Google koristi milijune pametnih telefona za mapiranje Zemljine ionosfere i poboljšanje GPS-a

Google koristi milijune pametnih telefona za mapiranje Zemljine ionosfere i poboljšanje GPS-a

Po prvi put, istraživači su koristili podatke u stvarnom vremenu s oko 40 milijuna mobilnih telefona kako bi mapirali uvjete u ionosferi — području gornje atmosfere gdje su neke molekule zraka ionizirane. Takvi masovni signali mogli bi poboljšati satelitsku navigaciju, osobito u regijama svijeta gdje su podaci inače rijetki, poput Afrike, Južne Amerike i Južne Azije.

Studija izvedivosti Googleovog tima objavljena je 13. studenog u časopisu Nature 1.

"To je nevjerojatan skup podataka", kaže Anthea Coster, atmosferska fizičarka na Massachusetts Institute of Technology u Cambridgeu. "Značajno upotpunjuje kartu u područjima gdje hitno trebamo više informacija."

Podaci mobitela mogli bi smanjiti pogreške GPS-a za 10-20% u nekim područjima, a čak i više u regijama s nedovoljno usluga, procjenjuje Ningbo Wang, atmosferski fizičar na Institutu za istraživanje svemirskih informacija Kineske akademije znanosti u Pekingu. Čak i uz prilagodbe, poremećaj ionosfere ostaje izazov, osobito tijekom solarnih oluja koje izazivaju nejednake uvjete u ionosferi. "Predstavljeni rezultati su stvarno impresivni."

Dvostruki pojasevi

Kada je zrak djelomično ioniziran, elektroni koji se slobodno kreću malo usporavaju i utječu na radio signale koji na Zemlju dolaze s GPS-a i drugih navigacijskih satelita. To može utjecati na vremensku sinkronizaciju na razini nanosekunde koju koriste satelitski navigacijski uređaji za određivanje svoje lokacije. To ima potencijalno ozbiljne implikacije za slijetanje zrakoplova i autonomna vozila.

Karte gustoće tih elektrona u stvarnom vremenu često se koriste za korekciju fluktuacija u ionosferi. Inženjeri stvaraju karte koristeći podatke sa zemaljskih prijemnih stanica koje mogu detektirati vremena dolaska dviju različitih frekvencija radio valova primljenih s istog satelita. Elektroni u ionosferi usporavaju niskofrekventne valove više od visokofrekventnih, za otprilike nanosekundu. Ova razlika daje informaciju o gustoći elektrona kroz koje je val prošao na svom putu do prijamnika.

Bez ovih ispravaka, GPS bi bio neprecizan za oko 5 metara i za desetke metara tijekom solarnih oluja, kada nabijene čestice sa sunca povećavaju gustoću elektrona. Ali mnogim regijama u svijetu nedostaju zemaljske prijemne stanice za izradu ovih karata.

pozadinska buka

Iako svi navigacijski uređaji ne mogu raditi s više frekvencija, moderni telefoni to često rade. Prema Brianu Williamsu, informatičkom znanstveniku iz Googlea u Mountain Viewu, Kalifornija, i koautoru studije, telefonski senzori se prije nisu smatrali praktičnima za mapiranje ionosfere. To je zato što su podaci s mobilnih telefona puno šumniji od podataka s posebno dizajniranih znanstvenih prijamnih uređaja, posebice zato što primaju signale samo povremeno, a radiovalovi se odbijaju od obližnjih zgrada u urbanim područjima.

Googleov tim bio je uspješan dijelom zahvaljujući velikoj količini podataka koje je primio. "Kada se kombiniraju velike količine, šumovi se poništavaju i još uvijek dobivate jasan signal", kaže Williams. "Kao da u svakom gradu u kojem postoje telefoni postoji znanstvena stanica za praćenje."

Svatko tko posjeduje Android telefon i dopusti Googleu prikupljanje podataka senzora za poboljšanje točnosti lokacije mogao bi doprinijeti studiji. Međutim, podaci su agregirani tako da se pojedinačni uređaji ne mogu identificirati, objašnjava tvrtka.

Williams objašnjava da se već radi na korištenju ove tehnike za poboljšanje točnosti lokacije za korisnike Androida. No podaci bi također trebali biti korisni za znanstvena istraživanja Zemljine gornje atmosfere. Karta je već otkrila mjehuriće u ioniziranom plinu, poznatom kao plazma, iznad Južne Amerike koji dosad nisu bili detaljno promatrani.

Kako bi znanost doista imala koristi, Google mora objaviti podatke, kaže Coster, koji radi na bazi podataka Madrigal, zajedničkom geoprostornom izvoru podataka koji objedinjuje podatke o ionosferi s tisuća zemaljskih postaja. Googleov glasnogovornik rekao je Natureovom novinskom timu da će podaci koji stoje iza studije biti objavljeni uz članak, ali trenutno nema planova za pružanje novih podataka u stvarnom vremenu.

Istraživači rade na korištenju drugih senzora pametnih telefona na različite načine. Googleov Android sustav za upozoravanje na potrese 2020. pokazao je kako akcelerometri u pametnim telefonima ljudi mogu detektirati potrese i upozoriti druge koji bi još mogli biti pogođeni. Korisnici Applea mogu pristupiti aplikaciji koja koristi sličnu tehnologiju.

Do sada su znanstvenici na telefone gledali kao na krajnje korisnike navigacijskih usluga, kaže Wang. Ovaj preokret da se telefonski podaci koriste kao ulazni podaci "neistraženo je područje", kaže on. "Ova studija označava uzbudljiv pomak."

1. Smith, J. i sur. Nature 635, 365-369 (2024).

   Google znalac

Preuzmite reference