strumenti telematici per la sicurezza in mare

STRUMENTI TELEMATICI PER
LA SICUREZZA IN MARE
Abstract
In questo breve documento verranno passati in rassegna quali sono gli strumenti telematici
attualmente a disposizione per garantire la sicurezza delle imbarcazioni in mare. Come illustrato nel
seguito, la tecnologia moderna è in grado di assicurare un elevato grado di sicurezza, in quanto sono
disponibili molteplici sistemi di salvaguardia, basati su tecnologie diverse e quindi complementari.
Pur tuttavia, la stragrande maggioranza di tali apparati di sicurezza sono obbligatori esclusivamente
per le navi eccedenti le 300GT1 e per le navi passeggeri, mentre sono facoltativi, e quindi perlopiù
assenti, su imbarcazioni da diporto utilizzate per motivi ricreazionali.
Apparati per la sicurezza in mare delle imbarcazioni da diporto
Il punto di partenza della nostra discussione è rappresentato dalla seguente tabella2:
Tale tabella, come scritto nell'intestazione, riporta la dotazione in strumenti di telecomunicazione
1The GT calculation is defined in Regulation 3 of Annex 1 of The International Convention on Tonnage Measurement
of Ships, 1969. It is based on two variables:
•
•
V, the ship's total volume in cubic meters (m³), and
K, a multiplier based on the ship volume.
The value of the multiplier K varies in accordance with a ship's total volume (in cubic metres) and is applied as a kind
of reduction factor in determining the gross tonnage value - which does not have a unit such as cubic metres or tons. For
smaller ships, K is smaller, for larger ships, K is larger. K ranges from 0.22 to 0.32 and is calculated with a formula
which uses the common or base-10 logarithm:
Once V and K are known, gross tonnage is calculated using the formula, whereby GT is a function of V:
Fonte: Wikipedia.
2 Tabella estratta dal documento http://www.guardiacostiera.it/servizi/documents/dotazioni%20di
%20sicurezza/dotazionidisicurezza_upd20042010.pdf , presente sul sito della guardia costiera. Usare tale link per
vedere la tabella completa, comprendente dotazioni di sicurezza non elettroniche come ad esempio boetta luminosa,
boetta fumogena, zattera di salvataggio, etc.
che una imbarcazione da diporto è obbligata a tenere, in funzione della distanza di navigazione dalla
costa. Possiamo vedere che entro le sei miglia non è richiesta nessuna dotazione elettronica; entro le
12 miglia è sufficiente esclusivamente un apparato VHF, entro le 50 miglia bisogna aggiungere un
riflettore radar, uno strumento di radioposizionamento satellitare, e, infine, oltre le 50 miglie e senza
alcun limite è richiesto un EPIRB.
Nel seguito si analizzano tali dispositivi e poi ci si soffermerà anche sulle dotazioni di sicurezza per
navi eccedenti le 300GT, in modo da tracciare un quadro completo delle tecnologie di sicurezza al
momento disponibili.
Apparato VHF
Col termine "banda VHF" si indica generalmente quella porzione dello spettro radio compreso tra i
30 e i 300MHz, cui corrispondono lunghezze d'onda comprese rispettivamente tra i 10 metri e 1
metro. La propagazione di tali onde avviene per via diretta, quindi esse sono usate principalmente
per radiocomunicazione locale con un range che non eccede le 30-40 miglia. In particolare la banda
marina usa frequenze comprese tra i 156 e i 162MHz. In tale banda sono definiti tutta una serie di
canali, sui quali è possibile trasmettere segnali vocali con modulazione FM.
In tutti i radiotelefoni VHF di ultima generazione è presente un pulsante protetto con l'indicazione
DISTRESS. La pressione di questo pulsante da luogo, con radiotelefono interfacciato con ricevitore
GPS e nominativo MMSI inserito3, ad una chiamata automatica di soccorso che trasmette anche le
coordinate dell'imbarcazione. Questo sistema viene detto DSC (digital selective calling). I messaggi
DISTRESS sono trasmessi in automatico a tutte le stazioni nelle bande marittime.
