A. Vega – Appunti di radionavigazione

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5. – Il sistema A.I.S.

A.I.S. è l’acronimo di

Automatic Identification System, si

tratta di un sistema automatico di

tracciamento utilizzato su navi

mercantili e da diporto.

Fin dagli anni '90 l'AIS viene

adottato dall'IMO come strumento

obbligatorio a bordo delle navi

mercantili e passeggeri. Dal 2004

diventa obbligatorio anche per le unità

di oltre i 24 metri di lunghezza, 300

tonnellate di stazza e con più di 11

passeggeri.

Nel 2007 è stato introdotto sul mercato l'AIS Classe B che ha permesso una nuova

generazione di apparati AIS a basso costo rendendo così appetibile per qualunque natante l'uso di

questo strumento. Come si vede dall’immagine sottostante, il ricevitore AIS visualizza l’elenco

delle navi presenti in zona riportando la distanza ed il rilevamento rispetto alla nave propria, di cui

sono riportate le coordinate LAT e LONG, rotta (COG) e velocità(SOG).

L’utilizzo dell’AIS risulta molto utile per la visualizzazione sul PPI (Plan Positioning

Indicator) del radar, agevolando così l’identificazione delle navi attraverso il loro nome e la

categoria di appartenenza, nel caso trasportassero merci pericolose e/o le loro condizioni di

navigabilità fossero compromesse dalla presenza di bassi fondali o altri condizionamenti alla

sicurezza della navigazione.

Le unità dotate di AIS possono trasmettere e ricevere dati attraverso frequenze radio VHF

che avviene su due canali (87B e 88B) della banda destinata alle trasmissioni radio fra mezzi navali.

I dati vengono trasmessi periodicamente, la frequenza con cui vengono aggiornate le informazioni è variabile e dipende dall'attività dell'unità, può andare da una trasmissione ogni 3 minuti per i mezzi

all'ancora o ormeggiati fino a una ripetizione ogni 2 secondi per unità in manovra o in rapido

movimento. Date le caratteristiche delle frequenze radio utilizzate, ricevibili solo in condizioni di

portata ottica, il segnale copre una distanza relativamente ridotta, dipendente dall'altezza delle

antenne, in genere attorno le 20 miglia nautiche.

Per le unità da diporto è invece molto utile (e relativamente economico) adottare un sistema

AIS passivo, cioè in grado solo di ricevere le informazioni inviate dalle navi ma non di trasmettere

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le proprie. La condizione di passività risulta molto utile anche per le navi da traffico quando si

trovano ad attraversare tratti di mare caratterizzati dalla possibile presenza di pirati o in altre

situazioni legate a conflitti.

I sistemi AIS che appartengono alla

classe A sono apparati idonei all'utilizzo

sulle navi addette al traffico e quindi dotati

di un sistema ricevente e trasmittente, in

grado di lavorare a una potenza regolabile

fino a un massimo di 25 Watt.

I modelli in classe B invece sono per

lo più idonei per l'utilizzo diportistico e sono

prevalentemente solo riceventi; solo alcuni

modelli in classe B sono dotati di

transponder con una potenza in uscita

massima di 2 Watt.

Esistono anche dei siti e delle applicazioni che utilizzano i dati AIS e caratterizzano le

diverse categorie di navi visualizzandole con appositi colori, come mostrato nell’immagine sopra

riportata. Le informazioni AIS possono essere visualizzate tramite il sistema ECDIS (Electronic

Chart Display Information System) che permette di ricevere e visualizzare su di un monitor un gran

numero di informazioni riguardanti le unità dotate di AIS presenti nella zona intorno alla nave

propria e trasmettere loro la nostra posizione ottenuta con il sistema GPS. Oppure essere mostrate in

maniera autonoma dagli altri sistemi di bordo.

