Google folosește milioane de smartphone-uri pentru a mapa ionosfera Pământului și pentru a îmbunătăți GPS-ul

Google folosește milioane de smartphone-uri pentru a mapa ionosfera Pământului și pentru a îmbunătăți GPS-ul

Pentru prima dată, cercetătorii au folosit date în timp real de la aproximativ 40 de milioane de telefoane mobile pentru a cartografi condițiile din ionosferă - o regiune a atmosferei superioare în care unele molecule de aer sunt ionizate. Astfel de semnale crowdsourcing ar putea îmbunătăți navigația prin satelit, în special în regiunile lumii în care datele sunt altfel rare, cum ar fi Africa, America de Sud și Asia de Sud.

Studiul de fezabilitate al echipei Google a fost publicat pe 13 noiembrie în revista Nature 1.

„Este un set de date uimitor”, spune Anthea Coster, un fizician atmosferic la Massachusetts Institute of Technology din Cambridge. „Completează în mod semnificativ harta în zonele în care avem nevoie urgentă de mai multe informații.”

Datele de pe telefonul mobil ar putea reduce erorile GPS cu 10-20% în unele zone și chiar mai mult în regiunile slab deservite, estimează Ningbo Wang, un fizician atmosferic la Institutul de Cercetare a Informațiilor Aerospațiale al Academiei Chineze de Științe din Beijing. Chiar și cu ajustări, perturbarea ionosferică rămâne o provocare, în special în timpul furtunilor solare care declanșează condiții neregulate în ionosferă. „Rezultatele prezentate sunt cu adevărat impresionante.”

Benzi duble

Când aerul este parțial ionizat, electronii care se mișcă liber încetinesc ușor și afectează semnalele radio care vin pe Pământ de la GPS și alți sateliți de navigație. Acest lucru poate afecta sincronizarea temporală la nivel de nanosecunde utilizată de dispozitivele de navigație prin satelit pentru a determina locațiile acestora. Acest lucru are potențial implicații grave pentru aterizările aeronavelor și vehiculelor autonome.

Hărțile în timp real ale densității acestor electroni sunt adesea folosite pentru a corecta fluctuațiile ionosferei. Inginerii creează hărțile folosind date de la stațiile de recepție de la sol care pot detecta timpii de sosire a două frecvențe diferite de unde radio primite de la același satelit. Electronii din ionosferă încetinesc undele de joasă frecvență mai mult decât cele de înaltă frecvență, cu aproximativ o nanosecundă. Această diferență oferă informații despre densitatea electronilor prin care unda a trecut în drumul său către un receptor.

Fără aceste corecții, GPS-ul ar fi inexact cu aproximativ 5 metri și cu zeci de metri în timpul furtunilor solare, când particulele încărcate de la soare cresc densitatea electronilor. Dar multe regiuni ale lumii nu dispun de stațiile de recepție de la sol pentru a crea aceste hărți.

zgomot de fond

Deși nu toate dispozitivele de navigație pot funcționa cu mai multe frecvențe, telefoanele moderne o fac adesea. Potrivit lui Brian Williams, un informatician la Google din Mountain View, California, și coautor al studiului, senzorii de telefon nu erau considerați anteriori practici pentru cartografierea ionosferei. Acest lucru se datorează faptului că datele de la telefoanele mobile sunt mult mai zgomotoase decât cele de la dispozitivele de recepție științifice special concepute, în special pentru că acestea primesc semnale doar intermitent și undele radio sunt reflectate în clădirile din apropiere din zonele urbane.

Echipa Google a avut succes în parte datorită cantității mari de date primite. „Atunci când sunt combinate cantități mari, zgomotele se anulează și încă primești un semnal clar”, spune Williams. „Este ca și cum ar exista o stație de monitorizare științifică în fiecare oraș unde există telefoane.”

Oricine deține un telefon Android și permite Google să colecteze date de la senzori pentru a îmbunătăți acuratețea locației ar putea contribui la studiu. Cu toate acestea, datele au fost agregate, astfel încât dispozitivele individuale nu pot fi identificate, explică compania.

Williams explică că se lucrează deja pentru a utiliza această tehnică pentru a îmbunătăți acuratețea locației pentru utilizatorii de Android. Dar datele ar trebui să fie utile și pentru studii științifice ale atmosferei superioare a Pământului. Harta a dezvăluit deja bule de gaz ionizat, cunoscut sub numele de plasmă, peste America de Sud, care nu au fost observate anterior în detaliu.

Pentru a beneficia cu adevărat științei, Google trebuie să publice datele, spune Coster, care lucrează la baza de date Madrigal, o resursă de date geospațiale colaborative care reunește date ionosferice de la mii de stații terestre. Un purtător de cuvânt al Google a declarat echipei de știri Nature că datele din spatele studiului vor fi publicate alături de articol, dar în prezent nu există planuri de a furniza date noi în timp real.

Cercetătorii lucrează la utilizarea altor senzori pentru smartphone-uri în moduri diferite. Sistemul Android de avertizare a cutremurelor de la Google din 2020 a arătat cum accelerometrele de pe smartphone-urile oamenilor ar putea detecta cutremure și avertizează pe alții care ar putea fi încă afectați. Utilizatorii Apple pot accesa o aplicație care utilizează tehnologie similară.

Până acum, oamenii de știință au văzut telefoanele drept utilizatori finali ai serviciilor de navigație, spune Wang. Această inversare de a folosi datele telefonului ca date de intrare este „teritoriu neexplorat”, spune el. „Acest studiu marchează o schimbare interesantă.”

1. Smith, J. şi colab. Nature 635, 365–369 (2024).

   Google Academic

Descărcați referințe