Η Google χρησιμοποιεί εκατομμύρια smartphones για να χαρτογραφήσει την ιονόσφαιρα της Γης και να βελτιώσει το GPS

Η Google χρησιμοποιεί εκατομμύρια smartphones για να χαρτογραφήσει την ιονόσφαιρα της Γης και να βελτιώσει το GPS

Για πρώτη φορά, οι ερευνητές έχουν χρησιμοποιήσει δεδομένα σε πραγματικό χρόνο από περίπου 40 εκατομμύρια κινητά τηλέφωνα για να χαρτογραφήσουν τις συνθήκες στην ιονόσφαιρα-μια περιοχή της ανώτερης ατμόσφαιρας όπου ιονισμένα ορισμένα μόρια αέρα. Τέτοια σήματα με crowdsourced θα μπορούσαν να βελτιώσουν τη δορυφορική πλοήγηση, ιδιαίτερα σε περιοχές του κόσμου όπου τα δεδομένα είναι διαφορετικά σπάνια, όπως η Αφρική, η Νότια Αμερική και η Νότια Ασία.

Η μελέτη σκοπιμότητας της ομάδας Google δημοσιεύθηκε στις 13 Νοεμβρίου στο περιοδικό Nature 1.

"Είναι ένα εκπληκτικό σύνολο δεδομένων", λέει ο Anthea Coster, ατμοσφαιρικός φυσικός στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης στο Cambridge. "Ολοκληρώνει σημαντικά τον χάρτη σε περιοχές όπου χρειαζόμαστε επειγόντως περισσότερες πληροφορίες."

Τα δεδομένα κινητού τηλεφώνου θα μπορούσαν να μειώσουν τα σφάλματα GPS κατά 10-20% σε ορισμένες περιοχές και ακόμη περισσότερο σε περιοχές που δεν καλύπτονται, εκτιμά ο Ningbo Wang, ένας ατμοσφαιρικός φυσικός στο Ινστιτούτο Έρευνας Αεροδιαστημικών Πληροφοριών της κινεζικής Ακαδημίας Επιστημών στο Πεκίνο. Ακόμη και με τις προσαρμογές, η ιονοσφαιρική διαταραχή παραμένει μια πρόκληση, ιδιαίτερα κατά τη διάρκεια των ηλιακών καταιγίδων που προκαλούν συνθήκες στο ιονόσφαιρα. "Τα αποτελέσματα που παρουσιάζονται είναι πραγματικά εντυπωσιακά."

Διπλές ζώνες

Όταν ο αέρας είναι μερικώς ιονισμένος, τα ελεύθερα κινούμενα ηλεκτρόνια επιβραδύνουν ελαφρώς και επηρεάζουν τα ραδιοφωνικά σήματα που έρχονται στη γη από GPs και άλλους δορυφόρους πλοήγησης. Αυτό μπορεί να επηρεάσει τον χρονικό συγχρονισμό σε επίπεδο νανοδευτερόλεπτα που χρησιμοποιείται από τις δορυφορικές συσκευές πλοήγησης για τον προσδιορισμό των θέσεων τους. Αυτό έχει δυνητικά σοβαρές επιπτώσεις για τις προσγειώσεις των αεροσκαφών και τα αυτόνομα οχήματα.

Οι χάρτες σε πραγματικό χρόνο της πυκνότητας αυτών των ηλεκτρονίων χρησιμοποιούνται συχνά για να διορθωθούν οι διακυμάνσεις της ιονόσφαιρας. Οι μηχανικοί δημιουργούν τους χάρτες χρησιμοποιώντας δεδομένα από εδάφους σταθμούς λήψης που μπορούν να ανιχνεύσουν τους χρόνους άφιξης δύο διαφορετικών συχνοτήτων ραδιοκύματος που λαμβάνονται από τον ίδιο δορυφόρο. Τα ηλεκτρόνια στα ιονόσφαιρα επιβραδύνουν τα κύματα χαμηλής συχνότητας περισσότερο από τα υψηλής συχνότητας, περίπου από ένα νανοδευτερόλεπτο. Αυτή η διαφορά παρέχει πληροφορίες σχετικά με την πυκνότητα των ηλεκτρονίων μέσω των οποίων το κύμα πέρασε στο δρόμο του σε έναν δέκτη.

Χωρίς αυτές τις διορθώσεις, οι GPs θα ήταν ανακριβείς κατά περίπου 5 μέτρα και κατά δεκάδες μέτρα κατά τη διάρκεια των ηλιακών καταιγίδων, όταν τα φορτισμένα σωματίδια από τον ήλιο αυξάνουν την πυκνότητα ηλεκτρονίων. Αλλά πολλές περιοχές του κόσμου δεν διαθέτουν τους σταθμούς παραλαβής που βασίζονται σε εδάφους για να δημιουργήσουν αυτούς τους χάρτες.