Interfacciando l’AIS al sistema ECDIS si riesce ad avere una visione più immediata della

distribuzione e posizione delle altre navi intorno alla propria. La figura riporta una tipica schermata

ECDIS, se osserviamo nel dettaglio si può vedere la nostra unità (identificata dalla sagoma scura di

uno scafo) che è all’ormeggio nel Marina di Arega, inoltre leggermente a sinistra sono presenti tre

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bersagli AIS (sagome chiare di scafo) nel porto di Sanremo, un bersaglio AIS è presente attivo a

sud/est di Monaco.

L’attivazione di un bersaglio AIS sull’ECDIS avviene andandoci semplicemente sopra con il

cursore, in questo modo si apre una finestra con i principali dati identificativi:

i dati identificativi della nave:

1) Codice MMSI,

2) Nome: Royal Princess,

3) Beam (larghezza), 24 metri,

4) Lenght (lunghezza): 180 metri.

Il sistema AIS fornisce anche altri dati: tipologia di nave e condizioni di navigabilità, porto

di partenza, porto di destinazione, ora presunta di arrivo alla destinazione ETA etc., che possono essere o meno visualizzati dall’unità ricevente in base alle configurazioni del software.

Le coordinate geografiche (latitudine e longitudine) della nave non vengono indicate in

maniera esplicita perché il bersaglio viene posizionato direttamente sulla carta elettronica nella

posizione indicata.

i dati di navigazione nel caso dell’esempio in figura sono:

1) COG (Course Over Ground) è la rotta vera Rv 155,5° fornita dal GPS della nave

2) SOG (Speed Over Ground) è la velocità effettiva Veff = 11,4 nodi

i dati di rilevamento:

1) BRG (bearing) è il rilevamento vero della nave dalla nostra posizione: 217,4°

2) RNG (range) è la distanza tra la nostra nave ed il bersaglio: 24,7 miglia

Possono anche essere forniti i dati cinematici in caso di pericolo collisione:

1) CPA (Closest Point of Approach) è la distanza minima a cui ci troveremo dal bersaglio se sia noi che il bersaglio manterremo l’attuale rotta e velocità. Nel caso dell’esempio la

distanza minima sarà di 21,8 miglia.

2) TCPA (Time to CPA) è il tempo previsto per giungere al punto di minore distanza. Nel caso dell’esempio è negativo in quanto abbiamo già superato il punto di massima

vicinanza. E’ molto utile invece in navigazione perché ci permette di stabilire subito se

una nave è potenzialmente pericolosa (CPA inferiori alle 2 miglia) e quanto tempo

abbiamo prima di rischiare una collisione.

Molti software permettono anche di impostare allarmi che si attivano solo se il CPA o il

TCPA scendono sotto un valore impostato precedentemente.

Alcuni errori dovuti magari ad una discontinua copertura del segnale GPS od una instabilità

della nostra rotta e/o velocità (o del bersaglio) possono causare grandi variazioni del CPA e/o del

TCPA, rischiando di non indicare situazioni potenzialmente pericolose. Appare evidente pertanto

che tutti gli ausili alla navigazione possono risultare molto comodi, ma è sempre bene non cadere

nella tentazione di affidarsi completamente a loro, come se navigare fosse un videogioco.

Il sistema AIS permette riporta sia l’MMSI che il nome della nave, in questo modo risulterà

molto più facile contattare la nave via VHF in caso di potenziale pericolo, sia con una chiamata

individuale se il nostro apparato è fornito di DSC che con una chiamata in fonia sul canale 16.

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5.2 – La carta elettronica (ECDIS)

La carta elettronica, nota con

l’acronimo di ECDIS (Electronic Chart

Display and Information System), è un sistema

di informazione cartografica per la

navigazione marittima che rispetta le

prescrizioni IMO come moderna alternativa

alla carta nautica tradizionale. Tali

disposizioni sono definite dalle linee guida

contenute nelle pubblicazioni S-57 e S-52

dell’IHO (International Hydrographic

Organization).

L’IMO impone che un sistema simile debba soddisfare alle specifiche delle carte ECSs (Electronic

Chart Systems) con caratteristiche equivalenti alle carte nautiche tradizionali attraverso la Regola

V/19 della SOLAS ed i suoi successivi emendamenti ed integrazioni. Le prestazioni richieste ai

sistemi ECDIS sono state definite dall’IMO attraverso test standard che sono stati sviluppati in

accordo con gli standard IEC 61174 dell’IEC (International Electrotechnical Commission).

