Cinematica Navale

Un rapportatore diagramma elettronico combinato ad un simulatore radar (manovra evasiva/anticollisione)

Un programma realizzato in excel rivolto agli studenti di Istituti Tecnici di trasporti e logistica” (Istituti Nautici), agli ufficiali di Marina ma anche a chi, per diletto, si avvicina alla cinematica navale. Permette inoltre di verificare l'esatta risoluzione degli esercizi di cinematica navale svolti con il metodo tradizionale ( rapportatore diagramma - Maneuvering Board ).

Consente di gestire 5 bersagli contemporaneamente. Si ottengono tutte le informazioni ad essi relativi: indicatrice del moto, velocità relativa, CPA, TCPA, rotta e velocità dei bersaglio. Si può decidere la manovra anticollisione con variazione di rotta e/o velocità e vederne gli effetti anche graficamente.

All’apertura il programma ricorda di attivare le macro ( se non fatto il programma non “gira” ) e se si desidera visionare il foglio con le istruzioni di utilizzo.

nel foglio “Radar” si dovranno immettere nelle celle con sfondo verde:

  • rotta vera e velocità della nave propria.
  • ora e minuti (separati dal punto … non da quello posizionato vicino al tastierino numerico : si trasforma in virgola ! ), rilevamento e distanza per ogni bersaglio.

Cinematica Navale Rotta vera velocita

Cinematica Navale Dati bersaglio

Si otterranno le seguenti informazioni: CPA, TCPA, rotta e velocità dei bersagli:

Cinematica Navale CPA TCPA

direzione del moto relativo e velocità relativa :

Cinematica Navale moto relativo

unitamente al grafico:

Cinematica Navale analisi grafica

Nel foglio “EvasiveAction” si potrà effettuare la manovra “anticollisione” inserendo ora/minuti della manovra, nuova rotta e nuova velocità

Cinematica Navale istantedimanovra

 verranno visualizzati tutti i nuovi dati relativi ai bersagli :

Cinematica Navale nuovo CPA TCPA

ed il grafico che visualizza i movimenti di tutti i "bersagli" a manovra ultimata:

Cinematica Navale manovra evasiva

 Particolarità del programma:

“istante di manovra”: il programma propone come default l’istante dell’ultima osservazione radar incrementata di un minuto (l’utente potrà comunque modificarlo)

la scala delle distanze è fissa 1:1

la scala della propria velocità è impostata per default a 2:1 sia sul foglio “Radar” che sul foglio “EvasiveAction” (è possibile comunque impostarla a 1:1)

I limiti per considerare “ nave raggiungente” sono individuabili da due pallini uno rosso ed uno verde posti 22,5° a poppavia del traverso su ogni lato in prossimità della scala delle 11 miglia.

Nessuna indicazione o suggerimento sulla manovra viene offerto all’utilizzatore finale.

All’ufficiale di guardia spetta comunque il compito di comportarsi come previsto dal COLREGs 1972 - Convention on the International Regulations for Preventing Collisions at Sea.

Il programma è di tipo “freeware” e “as is” ( vedasi condizioni nel downloads )

download del file

 


Una eccezionale sinergia tra un abile programmatore (di origini olandesi che vive in Indonesia) ed un navigante di professione (italiano) hanno portato alla pubblicazione questo programma in excel.  Circa due mesi di lavoro da parte di Mr. Schaap per l’analisi, lo sviluppo ed i test con contatti giornalieri tra Indonesia ed Italia hanno portato dopo numerose “versioni alpha” al rilascio della “versione finale”. Jelle Schaap ha saputo cogliere e ben interpretare le esigenze di chi va per mare: a Lui il merito della realizzazione di questo progetto.

Inizialmente si voleva offrire uno strumento di semplice controllo dei calcoli e dei grafici manuali: la semplice analisi delle varie battute dei bersagli per verificare la corretta determinazione di indicatrice del moto relativo, velocità relativa, punto di massima vicinanza del bersaglio (CPA) ed orario di arrivo del bersaglio al CPA (TCPA). Il tutto supportato da un grafico estremamente intuitivo. Successivamente si è deciso di completare il progetto dando la possibilità di effettuare la manovra anticollisione con un’accostata, modificando la velocità oppure con entrambe le variazioni e vedere realmente l’effetto della manovra!

 

 

 " toccare il fondo " significato diverso se pronunciato da un terrestre o da un marittimo !

