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Il posizionamento iper-accurato è in arrivo in tutto il mondo
Gli aggiornamenti ai satelliti in orbita e ai sistemi sottostanti porteranno alle masse una precisione di livello centimetrico.
Disegno Selman
24 febbraio 2021
Perchè importa:Il GPS ha già trasformato molti settori e ne ha resi di nuovi completamente nuovi, come il ride sharing. Una sua forma più accurata genererà ancora più applicazioni.
Giocatori chiave:• Amministrazione spaziale nazionale cinese
• Aeronautica americana
• ColdQuanta
Disponibilità:Ora
Il 6 luglio una massiccia frana, la peggiore degli ultimi decenni, ha colpito la casa di Du Fangming nella provincia di Hunan, nel sud della Cina. La mia casa è crollata. Le mie capre sono state spazzate via dal fango, ha detto ai media cinesi poco dopo la catastrofe. Fortunatamente, però, era al sicuro, uno dei 33 abitanti del villaggio che erano stati evacuati grazie ai primi allarmi abilitati da tecnologie di posizionamento avanzate in grado di fornire letture più accurate che mai.
Alimentato dal sistema di navigazione satellitare globale appena completato dalla Cina, BeiDou (l'Orsa Maggiore) e le sue stazioni a terra, i sensori di posizione possono rilevare sottili cambiamenti nella superficie terrestre nelle regioni soggette a frane in tutta la Cina. Il movimento nell'arco di pochi metri può essere individuato in tempo reale, mentre la precisione della post-elaborazione può raggiungere il livello del millimetro.
Questa storia faceva parte del nostro numero di marzo 2021
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Ciò significa che uno spostamento nella terra delle dimensioni della punta di una matita appuntita può essere individuato da oltre 21.000 chilometri sopra. Dodici giorni prima della frana, il villaggio di Du ha ricevuto un avviso arancione che citava anomalie nei dati, che indicavano un'accelerazione dello scivolamento della superficie dopo giorni di forti piogge.
Dodici giorni prima della frana, il villaggio di Du ha ricevuto un avviso arancione che citava anomalie nei dati, che indicavano un'accelerazione dello scivolamento della superficie dopo giorni di forti piogge.
Il villaggio di Du è tra gli oltre 100 siti dell'Hunan dotati di tali sistemi di monitoraggio dei disastri e di allerta precoce. Questo servizio non sarebbe stato possibile se la precisione del posizionamento satellitare fosse stata ancora a livello di metro o decimetro, afferma Yuan Hong del Istituto di ricerca sull'informazione aerospaziale all'Accademia cinese delle scienze di Pechino, dove ha lavorato per decenni su BeiDou.
Più che mai, ci affidiamo a tecnologie in grado di determinare la nostra posizione o individuare la posizione di un oggetto. L'agricoltura di precisione, la consegna dei droni, la logistica, il trasporto di passeggeri e i viaggi aerei dipendono tutti da un rilevamento della posizione altamente accurato dallo spazio. Ora una serie di implementazioni e aggiornamenti stanno aumentando la precisione dei più potenti sistemi di posizionamento satellitare globale del mondo da diversi metri a pochi centimetri.
Ciò potrebbe significare che il tuo telefono sa non solo in quale strada stai camminando o andando in bicicletta, ma in quale lato della strada ti trovi. Un giorno, questo tipo di risoluzione potrebbe consentire alle auto a guida autonoma o ai robot per le consegne di navigare in sicurezza su strade e marciapiedi.
Il GPS continua a migliorare
Con il miglioramento della tecnologia, aumenta anche la precisione del GPS, qui rappresentata da una media statistica dell'errore del segnale nello spazio misurato su una singola frequenza attraverso la costellazione GPS.
NasaSatelliti nuovi e migliorati
Il sistema di posizionamento globale (GPS) , uno dei primi sistemi satellitari di questo tipo al mondo, ha cambiato il modo in cui miliardi di persone si muovono. Dal 1993, almeno 24 satelliti GPS sono in orbita attorno alla Terra e trasmettono costantemente le loro posizioni. Qualsiasi ricevitore GPS può trovare la sua posizione attuale in pochi secondi triangolando i segnali di almeno tre satelliti nella costellazione.