Come si evince dal diagramma di Gant dalla figura, l’introduzione dell’ECDIS è

obbligatorio per le navi di nuova costruzione già dal luglio 2013, per poi estendersi entro il mese di

luglio del 2018 anche le navi già in servizio ed aventi una stazza superiore a 10000 TSL, con

l’esclusione di tutte quelle navi destinate alla demolizione entro il 2020.

Le principali tipologie di ECDIS utilizzate sono due:

le ENCs (Electronic Navigational Charts) che sono carte VETTORIALI conformi a quanto richiesto per soddisfare i requisiti necessari per il database, la struttura ed il formato utili ad

ottenere la conformità e la possibilità di utilizzo al posto delle carte tradizionali per come

richiesto dall’IMO. Questa tipologia di carte vettoriali è anche conforme alle specifiche

contenute nella Pubblicazione IHO S-57.

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le RNCs (Raster Navigational Charts) sono carte RASTER ossia ottenute mediante una

scansione che converte in formato elettronico una carta nautica tradizionale e risultano

conformi alla regola IHOS-61. L’immagine ottenuta è simile ad un foto digitale, può quindi

essere ingrandita per avere un maggiore numero di dettagli, come si fa con le carte ENC, ma

con risultati di qualità inferiore.

La risoluzione IMO MSC.86(70) permette di operare con un sistema RCDS (Raster Chart

Display System) in assenza di una carta ENC. Queste ultime possono contenere informazioni

supplementari in aggiunta a quanto contenuto sulle carte tradizionali, in quanto possono essere

programmate per fornire avvisi di pericolo in relazione alla posizione ed al movimento delle altre

navi nella zona intorno alla nave propria, aiutando ad evitare collisioni o altre situazioni pericolose.

Un sistema ECDIS integra le informazioni fornite da una carta elettronica o digitale (DNC –

Digital Nautical Chart) con i dati sulla posizione, rotta e velocità ottenuti attraverso sistemi di

riferimento e sensori di navigazione. L’interfacciamento con il radar, l’AIS, l’ecoscandaglio, la

girobussola ed i sistemi satellitari GNSS permette di semplificare la gestione della navigazione

attraverso l’utilizzo di un unico display che visualizza gli elementi del moto della nave e quanto

accade intorno ad essa. L’ECDIS fornisce in continuità

informazioni sulla posizione e sulla

navigazione, aumentando il livello di

sicurezza mediante allarmi visivi e sonori

quando si naviga in prossimità di pericoli o

zone di traffico congestionato come in

prossimità dei TSS (Traffic Separation

Scheme).

Lo sviluppo futuro delle carte ENC

si baserà sulle specifiche dell’IHO

Universal Hydrographic Data Model,

meglio conosciuto come S-100 o S-101

ossia un progetto di sviluppo ed

integrazione della rappresentazione

cartografica con le possibilità che potranno

essere supportate ed integrate dai sistemi informatici e dall’ulteriore sviluppo ed

innovazione degli strumenti di bordo.

I sistemi ECDIS sono gestiti mediante una tastiera ed un trackball ai cui lati sono presenti

dei tasti per attivare le varie funzioni della carta, dagli allarmi alle varie informazioni richieste.

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Quanto mostrato sul display può essere modificato in base alle condizioni di navigabilità

della nave ed alle necessità dell’operatore; si può dividere lo schermo in due parti per visualizzare

informazioni aggiuntive, richiamare finestre che forniscono rotta, rilevamento e coordinate di un

target, inserire settori di allarme e distanze di sicurezza.

L’impostazione dei parametri di sicurezza dipende dalla scala della carta selezionata per la

navigazione e dall’estensione della zona di sicurezza che si decide di adottare, potendo così

generare allarmi anti incaglio, aree di allerta, controllo della velocità effettiva (SOG), transito in NO

GO AREAS e similari. Una sintesi di ciò è mostrato in figura.

