Navigazione
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Storicamente per navigazione si intende l'insieme di tecniche usate per determinare la posizione e la rotta di una nave in mare. Oggigiorno l'uso del termine si è esteso ad una serie di altri ambiti applicativi al di là di quello marittimo, come per esempio quelli terrestre, aeronautico e spaziale.
In tempi remoti la navigazione si basava sull'osservazione di punti di riferimento la cui posizione era nota, quali il sole, la luna e le stelle per determinare le coordinate geografiche della posizione dell'osservatore. Successivamente l'osservazione di tali punti di riferimento è stata resa più efficiente attraverso l'introduzione di strumenti come il sestante.
Il progresso tecnologico dei tempi recenti ha permesso di realizzare sensori in grado di determinare la posizione attraverso l'utilizzo di punti di riferimento introdotti artificialmente dall'uomo (per esempio i satelliti del GPS o i ripetitori WLAN). Tali sensori sono normalmente integrati in sistemi di navigazione insieme a software in grado di elaborare le informazioni inviate dai sensori per fornire una stima della posizione. Il più diffuso algoritmo di calcolo impiegato nel campo della navigazione è il filtro di Kalman.
[modifica] Navigazione terrestre
Per la navigazione terrestre (per esempio quella di autovetture) possono essere utilizzati (singolarmento o variamente accoppiati) i seguenti sensori:
- GPS:
- Odometri
- Accelerometri e giroscopi
- Angolo di rotazione dello sterzo
Dei sensori sopra citati, il GPS fornisce una stima della posizione del veicolo, gli odometri forniscono una stima della distanza percorsa, gli accelerometri e i giroscopi misurano rispettivamente accelerazione e velocità angolare mentre il segnale dello sterzo aggiunge informazioni sull'angolo di avanzamento della vettura. Tutte queste informazioni, in parte ridondanti, vengono fuse insieme in un filtro di Kalman, il quale calcola una stima della posizione basata sulle misure dirette effettuate da alcuni sensori (GPS, odometri) e sulla predizione della posizione data dall'integrazione delle grandezze misurate da altri sensori (accelerometri e giroscopi). Fondamentale - nella determinazione della posizione di un veicolo nella navigazione terrestre - è l'esatta conoscenza della rete stradale: sfruttando l'assunzione che un veicolo possa trovarsi esclusivamente su una strada restringe infatti enormemente le possibili soluzioni del problema di posizionamento in confronto al caso in cui si utilizzino i soli sensori. Per apprezzare quanto importante sia l'uso della rete stradale nel problema del posizionamento terrestre basta confrontare la precisione di un sistema di navigazione quando esso si trova su una strada e quando si trova in un ampio parcheggio.
Anche se il problema dei posizionamento terrestre è essenzialmente bidimensionale, specialmente nei mercati asiatici dove la rete stradale può svilupparsi verticalmente su diversi livelli con rampe, ponti e sopraelevate, diventa importante l'impiego di sensori o punti di riferimento addizionali rispetto a quelli usati in occidente. I sistemi di navigazione montati su auto giapponesi si avvalgono, ad esempio, di un giroscopio addizionale che misura l'inclinazione dell'auto rispetto all'asse di beccheggio. Inoltre in Giappone è attivo il sistema VICS (Vehicle Information and Communication System) che permette di monitorare la posizione di un veicolo attraverso ripetitori posti ai margini della strada.
[modifica] Navigazione marittima
Per navigazione marittima si intende il trasferimento di un mezzo galleggiante da un punto A (partenza) ad un punto B (destinazione), in massima sicurezza ed economia (che non sempre corrispnde alla via più breve).
La navigazione si può distinguere in:
• Navigazione Osservata
• Navigazione Stimata
Nota : La distinzione tra navigazione stimata e osservata è una distinzione a carattere tecnico, ciò non vuol dire che una esclude l’altra, anzi l’implemento dei due metodi è d’obbligo.
La Navigazione Osservata si basa sul controllo della posizione della nave.
Essa si distingue in:
Navigazione d’Altura
Costiera
Pilotaggio
La Navigazione d’altura dispone di diversi metodi per la determinazione del Punto Nave, tra questi la radionavigazione e la navigazione Astronomica. Il passaggio dalla navigazione d’altura alla navigazione costiera e detta Atterraggio, questo avviene non soltanto quando si riesce a vedere la costa ma bisogna anche riconoscerla.
La Navigazione Costiera e detta anche navigazione Piana e si svolge in vicinanza della costa con osservazioni ottiche o radar di punti cospicui.
Nel Pilotaggio il contributo del pilota, alla sicurezza della navigazione in acque ristrette e nell’atterraggio nei porti dei quali essi hanno conoscenza aggiornata, è notevole, ma si deve ricordare che la responsabilità della navigazione non viene trasferita al pilota, in quanto rimane al Com.te e all’Ufficiale di guardia ha il dovere di continuare a svolgere i propri compiti.
Nella Navigazione Stimata la traiettoria viene seguita utilizzando i dati della Bussola e del Solcometro circa la direzione e la velocità.
Tra le infinite traiettorie che uniscono due punti della superficie terrestre quelle d’interesse per la navigazione sono l’Ortodromia e la Lossodromia. La Lossodromia è più comoda perché seguibile governando alla bussola, con la rotta (prora) costante. La Posizione Stimata è affetta da errori di Misura e di Valutazione. Gli errori di misura dipendono dalla caratteristica degli strumenti (bussola e solcometro), quelli di valutazione dalla difficoltà di valutare esattamente i disturbi, principalmente meteo marini, venti, correnti, stato del mare. L’errore della posizione stimata e di circa 1/20 (in media) del cammino percorso, e quindi aumenta con il tempo. È necessario, per questo motivo, controllare la posizione della nave attraverso il Punto Nave.
