ITPD20080370A1 - Sistema di controllo per imbarcazioni - Google Patents

Description

DESCRIZI ONE

Ambito tecnico

L’invenzione concerne un sistema di controllo per imbarcazioni, specie per imbarcazioni di dimensioni considerevoli, del tipo includente le caratteristiche enunciate nel preambolo della rivendicazione principale.

I n particolare l’invenzione concerne un sistema di controllo per imbarcazioni da utilizzare preferibilmente durante le operazioni di ormeggio o di partenza del natante nel/dal porto, o anche durante le traversate o le soste per proteggere l’imbarcazione da eventuali intrusioni non desiderate, e per segnalare incidenti a passeggeri dell’imbarcazione, il cosiddetto “uomo in mare”.

Sfondo tecnologico

La tendenza attuale del mercato nautico mondiale è quella di realizzare imbarcazioni con una “Lunghezza fuori tutto”, (in breve, LOA) compresa tra 16 e 120 metri. L’Italia è una delle nazioni con la maggiore concentrazione di cantieri impegnati nella produzione e nell’allestimento di Mega- Yacht e Mega-Sailer.

Tuttavia, le strutture portuali non sempre hanno dimensioni tali da offrire spazi sufficienti per un’agevole e facile ormeggio, soprattutto per le imbarcazioni di dimensioni considerevoli e soprattutto quando i porti di ormeggio sono affollati per cui lo spazio di manovra è fortemente lim itato. Tali problemi risultano essere particolarmente evidenti in periodi di sovraffollamento, per esempio nel periodo estivo, soprattutto nei porti di mete turistiche.

I n tali periodi, inoltre, i suddetti problem i sono ulteriormente accentuati dalla poca esperienza degli equipaggi delle imbarcazioni.

Attualmente le operazioni di ormeggio necessitano della collaborazione di più membri dell’equipaggio, tuttavia, talvolta, non essendoci personale in un’imbarcazione, le operazioni di ormeggio risultano particolarmente complicate.

I noltre, molte imbarcazioni, specie durante la navigazione in zone non particolarmente frequentate, sono rapinate e i passeggeri derubati o rapiti. Un altro problema nasce dall’esigenza di intervenire in maniera tempestiva in caso di caduta di passeggeri in mare.

Nasce pertanto l’esigenza di un sistema di controllo per imbarcazioni che consenta di semplificare la navigazione di un’imbarcazione specie di dimensioni rilevanti, soprattutto durante le operazioni di ormeggio e partenza dall’attracco, che consenta di proteggere l’imbarcazione da eventuali intrusioni non desiderate, e di segnalare tempestivamente la caduta di passeggeri dall’imbarcazione in mare.

Descrizione dell’invenzione

Questo ed altri problemi sono risolti da un sistema di controllo realizzato in accordo con le rivendicazioni che seguono.

Breve descrizione dei disegni

Le caratteristiche ed i vantaggi dell’invenzione meglio risulteranno dalla descrizione dettagliata di un suo preferito esempio di realizzazione, illustrato a titolo indicativo e non lim itativo con riferimento agli uniti disegni in cui:

Figura 1 è una rappresentazione schematica del sistema di controllo secondo l’invenzione;

Figura 2 è una rappresentazione schematica di un’imbarcazione provvista del sistema di controllo secondo l’invenzione;

Figura 3 è uno schema a blocchi che mostra lo schema operativo del sistema di controllo secondo l’invenzione;

- Figura 4 è uno schema a blocchi delle fasi di funzionamento del sistema di controllo secondo l’invenzione.

Modo preferito di realizzazione dell'invenzione

Con iniziale riferimento alla Figura 1 , viene mostrato un sistema di controllo 1 di un’imbarcazione 6 comprendente una pluralità di periferiche di rilevazione 2 per acquisire informazioni che vengono trasmesse tramite opportuni mezzi di trasm issione ad un’unità centrale di controllo 10 che elabora tali informazioni.

L’unità centrale di controllo 10 è operativamente collegata, come mostrato in Figura 3, tram ite mezzi di collegamento 5 (e.g. ethernet e/o RS485) ad un dispositivo di visualizzazione 4 nel quale vengono visualizzate le informazioni elaborate dall’unità centrale di controllo 10; a dispositivi di comando 13 dell’imbarcazione 6 e ad un dispositivo segnalatore 14 disposto per generare un segnale di allarme. I l dispositivo segnalatore può essere del tipo acustico, per esempio una sirena, o visivo.

