Google käyttää miljoonia älypuhelimia maapallon ionosfäärin kartoittamiseen ja GPS:n parantamiseen

Google käyttää miljoonia älypuhelimia maapallon ionosfäärin kartoittamiseen ja GPS:n parantamiseen

Ensimmäistä kertaa tutkijat ovat käyttäneet reaaliaikaista dataa noin 40 miljoonasta matkapuhelimesta kartoittaakseen olosuhteita ionosfäärissä - yläilmakehän alueella, jossa jotkut ilmamolekyylit ovat ionisoituneita. Tällaiset joukkolähdesignaalit voisivat parantaa satelliittinavigointia erityisesti alueilla, joilla dataa on muuten niukasti, kuten Afrikassa, Etelä-Amerikassa ja Etelä-Aasiassa.

Google-tiimin toteutettavuustutkimus julkaistiin 13. marraskuuta Nature-lehdessä 1.

"Se on hämmästyttävä tietojoukko", sanoo Anthea Coster, ilmakehän fyysikko Massachusetts Institute of Technologysta Cambridgessa. "Se täydentää karttaa merkittävästi alueilla, joilla tarvitsemme kiireellisesti lisätietoja."

Matkapuhelindata voisi vähentää GPS-virheitä 10-20 % joillakin alueilla ja vielä enemmän alipalvelualueilla, arvioi Ningbo Wang, ilmakehän fyysikko Kiinan tiedeakatemian ilmailutietotutkimuslaitoksesta Pekingissä. Jopa säätöjen jälkeen ionosfäärin häiriöt ovat edelleen haaste, erityisesti aurinkomyrskyjen aikana, jotka laukaisevat hajanaisia ​​olosuhteita ionosfäärissä. "Esitetyt tulokset ovat todella vaikuttavia."

Kaksi kaistaa

Kun ilma on osittain ionisoitunut, vapaasti liikkuvat elektronit hidastavat hieman ja vaikuttavat GPS:stä ja muista navigointisatelliiteista Maahan tuleviin radiosignaaleihin. Tämä voi vaikuttaa nanosekunnin tason ajalliseen synkronointiin, jota satelliittinavigointilaitteet käyttävät sijaintinsa määrittämiseen. Tällä voi olla vakavia vaikutuksia lentokoneiden laskeutumiseen ja autonomisiin ajoneuvoihin.

Reaaliaikaisia ​​karttoja näiden elektronien tiheydestä käytetään usein korjaamaan ionosfäärin vaihtelut. Insinöörit luovat kartat maanpäällisten vastaanottoasemien tietojen perusteella, jotka voivat havaita samasta satelliitista vastaanotettujen kahden eri taajuuden radioaaltojen saapumisajat. Ionosfäärissä olevat elektronit hidastavat matalataajuisia aaltoja enemmän kuin korkeataajuisia, noin nanosekunnissa. Tämä ero antaa tietoa elektronien tiheydestä, jonka läpi aalto kulki matkallaan vastaanottimeen.

Ilman näitä korjauksia GPS olisi noin 5 metrin ja kymmenien metrien epätarkka aurinkomyrskyjen aikana, kun auringosta tulevat varautuneet hiukkaset lisäävät elektronitiheyttä. Mutta monilta maailman alueilta puuttuu maanpäällisiä vastaanottoasemia näiden karttojen luomiseksi.

taustamelu

Vaikka kaikki navigointilaitteet eivät toimi useilla taajuuksilla, nykyaikaiset puhelimet toimivat usein. Kalifornian Mountain View'n Googlen tietojenkäsittelytieteilijä Brian Williams ja tutkimuksen toinen kirjoittaja kertovat, että puhelimen antureita ei aiemmin pidetty käytännöllisinä ionosfäärin kartoittamiseen. Tämä johtuu siitä, että matkapuhelimien data on paljon meluisempaa kuin erityisesti suunnitelluista tieteellisistä vastaanottimista saadut tiedot, varsinkin koska ne vastaanottavat signaaleja vain ajoittain ja radioaallot heijastuvat lähellä olevista rakennuksista kaupunkialueilla.

Google-tiimi menestyi osittain saamansa suuren datamäärän ansiosta. "Kun suuria määriä yhdistetään, äänet vaimentuvat ja saat silti selkeän signaalin", Williams sanoo. "Ikään kuin jokaisessa kaupungissa, jossa on puhelimia, olisi tieteellinen seuranta-asema."

Jokainen, joka omistaa Android-puhelimen ja antaa Googlen kerätä anturitietoja sijainnin tarkkuuden parantamiseksi, voi osallistua tutkimukseen. Tiedot kuitenkin koottiin yhteen, joten yksittäisiä laitteita ei voida tunnistaa, yhtiö selittää.

Williams selittää, että tämän tekniikan käyttäminen Android-käyttäjien sijainnin tarkkuuden parantamiseksi on jo käynnissä. Mutta tiedoista pitäisi olla hyötyä myös Maan yläilmakehän tieteellisissä tutkimuksissa. Kartta on jo paljastanut Etelä-Amerikan ylle ionisoidussa kaasussa, joka tunnetaan nimellä plasma, kuplia, joita ei ole aiemmin havaittu yksityiskohtaisesti.

Hyötyäkseen todella tieteestä Googlen on julkaistava tiedot, sanoo Coster, joka työskentelee Madrigal-tietokannan parissa, joka on yhteinen geospatiaalinen tietoresurssi, joka kokoaa yhteen ionosfäärin tiedot tuhansilta maa-asemilta. Googlen tiedottaja kertoi Naturen uutistiimille, että tutkimuksen taustalla olevat tiedot julkaistaan ​​artikkelin yhteydessä, mutta tällä hetkellä ei ole suunnitelmia tarjota tuoretta tietoa reaaliajassa.

Tutkijat pyrkivät käyttämään muita älypuhelinten antureita eri tavoin. Googlen Android-maanjäristysvaroitusjärjestelmä vuonna 2020 osoitti, kuinka ihmisten älypuhelimien kiihtyvyysmittarit pystyivät havaitsemaan maanjäristykset ja varoittamaan muita, jotka voivat vielä vaikuttaa. Applen käyttäjät voivat käyttää sovellusta, joka käyttää samanlaista tekniikkaa.

Tähän asti tutkijat ovat pitäneet puhelimia navigointipalvelujen loppukäyttäjinä, Wang sanoo. Tämä kääntyminen puhelintietojen käyttämiseen syöttötietona on "kartoimaton alue", hän sanoo. "Tämä tutkimus merkitsee jännittävää muutosta."

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

   Google Scholar

Lataa viitteitä