Relazione Finale I LEG

Relazione Finale I LEG
23 Novembre 1997 – 15 Gennaio 1998
Laboratorio di Navigazione e Meteorologia – I LEG
Mario Vultaggio (Responsabile), Prof. di Navigazione - IUN, Napoli
Luigi Russo , Funzionario Tecnico - IUN, Napoli
Gennaro Testa, Collaboratore Tecnico - IUN, Napoli
Nel I LEG della XIII Spedizione italiana in Antartide, il laboratorio di navigazione e
meteorologia ha assicura la disponibilità dei dati di posizione, profondità, dati meteorologici ed
assistenza alla navigazione durante tutte le varie attività in mare espletate da tutte le UUOO a bordo
della M/n Italica.
Nel laboratorio di navigazione è stato installato ed utilizzato il sistema informatico distribuito
di navigazione, in rete locale, denominato NET-NAV che consente, tra l’altro, di tenere conto delle
esigenze differenziate di ciascun laboratorio: acquisizione degli eventi in tempo reale, collegamenti
fra laboratori in rete, presentazione su monitor dei dati di navigazione e dei parametri
meteorologici, dei dati cinematici per prefissati way point ed ausilio alla manovra della nave
durante le misure.
Servizi attivati.
Sin dalla partenza da Lyttelton questa unità ha assistito l’attività del gruppo di idrologia
con il lancio di XBT, misure di particellato, misure di rilievo ondametrico, carotaggi, box core,
CTD + Rosette, Sub Bottom Profiler, HNT (Hunter Deep Tow Boomer), PHN, recupero ed
ancoraggio dei mooring, assistenza alla navigazione in tutte le attività scientifiche.
Di tutta questa attività, al termine di ogni giornata, i dati acquisiti sono stati elaborati e
trasmessi ad ogni Unità Operativa, al Coordinatore Scientifico e al Capo Spedizione; per tutte le
attività sono state elaboratele relative restituzioni cartografiche con programmi di cartografia
nautica che integrano il sistema informatico.
NET-NAV, inoltre, ha permesso l’accesso alla banca dati a tutti gli utenti che hanno
utilizzato la rete informatica locale di bordo. Ad altri, invece, su loro richiesta, sono stati forniti, su
supporto magnetico, sia le attività svolte che i dati meteorologici.
Fra i servizi attivi vanno ricordati anche la possibilità degli utenti di accedere direttamente ai
dati acquisiti da NET-NAV ed elaborali secondo le proprie esigenze.
La relazione tecnica allegata illustra le caratteristiche informatiche di NETNAV, la sua
organizzazione in rete locale come sistema integrato di navigazione.
La figura 1 riporta il percorso seguito dalla M/N ITALICA durante il periodo 23 novembre
‘97 al 14 gennaio ‘98; la tortuosità della traiettoria chiarisce meglio le difficoltà incontrate dalla
nave nel raggiungere le aree programmate per l’esecuzione delle attività di ricerca. La navigazione,
nel Mare di ROSS, è stata sempre ostacolata dalla presenza di pack ice con copertura quasi
completa del mare ed in molte aree anche con presenza fast ice. Le traiettorie fra waypoint
pianificate sono state continuamente modificate a causa del mare di solito coperto; il laboratorio è

stato sempre pronto ad aggiornare, in tempo reale, il programma di navigazione per l’esecuzione
delle attività delle UU.OO.; la nave non ha mai potuto percorrere una traiettoria di minimo
percorso.
Attività di supporto
Figura 1 – Percorso della M/N Italica nel ILEG della XIII
nel periodo 23 Novembre 1997 al 14 Gennaio 1998
Il sistema NETNAV, su richiesta del Prof. Giancarlo SPEZIE, è stato attivato sin dalla
partenza dal porto di Ravenna in modalità completamente automatica, acquisendo i dati di
navigazione, di profondità e quelli meteorologici su tutta la navigazione ITALIA-NEW
ZEALAND. I parametri acquisiti hanno permesso di generare una banca di dati meteorologici
importante soprattutto per le aree oceaniche attraversate.
Le tabella I e II riportano un quadro complessivo delle attività svolte durante questo I LEG;
i particolari, di tutta l’attività scientifica delle UU.OO. presenti a bordo, sono riportati nel Data
Base allegato alla presente relazione.

