Sommario
La navigazione stimata è il metodo di vecchia scuola per l'identificazione della posizione di un veicolo. Condotta senza strumenti digitali come il GPS o riferimenti esterni come luoghi di interesse, la navigazione stimata è un calcolo matematico indipendente e sempre utilizzabile.
Risale a migliaia di anni fa, quando i navigatori di Antico Egitto, Grecia e Fenicia avevano bisogno di un modo per navigare tra le coste. Questa prima forma di navigazione stimata stimava il posizionamento rilevando la direzione (rispetto al sole o alle stelle), la velocità approssimativa e il tempo trascorso.
La versione moderna della navigazione stimata che utilizziamo attualmente misura in modo più preciso accelerazione, rotazione e tempo. Nonostante lo sviluppo della navigazione radio e della tecnologia di rilevamento GPS, questo metodo aggiornato è ancora ampiamente utilizzato sui veicoli e sulla telematica come sistema di backup in caso di perdita dei segnali esterni.
Cos'è la navigazione stimata?
La navigazione stimata è un metodo analogico per calcolare dove si trova un veicolo in base a un punto di partenza noto. A differenza della moderna tecnologia GPS che si basa sul posizionamento satellitare, la navigazione stimata adotta un approccio a sistema chiuso stabilendo la posizione tramite un'equazione matematica:
Nuova posizione = posizione iniziale + (velocità x tempo x direzione).
Anche se la navigazione stimata è nata dall'attività marittima nel mondo antico, rimane rilevante nel XXI secolo. Si tratta di un sistema a prova di guasto spesso combinato con la tecnologia GPS nella telematica moderna per coprire situazioni in cui i segnali GPS sono troppo deboli, bloccati o temporaneamente non disponibili. È comune in:
- Navigazione dei veicoli
- Navigazione marittima
- Aviazione
- Robotica
Come funziona la navigazione stimata?
La navigazione stimata calcola la distanza percorsa e la applica una posizione di partenza nota (identificata su una mappa o registrata da una tecnologia affidabile). Misurando costantemente la velocità, il tempo di marcia e la direzione, un sistema può aggiornare le stime di posizione e rilevare un veicolo anche se i segnali GPS non dovessero essere disponibili.
Partenza da una posizione nota
L'informazione fondamentale necessaria per eseguire la navigazione stimata è un punto di partenza fisso. Questo è il riferimento rispetto al quale è possibile calcolare il nuovo posizionamento. Mentre il processo stesso è "offline", il punto di partenza viene generalmente stabilito con i dati GPS o GNSS per evitare imprecisioni iniziali che potrebbero causare ripercussioni sulle stime successive.
Calcolo di velocità, direzione e tempo
La fase successiva consiste nel monitorare il movimento del veicolo nel tempo. La velocità viene misurata da:
- Sensori sulle ruote o tachimetri nei veicoli
- Solcometri delle navi
- Indicatori della velocità dell'aria negli aeromobili
La direzione viene misurata con un giroscopio e il tempo con un orologio.
Stima della posizione corrente
Avendo misurato la velocità e il tempo, è possibile calcolare la distanza percorsa:
Distanza = velocità x tempo.
Proiettando il valore della distanza calcolato dal punto di partenza fisso nella direzione misurata, si avrà un'idea approssimativa della posizione corrente del veicolo.
La navigazione stimata è un ciclo continuo, quindi, prendendo la posizione corrente come nuovo punto di partenza, è possibile continuare a ripetere il processo per le stime aggiornate della posizione.
Quando viene utilizzata la navigazione stimata?
La navigazione stimata viene utilizzata principalmente come complemento ai sistemi GPS. Si tratta di un'alternativa affidabile quando i segnali satellitari vengono persi, bloccati o non sono disponibili. Vediamo le specifiche per settore e tipo di tecnologia:
- Veicoli privati
- Copre le lacune quando le auto attraversano gallerie, strade sotterranee o semplicemente strade urbane dove i segnali GPS sono più deboli.
- Gestione dei parchi veicoli e attività logistiche
- Aiuta a mantenere il rilevamento continuo tra gli aggiornamenti GPS, garantendo un monitoraggio accurato durante tutto il viaggio. I responsabili dei parchi veicoli devono assicurarsi che i conducenti seguano i percorsi ottimizzati.
- Navigazione marittima e aerea
- Consente di individuare la posizione del veicolo sott'acqua, in aree remote, in condizioni meteorologiche avverse o in presenza di interferenze di segnale.
- Robotica e veicoli autonomi
- I sensori integrati consentono ai sistemi in movimento di navigare indipendentemente dai segnali di posizionamento esterni.
Navigazione stimata e GPS a confronto
La navigazione GPS è in genere più precisa della navigazione stimata in quanto utilizza segnali satellitari, determinando la posizione esatta di un veicolo in tempo reale. La navigazione stimata, invece, stima il movimento da una posizione nota. Nei veicoli e nei sistemi telematici moderni, entrambe le tecnologie sono comunemente utilizzate in tandem: GPS per la precisione su lunghe distanze e navigazione stimata per mantenere il posizionamento quando il segnale non è disponibile.
