A Google több millió okostelefont használ a Föld ionoszférájának feltérképezésére és a GPS javítására

A Google több millió okostelefont használ a Föld ionoszférájának feltérképezésére és a GPS javítására

A kutatók most először használták fel mintegy 40 millió mobiltelefon valós idejű adatait az ionoszféra körülményeinek feltérképezésére – a felső légkör azon régiójában, ahol egyes levegőmolekulák ionizálódnak. Az ilyen tömeges forrásból származó jelek javíthatják a műholdas navigációt, különösen a világ azon régióiban, ahol egyébként kevés az adat, például Afrikában, Dél-Amerikában és Dél-Ázsiában.

A Google csapatának megvalósíthatósági tanulmánya november 13-án jelent meg a Nature folyóiratban 1.

„Ez egy csodálatos adathalmaz” – mondja Anthea Coster, a Cambridge-i Massachusetts Institute of Technology légkörfizikusa. „Jelentősen kiegészíti a térképet azokon a területeken, ahol sürgősen több információra van szükségünk.”

Ningbo Wang, a pekingi Kínai Tudományos Akadémia Repülési Információs Kutatóintézetének légkörfizikusa becslése szerint a mobiltelefonok adatai 10-20%-kal csökkenthetik a GPS-hibákat egyes területeken, és még inkább az elmaradott régiókban. Az ionoszféra megzavarása még a kiigazítások ellenére is kihívást jelent, különösen a napviharok idején, amelyek az ionoszférában változó körülményeket váltanak ki. "A bemutatott eredmények igazán lenyűgözőek."

Kettős sáv

Amikor a levegő részlegesen ionizált, a szabadon mozgó elektronok enyhén lelassulnak, és befolyásolják a GPS-ről és más navigációs műholdakról a Földre érkező rádiójeleket. Ez befolyásolhatja a műholdas navigációs eszközök által a helymeghatározáshoz használt nanoszekundumos szintű időbeli szinkronizálást. Ennek komoly következményei lehetnek a repülőgépek leszállásaira és az autonóm járművekre nézve.

Ezen elektronok sűrűségének valós idejű térképeit gyakran használják az ionoszféra fluktuációinak korrekciójára. A mérnökök a térképeket olyan földi vevőállomások adatai alapján készítik el, amelyek képesek ugyanarról a műholdról érkező két különböző frekvenciájú rádióhullám érkezési idejére. Az ionoszférában lévő elektronok körülbelül egy nanomásodperccel jobban lelassítják az alacsony frekvenciájú hullámokat, mint a magas frekvenciájúakat. Ez a különbség információt nyújt azon elektronok sűrűségéről, amelyeken keresztül a hullám áthaladt a vevő felé.

E korrekciók nélkül a GPS körülbelül 5 méterrel, napviharok során pedig több tucat méterrel pontatlan lenne, amikor a napból érkező töltött részecskék növelik az elektronsűrűséget. De a világ számos régiójában hiányoznak a földi vevőállomások e térképek elkészítéséhez.

háttérzaj

Bár nem minden navigációs készülék képes több frekvenciával működni, a modern telefonok gyakran igen. Brian Williams, a kaliforniai Mountain View-i Google informatikusa és a tanulmány társszerzője szerint a telefonérzékelőket korábban nem tartották praktikusnak az ionoszféra feltérképezésére. Ennek az az oka, hogy a mobiltelefonok adatai sokkal zajosabbak, mint a speciálisan tervezett tudományos vevőkészülékek adatai, különösen azért, mert csak szakaszosan fogadják a jeleket, és a rádióhullámok a városi területeken található közeli épületekről verődnek vissza.

A Google csapata részben a kapott nagy mennyiségű adatnak köszönhetően sikeres volt. „Ha nagy mennyiségeket kombinálunk, a zajok megszűnnek, és továbbra is tiszta jelet kap” – mondja Williams. „Olyan, mintha minden városban lenne tudományos megfigyelő állomás, ahol vannak telefonok.”

Bárki, aki Android telefonnal rendelkezik, és lehetővé teszi a Google számára, hogy szenzoradatokat gyűjtsön a helymeghatározás pontosságának javítása érdekében, hozzájárulhat a tanulmányhoz. Az adatokat azonban összesítették, így az egyes eszközöket nem lehet azonosítani – magyarázza a cég.

Williams elmagyarázza, hogy már folyamatban van a munka ennek a technikának az Android-felhasználók helymeghatározási pontosságának javítására. De az adatok hasznosak lehetnek a Föld felső légkörének tudományos vizsgálatához is. A térképen már láthatók olyan buborékok Dél-Amerika felett ionizált gázban, amelyet plazmának neveznek, és amelyeket korábban nem figyeltek meg részletesen.

Ahhoz, hogy valóban hasznot húzzon a tudományból, a Google-nak közzé kell tennie az adatokat – mondja Coster, aki a Madrigal adatbázison dolgozik. A Google szóvivője a Nature hírcsapatának elmondta, hogy a tanulmány mögött meghúzódó adatokat a cikk mellett teszik közzé, de jelenleg nem tervezik, hogy valós időben közöljenek friss adatokat.

A kutatók más okostelefon-érzékelők különböző módon történő felhasználásán dolgoznak. A Google Android földrengésre figyelmeztető rendszere 2020-ban megmutatta, hogy az emberek okostelefonjaiban lévő gyorsulásmérők hogyan képesek észlelni a földrengéseket, és figyelmeztetni másokat, akiket még érinthet. Az Apple felhasználók hozzáférhetnek egy hasonló technológiát használó alkalmazáshoz.

Wang szerint mindeddig a tudósok a telefonokat a navigációs szolgáltatások végfelhasználóinak tekintették. A telefonadatok bemeneti adatként való felhasználásának megfordítása „feltérképezetlen terület” – mondja. "Ez a tanulmány izgalmas változást jelez."

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

   Google Tudós

Referenciák letöltése