 

 

 

breakwater

 

© nauticalalmanac 2016 - all rights reserved

 

lossodromia ed ortodromia - formule, calcoli e software

Programmi di navigazione marittima per il calcolo delle rotte (rotta vera e rotta iniziale), delle distanze nautiche (ortodromica e lossodromica) e della latitudine del vertice - Utilizzo delle formule di navigazione oceanica (calcolo e sviluppo di ortodromia e lossodromia)  -  Waypoints by Jelle Schaap

A chi inizia ad andar per mare vengono spiegate le differenze tra il percorso lossodromico e quello ortodromico. Ad esempio il primo taglia i meridiani con angolo costante : la rotta è immutata tra il punto di partenza e quello di arrivo; nell'altro la rotta non è fissa perché i meridiani vengono intersecati con angoli variabili, il percorso è rappresentato da  un arco di cerchio massimo ed in questo caso si ha un risparmio di cammino perché è il tragitto più breve.

Il navigante deve concretizzare le nozioni acquisite : le formule di trigonometria sferica (terra sferica) collegata all'ellissoide (terra ellissodica) devono essere applicate correttamente e nel modo più semplice possibile. Le caratteristiche che determineranno la pianificazione della traversata saranno fondamentalmente tre :  sicurezza della navigazione rapportata alle condizioni meteo/oceanografiche, praticità nel seguire una rotta ed eventuale scelta del percorso più breve !
Potrà sembrare strano ma il cammino più breve, con conseguente risparmio di combustibile, non è mai determinante: si antepone ovviamente la scelta per una rotta sicura in funzione delle condizioni meteo-marine. Già un risparmio di poche miglia induce sicuramente il comandante a rinunciare alla navigazione per circolo massimo ed a scegliere la più pratica lossodromia.

Abitualmente quando si parla di rotta e di percorso s'intende sempre la lossodromia.

La lossodromia è più pratica da seguire ( angolo di rotta costante ).
L'ortodromia viene utilizzata in pochi casi ( solo alcune lunghe traversate oceaniche offrono un vero risparmio di cammino e sono tecnicamente realizzabili in termini di sicurezza). In particolare tra i porti del nord Europa  ( Francia, Gran Bretagna etc. ) e quelli del nord America potrebbe sembrare sempre "conveniente e fattibile" un percorso più breve con navigazione per ortodromia ma un completo studio della traversata induce a considerazioni più complesse. In questi casi si devono fare, a volte, i conti con gli " iceberg " che si spingono a sud e con zone di mare caratterizzate dalla presenza di condizioni meteomarine "difficili per la navigazione". Vengono pertanto scelti percorsi di navigazione mista ( un parte di ortodromia ed una di lossodromia per navigare sempre in zone sicure e non avvicinarsi mai alle zone limite  ( mean maximum iceberg limit ) indicate sulle pilot charts dell'Hydrographic Office. Analogo discorso per le traversate tra i porti del Sud Africa ed Australia/Nuova Zelanda dove il vantaggioso percorso ortodromico purtroppo si spinge molto a sud attraversando addirittura il circolo polare antartico : anche in questi casi si opta per percorsi misti.

Ad esempio nel Mar Mediterraneo nessuno si sognerebbe mai di pensare all'ortodromia :  i percorsi sono assai modesti ( i risparmi di cammino di fatto nulli ).

In una traversata atlantica tra Gibilterra ed i Caraibi ( es. l'isola di Saint Martin ) il risparmio tra i due percorsi è di sole 47 miglia (lossodromia 3.245 mg.  - ortodromia  3.198 mg. ) : in questo caso abitualmente si sceglie l'ortodromia. Altro esempio tra la baia di Tokyo ed il porto di San Francisco il calcolo della differenza tra le due distanze indica un valore ben più interessante : tra lossodromia (4.725 mg.) ed ortodromia ( 4.485 mg.) ci sono ben 240 mg. di differenza !!!


programma semplice per il calcolo di rotta e distanza - ortodromia e lossodromia

Il primo file consente di affrontare e risolvere in modo completo il " secondo problema di navigazione lossodromica" - dati punti di partenza ed arrivo si individuano immediatamente (con il calcolo di excel) rotta e tutti i dati relativi ai percorsi di lossodromia e per circolo massimo.

 tipo di file         excel (estensione xls) per Office 97-2003 e successive - (free download)
dimensione        50 kb

 il file una volta salvato sul pc e successivamente aperto visualizzerà così il foglio di calcolo :

risoluzione del secondo problema della lossodromia

 

Le celle sono tutte bloccate ad eccezione di quelle colorate in giallo sulle quali si possono inserire tranquillamente i dati.

