Команда Вашингтонского университета разработала первое приложение для подводного 3D-позиционирования для смарт-устройств, таких как смарт-часы.
Даже любителям подводного плавания с маской и трубкой погружение в открытую воду может сбить с толку. Дайверы часто плавают в условиях ограниченной видимости, что может представлять угрозу безопасности для команд, пытающихся найти друг друга в чрезвычайной ситуации. Тем не менее, несмотря на то, что многие ныряют с умными часами, предназначенными для погружения на глубину более 100 футов, точное определение местоположения мобильных устройств под водой ставит исследователей в тупик.
Команда Вашингтонского университета разработала первое приложение для подводного 3D-позиционирования для смарт-устройств. Когда по крайней мере три дайвера находятся на расстоянии около 98 футов (30 метров) друг от друга, существующие динамики и микрофоны их устройств связываются друг с другом, и приложение отслеживает местоположение каждого пользователя относительно лидера.
Диапазон может увеличиваться при увеличении количества дайверов, если каждый из них находится в пределах 98 футов от другого дайвера. Команда представит свои выводы в сентябре на конференции SIGCOMM 2023 в Нью-Йорке.
«Сегодня мобильные устройства могут работать практически в любой точке Земли. Вы можете находиться в лесу или в самолете и по-прежнему иметь подключение к Интернету, – – говорит ведущий автор Туочао Чен, аспирант Университета Вашингтона в Школе компьютерных наук и инженерии им. Пола Г. Аллена. – «Но единственное место, где мы до сих пор не заставили мобильные устройства работать, было под водой. Это своего рода последний рубеж».
Над водой GPS использует обширную спутниковую сеть для обнаружения мобильных устройств с помощью радиосигналов. Под водой эти сигналы быстро исчезают. Однако звук в воде распространяется быстрее и дальше, чем в воздухе. Предыдущие системы подводного позиционирования основывались на стратегически размещенных буях, но эти системы дороги и громоздки в развертывании, из-за чего многие дайверы обходились без них.
Команда UW обнаружила, что такие буи не нужны. С помощью приложения, если руководитель погружения видит хотя бы одного другого дайвера, устройства группы могут посылать друг другу акустические сигналы через свои микрофоны и динамики и использовать временные метки для оценки расстояния до каждого дайвера. На основе этих расстояний приложение может оценить формирование группы и местоположение каждого дайвера. Если устройство также отслеживает глубину, как это делают спортивные мониторы, такие как Apple Watch Ultra или Garmin Descent, система может определять местонахождение дайверов в 3D.
Для работы приложения требуется как минимум три устройства в сети, и его точность повышается по мере добавления новых устройств. При тестировании с четырьмя-пятью устройствами в местных озерах и бассейне приложение оценивало местоположения со средней ошибкой около 5 футов (1,6 метра) — достаточно близко, чтобы дайверы могли видеть друг друга в большинстве сред. Чтобы получить фактические GPS-координаты, вместо отслеживания местоположения относительно лидера погружения лидер должен быть подключен по беспроводной сети к надводному устройству на лодке с возможностями GPS.
Исследование основано на предыдущем прорыве лаборатории под названием AquaApp, который позволяет дайверам отправлять друг другу сообщения под водой.
«Это приложение и AquaApp можно использовать вместе», – – говорит Джастин Чен, аспирант Университета Вашингтона, аспирант школы Аллена. «Например, если лидер погружения обнаруживает, что кто-то идет не в ту сторону, он может отправить предупреждение: «Эй, ты выходишь за пределы досягаемости. Тебе нужно вернуться». Или, если у дайвера заканчивается кислород, сигнал SOS может позволить команде быстро найти человека даже в мутной воде».