Dall’elaborazione di tutti i dati di navigazione acquisiti da NET-NAV è stata tracciata la
carta del percorso totale per il I LEG (Christchurch – Mar di Ross – Dunedin); la nave Italica ha
percorso 6352 miglia nautiche.
Tabella I - Coordinate Geografiche in WGS 84 dei mooring
Posizionati nel I LEG della XIII Spedizione
Mooring Latitudine Longitudine Profondità (m)
B 73°59.812’S 175°10.101’E 591
D 75°08.283’S 164°27.030’E 1065
H 75°54.105’S 177°44.067’W 650
Tabella II – Riepilogo delle attività scientifiche
23/11 /97– 15/1/1998
Attività
n. operazioni
UU.OO.
Recupero Mooring 3 Clima, Bioseso
Posizionamento Mooring 3 Clima, Bioseso
Clima, Bioseso
CTD + Rosette
66
Contaminazione
Ambientale
Carotaggi e Box Core 30 Bioseso, Cicli Recenti
XBT 136 CLIMA
Rilievi Idrografici 46 Virdis
Rilievi Ondametrici 200(*) Tedeschi
SBP+ HNT 11 Bioseso
Particellato 97 Bioseso
Echo Survey 44 Azzali
PHN 35 Greco
Particellato 97 Bioseso
Contaminazione
5 Contaminazione
Ambientale
Ambientale
(*) – registrazioni 18 minuti intervallate di un ora
La banca dati di NET-NAV può essere consultata per mezzo di un programma, denominato
lettura, con il quale si possono generare file dati di formato differente secondo le proprie esegenze;
questo programma, in rete, può essere utilizzato da qualunque U.O. collegata in rete. I particolari di
gestione sono riportati nella relazione tecnica relativa al sistema NET-NAV. Dalla banca dati , ogni
giorno ed ogni fine settimana, sono stati elaborati mediante supporto grafico gli andamenti
temporali della temperatura, pressione, umidità relativa e radiazione solare. La figura 2 si riferisce
al 4 gennaio ’98 e la figura 3 al periodo 30 novembre 6 dicembre ’97; esse rappresentano un
esempio tipico degli elaborati meteo.

Restituzioni Cartografiche.
Figura 2 Figura 3
Per tutte le attività sono state elaborate delle restituzioni cartografiche dei percorsi della
nave durante l’esecuzione degli eventi eseguiti dalle UU.OO.
Tutti gli eventi registrati sono stati rappresentati su carte di Mercatore, costruite con ipotesi
della Terra rappresentativa sferica e le cui relazione di corrispondenza sono:
x
= kλ
, y = k log(tg(
π/4
+ ϕ / 2))
con k una costante che dipende dalla scala della carta. Queste relazioni, note come relazioni di
corrispondenza, forniscono alla carta una deformazione angolare nulla e rappresentano
rigorosamente il percorso effettivo seguito dalla nave; inoltre la scala delle latitudini dovrà essere
utilizzata per la misura delle distanze.
Le figure 3,4 si riferiscono ad elaborazioni finali di alcune UU.OO. che hanno svolto attività di
ricerca.

Figura 3 – Rilievo Eco Survey
Figura 4 – Attività di Mesoscala nell’area di Cape Adare