In figura viene mostrato un esempio di creazione di zona di sicurezza e dei parametri per

definirne l’estensione nel caso nell’area monitorata dovessero entrare elementi di potenziale

pericolo per la navigazione, in relazione alle tipologie selezionate. In particolare, le linee in

grassetto, definiscono spazi ampi 0,20 miglia sia a dritta che a sinistra nave (evidenziati dalle

finestre che sono contornate dalle linee in rosso) e degli allarmi attivati in relazione al rischio di

incaglio, indicati nell’elenco in colore verde.

Questi allarmi avvisano pure della presenza di eventuali correnti non note e si attivano

qualora la nave dovesse uscire dal rettangolo di warning che è stato impostato e settato.

Nella figura successiva è invece mostrato l’esempio di impostazione (settaggio) per un

allarme legato al cosiddetto tirante d’acqua, ossia la disponibilità di acqua sotto la chiglia

(clearance) che viene fissato asseconda delle caratteristiche della nave, delle sue condizioni di

carico e quindi in funzione della sua immersione (draft) ed assetto (trim).

I valori impostati non possono essere superiori alla profondità disponibile, per ovvie ragioni

di sicurezza. Al contrario se viene impostato un valore inferiore alla profondità disponibile, il

sistema accetta tale valore come valore di warning e, se si cambia carta, ed il livello di clearance

richiesto non è più disponibile in quel tratto di mare si attiva l’allarme.

In questo caso il valore settato diventa automaticamente uguale alla maggiore profondità

disponibile in quella zona di mare.

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La profondità di sicurezza (Safety depth) può essere settata dall’operatore durante il

controllo di una determinata area delimitata, utilizzandola come criterio per definire una

profondità ritenuta pericolosa per la navigazione. Le profondità minori o uguali alla safety depth

sono evidenziate dal sistema, che attiva gli allarmi se la nave entra in tali zone di pericolo.

Nei sistemi ECDIS solitamente le zone pericolose sono segnate in grigio.

La figura mostra anche i colori che solitamente indicano le zone non sicure per la

navigazione (Non-navigable Area) in blu e azzurro e le zone sicure o navigabili (Navigable Area)

che sono convenzionalmente indicate in grigio chiaro o in bianco. Una linea batimetrica in grassetto

evidenzia la separazione tra le aree navigabili e quelle pericolose.

Tra le funzioni di base di un sistema ECDIS (Basic Navigational Functions) rientra il

controllo della rotta (Route check) che attiva un allarme se la nave attraversa accidentalmente la

linea di separazione tra la zona navigabile e quella pericolosa, evidenziate, come già detto, da colori

diversi.

A. Vega – Appunti di radionavigazione

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In figura è mostrato un esempio di come può

essere rappresentato sull’ECDIS un settore di

sicurezza impostato tenendo conto della funzione

route check e della safety depth. Si notino i vari

simboli e colori adoperati per la rappresentazione dei

fanali, dei way point e delle altre unità presenti in

zona.

Ovviamente, asseconda dei parametri di

sicurezza adottati può cambiare la rappresentazione e

lo stile di un determinato oggetto, sempre il relazione

alla natura dell’oggetto stesso e della sua pericolosità

in rapporto alla sicurezza della navigazione.

Se nella zona navigabile si trova riportato un

pericolo isolato (isolated danger) e questo si trova

all’interno della zona di attenzione settata, si attiva un

allarme. Se invece il pericolo isolato si trova

all’interno di una zona non navigabile il sistema non

attiva alcun allarme.

La pianificazione della rotta mira a

determinare le migliori condizioni di sicurezza per

giungere a destinazione, mantenendo le appropriate

condizioni di navigabilità.

In relazione a ciò, i sistemi ECDIS hanno diverse funzionalità per facilitare la

pianificazione del percorso come il calcolo dell’ETA, la scelta dei waypoint, l’ampiezza dei raggi

di accostata, le distanze ed i settori di sicurezza sopra richiamati, il calcolo dei livelli di marea e

delle correnti di marea in funzione degli UKC da fissare durante la pianificazione. Tutto ciò può

ovviamente essere stampato o interfacciato ai radar, al GPS ed altri strumenti. Ciascuna rotta può

essere memorizzata dal sistema con un nome assegnato e richiamata al bisogno visualizzandola sul

display; in questa fase verranno visualizzate tutte le scelte operate e memorizzate.

