Google używa milionów smartfonów do mapowania jonosfery Ziemi i poprawy GPS
Google używa milionów smartfonów do mapowania jonosfery Ziemi i poprawy GPS
Po raz pierwszy naukowcy wykorzystali dane w czasie rzeczywistym około 40 milionów telefonów komórkowych do mapowania warunków w jonosferze - obszaru górnej atmosfery, w której jonizowane są niektóre cząsteczki powietrza. Takie sygnały Crowdsourcet mogą poprawić nawigację satelitarną, szczególnie w regionach świata, w których dane są rzadkie, takie jak Afryka, Ameryka Południowa i Azja Południowa.Studium wykonalności zespołu Google zostało opublikowane 13 listopada w czasopiśmie Nature 1 .
„To niesamowity rekord danych”, mówi Anthea Coster, fizyk atmosferyczny w Massachusetts Institute of Technology w Cambridge. „Znacznie uzupełnia kartę w obszarach, w których pilnie potrzebujemy więcej informacji”.
Dane dotyczące telefonów komórkowych mogą zmniejszyć błędy GPS w niektórych obszarach o 10–20%, a jeszcze więcej w regionach niedostatecznie zaopatrzenia, szacuje Ningbo Wang, fizyk atmosferyczny w Aerospace Information Research Institute of Chinese Academy of Sciences w Pekinie. Nawet przy dostosowaniach zaburzenie spowodowane jonosferą pozostaje wyzwaniem, szczególnie podczas burz słonecznych, które wywołują nierówne warunki w jonosferze. „Przedstawione wyniki są naprawdę imponujące”.
Podwójne więzadła
W przypadku częściowej jonizacji powietrza swobodnie ruchome elektrony łatwo zwalniają i wpływają na sygnały radiowe, które dostają się na ziemię z GPS i innych satelitów nawigacyjnych. Może to wpływać na synchronizację czasową na poziomie nanosekundowym, który jest używany przez urządzenia nawigacyjne satelitarne do określenia ich lokalizacji. Ma to potencjalnie poważny wpływ na lądowania samolotów i pojazdów autonomicznych.
Mapy w czasie rzeczywistym gęstości tych elektronów są często używane do skorygowania fluktuacji jonosfery. Inżynierowie tworzą karty za pomocą danych z stacji recepcyjnych opartych na podłodze, które mogą rozpoznać czas przyjazdu dwóch różnych częstotliwości fal radiowych otrzymanych przez ten sam satelita. Elektrony w jonosferze powolne fale niskiej częstotliwości są bardziej niż wysokie częstotliwość, na przykład nanosekund. Różnica ta dostarcza informacji o gęstości elektronów, przez które fala przeszła w drodze do odbiorcy.
Bez tych poprawek GPS miałby około 5 metrów niedokładne i podczas burz słonecznych o dziesiątki metrów, jeśli zaproszone cząstki zwiększają gęstość elektronów ze słońca. Ale w wielu regionach świata brakuje stacji recepcyjnych opartych na podłodze, aby stworzyć te karty.
Tło hałasu
Chociaż nie wszystkie urządzenia nawigacyjne mogą działać z kilkoma częstotliwościami, często to robią nowoczesne telefony. Według Briana Williamsa, informatyka w Google in Mountain View w Kalifornii i co -autora badania, czujniki telefoniczne nie były wcześniej uważane za praktyczne mapowanie jonosfery. Wynika to z faktu, że dane dotyczące telefonów komórkowych są znacznie bardziej odurzające niż specjalnie opracowane naukowe urządzenia recepcyjne, szczególnie dlatego, że otrzymują tylko sygnały sporadycznie, a fale radiowe w obszarach miejskich znajdują odzwierciedlenie w pobliskich budynkach.
Zespół Google był częściowo skuteczny dzięki dużej liczbie uzyskanych danych. „Gdy łączą się duże ilości, odgłosy są rekompensowane i nadal otrzymujesz wyraźny sygnał”, mówi Williams. „To tak, jakby w każdym mieście, w którym znajdują się telefony”.
Każdy, kto ma telefon z Androidem i pozwala Google na gromadzenie danych czujników w celu poprawy dokładności lokalizacji, był w stanie przyczynić się do badania. Firma wyjaśnia jednak, że dane zostały zidentyfikowane, aby nie można było zidentyfikować poszczególnych urządzeń.
Williams wyjaśnia, że już pracuje nad wykorzystaniem tej technologii w celu poprawy dokładności lokalizacji dla użytkowników Androida. Ale dane powinny być również przydatne w badaniach naukowych w górnej atmosferze Ziemi. Karta ujawniła już bąbelki w jonizowanym gazie, znanym jako plazma, o Ameryce Południowej, które nie były wcześniej obserwowane szczegółowo.
Aby naprawdę korzystać z nauki, Google musi opublikować dane, mówi Coster, który działa w bazie danych Madrigal, zasobów społecznościowych do danych geoprzestrzennych, które łączą daty jonosferyczne tysięcy stacji naziemnych. Rzecznik Google poinformował zespół Nature News, że dane stojące za badaniem są publikowane wraz z artykułem, ale obecnie nie ma planów dostarczania świeżych danych w czasie rzeczywistym.
Naukowcy pracują nad korzystaniem z innych smartfonów na inne sposoby. System Android Erdbiebenwarn z Google w 2020 r. Pokazał, w jaki sposób czujniki przyspieszenia w smartfonach ludzi rozpoznają trzęsienia ziemi i ostrzegają innych, na które nadal można wpłynąć. Użytkownicy Apple mogą uzyskać dostęp do aplikacji, która korzysta z podobnej technologii.
Jak dotąd naukowcy uważali telefony za użytkowników końcowych usług nawigacyjnych, mówi Wang. To odwrócenie, aby używać danych telefonicznych jako danych wejściowych, jest „nowym terytorium”, mówi. „To badanie oznacza ekscytującą zmianę”.