Google gebruikt miljoenen smartphones om de ionosfeer van de aarde in kaart te brengen en om GPS te verbeteren
Google gebruikt miljoenen smartphones om de ionosfeer van de aarde in kaart te brengen en om GPS te verbeteren
Voor het eerst gebruikten onderzoekers echte gegevens van ongeveer 40 miljoen mobiele telefoons om de omstandigheden in de ionosfeer in kaart te brengen - een gebied van de bovenste atmosfeer waarin sommige luchtmoleculen zijn geïoniseerd. Dergelijke crowdsourcet -signalen kunnen de satellietnavigatie verbeteren, vooral in regio's van de wereld waar gegevens anders zeldzaam zijn, zoals Afrika, Zuid -Amerika en Zuid -Azië.De haalbaarheidsstudie van het Google-team werd op 13 november gepubliceerd in het tijdschrift Nature 1 .
"Het is een geweldig gegevensrecord", zegt Anthea Coster, atmosferische fysicus bij het Massachusetts Institute of Technology in Cambridge. "Hij voltooit de kaart aanzienlijk in gebieden waar we dringend meer informatie nodig hebben."
De gegevens van mobiele telefoons kunnen GPS-fouten op sommige gebieden met 10-20% en nog meer in onvoltooide regio's verminderen, schat Ningbo Wang, atmosferische fysicus bij het Aerospace Information Research Institute of the Chinese Academy of Sciences in Beijing. Zelfs met aanpassingen blijft de aandoening als gevolg van de ionosfeer een uitdaging, vooral tijdens zonnestormen die ongelijke omstandigheden in de ionosfeer veroorzaken. "De gepresenteerde resultaten zijn echt indrukwekkend."
dubbele ligamenten
In het geval van gedeeltelijke ionisatie van de lucht, vertragen de vrij verplaatsbare elektronen gemakkelijk en beïnvloeden de radiosignalen die naar de aarde komen van GPS en andere navigatiesatellieten. Dit kan de temporele synchronisatie op het nanosecondniveau beïnvloeden, die door de satellietnavigatie -apparaten wordt gebruikt om hun locaties te bepalen. Dit heeft mogelijk ernstige effecten op landingen en autonome voertuigen.
real -time kaarten van de dichtheid van deze elektronen worden vaak gebruikt om schommelingen in de ionosfeer te corrigeren. Ingenieurs maken de kaarten met behulp van gegevens van op de vloer gebaseerde ontvangststations die de aankomsttijden van twee verschillende frequenties van radiogolven kunnen herkennen die door dezelfde satelliet worden ontvangen. Elektronen in de ionosfeer langzaam lage frequente golven meer dan hoge frequentie, bijvoorbeeld een nanoseconde. Dit verschil biedt informatie over de dichtheid van de elektronen waardoor de golf is doorgemaakt op weg naar een ontvanger.
Zonder deze correcties zouden de GPS ongeveer 5 meter onnauwkeurig zijn en tijdens zonnestormen met tientallen meters als uitgenodigde deeltjes de elektronendichtheid van de zon verhogen. Maar veel regio's van de wereld missen de op de vloer gebaseerde ontvangststations om deze kaarten te maken.
ruis achtergrond
Hoewel niet alle navigatie -apparaten met verschillende frequenties kunnen werken, doen moderne telefoons dit vaak. Volgens Brian Williams, computerwetenschapper bij Google in Mountain View, California, en co -auteur van de studie, werden telefoonsensoren niet eerder als praktisch beschouwd om de ionosfeer in kaart te brengen. Dit komt omdat de gegevens van mobiele telefoons veel bedwelmender zijn dan de specifiek ontwikkelde wetenschappelijke ontvangstapparaten, vooral omdat ze alleen met tussenpozen signalen ontvangen en de radiogolven in stedelijke gebieden worden weerspiegeld op nabijgelegen gebouwen.
Het Google -team was gedeeltelijk succesvol dankzij het grote aantal verkregen gegevens. "Wanneer grote hoeveelheden worden gecombineerd, worden de geluiden gecompenseerd en krijgt u nog steeds een duidelijk signaal", zegt Williams. "Het is alsof er een wetenschappelijk bewakingsstation is in elke stad waarin telefoons zijn."
Iedereen die een Android -telefoon heeft en Google toestaat om sensorgegevens te verzamelen om de locatienauwkeurigheid te verbeteren, kon bij de studie bijdragen. De gegevens zijn echter geaggregeerd zodat individuele apparaten niet kunnen worden geïdentificeerd, legt het bedrijf uit.
Williams legt uit dat er al aan wordt gewerkt aan het gebruik van deze technologie om de locatienauwkeurigheid voor Android -gebruikers te verbeteren. Maar de gegevens moeten ook nuttig zijn voor wetenschappelijke studies in de bovenste atmosfeer van de aarde. De kaart heeft al bubbels onthuld in geïoniseerd gas, bekend als plasma, over Zuid -Amerika die niet eerder in detail werden waargenomen.
Om de wetenschap echt te gebruiken, moet Google de gegevens publiceren, zegt Coster, die werkt in de Madrigal -database, een gemeenschapsbron voor geospatiale gegevens die ionosferische data van duizenden grondstations combineert. Een woordvoerder van Google liet het Nature News -team weten dat de gegevens achter de studie samen met het artikel worden gepubliceerd, maar er zijn momenteel geen plannen om in realtime nieuwe gegevens te verstrekken.
onderzoekers werken aan het gebruik van andere smartphones op andere manieren. Google's Android ErdbiBenwarn -systeem in 2020 liet zien hoe versnellingssensoren in de smartphones van mensen aardbevingen herkennen en anderen waarschuwen die nog steeds kunnen worden beïnvloed. Apple -gebruikers hebben toegang tot een app die een vergelijkbare technologie gebruikt.
Tot nu toe hebben wetenschappers telefoons beschouwd als eindgebruikers van navigatiediensten, zegt Wang. Deze omkering om telefoongegevens te gebruiken als invoergegevens is "nieuw territorium", zegt hij. "Deze studie markeert een opwindende verandering."
- >
-
Smith, J. et al. Nature 635, 365–369 (2024).