Alla fine dell’attività scientifica di tutte le UU.OO. sono state elaborate e restituite su supporto
cartografico, costruito per mezzo di algoritmi matematici rigorosi, le seguenti rappresentazioni
cartografiche:
1) Carta della navigazione dell’Italica I Leg;
2) Carta degli XBT (23/11 – 30/11/97);
3) Carta degli XBT (9/1 – 12/1/98);
4) Carta dei profili HNT (n. 4);
5) Carta dei Mooring;
6) Carta dei Box Corer;
7) Carta dei Carotaggi;
8) Carta delle stazione CTD+Rosette presso area mooring B;
9) Carta delle stazioni CTD+Rosette Mesoscala (Cape Adare);
10)Carta delle stazioni CTD+Rosette area BTN;
11)Carta attività U.O. Contaminazione Ambientale;
12)Carta stazioni PHN;
13)Carta delle stazioni di Particellato e Produzione Primaria (New Zealand – mar di Ross);
14)Carta delle stazioni di particellato e produzione Primaria (Mar di Ross);
15)Carta dei rilievi idrografici area BTN;
16)Carta dei rilievi Echo Survey.
DATABASE
Per facile consultazione di tutti i dati di posizione associate alle misure effettuate da tutte le
UU.OO. , tutti gli eventi, gli elaborati cartografici e quelli meteorologici sia giornalieri che
settimanali sono stati raccolti in un unico database consultabile presso la sede del PNRA.
Considerazioni tecniche sulla strumentazione.
Durante questo I LEG si sono verificate delle disfunzioni di alcuni sensori collegati al
sistema di navigazione NET-NAV: Speed Doppler, Eco Sounder, ricevitore satellitare Magnavox e
stazione meteorologica VAISALA.
Il sensore di velocità, Speed Doppler (DIAMAR), sin dal partenza della nave da Ravenna
aveva mostrato un cattivo funzionamento: la velocità misurata non era molto attendibile; dopo
diversi tentativi da parte del personale di bordo, il sensore è stato escluso dal sistema di
navigazione. La velocità della nave è stata così inserita mediante operazione manuale per mezzo
del ricevitore Magnavox abilitato alla sua gestione. Questa operazione ha portato una degradazione
della posizione stimata , non potendo continuamente variare manualmente la variazione di velocità
della nave.
L’Eco Survey Sounder Laz 4700, non sempre, è stato in grado di fornire al sistema di
navigazione l’informazione digitale del fondo marino pur registrando il profilo su carta. Questa
difficoltà di funzionamento si è più spesso verificata alle velocità della nave nel range 6-9 nodi.
Migliori prestazioni dello scandaglio sono state ottenute con basse ed alte velocità. Comunque
durante le due traversate New Zealand – Mar di Ross lo scandaglio non ha mai fornito la profondità
nella modalità digitale utile per il sistema di acquisizione. Inoltre, in presenza di pack ice il LAZ
4700 ha avuto sempre difficoltà nel misurare la profondità del fondo marino.
Alcuni problemi di funzionamento sono stati riscontrati anche per il ricevitore integrato di
navigazione Magnavox MX 1105 (PNRA). Due sistemi di posizionamento, NNSS-Transit e
OMEGA non sono più disponibili perché resi non operativi agli usi civili da parte del DoD
(Department of Defence) americano; il sistema Dead Reckoning (navigazione stimata) non è stato

in grado di fornire un posizionamento affidabile a causa della non affidabilità della misura della
velocità; inoltre, il sistema satellitare GPS non sempre è stato in grado di fornire la posizione al
sistema NETNAV. Occorrerà, quindi, sostituirlo con un più moderno ricevitore che abbia la
caratteristica di gestire i sensori di velocità e girobussola in dotazione alla nave Italica.
La stazione meteorologica, Vaisala, installata frettolosamente alla partenza da Ravenna, ha
colloquiato molto bene con il sistema di navigazione; qualche dubbio resta sul calcolo vettoriale
del vento reale e sulla scelta della posizione dei sensori della stazione a bordo della nave.
La posizione delle antenne (passive) dei ricevitori satellitari sistemati sul ponte normale
della nave è risultata troppo vicina all’antenna del sistema di comunicazione satellitare; nei
momenti di picco, le trasmissione dell’INMASART hanno continuamente disturbato la ricezione
dei segnali di navigazione con il risultato di far perdere la posizione della nave ai due ricevitori
GG24; in queste fasi solo il ricevitore Trimble 4000, particolarmente protetto dalle interferenze
elettromagnetiche, è stato sempre in grado di fornire la posizione al sistema informatico distribuito
NETNAV. Per la prossima spedizione si consiglia lo spostamento dell’antenna satellitare
dell’INMARSAT dato che i cavi dei ricevitori di navigazione non permettono lo spostamento delle
relative antenne e quasi sicuramente non sarà più disponibile il ricevitore Trimble 4000.
Nonostante gli inconvenienti sopra riportati, il sistema NET NAV si è dimostrato molto
robusto riuscendo sempre a fornire tutte le informazioni necessarie sia alle attività di ricerca che alla
sicurezza della condotta della navigazione.
Una relazione tecnica più dettagliata sui problemi sopra illustrati è stata consegnata al Capo
Spedizione Ing. Antonino CUCINOTTA.
Il Responsabile Scientifico
Prof. Mario VULTAGGIO