Quanto è precisa la navigazione stimata?
La navigazione stimata può essere precisa a breve termine se i valori di velocità e direzione utilizzati sono precisi. A causa del suo errore cumulativo, tuttavia, è più adatta come approccio di backup nei momenti in cui il GPS non funziona. Poiché ogni stima della posizione si basa su quella precedente, se si verifica un errore, ogni posizione calcolata da quel momento in poi andrà sempre di più nella direzione sbagliata.
Per migliorare l'affidabilità delle stime della posizione, puoi utilizzare metodi più accurati (GPS, navigazione astronomica, radar) per eseguire una nuova lettura del punto fisso durante il viaggio. Conoscendo la posizione corrente esatta, puoi confrontare e correggere la posizione effettiva, quindi continuare con la navigazione stimata da quel punto.
Quali fattori influiscono sulla precisione?
- Qualità dei sensori
- I sensori di bassa qualità che eseguono misurazioni errate fanno sì che nel tempo le stime della posizione vadano più rapidamente verso la direzione sbagliata.
- Condizioni stradali e pattinamento delle ruote
- Il pattinamento delle ruote e le strade accidentate possono causare misurazioni errate della velocità e calcoli delle distanze distorti.
- Posizione di partenza errata
- La navigazione stimata si basa su un gruppo limitato di input verificati, pertanto eventuali errori nella misurazione iniziale influiranno pesantemente sulle stime successive e ne comprometteranno la precisione.
- Cambi di direzione
- Le modifiche di direzione non misurate correttamente fanno sì che il percorso calcolato inizi a divergere dal tracciato reale.
- Tempo percorso senza correzione GPS
- Senza un "controllo" GPS durante il percorso, gli errori si accumulano e riducono ulteriormente la precisione complessiva.
Come si accumulano gli errori nel tempo
Facendo affidamento sulle misurazioni precedenti per calcolare le previsioni di posizioni successive, gli errori commessi si trascinano sul resto delle equazioni e si amplificano. Anche i piccoli errori sono importanti poiché aumenteranno gradualmente, causando un'ulteriore scostamento della posizione stimata rispetto alla posizione reale. Il trucco consiste nel ricalibrare il sistema in vari punti del percorso utilizzando il GPS.
Perché la navigazione stimata è importante nella gestione del parco veicoli?
I responsabili dei parchi veicoli devono sapere sempre dove si trovano i loro veicoli. L'utilizzo del GPS da solo è pertanto rischioso, in quanto i segnali possono venire inaspettatamente interrotti da gallerie, edifici alti o aree con scarsa copertura.
L'integrazione del metodo di navigazione stimata nella tecnologia della flotta come risorsa a prova di guasto migliora l'affidabilità dei sistemi telematici e aumenta la visibilità operativa. Il rilevamento preciso dei veicoli è fondamentale nelle operazioni di gestione della flotta poiché supporta la pianificazione, l'efficienza e la sicurezza. Consente inoltre ai responsabili dei parchi veicoli di mantenere record di viaggio accurati.
Quali tecnologie supportano la navigazione stimata?
La navigazione stimata richiede sensori e sistemi per misurare la distanza, la direzione e il movimento.
Sensori dei veicoli e contachilometri
- Sensori di velocità della ruota: misurano la velocità di movimento del veicolo
- Contachilometri: stimano la distanza totale percorsa
- Assieme: i dati vengono utilizzati per calcolare le posizioni da un punto di partenza noto
Giroscopi e sistemi inerziali
- Giroscopi: misurano le variazioni di rotazione e direzione
- Accelerometri: rilevano l'accelerazione e il movimento su più assi
- Assieme: formano un sistema di navigazione inerziale (INS) che consente la stima continua della posizione
Integrazione con i sistemi GPS e telematici
- GPS: fornisce correzioni periodiche della posizione per correggere l'errore accumulato
- Sistemi telematici: integrano i dati provenienti da più fonti per il rilevamento in tempo reale
- Assieme: l'approccio ibrido migliora l'affidabilità della navigazione e la continuità di rilevamento
Quali sono i limiti della navigazione stimata?
Deviazione ed errore cumulativo:
Gli errori possono accumularsi man mano che il sistema continua a stimare la posizione (se non viene eseguita alcuna calibrazione GPS a metà strada), rendendola sempre più inaffidabile per il posizionamento a lungo termine.
Ad esempio, quando un veicolo attraversa una lunga galleria, il sistema inizia con la posizione corretta: all'ingresso della galleria. Poi utilizza i sensori delle ruote e i dati del contachilometri per stimare il movimento. Se la velocità è sovrastimata, il sistema prevede che il veicolo abbia percorso più strada di quella reale. Dopo diversi minuti in galleria, la posizione stimata potrebbe arrivare a essere errata di centinaia di metri.
Dipendenza dalla precisione della posizione iniziale:
Uno dei principali svantaggi della navigazione stimata è che un errore influisce su tutto ciò che segue. Per quanto siano precisi i sensori, se il punto di partenza utilizzato non è corretto, non sarà possibile ottenere una stima precisa della posizione.