Google utilise des millions de smartphones pour cartographier l'ionosphère terrestre et améliorer le GPS
Google utilise des millions de smartphones pour cartographier l'ionosphère terrestre et améliorer le GPS
Pour la première fois, les chercheurs ont utilisé des données réelles d'environ 40 millions de téléphones mobiles pour cartographier les conditions de l'ionosphère - une zone de la haute atmosphère dans laquelle certaines molécules d'air sont ionisées. Ces signaux de crowdsourcet pourraient améliorer la navigation par satellite, en particulier dans les régions du monde où les données sont par ailleurs rares, comme l'Afrique, l'Amérique du Sud et l'Asie du Sud.L'étude de faisabilité de l'équipe Google a été publiée le 13 novembre dans la revue Nature 1 .
"C'est un record de données incroyable", explique Anthea Cater, physicien atmosphérique au Massachusetts Institute of Technology de Cambridge. "Il complète considérablement la carte dans les zones où nous avons besoin de toute urgence plus d'informations."
Les données des téléphones mobiles pourraient réduire les erreurs GPS dans certaines régions de 10 à 20% et encore plus dans les régions sous-approchées, estime Ningbo Wang, physicien atmosphérique à l'Institut de recherche sur l'information aérospatiale de l'Académie chinoise des sciences de Pékin. Même avec les ajustements, le trouble dû à l'ionosphère reste un défi, en particulier pendant les tempêtes solaires qui déclenchent des conditions inégales dans l'ionosphère. "Les résultats présentés sont vraiment impressionnants."
Double ligaments
En cas d'ionisation partielle de l'air, les électrons librement mobiles ralentissent facilement et influencent facilement les signaux radio qui arrivent sur Terre à partir du GPS et d'autres satellites de navigation. Cela peut affecter la synchronisation temporelle au niveau de la nanoseconde, qui est utilisée par les dispositifs de navigation par satellite pour déterminer leurs emplacements. Cela a des effets potentiellement graves sur les atterrissages des avions et les véhicules autonomes.
Les cartes de temps réel de la densité de ces électrons sont souvent utilisées pour corriger les fluctuations de l'ionosphère. Les ingénieurs créent les cartes à l'aide de données à partir de stations de réception basées sur le sol qui peuvent reconnaître les heures d'arrivée de deux fréquences différentes d'ondes radio reçues par le même satellite. Les électrons dans l'ionosphère les ondes de fréquence basse lentent plus que la fréquence élevée, par exemple une nanoseconde. Cette différence fournit des informations sur la densité des électrons à travers lesquels l'onde a traversé le chemin d'un destinataire.
Sans ces corrections, le GPS serait d'environ 5 mètres inexacts et pendant les tempêtes solaires de dizaines de mètres si les particules invitées augmentent la densité électronique du soleil. Mais de nombreuses régions du monde manquent les stations de réception basées sur le sol pour créer ces cartes.
Retard de fond du bruit
Bien que tous les dispositifs de navigation ne puissent pas fonctionner avec plusieurs fréquences, les téléphones modernes le font souvent. Selon Brian Williams, informaticien de Google à Mountain View, en Californie, et co-auteur de l'étude, les capteurs téléphoniques n'étaient pas considérés auparavant comme pratiques pour cartographier l'ionosphère. En effet, les données des téléphones mobiles sont beaucoup plus enivrantes que les dispositifs de réception scientifiques spécifiquement développés, en particulier parce qu'ils ne reçoivent que des signaux par intermittence et que les ondes radio dans les zones urbaines se reflètent sur les bâtiments à proximité.
L'équipe Google a été partiellement réussie grâce au grand nombre de données obtenues. "Lorsque de grandes quantités sont combinées, les bruits sont compensés et vous obtenez toujours un signal clair", explique Williams. "C'est comme s'il y avait une station de surveillance scientifique dans chaque ville où se trouvent les téléphones."
Quiconque a un téléphone Android et permet à Google de collecter des données de capteur pour améliorer la précision de l'emplacement a pu contribuer à l'étude. Cependant, les données ont été agrégées afin que les appareils individuels ne puissent pas être identifiés, explique la société.
Williams explique qu'il est déjà en cours de travail sur cette technologie pour améliorer la précision de l'emplacement pour les utilisateurs d'Android. Mais les données devraient également être utiles pour les études scientifiques dans la haute atmosphère de la Terre. La carte a déjà révélé des bulles dans le gaz ionisé, connue sous le nom de plasma, sur l'Amérique du Sud qui n'étaient pas observées auparavant en détail.
Pour vraiment utiliser la science, Google doit publier les données, explique Coster, qui fonctionne sur la base de données Madrigal, une ressource communautaire pour les données géospatiales qui combine des dates ionosphériques de milliers de stations au sol. Un porte-parole de Google a informé l'équipe de Nature News que les données derrière l'étude sont publiées avec l'article, mais il n'est actuellement pas prévu de fournir de nouvelles données en temps réel.
Les chercheurs travaillent sur l'utilisation d'autres smartphones d'autres manières. Le système Android Erdbiebenwarn de Google en 2020 a montré comment les capteurs d'accélération dans les smartphones des personnes reconnaissent les tremblements de terre et avertissent les autres qui pourraient encore être affectés. Les utilisateurs d'Apple peuvent accéder à une application qui utilise une technologie similaire.
Jusqu'à présent, les scientifiques ont considéré les téléphones comme des utilisateurs finaux des services de navigation, explique Wang. Cet inversion pour utiliser les données téléphoniques comme données d'entrée est un «nouveau territoire», dit-il. "Cette étude marque un changement passionnant."