."

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

   Google Scholar

Stáhnout odkazy