Google kasutab Maa ionosfääri kaardistamiseks ja GPS-i täiustamiseks miljoneid nutitelefone

Google kasutab Maa ionosfääri kaardistamiseks ja GPS-i täiustamiseks miljoneid nutitelefone

Esimest korda on teadlased kasutanud umbes 40 miljoni mobiiltelefoni reaalajas andmeid, et kaardistada olusid ionosfääris - atmosfääri ülemise kihi piirkonnas, kus mõned õhumolekulid on ioniseeritud. Sellised ühisallika signaalid võivad parandada satelliitnavigatsiooni, eriti maailma piirkondades, kus andmeid muidu napib, näiteks Aafrikas, Lõuna-Ameerikas ja Lõuna-Aasias.

Google'i meeskonna teostatavusuuring avaldati 13. novembril ajakirjas Nature 1.

"See on hämmastav andmekogum," ütleb Anthea Coster, Cambridge'i Massachusettsi Tehnoloogiainstituudi atmosfäärifüüsik. "See täiendab kaarti märkimisväärselt piirkondades, kus vajame kiiresti rohkem teavet."

Pekingi Hiina Teaduste Akadeemia lennundusinfo uurimisinstituudi atmosfäärifüüsik Ningbo Wang arvab, et mobiiltelefoni andmed võivad mõnes piirkonnas GPS-i vigu vähendada 10–20% võrra ja alateenindusega piirkondades veelgi rohkem. Isegi kohanduste korral on ionosfääri häired endiselt väljakutseks, eriti päikesetormide ajal, mis põhjustavad ionosfääris ebaühtlaseid tingimusi. "Esitatavad tulemused on tõesti muljetavaldavad."

Kaks riba

Kui õhk on osaliselt ioniseeritud, aeglustuvad vabalt liikuvad elektronid veidi ja mõjutavad GPS-ilt ja teistelt navigatsioonisatelliitidelt Maale tulevaid raadiosignaale. See võib mõjutada nanosekunditaseme ajalist sünkroonimist, mida satelliitnavigatsiooniseadmed oma asukoha määramiseks kasutavad. Sellel võib olla tõsine mõju õhusõidukite maandumisele ja autonoomsetele sõidukitele.

Ionosfääri kõikumiste korrigeerimiseks kasutatakse sageli nende elektronide tiheduse reaalajas kaarte. Insenerid loovad kaardid maapealsete vastuvõtujaamade andmete põhjal, mis suudavad tuvastada samalt satelliidilt vastuvõetud kahe erineva sagedusega raadiolainete saabumisaegu. Ionosfääris olevad elektronid aeglustavad madala sagedusega laineid rohkem kui kõrgsageduslikke, umbes nanosekundi võrra. See erinevus annab teavet elektronide tiheduse kohta, mille kaudu laine vastuvõtjasse läks.

Ilma nende parandusteta oleks GPS umbes 5 meetri ja päikesetormide ajal kümnete meetrite võrra ebatäpne, kui päikeselt laetud osakesed suurendavad elektronide tihedust. Kuid paljudes maailma piirkondades puuduvad nende kaartide loomiseks maapealsed vastuvõtujaamad.

taustamüra

Kuigi mitte kõik navigatsiooniseadmed ei saa töötada mitme sagedusega, töötavad tänapäevased telefonid sageli. Californias Mountain View's asuva Google'i arvutiteadlase ja uuringu kaasautori Brian Williamsi sõnul ei peetud telefoniandureid varem ionosfääri kaardistamiseks otstarbekaks. Selle põhjuseks on asjaolu, et mobiiltelefonide andmed on palju mürarikkamad kui spetsiaalselt loodud teaduslike vastuvõtuseadmete andmed, eriti kuna need saavad signaale ainult katkendlikult ja raadiolained peegelduvad linnapiirkondades asuvatelt hoonetelt.

Google'i meeskond oli osaliselt edukas tänu saadud suurele andmehulgale. "Kui kombineerida suuri koguseid, siis müra vaibub ja saate ikkagi selge signaali," ütleb Williams. "See on nagu igas linnas, kus on telefonid, teadusseirejaam."

Uuringusse võiks panustada igaüks, kellel on Android-telefon ja kes lubab Google'il koguda andurite andmeid asukoha täpsuse parandamiseks. Kuid andmed koondati, nii et üksikuid seadmeid ei ole võimalik tuvastada, selgitab ettevõte.

Williams selgitab, et juba käib töö selle tehnika kasutamiseks Androidi kasutajate asukoha täpsuse parandamiseks. Kuid andmed peaksid olema kasulikud ka Maa ülemise atmosfääri teaduslike uuringute jaoks. Kaart on juba paljastanud Lõuna-Ameerikas ioniseeritud gaasis, tuntud kui plasma, mullid, mida pole varem üksikasjalikult täheldatud.

Teadusele tõelise kasu saamiseks peab Google andmed avaldama, ütleb Coster, kes töötab Madrigali andmebaasi kallal, mis on koostööpõhine georuumiline andmeressurss, mis koondab tuhandete maapealsete jaamade ionosfääri andmeid. Google'i pressiesindaja ütles Nature'i uudistemeeskonnale, et uuringu aluseks olevad andmed avaldatakse koos artikliga, kuid praegu ei ole plaanis värskeid andmeid reaalajas esitada.

Teadlased töötavad erinevate nutitelefonide andurite kasutamise kallal. Google'i Androidi maavärinahoiatussüsteem 2020. aastal näitas, kuidas inimeste nutitelefonides olevad kiirendusmõõturid suudavad maavärinaid tuvastada ja hoiatada teisi, keda see veel mõjutada võib. Apple'i kasutajad pääsevad ligi sarnast tehnoloogiat kasutavale rakendusele.

Seni on teadlased vaadanud telefone navigatsiooniteenuste lõppkasutajatena, ütleb Wang. Ta ütleb, et telefoniandmete sisendandmetena kasutamine on "kaardistamata territoorium". "See uuring tähistab põnevat nihet."

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

   Google Scholar

Laadige alla viited