谷歌使用数百万台Android手机绘制电离层地图，这将提高GPS定位精度

谷歌研究人员在《自然》杂志发表论文，展示了如何利用数百万台Android设备的GPS数据绘制电离层地图。单个设备信号不足以了解电离层，但大量设备数据可纠正噪声，

如果您曾经遵循导航应用程序并最终偏离了路线，那么造成混乱的罪魁祸首可能是在50-200 英里的空中。地球大气层中称为电离层的区域可能含有不同程度的自由电子，当这些电子高度集中时，会减慢卫星和设备接收器之间传输的GPS 信号。这种延迟类似于某人在拥挤的城市街道上疯狂穿行后上班迟到，并且是导航系统错误的主要原因之一。

在本周发表在期刊《自然》上的一篇论文中，谷歌研究人员表示，他们能够利用从数百万匿名Android 移动设备中提取的GPS 信号测量值来绘制电离层地图。虽然来自任何单个移动设备的信号都过于“嘈杂”，无法让研究人员了解电离层中正在发生的情况，但当有许多其他设备进行比较时，这种噪音就会得到纠正。最终，研究人员能够使用庞大的Android 手机网络来绘制电离层地图，其精度与监测站相当。在印度和中非等地区，Android技术的准确度实际上远远超过了监测站本身的准确度。

通过高质量地面监测站网络，世界各地的科学家可以测量电离层通量（正式称为总电子含量TEC）。这些检测工具虽然有效，但构建和维护成本也相对较高，因此在世界发展中地区不太常见。对监测站的访问权不平等导致全球电离层测绘精度存在差异。谷歌的研究人员试图依靠世界上大多数人已经拥有的东西来解决这种不匹配：手机。

谷歌研究员、该论文的合著者Brian Williams 告诉《大众科学》，他之前亲眼目睹了电离层的变化如何影响Android 产品的GPS 功能。他说，他认为这个项目是一个机会，可以同时为科学进步做出贡献，并提高日常移动设备用户的准确性。

威廉姆斯说：“我们可以将GPS 接收器视为测量电离层的仪器，而不是考虑电离层干扰GPS 定位。” “通过集成数百万部手机的传感器测量结果，我们可以更多地了解电离层，否则这是不可能的。”

谷歌使用数百万台Android手机绘制电离层地图，这将提高GPS定位精度

数以百万计的Android手机如何成为“分布式传感器网络”

现代智能手机配备了GPS 接收器，可以测量中地球轨道(MEO) 上方约1,200 英里的卫星发出的无线电信号。接收器计算它们与卫星的距离，并利用该距离确定它们的位置，精确度约为15 英尺。这些信号在太空中快速、畅通无阻地传播，直到到达电离层。这片高层大气可能或多或少拥挤，具体取决于季节、一天中的时间或距赤道的距离等变量，所有这些最终都会导致GPS 精度误差。大多数手机接收器都配备了校正模型，可以消除大约一半的估计误差。

在实验中，研究人员收集了全球数百万部配备双频全球导航卫星系统的Android手机的卫星导航信号。谷歌表示，这些测量结果是“聚合的”和“去识别化的”，来自启用了定位和其他相关设置的Android 设备样本。为了进一步保护隐私，研究人员仅使用了与手机关联的“粗略位置”（约10公里）。研究中使用了大量手机，研究人员可以通过对设备进行比较来纠正个人偏见。一旦将所有这些测量结果结合起来，研究人员就能够创建电离层中自由电子的详细全球地图。

谷歌研究人员在博客文章中写道：“众包聚合信号的大型网络可以作为高度敏感的科学仪器。”

研究人员随后将Android 手机地图与包含世界各地监测站读数的数据库中的测量结果进行了比较。手机方式极大地扩大了覆盖范围，特别是在印度和东欧缺乏监测站的地区。在上图中，蓝点显示了世界各地大约100,000 个位置，这些位置有足够数量的手机测量数据可以帮助绘制电离层地图。相比之下，监测站只有9000个。

谷歌使用数百万台Android手机绘制电离层地图，这将提高GPS定位精度

谷歌博客文章写道：“在世界许多地方，我们模型的性能相当于使用最先进的全球电离层地图来监测站测量。”

电离层地图可以使GPS 更加准确

所有这些可能很快就会转化为消费者更精确的导航工具。在这项研究中，研究人员声称他们的基于手机的电离层地图比大多数手机中已经使用的标准地图更能更好地纠正电离层误差。展望未来，谷歌告诉《大众科学》，它计划为未来的Android 设备带来一些定位精度优势。这可能意味着在规划路线时减少恼人的导航错误。看似微小或微不足道的准确性改进实际上可以在极端紧急情况下发挥关键作用。威廉姆斯解释说，这种新的准确度可以帮助更好地区分高速公路和平行的崎岖服务道路，这对于试图尽快到达现场的急救人员来说是一个至关重要的细节。

手机地图数据的广泛覆盖也使研究人员有机会使用有限的专用设备观察和记录有趣的电离层现象，例如等离子体气泡。在一个令人惊讶的案例中，谷歌研究人员能够使用手机地图来识别南亚的赤道异常，但该地区的少数监测站没有注意到这一异常。