Strumento di radioposizionamento
Gli strumenti di radioposizionamento sono basati o sul sistema LORAN o sul GPS; tali strumenti
forniscono la posizione, in termini di latitudine e longitudine, dell'imbarcazione.
Il LORAN (LOng RAnge Navigation) è un sistema di radionavigazione terrestre tramite onde radio
LF (a bassa frequenza) che sfrutta l'intervallo di tempo tra i segnali ricevuti da tre o più stazioni per
determinare la posizione di una nave o di un aereo. Era usato dagli alleati già durante la II guerra
mondiale.
La versione del LORAN oggi in uso è denominata LORAN-C, ed opera sulla banda di frequenze da
90 a 110 kHz, inclusa nella porzione LF dello spettro radio. Varie nazioni fanno uso di questo
sistema, tra cui Stati Uniti d'America, Giappone e vari paesi europei. La Russia utilizza un sistema
quasi identico, sulla stessa banda di frequenza, chiamato Chayka.
Ad oggi, l'uso del LORAN è in rapido declino, a causa dell'avvento dei più efficaci e precisi sistemi
di posizionamento satellitare, come il GPS. Nonostante ciò vi sono tuttora tentativi di migliorare e
riabilitare il sistema, come ad esempio il sistema E-LORAN (Enhanced LORAN), che pur tuttavia
non vede coinvolte stazioni nel mar mediterraneo.
Il GPS, come ben noto, è un sistema di radioposizionamento basato sull'uso di una costellazione di
satelliti che sono in orbita non geostazionaria a circa 20.000Km di quota. Il ricevitore GPS misura
la distanza dai satelliti in visibilità; a partire dalla posizione dei satelliti (nota) e dalla distanza da
questi viene determinata la posizione sulla terra. E' necessario che ci siano almeno 4 satelliti in
visibilità per determinare in modod univoco la propria posizione. Tutto questo non rappresenta
affatto un problema in mare aperto ove non vi sono ostacoli tipo grattacieli e/o montagne che
3 Trattasi di un codice univoco identificativo dell'imbarcazione.
possano ostruire buona parte della volta celeste.
Riflettore Radar
Trattasi di un classico radar utilizzato per navigazione costiera, navigazione in acque costiere e
come dispositivo anticollisione per navigazione in zone con molto traffico. Le COLREGS
(International Regulations for Preventing Collisions at Sea, 1972) richiedono a tutti i natanti dotati
di radar di monitorare costantemente con esso l’ambiente esterno per evitare collisioni con altri
natanti. Le caratteristiche generali di un riflettore radar sono le seguenti:
•
Operano in banda S (λ=10 cm) e X (λ=3 cm).
•
Potenza di picco compresa tra 25 e 50 kw
•
Pulse Width compresa tra 0,01 e 2 μs (corto e lungo)
•
PRF (Pulse Repetition frequency) tra 500 e 4000 Hz (= # impulsi al secondo)
•
Solitamente l'impulso lungo è usato in navigazione (per guardare a lunga distanza), quello
corto manovra
•
Copertura in azimuth solitamente 360°
•
Antenne Fan-beam (1°-2° gradi in azimuth, 20°-25° in elevazione)
EPIRB (emergency position-indicating radio beacons )
Un esemplare di EPIRB è rappresentato dalla seguente figura:
L'EPIRB è un dispositivo che aiuta i soccorritori a localizzare imbarcazioni in difficoltà. Questi
dispositivi possono essere attivati manualmente, o anche in modo automatico ad esempio quando
vengono a contatto con l'acqua. Un moderno dispositivo EPIRB contiene:
•
Un trasmettitore radio di 5Watt che opera a 406MHz
•
Un trasmettitore radio di 0.25Watt che opera a 121.5MHz
• Un ricevitore GPS
Quando l'EPIRB è attivato, entrambi i trasmettitori cominciano a funzionare. Il segnale trasmesso
dall'EPIRB viene raccolto da un satellite geostazionatio che è capace di rivelare il segnale a
406MHz. Il segnale contiene al suo interno un codice identificativo e, se l'EPIRB è dotato di GPS,
anche la posizione del dispositivo. Se l'EPIRB è stato regolarmente registrato, dal codice
identificativo si può anche risalire all'identità del proprietario dell'EPIRB. I segnali trasmessi
dall'EPIRB possono essere poi utilizzati dalle squadre di soccorso per poter localizzare
l'imbarcazione in difficoltà.