Una volta che i segnali sono stati elaborati da un ricevitore, il GPS è generalmente preciso entro 5-10 metri. Ora il sistema è nel bel mezzo di un aggiornamento durato anni al GPS III, che dovrebbe migliorare la sua precisione da uno a tre metri (vedi grafico). Entro novembre 2020, quattro dei 10 satelliti GPS III erano stati lanciati, mentre il resto dovrebbe essere messo in orbita entro il 2023. Sebbene i consumatori non se ne accorgano subito, la precisione dei loro sistemi di navigazione e delle app di localizzazione degli smartphone dovrebbe migliorare come un risultato.
E nel giugno 2020, la Cina ha terminato di implementare la sua costellazione di satelliti BeiDou come alternativa al GPS. Ampliato nel corso di due decenni da una rete regionale a una globale, BeiDou ha ora 44 satelliti che operano in tre orbite distinte. Fornisce servizi di posizionamento a chiunque nel mondo con una precisione media da 1,5 a due metri. Poiché il servizio si concentra storicamente su Cina e Asia, tuttavia, gli utenti regionali di BeiDou possono spesso ottenere informazioni sulla posizione migliori, con una precisione prossima al metro.
Aumenta la precisione a terra
Anche con questi progressi, i segnali di posizionamento incontrano interferenze e altre condizioni che possono farli andare storti. La correzione di questi errori richiede un altro livello di tecnologia.
Sia BeiDou che GPS fanno molto affidamento su aumento a terra per aumentare la precisione di posizionamento al livello del centimetro. Un approccio popolare è il posizionamento cinematico in tempo reale (RTK), che utilizza un ricevitore base e un ricevitore rover, posti a chilometri di distanza, per ricevere i segnali satellitari e calcolare gli errori causati dalla ionosfera terrestre. Questa tecnica può raggiungere precisioni inferiori a tre centimetri.
Una tecnologia simile ma più recente è il posizionamento preciso del punto (PPP). Richiede un solo ricevitore e funziona da qualsiasi punto della superficie terrestre, offrendo agli utenti una precisione da decimetro a centimetro.
In Cina, l'aumento di RTK è relativamente maturo e migliaia di stazioni base sono state costruite in tutto il paese, afferma Yuan: Stiamo ora sviluppando una tecnologia chiamata PPP-RTK per combinare i loro punti di forza e [si spera] la metterà per usarne alcuni anni da oggi.
Oltre il posizionamento satellitare
Man mano che la precisione del posizionamento satellitare migliora, troveremo senza dubbio ancora più modi per utilizzarla. Alla fine, però, i sistemi satellitari tradizionali raggiungeranno un limite di precisione, probabilmente intorno al livello millimetrico. Quindi i ricercatori stanno esplorando nuove tecnologie di posizionamento che potrebbero portarci oltre quel limite o almeno ridurre la nostra dipendenza dai satelliti .
Un approccio utilizza le proprietà quantistiche della materia per localizzare e navigare senza riferimenti esterni. Quando gli atomi vengono raffreddati appena al di sopra dello zero assoluto, raggiungono uno stato quantico particolarmente sensibile alle forze esterne. Pertanto, se conosciamo la posizione iniziale di un oggetto e possiamo misurare i cambiamenti negli atomi (con l'aiuto di un raggio laser), possiamo calcolare i movimenti dell'oggetto e trovarne la posizione in tempo reale.
Il posizionamento quantistico sarebbe particolarmente utile in situazioni in cui non sono disponibili sistemi satellitari come GPS o BeiDou, come nello spazio profondo o sott'acqua, o come tecnologia di navigazione di riserva per le auto a guida autonoma. UN versione molto precoce di un sistema di posizionamento quantistico, sviluppato da ColdQuanta a Boulder, in Colorado, sta ora operando sulla Stazione Spaziale Internazionale.
I nostri antenati guardavano alle stelle e alle bussole per capire dove fossero; oggi utilizziamo gli orologi atomici sui satelliti in orbita per fare lo stesso. Le nuove tecnologie di posizionamento hanno già cambiato il modo in cui coltiviamo, trasportiamo merci e navighiamo nel nostro mondo e gli ultimi miglioramenti porteranno quel mondo a un'attenzione ancora più nitida. Man mano che la tecnologia di posizionamento avanza al livello millimetrico e oltre, i limiti del suo utilizzo saranno definiti più dalla nostra creatività e dai limiti legali o etici che stabiliamo che dalle prestazioni della tecnologia stessa.
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