1. Il sistema informatico distribuito NETNAV
1.1 Introduzione.
RELAZIONE TECNICA
Laboratorio di Navigazione e Meteorologia
Responsabile : Prof. Mario VULTAGGIO
Il sistema NETNAV è essenzialmente un sistema distribuito software-hardware di
navigazione integrata che le potenzialità informatiche rendono disponibile ad una serie di Client
collegati in rete.
Schematicamente la filosofia di NETNAV può essere riassunta dal seguente schema a
blocchi :
Figura 1 - Filosofia del sistema NETNAV.
Le informazioni provenienti dai sensori forniti da più sistemi di navigazione, da una stazione
meteorologica e da un ecoscandaglio, confluiscano nel laboratorio di Navigazione e Meteorologia,
e sono elaborati da NETNAV.
NETNAV, per mezzo di programmi software, trasmette in rete locale tutti i dati elaborati e
li rende fruibili ad un numero illimitato di utenti.
L’elaborazione e presentazione dei dati effettuata dal Laboratorio di Navigazione, inoltre,
può essere effettuata, in maniera analoga anche da qualsiasi utente collegato in rete, che può
personalizzarla per gli scopi prefissati.
1.2 Aspetti di navigazione.
1.2.1 Navigazione integrata.
La navigazione integrata si basa sul concetto di integrazione di due o più sistemi di
posizionamento, ciascuno con diverso grado di precisione.
NETNAV sotto questo aspetto è da considerarsi un sistema integrato di navigazione, che nel
parco dei sistemi di navigazione disponibili, fornisce la posizione con la migliore accuratezza.

1.2.2 I sensori del sistema.
Come detto al Laboratorio di Navigazione affluiscono tutta una serie di informazioni
riguardanti la condotta della navigazione che possono essere suddivise in : posizione, profondità e
parametri ambientali.
Nella tabella seguente sono riportati nel dettaglio i sensori di navigazione, installati a bordo
della nave ITALICA ordinati per grado di precisione, inventariati PNRA ed IUN :
Sensore Marca Precisione Caratteristiche
− DGPS 1÷5 m Uso di una stazione a terra
− 2 GG24 Ashtech ±10 m Due costellazioni
− GPS Trimble 4000 ±100 m Sistema degradato
− Transit Mx1105 ±0.5 mg Non più disponibile (1/1/97)
− Omega Mx1105 ±3 mg Non sarà disponibile (1/1/98)
− Dead Reckoning Mx1105 ε(t) Gyro e Speed Doppler
(navigazione stimata)
I ricevitori satellitari integrati GG24 sono quanto di meglio offre oggi il mercato; la loro
realizzazione, resa possibile dagli ultimi avvenimenti politici, offre la possibilità di poter utilizzare
satelliti di entrambe le costellazioni: la costellazione russa del sistema GLONASS e quella
americana del sistema GPS; inoltre, mediante la tecnica differenziale è possibile ottenere dati di
posizione con accuratezze metriche.
Il sensore di direzione (girobussola) ed il sensore di velocità (speed doppler) permettono, in
caso di non disponibilità dei sistemi di navigazione satellitare e radio elettronica, di determinare una
stima della posizione in tempo reale e con metodi informatici.
I dati meteo provengono da una stazione meteorologica, che fornisce i parametri di
temperatura, pressione, umidità e radiazione solare, oltre alla direzione assoluta del vento, ricavata
da quella relativa, in base alle informazioni sul moto della nave fornitegli dal sistema NETNAV.
Completa il quadro dei sensori, lo scandaglio Elac Laz 4700 che fornisce l'informazione di
profondità.
1.3 Aspetti informatici.
1.3.1 Generalità.
Il sistema NETNAV si compone di due server di rete di pari livello; in caso di mancato
funzionamento di uno dei due subentra l'altro. NETNAV, per mezzo di una rete locale, distribuisce
a tutti gli utenti di rete dislocati nei vari laboratori della nave i dati di navigazione.
Il sistema, oltre all'acquisizione in tempo reale dei dati meteorologici e di posizione, elabora
una rappresentazione numerica e grafica di tali elementi; ciascun utente, collegato in rete, ha la
possibilità di elaborare i dati in sede locale, acquisire una propria banca dati relativa ai suoi eventi ,
trasmettere e ricevere messaggi. Inoltre, ogni utente, mediante una seriale di output locale, può
trasferire i dati di proprio interesse interfacciando il PC, in rete, con la propria strumentazione
scientifica.

1.3.2 Configurazione della rete.
La configurazione della rete è costituita da uno SWITCH e due HUB , dislocati sui due
ponti della nave dove si trovano ubicati la maggior parte dei laboratori scientifici; la rete è
intelligente nel senso che oltre a distribuire le informazioni ne razionalizza il flusso da e verso
l'utenza a seconda delle esigenze; la figura 2 illustra lo schema a blocchi del collegamento dei due
Server del sistema NETNAV con i due HUB mentre la figura 3 riporta lo schema dei collegamenti
dei differenti laboratori delle UU.OO che esplicano attività di ricerca con il laboratorio di
navigazione e meteorologia. La velocità standard di flusso di dati che circolano nella rete è di 100
Mb ma gli HUB gestiscono anche le schede di rete da 10 Mb.
Figura 2 - Configurazione della rete.
Figura 3 - Configurazione del collegamento degli utenti nella rete.

