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 reálne údaje z približne 40 miliónov mobilných telefónov na mapovanie podmienok v ionosfére - ploche hornej atmosféry, v ktorej sú ionizované niektoré molekuly vzduchu. Takéto signály Crowdsourcet by mohli zlepšiť satelitnú navigáciu, najmä v regiónoch sveta, kde sú údaje inak zriedkavé, napríklad Afrika, Južná Amerika a južná Ázia.Štúdia uskutočniteľnosti tímu Google bola uverejnená 13. novembra v časopise Nature 1 .
„Je to úžasný záznam o údajoch,“ hovorí Anthea Coster, atmosférický fyzik na Massachusetts Institute of Technology v Cambridge. „Kartu dokončí značne v oblastiach, kde naliehavo potrebujeme viac informácií.“
Dáta mobilných telefónov by mohli znížiť chyby GPS v niektorých oblastiach o 10–20% a ešte viac v nedostatočných oblastiach, odhaduje Ningbo Wang, atmosférický fyzik na Inštitúte pre výskum informácií o leteckom informačnom výskume Čínskej akadémie vied v Pekingu. Dokonca aj pri úpravách zostáva porucha v dôsledku ionosféry výzvou, najmä počas slnečných búrok, ktoré vyvolávajú nerovnomerné podmienky v ionosfére. „Predstavené výsledky sú skutočne pôsobivé.“
Duálne ligamenty
V prípade čiastočnej ionizácie vzduchu sa voľne pohyblivé elektróny ľahko spomaľujú a ovplyvňujú rádiové signály, ktoré sa dostávajú na Zem z GPS a iných navigačných satelitov. To môže ovplyvniť časovú synchronizáciu na nanosekundovej úrovni, ktorú používajú satelitné navigačné zariadenia na určenie ich miest. To má potenciálne vážne účinky na pristátie lietadiel a autonómne vozidlá.
Mapy v reálnom čase hustoty týchto elektrónov sa často používajú na nápravu kolísania v ionosfére. Inžinieri vytvárajú karty pomocou údajov z príjmových staníc založených na podlahe, ktoré dokážu rozpoznať časy príchodu dvoch rôznych frekvencií rádiových vĺn prijatých rovnakým satelitom. Elektróny v ionosfére spomaľujú vlny s nízkou frekvenciou viac ako vysoká frekvencia, napríklad nanosekunda. Tento rozdiel poskytuje informácie o hustote elektrónov, cez ktoré vlna prešla na ceste k príjemcovi.
Bez týchto korekcií by GPS bol asi 5 metrov nepresný a počas slnečných búrok o desiatky metrov, ak by pozvané častice zvýšili hustotu elektrónov zo slnka. Mnoho regiónov sveta však chýbajú na podlahové prijímacie stanice na vytvorenie týchto kariet.
Kady hluku
Aj keď nie všetky navigačné zariadenia môžu pracovať s niekoľkými frekvenciami, moderné telefóny to často robia. Podľa Briana Williamsa, počítačového vedca spoločnosti Google v Mountain View v Kalifornii a spoluautor štúdie, sa telefónne senzory predtým nepovažovali za praktické na mapovanie ionosféry. Dôvodom je skutočnosť, že údaje z mobilných telefónov sú omnoho intoxikujúce ako špecificky vyvinuté vedecké prijímacie zariadenia, najmä preto, že prerušovane dostávajú signály a rádiové vlny v mestských oblastiach sa odrážajú v blízkych budovách.
Tím Google bol čiastočne úspešný vďaka veľkému počtu získaných údajov. „Keď sa kombinujú veľké množstvá, zvuky sú kompenzované a stále získate jasný signál,“ hovorí Williams. „Je to, akoby v každom meste, v ktorom sú telefóny, existuje vedecká sledovacia stanica.“
Každý, kto má telefón s Androidom a umožňuje spoločnosti Google zbierať údaje senzora na zlepšenie presnosti polohy, bol schopný prispieť k štúdii. Údaje však boli agregované tak, aby nemožno identifikovať jednotlivé zariadenia, vysvetľuje spoločnosť.
Williams vysvetľuje, že sa už pracuje na používaní tejto technológie na zlepšenie presnosti polohy pre používateľov systému Android. Údaje by však mali byť užitočné aj pre vedecké štúdie v hornej atmosfére Zeme. Karta už odhalila bubliny v ionizovanom plyne, známe ako plazma, o Južnej Amerike, ktoré neboli predtým podrobne pozorované.
Ak chcete skutočne používať vedu, spoločnosť Google musí zverejniť údaje, hovorí Coster, ktorý pracuje v databáze Madrigal, komunitný zdroj pre geopriestorové údaje, ktorý kombinuje ionosférické dátumy tisícov pozemných staníc. Hovorca spoločnosti Google informoval tím Nature News, že údaje za štúdiou sa uverejňujú spolu s článkom, ale v súčasnosti neexistujú žiadne plány na poskytovanie nových údajov v reálnom čase.
Vedci pracujú na používaní iných smartfónov inými spôsobmi. Systém spoločnosti Google Android Erdbiebenwarn v roku 2020 ukázal, ako senzory zrýchlenia v smartfónoch ľudí rozpoznávajú zemetrasenia a varujú ostatných, ktoré by mohli byť stále ovplyvnené. Používatelia Apple majú prístup k aplikácii, ktorá používa podobnú technológiu.
Doteraz vedci považovali telefóny za koncových používateľov navigačných služieb, hovorí Wang. Toto zvrátenie na používanie telefónnych údajov ako vstupné údaje je „nové územie“, hovorí. „Táto štúdia predstavuje vzrušujúcu zmenu.“
-
Smith, J. et al. Nature 635, 365 - 369 (2024).