Se l'EPIRB non è dotato di GPS, allora un set diverso di satelliti, in orbita polare bassa, raccoglie il
segnale. Dalla posizione del satellite nel momento in cui rivela il segnale si riesce a risalire ad una
stima molto approssimata della posizione del dispositivo.
Apparati per la sicurezza in mare di navi di grossa stazza
Nel seguito si esegue una breve rassegna di apparati per la sicurezza obbligatori sulle navi
passeggeri (indipendentemente dalla stazza) e sulle navi eccedenti le 300GT. Sebbene tali apparati
non siano presenti sulle imbarcazioni da diporto, questa sezione è utile per dare un'idea di quale sia
lo stato dell'arte nel campo delle tecnologie telematiche per la sicurezza in mare.
GMDSS (Global Maritime Distress Safety System)
Il sistema GMDSS è un insieme di procedure di sicurezza, protocolli di comunicazione e apparati di
bordo atti a garantire la sicurezza in mare. Definito a Londra nel 1974 nel corso della Convenzione
Internazionale per la Salvaguardia della vita Umana in Mare (SOLAS 74); è entrato in vigore il 1
febbraio1992, ed è stato sviluppato per realizzare un sistema automatico per la gestione delle
emergenze in mare, garantendo una maggiore efficacia delle procedure di soccorso.
La normativa GMDSS si applica a
• Tutte le navi passeggeri
• Tutte le navi da carico di stazza lorda maggiore di 300 tonnellate
La nomativa non si applica a
• Navi da carico di stazza lorda inferiore a 300 tonnelate
• Alla navi da guerra e a quelle che trasportano truppe
• Alle navi in legno di vecchia costruzione
• Ai pescherecci
• Alle navi che navigano nelle acque dei Grandi Laghi dell’America del Nord.
L'obiettivo del GMSDD è far si che in caso di emergenza, una nave possa avere la capacità di
inviare segnale di soccorso ad altre navi ed ai centri di coordinamento costieri preposti alla ricerca e
al salvataggio in mare; allo stesso tempo, una nave deve essere in grado di ricevere informazioni
marittime di sicurezza (MSI – maritime safety information) come avvisi per la navigazione e
bollettini meteorologici.
Le componenti del GMDSS sono
• L'EPIRB, di cui si è già discusso;
• Il NAVTEX
• Il sistema INMARSAT
• Il Radiotelefono HF
• Il SART
• Il DSC
Il NAVTEX
Il NAVTEX ("NAVigational TEXt Messages") è un servizio internazionale automatico, trasmesso
sulle medie frequenze, di stampa diretta per l'invio di avvisi e bollettini di navigazione e
meteorologici. Viene usato anche per trasmettere informazioni urgenti sulla sicurezza alle navi.
Il NAVTEX fu sviluppato come sistema semplice ed a basso costo per fornire informazioni a bordo
delle navi in un raggio di circa 370 km (200 miglia nautiche). Negli stati uniti le stazioni emittenti
NAVTEX sono operate dalla guardia costiera. Nessun costo è dovuto per la ricezione delle
trasmissioni NAVTEX.
