Google използва милиони смартфони, за да картографира йоносферата на Земята и да подобри GPS

Google използва милиони смартфони, за да картографира йоносферата на Земята и да подобри GPS

За първи път изследователите са използвали данни в реално време от около 40 милиона мобилни телефона, за да картографират условията в йоносферата - регион на горната атмосфера, където някои въздушни молекули са йонизирани. Такива масови сигнали биха могли да подобрят сателитната навигация, особено в региони на света, където данните иначе са оскъдни, като Африка, Южна Америка и Южна Азия.

Проучването за осъществимост на екипа на Google беше публикувано на 13 ноември в списание Nature 1.

„Това е невероятен набор от данни“, казва Антея Костър, атмосферен физик в Масачузетския технологичен институт в Кеймбридж. „Това значително допълва картата в области, където спешно се нуждаем от повече информация.“

Данните от мобилния телефон биха могли да намалят GPS грешките с 10-20% в някои райони и дори повече в регионите с недостатъчно обслужване, изчислява Нингбо Уанг, атмосферен физик в Института за изследване на аерокосмическата информация към Китайската академия на науките в Пекин. Дори и с корекции, разрушаването на йоносферата остава предизвикателство, особено по време на слънчеви бури, които предизвикват неравномерни условия в йоносферата. „Представените резултати са наистина впечатляващи.“

Двойни ленти

Когато въздухът е частично йонизиран, свободно движещите се електрони се забавят леко и влияят на радиосигналите, които идват на Земята от GPS и други навигационни спътници. Това може да повлияе на времевата синхронизация на ниво наносекунда, използвана от устройствата за сателитна навигация за определяне на тяхното местоположение. Това има потенциално сериозни последици за кацането на самолети и автономните превозни средства.

Картите в реално време на плътността на тези електрони често се използват за коригиране на колебанията в йоносферата. Инженерите създават картите, използвайки данни от наземни приемни станции, които могат да открият времената на пристигане на две различни честоти на радиовълни, получени от един и същ сателит. Електроните в йоносферата забавят нискочестотните вълни повече от високочестотните, с около наносекунда. Тази разлика предоставя информация за плътността на електроните, през които е преминала вълната по пътя си към приемника.

Без тези корекции GPS би бил неточен с около 5 метра и с десетки метри по време на слънчеви бури, когато заредените частици от слънцето увеличават електронната плътност. Но много региони по света нямат наземни приемни станции за създаване на тези карти.

фонов шум

Въпреки че не всички навигационни устройства могат да работят с множество честоти, модерните телефони често го правят. Според Браян Уилямс, компютърен учен в Google в Маунтин Вю, Калифорния, и съавтор на изследването, телефонните сензори преди това не са били считани за практични за картографиране на йоносферата. Това е така, защото данните от мобилните телефони са много по-шумни от тези от специално проектирани научни приемни устройства, особено защото те получават сигнали само периодично и радиовълните се отразяват от близките сгради в градските райони.

Екипът на Google постигна успех отчасти благодарение на голямото количество данни, които получи. „Когато се комбинират големи количества, шумовете се елиминират и все още получавате ясен сигнал“, казва Уилямс. „Сякаш във всеки град, където има телефони, има научна станция за мониторинг.“

Всеки, който притежава телефон с Android и позволява на Google да събира данни от сензори за подобряване на точността на местоположението, може да допринесе за проучването. Данните обаче бяха обобщени, така че отделните устройства не могат да бъдат идентифицирани, обяснява компанията.

Уилямс обяснява, че вече се работи по използването на тази техника за подобряване на точността на местоположението за потребителите на Android. Но данните трябва да са полезни и за научни изследвания на горната атмосфера на Земята. Картата вече разкри мехурчета в йонизиран газ, известен като плазма, над Южна Америка, които досега не са били наблюдавани в детайли.

За да бъде наистина от полза за науката, Google трябва да публикува данните, казва Костър, който работи върху базата данни Madrigal, ресурс за съвместни геопространствени данни, който обединява йоносферни данни от хиляди наземни станции. Говорител на Google каза на новинарския екип на Nature, че данните зад проучването ще бъдат публикувани заедно със статията, но в момента няма планове за предоставяне на нови данни в реално време.

Изследователите работят върху използването на други сензори за смартфони по различни начини. Системата за предупреждение за земетресения на Google на Android през 2020 г. показа как акселерометрите в смартфоните на хората могат да открият земетресения и да предупредят другите, които все още могат да бъдат засегнати. Потребителите на Apple имат достъп до приложение, което използва подобна технология.

Досега учените гледаха на телефоните като на крайни потребители на навигационни услуги, казва Уанг. Това обръщане на използването на телефонни данни като входни данни е „неизследвана територия“, казва той. „Това проучване бележи вълнуваща промяна.“

1. Smith, J. et al. Nature 635, 365–369 (2024).

   Google Наука

Изтегляне на препратки