φόντο θόρυβος

Αν και δεν μπορούν να λειτουργούν όλες οι συσκευές πλοήγησης με πολλαπλές συχνότητες, συχνά κάνουν τα σύγχρονα τηλέφωνα. Σύμφωνα με τον Brian Williams, επιστήμονα υπολογιστών στο Google στο Mountain View της Καλιφόρνια και συν-συγγραφέα της μελέτης, οι αισθητήρες τηλεφώνου δεν θεωρήθηκαν προηγουμένως πρακτικοί για τη χαρτογράφηση της ιονόσφαιρας. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι τα δεδομένα από τα κινητά τηλέφωνα είναι πολύ πιο θορυβώδη από αυτά από ειδικά σχεδιασμένες επιστημονικές συσκευές λήψης, ιδιαίτερα επειδή λαμβάνουν μόνο σήματα διαλείπουσα και τα ραδιοκύματα αντανακλώνται από τα κοντινά κτίρια σε αστικές περιοχές.

Η ομάδα Google ήταν επιτυχής εν μέρει χάρη στο μεγάλο ποσό των δεδομένων που έλαβαν. "Όταν συνδυάζονται μεγάλα ποσά, οι θόρυβοι ακυρώνονται και εξακολουθείτε να έχετε ένα σαφές σήμα", λέει ο Williams. "Είναι σαν να υπάρχει ένας επιστημονικός σταθμός παρακολούθησης σε κάθε πόλη όπου υπάρχουν τηλέφωνα."

Όποιος κατέχει ένα τηλέφωνο Android και επιτρέπει στην Google να συλλέγει δεδομένα αισθητήρων για να βελτιώσει την ακρίβεια της θέσης θα μπορούσε να συμβάλει στη μελέτη. Ωστόσο, τα δεδομένα συγκεντρώθηκαν, ώστε να μην μπορούν να εντοπιστούν μεμονωμένες συσκευές, εξηγεί η εταιρεία.

Ο Williams εξηγεί ότι η εργασία βρίσκεται ήδη σε εξέλιξη για να χρησιμοποιήσει αυτή την τεχνική για τη βελτίωση της ακρίβειας της θέσης για τους χρήστες Android. Αλλά τα δεδομένα θα πρέπει επίσης να είναι χρήσιμα για επιστημονικές μελέτες της ανώτερης ατμόσφαιρας της Γης. Ο χάρτης έχει ήδη αποκαλύψει φυσαλίδες σε ιονισμένο αέριο, γνωστό ως πλάσμα, πάνω από τη Νότια Αμερική που δεν έχουν παρατηρηθεί λεπτομερώς.

Για να ωφελήσει πραγματικά την επιστήμη, η Google πρέπει να δημοσιεύσει τα δεδομένα, λέει ο Coster, ο οποίος εργάζεται στη βάση δεδομένων Madrigal, έναν συνεργατικό πόρο γεωχωρικού δεδομένων που συγκεντρώνει ιονοσφαιρικά δεδομένα από χιλιάδες σταθμούς εδάφους. Ένας εκπρόσωπος της Google είπε στην ομάδα News News ότι τα δεδομένα πίσω από τη μελέτη θα δημοσιευθούν παράλληλα με το άρθρο, αλλά επί του παρόντος δεν υπάρχουν σχέδια για την παροχή νέων δεδομένων σε πραγματικό χρόνο.

Οι ερευνητές εργάζονται για τη χρήση άλλων αισθητήρων smartphone με διαφορετικούς τρόπους. Το σύστημα προειδοποίησης σεισμού Android της Google το 2020 έδειξε πώς τα επιταχυνσιόμετρα στα smartphones των ανθρώπων θα μπορούσαν να ανιχνεύσουν σεισμούς και να προειδοποιήσουν άλλους που θα μπορούσαν να επηρεαστούν. Οι χρήστες της Apple μπορούν να έχουν πρόσβαση σε μια εφαρμογή που χρησιμοποιεί παρόμοια τεχνολογία.

Μέχρι τώρα, οι επιστήμονες έχουν θεωρήσει τα τηλέφωνα ως τελικούς χρήστες των υπηρεσιών πλοήγησης, λέει ο Wang. Αυτή η αντιστροφή για τη χρήση δεδομένων τηλεφώνου ως δεδομένα εισόδου είναι "άγνωστη επικράτεια", λέει. "Αυτή η μελέτη σηματοδοτεί μια συναρπαστική μετατόπιση."

1. Smith, J. et αϊ. Nature 635, 365-369 (2024).

   Google Scholar

Αναφορές λήψης