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Per la creazione e memorizzazione dei waypoint si utilizza il mouse o il trackball della tastiera del

sistema trascinandolo sulla carta e fissando il punto da memorizzare. I Wpt creati compariranno in

una lista identificati da un numero o da un nome. Per ciascuno di essi verrà visualizzata la

latitudine, la longitudine e la XTD (Cross Track Distance) di sicurezza settata e il raggio di

accostata che bisogna mantenere. Nel caso mostrato in figura tale distanza è pari a 0.10 miglia. Il

sistema durante la navigazione controlla che tali margini vengano rispettati. I limiti della zona di

sicurezza sono normalmente fissati dalle direttive di sicurezza della compagnia di navigazione ed

eventualmente modificate dal comandante della nave tenendo in considerazione le dotazioni

strumentali e l’efficienza della plancia, adattandoli alle condizioni di visibilità diurne e/o notturne,

alle correnti presenti ed alle condizioni meteo marine.

Quando la rotta è stata caricata il sistema tiene conto automaticamente dei criteri di sicurezza

utilizzati per l’intera durata della traversata, anche nelle varie fasi di accostata. Ovviamente, per

garantire il livello di sicurezza prescelto è necessario che la carta sia aggiornata alle ultime

correzioni disponibili.

L’aggiornamento della carta viene effettuato periodicamente e quando ne esiste la necessità, ma non

può assolutamente essere fatto quando la nave è in navigazione e il sistema è in uso.

La figura mostra la videata di una rotta creata ed avviata su di un sistema ECDIS della Transas.

Per il monitoraggio del percorso è necessario che l’impostazione data all’ECDIS soddisfi ai

requisiti di base:

L'ECDIS sia caricato con carte ENC ad adeguata scala e con gli ultimi aggiornamenti.

i parametri di sicurezza impostati siano congruenti con la nave propria.

il viaggio creato sia controllato per i criteri di sicurezza impostati e siano attivate le opportune funzioni di allarme e si attivi il monitoraggio del percorso

Appare evidente dunque che il monitoraggio del percorso durante la navigazione tiene conto degli

allarmi e delle relative funzioni che l’ufficiale di rotta intende attivare per soddisfare alle necessità

A. Vega – Appunti di radionavigazione

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del suo viaggio e adatto alle caratteristiche della propria nave. Un sistema ECDIS è progettato per

soddisfare ed andare incontro a una moltitudine di utenti e attività; alcune delle funzioni potrebbero

risultare non rilevanti per una nave mercantile.

Si consideri inoltre che non esiste un'impostazione generale per il settaggio degli allarmi di

sicurezza, ma la scelta appropriata dipende dall'area in cui si opera e dalle necessità di quella nave

per quel determinato viaggio.

Gli allarmi possono anche

differire tra la pianificazione del

viaggio e il monitoraggio del percorso.

Durante il viaggio lungo un percorso

pre-pianificato, l'ECDIS esegue il

monitoraggio dei progressi della

navigazione. Una volta caricato un

percorso ed avviato il "monitoraggio

attivo" sono disponibili le funzionalità

legate al XTD, che viene monitorato e

visualizzato, l’avviso di avvicinamento

ad un WPT e l'allarme per la

differenza di direzione dal percorso.

Potrebbero esserci casi in cui

l'ufficiale di guardia debba lasciare la

rotta monitorata a causa di eventi

imprevisti (per esempio per evitare una

collisione o assistere una nave in

pericolo). Le funzionalità dell’ ECDIS

in relazione alla sicurezza consentono

il monitoraggio automatico e la

generazione di avvisi e funziona

indipendentemente dal percorso, ma

non sono destinate a sostituire il

processo della pianificazione del

viaggio e della tenuta del servizio di

guardia in plancia.