Google uporablja milijone pametnih telefonov za preslikavo zemeljske ionosfere in izboljšanje GPS-a

Google uporablja milijone pametnih telefonov za preslikavo zemeljske ionosfere in izboljšanje GPS-a

Raziskovalci so prvič uporabili podatke v realnem času iz približno 40 milijonov mobilnih telefonov, da bi preslikali razmere v ionosferi – območju zgornje atmosfere, kjer so nekatere molekule zraka ionizirane. Takšni množični signali bi lahko izboljšali satelitsko navigacijo, zlasti v regijah sveta, kjer je podatkov sicer malo, kot so Afrika, Južna Amerika in Južna Azija.

Študija izvedljivosti Googlove ekipe je bila objavljena 13. novembra v reviji Nature 1.

»To je neverjeten nabor podatkov,« pravi Anthea Coster, atmosferska fizičarka na Massachusetts Institute of Technology v Cambridgeu. "Pomembno dopolnjuje zemljevid na področjih, kjer nujno potrebujemo več informacij."

Podatki mobilnih telefonov bi lahko zmanjšali napake GPS za 10-20 % na nekaterih območjih in še več v regijah s slabšo oskrbo, ocenjuje Ningbo Wang, atmosferski fizik na Aerospace Information Research Institute Kitajske akademije znanosti v Pekingu. Tudi s prilagoditvami motnje v ionosferi ostajajo izziv, zlasti med sončnimi nevihtami, ki sprožijo neenakomerne razmere v ionosferi. "Predstavljeni rezultati so res impresivni."

Dvojni pasovi

Ko je zrak delno ioniziran, se prosto gibajoči elektroni rahlo upočasnijo in vplivajo na radijske signale, ki prihajajo na Zemljo iz GPS in drugih navigacijskih satelitov. To lahko vpliva na časovno sinhronizacijo na nanosekundni ravni, ki jo uporabljajo satelitske navigacijske naprave za določanje svojih lokacij. To ima potencialno resne posledice za pristajanje letal in avtonomna vozila.

Zemljevidi gostote teh elektronov v realnem času se pogosto uporabljajo za korekcijo nihanj v ionosferi. Inženirji ustvarjajo zemljevide z uporabo podatkov iz zemeljskih sprejemnih postaj, ki lahko zaznajo čas prihoda dveh različnih frekvenc radijskih valov, prejetih z istega satelita. Elektroni v ionosferi upočasnijo nizkofrekvenčne valove bolj kot visokofrekvenčne, za približno nanosekundo. Ta razlika zagotavlja informacijo o gostoti elektronov, skozi katere je šel val na poti do sprejemnika.

Brez teh popravkov bi bil GPS netočen za približno 5 metrov in za več deset metrov med sončnimi nevihtami, ko nabiti delci iz sonca povečajo gostoto elektronov. Toda številne regije po svetu nimajo zemeljskih sprejemnih postaj za ustvarjanje teh zemljevidov.

hrup v ozadju

Čeprav vse navigacijske naprave ne morejo delovati z več frekvencami, sodobni telefoni to pogosto počnejo. Po mnenju Briana Williamsa, računalniškega znanstvenika pri Googlu v Mountain Viewu v Kaliforniji in soavtorja študije, telefonski senzorji prej niso veljali za praktične za kartiranje ionosfere. To je zato, ker so podatki iz mobilnih telefonov veliko bolj šumni kot podatki iz posebej zasnovanih znanstvenih sprejemnih naprav, zlasti zato, ker sprejemajo signale le občasno in se radijski valovi odbijajo od bližnjih stavb v mestnih območjih.

Googlova ekipa je bila uspešna deloma zaradi velike količine podatkov, ki so jih prejeli. "Ko se združijo velike količine, se hrup izniči in še vedno dobite jasen signal," pravi Williams. "Kot da je v vsakem mestu, kjer so telefoni, znanstvena nadzorna postaja."

Vsakdo, ki ima v lasti telefon Android in Googlu dovoli zbiranje podatkov senzorjev za izboljšanje natančnosti lokacije, bi lahko prispeval k študiji. Vendar so bili podatki združeni, tako da posameznih naprav ni mogoče identificirati, pojasnjuje podjetje.

Williams pojasnjuje, da že poteka delo za uporabo te tehnike za izboljšanje natančnosti lokacije za uporabnike Androida. Toda podatki bi morali biti uporabni tudi za znanstvene študije zgornje atmosfere Zemlje. Zemljevid je že razkril mehurčke v ioniziranem plinu, znanem kot plazma, nad Južno Ameriko, ki doslej še niso bili podrobno opazovani.

Da bi Google resnično koristil znanosti, mora Google objaviti podatke, pravi Coster, ki dela na podatkovni zbirki Madrigal, skupnem viru geoprostorskih podatkov, ki združuje podatke o ionosferi iz tisočih zemeljskih postaj. Tiskovni predstavnik Googla je novičarski ekipi Nature povedal, da bodo podatki, ki temeljijo na študiji, objavljeni poleg članka, vendar trenutno ni načrtov za zagotavljanje svežih podatkov v realnem času.

Raziskovalci delajo na uporabi drugih senzorjev pametnega telefona na različne načine. Googlov sistem za opozarjanje pred potresi Android leta 2020 je pokazal, kako lahko merilniki pospeška v pametnih telefonih ljudi zaznajo potrese in opozorijo druge, ki bi jih še lahko prizadel. Uporabniki Appla lahko dostopajo do aplikacije, ki uporablja podobno tehnologijo.

Do zdaj so znanstveniki na telefone gledali kot na končne uporabnike navigacijskih storitev, pravi Wang. Ta preobrat za uporabo telefonskih podatkov kot vhodnih podatkov je "neoznačeno ozemlje," pravi. "Ta študija označuje vznemirljiv premik."

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

   Google Učenjak

Prenesite reference