Google naudoja milijonus išmaniųjų telefonų, kad sudarytų Žemės jonosferos žemėlapius ir pagerintų GPS

Google naudoja milijonus išmaniųjų telefonų, kad sudarytų Žemės jonosferos žemėlapius ir pagerintų GPS

Pirmą kartą mokslininkai panaudojo realaus laiko duomenis iš maždaug 40 milijonų mobiliųjų telefonų, kad nustatytų sąlygas jonosferoje – viršutinėje atmosferos dalyje, kurioje kai kurios oro molekulės yra jonizuotos. Tokie sutelktiniai signalai galėtų pagerinti palydovinę navigaciją, ypač tuose pasaulio regionuose, kur kitu atveju trūksta duomenų, pavyzdžiui, Afrikoje, Pietų Amerikoje ir Pietų Azijoje.

„Google“ komandos galimybių studija buvo paskelbta lapkričio 13 d. žurnale „Nature“. 1.

„Tai nuostabus duomenų rinkinys“, – sako Anthea Coster, atmosferos fizikė iš Masačusetso technologijos instituto Kembridže. „Tai žymiai papildo žemėlapį tose srityse, kuriose mums skubiai reikia daugiau informacijos.

Mobiliųjų telefonų duomenys gali sumažinti GPS klaidas 10–20 % kai kuriose srityse, o dar labiau – nepakankamai aptarnaujamuose regionuose, apskaičiavo Ningbo Wang, atmosferos fizikas iš Kinijos mokslų akademijos Aerokosminės informacijos tyrimų instituto Pekine. Net ir pakoregavus, jonosferos sutrikimas išlieka iššūkiu, ypač saulės audrų metu, dėl kurių jonosferoje susidaro nevienodos sąlygos. „Pateikti rezultatai tikrai įspūdingi.

Dvi juostos

Kai oras iš dalies jonizuojamas, laisvai judantys elektronai šiek tiek sulėtėja ir veikia radijo signalus, kurie į Žemę ateina iš GPS ir kitų navigacijos palydovų. Tai gali turėti įtakos nanosekundžių lygio laiko sinchronizacijai, kurią naudoja palydovinės navigacijos įrenginiai, nustatydami savo vietas. Tai gali turėti rimtų pasekmių orlaivių nusileidimui ir autonominėms transporto priemonėms.

Realaus laiko šių elektronų tankio žemėlapiai dažnai naudojami koreguojant jonosferos svyravimus. Inžinieriai kuria žemėlapius naudodami duomenis iš antžeminių priėmimo stočių, kurios gali aptikti dviejų skirtingų dažnių radijo bangų, gautų iš to paties palydovo, atvykimo laiką. Elektronai jonosferoje maždaug nanosekunde sulėtina žemo dažnio bangas labiau nei aukšto dažnio bangas. Šis skirtumas suteikia informacijos apie elektronų, per kuriuos banga perėjo į imtuvą, tankį.

Be šių pataisymų GPS būtų netikslus maždaug 5 metrais, o saulės audrų metu – dešimtimis metrų, kai įkrautos saulės dalelės padidina elektronų tankį. Tačiau daugeliui pasaulio regionų trūksta antžeminių priėmimo stočių šiems žemėlapiams sukurti.

foninis triukšmas

Nors ne visi navigacijos įrenginiai gali dirbti keliais dažniais, šiuolaikiniai telefonai dažnai tai veikia. Pasak Briano Williamso, „Google“ kompiuterių mokslininko iš Mauntin Vju, Kalifornijoje, ir tyrimo bendraautorių, telefono jutikliai anksčiau nebuvo laikomi praktiškais jonosferos žemėlapiams sudaryti. Taip yra todėl, kad duomenys iš mobiliųjų telefonų yra daug triukšmingesni nei iš specialiai sukurtų mokslinių priėmimo įrenginių, ypač todėl, kad jie signalus priima tik su pertraukomis, o radijo bangos atsispindi nuo netoliese esančių pastatų miestuose.

„Google“ komandai pasisekė iš dalies dėl didelio gautų duomenų kiekio. „Kai sujungiami dideli kiekiai, triukšmas išnyksta ir vis tiek gaunate aiškų signalą“, – sako Williamsas. „Atrodo, kad kiekviename mieste, kuriame yra telefonai, yra mokslinio stebėjimo stotis.

Kiekvienas, turintis „Android“ telefoną ir leidžiantis „Google“ rinkti jutiklių duomenis, kad pagerintų vietos tikslumą, galėtų prisidėti prie tyrimo. Tačiau duomenys buvo apibendrinti, todėl atskirų įrenginių negalima identifikuoti, aiškina bendrovė.

Williamsas paaiškina, kad jau vyksta darbas siekiant naudoti šią techniką, siekiant pagerinti „Android“ naudotojų vietos tikslumą. Tačiau duomenys taip pat turėtų būti naudingi moksliniams viršutinių Žemės atmosferos sluoksnių tyrimams. Žemėlapis jau atskleidė jonizuotų dujų, vadinamų plazma, burbulus virš Pietų Amerikos, kurie anksčiau nebuvo išsamiai pastebėti.

Kad iš tikrųjų būtų naudinga mokslui, „Google“ turi paskelbti duomenis, sako Costeris, dirbantis su Madrigal duomenų baze, bendradarbiaujančiu geoerdvinių duomenų šaltiniu, jungiančiu jonosferos duomenis iš tūkstančių antžeminių stočių. „Google“ atstovas „Nature“ naujienų komandai sakė, kad tyrimo duomenys bus paskelbti kartu su straipsniu, tačiau šiuo metu neplanuojama pateikti naujų duomenų realiuoju laiku.

Mokslininkai įvairiais būdais naudoja kitus išmaniųjų telefonų jutiklius. „Google“ perspėjimo apie žemės drebėjimą sistema „Android“ 2020 m. parodė, kaip žmonių išmaniųjų telefonų akselerometrai gali aptikti žemės drebėjimus ir įspėti kitus, kurie vis dar gali būti paveikti. „Apple“ vartotojai gali pasiekti programą, kurioje naudojama panaši technologija.

Iki šiol mokslininkai telefonus vertino kaip galutinius navigacijos paslaugų vartotojus, sako Wang. Šis telefono duomenų naudojimo kaip įvesties duomenų panaikinimas yra „neatžymėta teritorija“, sako jis. "Šis tyrimas žymi jaudinantį pokytį."

1. Smith, J. ir kt. Nature 635, 365–369 (2024).

   Google Scholar

Atsisiųskite nuorodas