Utilizzo :
Immettere  : latitudine e longitudine dei punti di partenza ed arrivo espresse in gradi, primi e secondi . Segni  : n per latitudini nord, s ( sud ); e per longitudini est, w (ovest)

Visualizzazione del calcolo di excel  :

  • sfondo blu      : rotta vera e miglia del percorso di lossodromia
  • sfondo bianco : rotta iniziale quadrantale del percorso ortodromico e latitudine del vertice (che può essere al di fuori del percorso) espressa in gradi e decimali.
  • sfondo verde          : rotta iniziale e miglia del percorso di ortodromia, differenza tra il percorso lossodromico e quello ortodromico.
Formule utilizzate per i calcoli
formula latitudine crescente (7915,7 * log tan(45°+lat/2))-(3437,7 *e*e*sen lat)
formula rotta vera (Rv) tg Rv = diff.longitudine/diff.latitudine crescente
formula cammino lossodr. (m)

 Rv < 45°            =  diff.latit. * sec Rv

45° < Rv  < 87°   =  diff.latit. * tg Rv * cosec Rv

Rv   > 87°          =  diff.long. * cos lat. media*cosec Rv

formula cammino ortodromico (m)  cos m =  (sen lat a * sen lat b) +  (cos lat a * cos lat b * cos diff.long.)
formula rotta iniziale (Ri) cot Ri * sec lat.a = cosec diff.long * tan lat.b - cot diff.long. * tan lat.a
formula latitudine del vertice cos lat. vert.  =  cos lat a * sen Ri

 

Download


programma completo per il calcolo di rotte e distanze (lossodromia ed ortodromia) - spezzata lossodromica e waypoints dell'ortodromia (by Jelle Schaap )

Questo file nato grazie alle notevoli capacità di Jelle Schaap nello sviluppo di programmi in excel rappresenta la logica evoluzione e completamento del primo. Consente di gestire 60 waypoints lossodromici e la navigazione per circolo massimo. Nella prima parte si inseriscono le coordinate del punto di partenza e di arrivo unitamente alla velocità media stimata. Nell'esempio le coordinate sono quelle approssimate al grado intero rispettivamente di Vigo e Boston. Nell'esempio sottostante è stato scelto di individuare automaticamente ( opzione 2 ) il tragitto ortodromico e relative spezzate lossodromiche che uniscono i 3 waypoints ( numero w.p. impostato a 3 ). In effetti i waypoints intermedi sono 2 ai quali si aggiunge il punto di arrivo. Già con 3 sole spezzate si può riscontrare un risparmio di 50,8 mg. rispetto ad un massimo di 64 mg. (lossodromia 2.764,5 mg. - ortodromia pura 2700,5 mg.).

L'opzione 1 sul metodo di calcolo è da utilizzare nei seguenti casi :

  • se si vuole ottenere una spezzata lossodromica qualora da A a B ci si arrivi con  una serie waypoints non giacenti sul cerchio massimo che unisce A (classica navigazione con diverse accostate ad esempio da Venezia a Genova)  : si inseriscono le coordinate dei vari w.p. nelle colonne con sfondo giallo relative ai w.p. manuali ( nell'esempio sono state lasciate in bianco perchè si è scelto il percorso di ortodromia).
  • quando, pur avendo deciso il percorso per circolo massimo, si desiderano impostare manualmente le longitudini ( ad esempio a valori costanti di diff. di longitudine ) oppure si desiderano individuare le latitudini per particolari longitudini ( le intersezioni dell'ortodromia sul meridiano per una data longitudine ). Pertanto, in questo caso, si dovrà provvedere all'inserimento delle sole longitudini (colonne evidenziate in giallo) dei waypoints manuali.