1.3.3 Rete Monitor.
E’ stata installata a bordo una rete autonoma per la trasmissione dei dati elaborati da
NETNAV su monitor televisivo a circuito chiuso; le immagini di NETNAV vengono così irradiate
in vari locali della nave, fornendo all’utenza, in sola visione, tutte le informazioni acquisite ed
elaborate; i particolari saranno illustrati in dettaglio nel paragrafo successivo.
Come nel caso della rete informatica, anche qui tre ripetitori provvedono ad amplificare i
segnali affinché la qualità dell’immagine non si deteriori troppo all’aumentare della distanza dai
Server.
1.3.4 Interfaccia video.
L'interfaccia con l'utenza è illustrata in figura 4; essa può essere suddivisa in tre parti: a
destra la rappresentazione grafica della posizione e della traiettoria seguita dalla nave mediante
carta elettronica, a sinistra la rappresentazione numerica dei dati; in particolare vengono forniti in
tempo reale: la data, l'ora e la posizione della nave; seguono gli elementi della traiettoria ed il dato
di profondità. In ultimo i parametri fisici forniti dalla stazione meteorologica.
NETNAV provvede anche a fornire gli elementi cinematici di avvicinamento ad un way
point prefissato (centro della rappresentazione, v. fig. 4).
Figura 4 - Interfaccia video di NETNAV.
La parte inferiore dello schermo è riservata a tutti i messaggi e gli eventi eseguiti dagli
Utenti i quali possono interagire con il programma lanciando messaggi, registrando eventi,
regolando la scala di rappresentazione dell’area di lavoro, mediante appositi comandi digitati da
tastiera. Lo schema di figura 5, illustra in modo sintetico, i differenti modi di operare di NETNAV
ed alcuni tipi di interventi che l’operatore locale può effettuare dal PC locale connesso in rete.

Figura 5 – Gestione degli EVENTI da PC in rete
1.4 Elaborazione e presentazione dei dati acquisiti.
Durante il trasferimento da Lyttelton a BTN, NETNAV è stato integrato con alcuni moduli
software per l’elaborazione dei dati acquisiti e disponibili su due distinte banche dati generati dai
due Server. (per distinguere i file generati dai due server è stato adottato il criterio di etichettare i
file con le sigle: IL (ILIO) e AN (ANCHISE).
I dati provenienti dai sensori, acquisiti dal sistema NETNAV, vengono successivamente
elaborati dal Laboratorio di Navigazione per la compilazione dei data report degli eventi eseguiti
dai differenti gruppi di ricerca
Il programma software LETTURA, consente di creare dei file personalizzati e contenenti
parte delle informazioni raccolte in formato conveniente per gli usi dedicati. I file base per la
generazione dei grafici relativi ai parametri meteorologici più rappresentativi, temperatura,
pressione, umidità e radiazione solare, vengono ottenuti dal file tipo *LET.dat, contenenti
informazioni circa la posizione della nave ed i parametri ambientali.
Il software di interfaccia CARICA3, genera poi due file dati uno contenente le informazioni
circa le coordinate geografiche della nave (ggmmPLT.dat) necessarie per poter tracciare al plotter
le traiettorie percorse dalla nave, e l'altro del tipo ggmmMET.dat, database per la generazione dei

grafici dei parametri meteorologici sopra menzionati, ottenuti col programma software METEO4
per la generazione di grafici giornalieri e METEOSET per la creazione di grafici settimanali. Il
processo per la generazione dei grafici è illustrato in figura 6.
Figura 6 – Schema generale elaborazione Data Base di NETNAV
Figura 7 – Decodifica file dati meteorologici

Tutti gli Utenti , tramite un calcolatore collegato in rete, possono essere abilitati dal
Laboratorio di Navigazione ad accedere, mediante una parola chiave, alla banca dati per la
consultazione dei dati di loro interesse ed eventualmente del loro trasferimento ad altro PC ma non
possono modificare i dati acquisiti dai due Server.
Nella figura 7, infine, è riportato il formato dei dati meteorologici, le loro unita di misura
necessari per ulteriori rappresentazioni ed analisi.
Il Responsabile Scientifico
Prof. Mario VULTAGGIO