In Italia tale servizio è fruibile gratuitamente sulla frequenza 518 Khz con apposito ricevitore
disponibile presso i rivenditori di apparecchiature nautiche ed alle pagine 718/1,2, 3, 4, 5, 6, 7 di
TELEVIDEO RAI. Il servizio usa una singola frequenza con trasmissioni effettuate da stazioni fisse
ognuna in una ben definita area (NAVAREA), sincronizzate con un sistema a divisione di tempo al
fine di evitare mutue interferenze; in ognuna delle trasmissioni sono contenute tutte le informazioni
necessarie.
Il globo terrestre è stato suddiviso in aree, per ognuna delle quali è stato designato un paese
coordinatore del servizio. Il Mediterraneo è inserito nella NAVAREA III, la cui nazione
coordinatrice è la Spagna.
L’Italia appartiene alla NAVAREA terza, che comprende:
Mediterraneo, Mar Nero e Mar d’Azov.
Esempio di ricevitore NAVTEX
In tale contesto , la Centrale Operativa del Comando Generale delle Capitanerie di Porto ha assunto
la veste di Coordinatore nazionale per il servizio NAVTEX, con il compito di assicurare, la
diffusone sulla frequenza di 518 Khz di avvisi ai naviganti e previsioni meteo.
Il sistema INMARSAT
E' un sistema di comunicazione satellitare che usa satelliti geostazionari, posti a 36.000 km di
quota. I servizi garantiti da questo sistema sono comunicazioni telefoniche, fax, posta elettronica, e
ricezione di messaggi relativi alla sicurezza marittima. Vi sono varie versioni di tale sistema di
comunicazione, denominate INMARSAT A, INMARSAT M, INMARSAT C, INMARSAT B ed
INMARSAT E.
Tale sistema costituisce un sistema organico di comunicazione. In figura un esempio di terminale
INMARSAT C, che utilizza una antenna omnidirezionale:
Radiotelefono HF in SSB
Trattasi di un apparato di comunicazione vocale che ha uso della banda HF, ed in particolare di una
banda canalizzata tra i 1800KHz e i 2400KHz. La propagazione delle onde qui avviene
essenzialmente per riflessione, ragion per cui la sua funzione è complementare a quella
dell'apparato VHF. Altrimenti detto, il radiotelefono HF viene usato per comunicazioni a grande
distanza. Un po' declassato dall'ingresso delle trasmissioni satellitari, questo apparecchio resta
obbligatorio a bordo degli scafi superiori alle 25 tonnellate di stazza lorda4 e fa parte del programma
di assistenza e soccorso GMDSS per il naviglio mercantile. La sua installazione richiede antenne
particolarmente lunghe, cui si può ovviare utilizzando, sulle barche a vela, le sartie con antenne
filari. La frequenza di chiamata e soccorso è 2182KHz. Ogni stazione radio costiera ha una sua
frequenza di utilizzo, ed ha l'obbligo di ascolto costante sul canale a 2182KHz. Ad esempio le
frequenze 2632KHz e 2023KHz sono riservate per la trasmissione e la ricezione della stazione radio
di Napoli.
IL SART (Search and Rescue Transponder)
Il SART è un dispositivo simile all'EPIRB, ma lavora alla frequenza dei GHz. A differenza
dell'EPIRB, questo dispositivo, quando in funzione, emette segnali solo quando rivela in prossimità
la presenza di un radar che opera nella banda X, ovvero a 9GHz. In particolare, il SART produrrà
una serie di puntini sullo schermo radar della nave giunta in soccorso, Il SART di conseguenza non
è visto da un radar che operi in una banda diversa dalla X. Il range di intercettabilità per tale
dispositivo è circa 15Km. Il tipo di segnale emesso dal SART è tale che la nave giunta in soccorso
si accorge quando la distanza dal SART è diventata meno di 2Km. In tal modo si avrà cognizione
del fatto che si è ormai nelle immediate vicinanze dell'imbarcazione da soccorrere.