E' proprio con il metodo di calcolo manuale che il file consente di ottenere il massimo nella personalizzazione dei dati.

file di excel per il calcolo completo dei dati di lossodromia ed ortodromia

Nel foglio "Chart1" è possibile visualizzare un grafico con l'andamento di alcuni parametri relativi al percorso :

Lossodromia ed ortodromia nella navigazione per circolo massimo: il grafico della spezzata lossodromica

Questo file è stato realizzato con Office 2007 in un formato tipo "binary format" ed è pertanto utilizzabile solo da chi ha Office 2007 installato (o versioni superioni). Essendo ad oggi ancora notevole la diffusione di Office 97 ed Office 2003, si è pensato di preparare anche una versione ad essi compatibile (seppur con funzioni limitate); si ha solo una formattazione condizionale leggermente diversa dall versione madre e limitata alle righe dei w.p. (leggera modifica dello stile e dell'indicazione del grado). Per qualsiasi versione è indispensabile procedere all'attivazione delle macro prima di utilizzare i files (se non la si effettua i calcoli non vengono eseguiti; vedi comunque le istruzioni in un foglio del file); dopo aver "attivato le macro" è sufficiente impostare la lingua in " italiano ".
L'ultima versione è stata messa in download il 5 Ottobre 2013; in questo file, per calcolare il cammino sono state utilizzate le seguenti formule:

per Rv < 90°       m = diff.latit. * secante Rv

per Rv = 90°       m = diff.long. * cos latit.

Come elissoide di riferimento è stato utilizzato il WSG-84

DOWNLOAD

Scegliere la versione di Office desiderata (97-2003 o 2007)

 


 

programma per il calcolo delle coordinate del punto di arrivo - lossodromia

Il terzo file risolve il " primo problema della lossodromia " ( nella pratica comunque abbastanza  inconsueto ) - partendo da una località (latitudine e longitudine),  seguendo una rotta e percorrendo un determinato cammino si devono ricavare le coordinate del punto di arrivo.

tipo di file :excel (estensione xls) per versioni Office 97-2003 e successive - (free download)
dimensione : 23 kb

il file una volta salvato sul pc e successivamente aperto visualizzarà così il foglio di calcolo :

 risoluzione del 1° problema della lossodromia

 

formule utilizzate
formula differenza di latitudine  ( Δφ ) m * cos Rv
 formula differenza di longitudine  ( Δλ ) Δφc * tg Rv
formula latitudine crescente ( 7915,7 * log tan (45° + lat/2)) - (3437,7 * e * e * sen lat)

con Rv = 90° e 270° ( ± 3° )  per ottenere Δλ si utilizza la formula :  (m sen Rv)*sec φm

Download

 


 

listato di programma in basic per Casio fx 5800P - ortodromia e lossodromia

Il quarto elemento scaricabile (freeware) è un listato di un programma (formato pdf) in linguaggio basic  che ho preparato per la calcolatrice programmabile Casio fx 5800P; volendo ricopiarlo su altri modelli o marche il listato dovrà essere "modificato" in funzione del loro possibile diverso " dialetto basic ".

Il programma risolve il " secondo problema di navigazione lossodromica" - noti punti di partenza e di arrivo si devono determinare rotta e distanza.
Una subroutine consente di procedere all'infinito per eventuali waypoints successivi - a conclusione del programma si potranno visualizzare :il percorso complessivo richiamando la variabile " U " e la distanza per circolo massimo riferita all'ultima coppia di punti   della spezzata lossodromica (variabile " O ").

listato basic per la risoluzione del 2° problema della lossodromia
Download

 


 

sarà molto gradito nel Guestbook un Vostro commento o una valutazione dei programmi ! 

 

© nauticalalmanac 2016 - all rights reserved

 

IALA(International Association of Marine Aids to Navigation and Lighthouse Authorities)

Segnalamento marittimo (in bassi fondali mediante boe) - sistema A

petroliera Urquiola

 

Il sistema IALA - AISM prevede sei categorie di segnalamento :

  • Laterale
  • Cardinale
  • Pericolo isolato
  • Acque sicure
  • Nuovi relitti
  • Speciali

  

isolated danger - la boa che avrebbe salvato la petroliera Urquiola

Download tabella IALA in pdf

Le sei categorie si differenziano per forma e colore della boa , caratteristiche luminose per il riconoscimento durante le ore notturne (colore e particolarità del segnale luminoso : numero di lampi, periodo ...), forma e colore del miraglio sulla sommità della boa.

" IALA - segnalamento Laterale"

Le boe di colore verde e rosso delimitano i lati del canale navigabile.

