Google používa milióny smartfónov na mapovanie zemskej ionosféry a na zlepšenie GPS

Google používa milióny smartfónov na mapovanie zemskej ionosféry a na zlepšenie GPS

Vedci po prvýkrát použili údaje z približne 40 miliónov mobilných telefónov v reálnom čase na mapovanie podmienok v ionosfére-oblasti hornej atmosféry, kde sú ionizované niektoré molekuly vzduchu. Takéto crowdsourced Signals by mohli zlepšiť satelitnú navigáciu, najmä v regiónoch sveta, kde sú údaje inak vzácne, ako napríklad Afrika, Južná Amerika a južná Ázia.

Štúdia uskutočniteľnosti tímu Google bola uverejnená 13. novembra v časopise Nature 1.

„Je to úžasný súbor údajov,“ hovorí Anthea Coster, atmosférický fyzik na Massachusetts Institute of Technology v Cambridge. „Výrazne dokončí mapu v oblastiach, kde naliehavo potrebujeme viac informácií.“

Údaje o mobilných telefónoch by v niektorých oblastiach mohli znížiť chyby GPS o 10-20% a ešte viac v nedostatočných regiónoch, odhaduje Ningbo Wang, atmosférický fyzik na Inštitúte pre výskum informácií o leteckom informačnom výskume Čínskej akadémie vied v Pekingu. Aj pri úpravách zostáva ionosférické narušenie výzvou, najmä počas slnečných búrok, ktoré v ionosfére vyvolávajú nerovnomerné podmienky. "Predstavené výsledky sú skutočne pôsobivé."

Dvojaké kapely

Keď je vzduch čiastočne ionizovaný, voľne sa pohybujúce elektróny mierne spomaľujú a ovplyvňujú rádiové signály, ktoré prichádzajú na Zem z GPS a iných navigačných satelitov. To môže ovplyvniť časovú synchronizáciu na úrovni nanosekundovej úrovne, ktorú používajú satelitné navigačné zariadenia na určenie ich umiestnení. To má potenciálne vážne dôsledky pre pristátie lietadiel a autonómne vozidlá.

Mapy hustoty týchto elektrónov v reálnom čase sa často používajú na korekciu výkyvov v ionosfére. Inžinieri vytvárajú mapy pomocou údajov z pozemných prijímacích staníc, ktoré dokážu zistiť časy príchodu dvoch rôznych frekvencií rádiových vĺn získaných z toho istého satelitu. Elektróny v ionosfére spomaľujú nízkofrekvenčné vlny viac ako vysokofrekvenčné, približne o nanosekundy. Tento rozdiel poskytuje informácie o hustote elektrónov, prostredníctvom ktorých vlna prešla na cestu k prijímaču.

Bez týchto korekcií by GPS bol nepresný asi 5 metrov a desiatky metrov počas slnečných búrok, keď nabité častice zo slnka zvyšujú hustotu elektrónov. Mnoho regiónov sveta však chýba pozemné prijímacie stanice na vytvorenie týchto máp.

pozadie

Aj keď nie všetky navigačné zariadenia môžu pracovať s viacerými frekvenciami, moderné telefóny často robia. Podľa Briana Williamsa, počítačového vedca spoločnosti Google v Mountain View v Kalifornii a spoluautor štúdie, sa senzory telefónu predtým nepovažovali za praktické na mapovanie ionosféry. Dôvodom je skutočnosť, že údaje z mobilných telefónov sú omnoho hlučnejšie ako údaje zo špeciálne navrhnutých vedeckých prijímacích zariadení, najmä preto, že prerušovane dostávajú signály a rádiové vlny sa odrážajú od blízkych budov v mestských oblastiach.

Tím Google bol čiastočne úspešný vďaka veľkému množstvu údajov, ktoré dostali. „Keď sa kombinujú veľké množstvá, zvuky sa zrušia a stále získate jasný signál,“ hovorí Williams. "Je to, že v každom meste, kde sú telefóny, je vedecká monitorovacia stanica."

K štúdii by mohol prispieť každý, kto vlastní telefón s Androidom a umožňuje spoločnosti Google zbierať údaje senzora na zlepšenie presnosti polohy. Údaje sa však agregovali, takže nemožno identifikovať jednotlivé zariadenia, vysvetľuje spoločnosť.

Williams vysvetľuje, že práca už prebieha pri používaní tejto techniky na zlepšenie presnosti polohy pre používateľov systému Android. Údaje by však mali byť užitočné aj pre vedecké štúdie hornej atmosféry Zeme. Mapa už odhalila bubliny v ionizovanom plyne, známeho ako plazma, nad Južnou Amerikou, ktoré predtým neboli podrobne pozorované.

Aby spoločnosť Google skutočne prospela vede, musí zverejniť údaje, hovorí Coster, ktorý pracuje v databáze Madrigal, kolaboratívnym zdrojom geopriestorových údajov, ktorý spája ionosférické údaje z tisícov pozemných staníc. Hovorca spoločnosti Google povedal spravodajskému tímu spoločnosti Nature, že údaje za štúdiou budú uverejnené spolu s článkom, ale v súčasnosti neexistujú žiadne plány na poskytovanie nových údajov v reálnom čase.

Vedci pracujú na používaní iných senzorov smartfónov rôznymi spôsobmi. Výstražný systém zemetrasenia Android spoločnosti Google v roku 2020 ukázal, ako akcelerometre v smartfónoch ľudí mohli odhaliť zemetrasenia a varovať ostatných, ktorí by mohli byť stále ovplyvnené. Používatelia Apple majú prístup k aplikácii, ktorá používa podobnú technológiu.

Doteraz vedci považovali telefóny ako koncových používateľov navigačných služieb, hovorí Wang. Toto zvrátenie na používanie údajov o telefóne ako vstupné údaje je „nezmapované územie“, hovorí. "Táto štúdia predstavuje vzrušujúci posun."

1. Smith, J. a kol. Nature 635, 365 - 369 (2024).

   Študovňa Google

Stiahnite si referencie