Un SART ben installato è capace, in condizioni meteo moderate, di garantire un’individuazione
oltre le 10 miglia da grandi navi e oltre le 40 miglia da parte di aerei/elicotteri.
Come gli EPIRB, i SART sono usualmente di forma cilindrica e con colori vivaci.
4 In effetti sul testo "Apparati e sistemi elettronici per la nautica", di L. Formisani, è riportato che tale apparato è
obbligatorio su tutte le imbarcazioni il cui scafo ha una lunghezza superiore a 24 metri.
Il DSC
Del DSC si è già discusso nel paragrafetto relativo all'apparato VHF. Trattasi di un dispositivo che
consente di effettuare o ricevere una chiamata in forma digitale, con possibilità di indirizzarla non
solo "a tutte le navi", ma anche a un gruppo di navi, alle navi di una singola area geografica, e
anche a una singola stazione. Ecco perchè si usa il termine "selettivo".
Il DSC è costituito da un MODEM collegato al comune apparato VHF. In pratica trattasi quindi di
un sistema di comunicazione numerico a basso bit rate usato per lo scambio di messaggi testuali. In
figura si riportano le stazioni costiere presenti in Italia e abilitate a ricevere e inviare messaggi con
il DSC.
Il sistema AIS (Automatic Identification System)
Chiudiamo la panoramica con il sistema sicuramente più scenografico tra quelli fin qui visti, l'AIS.
Questo sistema permette di monitorare il traffico navi, ed avere così un quadro dettagliato delle navi
che transitano in una data area. Non è quindi un sistema che si usa solo durante una emergenza, ma
funziona anche durante la normale navigazione.
Trattasi questo di un sistema attivo, nel senso che ciascuna imbarcazione dotata di dispositivo AIS
trasmette, ad intervalli regolari, la propria posizione, ricavata mediante un ricevitore GPS. Un
ricevitore AIS riceverà quindi i messaggi da tutte le navi che si trovano nella sua stessa area, e potrà
quindi costruirsi una mappa dell'area con l'indicazione delle navi che vi circolano. Una nave dotata
di apparato AIS potrà essa stessa costruirsi tale mappa ed avere così un quadro di tutte le navi che si
trovano nelle sue prossimità.
La trasmissione avviene in VHF, sul canale 87 (161.975MHz) e sul canale 88 (162.025MHz); la
velocità di trasmissione è 9600bit/s con modulazione GMSK (Gaussian minimum shift keying).
Poichè tali frequenze sono divise da tutte le navi che si trovano in una stessa area, c'è bisogno di un
protocollo di accesso multiplo. In particolare, si usa qui un protocollo distribuito ad accesso
multiplo a divisione di tempo: la trama, della durata di 60secondi, è divisa in 2250 slot di ugual
durata. In ciascun slot una sola nave può trasmettere un pacchetto di 256 bit.
Si noti che tale sistema, essendo basato su trasmissione in VHF, non fornisce una mappatura delle
imbarcazioni in mare aperto.
Sul sito www.marinetraffic.com è possibile avere un'idea di tale sistema. Tale sito infatti usa un
ricevitore AIS per estrarre informazioni sulle navi in transito e le visualizza su uno schermo
integrato con le mappe di google. E' qui possibile vedere le navi in transito, visualizzare la loro
traiettoria, ed anche vederne una foto.
Nel seguito riportiamo una immagine presa da tale sito relativa al golfo di Napoli.
Conclusioni
Da questo quadro si evince che sono attualmente operativi molteplici servizi per la sicurezza delle
imbarcazioni. Pur tuttavia, come visto, gran parte di questi strumenti si applicano alle navi
passeggeri e a quelle superiori alle 300GT. Per quel che concerne le imbarcazioni da diporto,
invece, vi è un più scarno utilizzo di tali tecnologie. In particolare manca un dispositivo che possa
permettere alla guadia costiera di avere una mappa di tutte le imbarcazioni presenti nella loro area
di competenza.