Purtroppo sono stati seguiti due sistemi opposti :
il sistema A : adottato in quasi tutto il mondo (inclusa la Groenlandia)
il sistema B : adottato nei continenti americani (Nord America, centro America e sud America) in aggiunta a Corea, Giappone e Filippine

Nel sistema A "entrando nel porto o risalendo il canale navigabile" le boe sul lato destro del canale navigabile sono di colore verde e devono pertanto essere "lasciate a dritta" ( verde al verde ); le boe di colore rosso delimitano la parte sinistra del canale e saranno "lasciate" a sinistra (rosso al rosso .... red to red )

Nel sistema B i colori sono invertiti : entrando nel porto-canale si incontreranno sulla sinistra le boe verdi, sulla dritta le rosse.

Canali principali e secondari : il canale principale ( sempre con il sistema A ) è delimitato sul lato dritto con boa verde avente una fascia centrale rossa e caratteristica luminosa Fl(2+1)G ( luce verde 2 + 1 ), sul lato sinistro boa rossa con fascia centrale verde e Fl(2+1)R ( luce rossa 2 + 1 )

" IALA - segnalamento Cardinale"

Indicano la zona sicura dove transitare per evitare il pericolo. Una boa "cardinale Nord" segnala di transitare a Nord della boa ( perchè a Sud è presente un pericolo alla navigazione )

"segnalamento di Pericolo isolato"

Segnala la presenza di un pericolo al di sotto della boa : il transito è consentito da qualsiasi lato purchè a debita distanza

"segnalamento di Acque sicure"

Nessun pericolo è rappresentato dal transito a distanaza ravvicinata rispetto alla boa. In genere questo tipo di boa viene posizionata per indicare il punto di accesso all'entrata di un canale o di un porto ( non solo altro che delle fairway buoys )

"segnalamento di Nuovi relitti"

14 Dicembre 2002 due navi ( la "vehicle carrier" norvegese Tricolor con a bordo circa 3.000 automobili e la container Kariba) in navigazione all'ingresso della Manica entrano in collisione. Mentre la Karina è riuscita a riprendere la navigazione la Tricolor è affondata adagiandosi su di un fondale fangoso a circa 30 metri di profondità. Nonostante i continui avvertimenti via radio, tre piccole navi di guardia nella zona del sinistro  ed una boa due giorni dopo (di notte) la nave da carico ted./olandese Nicola va ad urtare il relitto del Tricolor. Il 1 Gennaio successivo anche la nave cisterna turca Vicky finisce sulla Tricolor !  Viene segnalato un  terzo sinistro ( un rimorchiatore di salvataggio ) questa volta durante le operazioni di controllo dello scafo del relitto.

Con risoluzione dell'IMO (INTERNATIONAL MARITIME ORGANIZATION) ref. T2-0SS/2.7.1 SN.1/Circ.259 del 11 December 2006 è stata definita e regolamentata la gestione delle situazioni di emergenza e criticità legate alla presenza di nuovi relitti sul fondo marino (pericolosi alla navigazione):

boa di forma a fuso o ad asta di opportune dimensioni a strisce verticali alternate blu e gialle ( minimo 4 - massimo 8 strisce ), munita di segnalamento luminoso con portata nominale di almeno 4 miglia e periodo di 3 sec. (lampo blu 1 sec. - intervallo 0.5 sec. - lampo giallo 1 sec. - intervallo 0.5 sec.); se diverse boe sono posizionate a delimitare la zona queste devono essere sincronizzate.
Su una deve essere attivo il Racon ( per l'identificazione radar sulle navi in avvicinamento ) - la lettera prevista con il "Morse Code" è la D (delta).
L'eventuale miraglio della boa deve essere costituito da una croce verticale gialla

E' importante recepire che in questo caso le strisce verticali devono essere interpretate come pericolo : questa è una eccezione . Sino ad allora si poteva considerare l'avvicinamento alle boe a strisce verticali una sicurezza, boe a strisce orizzontali un pericolo.

"segnalamenti Speciali"

La loro forma lasciata volutamente "libera" indica già una molteplicità di significati ( delimitazioni di zone portuali destinate a particolari utilizzi o limitate nel tempo etc. ). L'unico vincolo e caratteristica per il loro riconoscimento è il colore giallo della boa e la luce notturna gialla con caratteristiche diverse dalle precedenti.

 

tanker Urquiola : photo courtesy of www.oil-spill-info.com

 

 

© nauticalalmanac 2016 - all rights reserved