Le periferiche di rilevazione 2 comprendono sensori di posizione 7 disposti per rilevare la distanza relativa tra l’imbarcazione 6 ed un generico ingombro circostante, per esempio la terraferma, un molo di ormeggio, o un’altra imbarcazione, ed ulteriori sensori 9 disposti per rilevare fattori che influiscono sulla navigazione dell'imbarcazione relativi, per esempio, alle condizioni meteorologiche, alla conformazione del fondo marino, alla posizione e velocità dell’imbarcazione 6, ecc...

I mezzi di trasmissione comprendono primi mezzi di trasmissione 8a, interposti tra i sensori di posizione 7 e l’unità centrale 10 e disposti per trasmettere a quest’ultima le rilevazioni effettuate dai sensori di posizione 7, e secondi mezzi di trasm issione 8b interposti tra gli ulteriori sensori 9 e l’unità centrale 10 e disposti per trasmettere a quest’ultima le rilevazioni effettuate dagli ulteriori sensori 9.

La trasm issione delle rilevazioni dei sensori di posizione 7 all’unità centrale 10 attraverso i primi mezzi di trasmissione 8a viene fatta preferibilmente tram ite lo standard EIA RS485 di gestione del segnale, mentre la trasm issione dagli ulteriori sensori 9 attraverso i secondi mezzi di trasm issione 8b viene fatta preferibilmente con protocollo NMEA 0183.

I sensori di posizione 7 sono del tipo laser, ovvero utilizzano un sistema di misura tram ite raggio laser e possono essere del tipo punto - punto, o anche angolari, a seconda del modo in cui viene effettuata la rilevazione. I sensori di posizione 7 hanno un’accuratezza nella rilevazione della posizione di un oggetto di circa 10 m m .

I noltre, possono essere scelti sensori aventi una certa portata, preferibilmente compresa tra i 10 m ed i 20 m .

I sensori di posizione 7 vengono applicati su opportune porzioni dello scafo deN’imbarcazione 6.

Per esempio, nella forma di realizzazione preferita mostrata in Figura 2, l’imbarcazione 6 è provvista di otto sensori di posizione 7 comprendenti sei sensori laterali di cui tre posizionati sul lato di dritta e tre sul lato sinistro dell’imbarcazione, due sensori a poppa entrambi orientati verso la poppa.

Tra i sensori laterali, almeno due sono posizionati al baglio (larghezza) massimo dell’imbarcazione 6 posizionati rispettivamente sul lato di dritta e sul lato sinistro dell'imbarcazione 6, almeno due a poppa, posizionati rispettivamente sul lato di dritta e sul lato sinistro dell'imbarcazione.

Eventualmente, inoltre, due sensori possono essere posizionati nella zona di prua deN’imbarcazione, posizionati rispettivamente sul lato di dritta e sul lato sinistro dell’imbarcazione.

Il numero di sensori di posizione 7 effettivamente utilizzati in un’imbarcazione può variare in base alle dimensioni dell'imbarcazione e/o in base all’accuratezza richiesta dalle rilevazioni.

Per esempio, in caso di imbarcazioni di dimensioni contenute, possono essere previsti quattro sensori invece che otto, sufficienti per gestire la manovra di attracco da prua.

Secondo un ulteriore esempio preferito, nel caso in cui sia previsto utilizzare il sistema di controllo 1 anche come sistema anti-intrusione, il numero dei sensori di posizione 7 è più elevato rispetto al caso in cui questa ulteriore funzionalità anti-intrusione non sia desiderata, il numero di sensori effettivamente utilizzati dipendendo dalla grandezza effettiva deN’imbarcazione 6.

I sensori vengono posizionati in modo che il campo di azione di due sensori successivi sia pressoché contiguo al fine di coprire tutta l’estensione, soprattutto laterale e di poppa dell'imbarcazione 6, da dove è più probabile che si verifichi l'avvicinamento all’imbarcazione.

Nel caso in cui sia previsto utilizzare il sistema di controllo 1 per rilevare l’eventuale caduta di passeggeri dall’imbarcazione saranno previsti sensori di posizione anche nella zona di prua dell’imbarcazione stessa, in modo da coprire pressoché tutta l’estensione dello scafo dell’imbarcazione.

Ciascun sensore di posizione 7 può essere posizionato su una piattaforma girevole, non mostrata nelle Figure, in modo da poter essere ruotato unitamente alla piattaforma per variare il proprio campo di m isura e migliorare il range delle rilevazioni effettuate.

La piattaforma girevole è operativamente collegata all’unità centrale di controllo 10 in modo da poter essere opportunamente spostata da quest’ultima se necessario, in modo da orientare i sensori di posizione 7 nel modo desiderato.

Gli ulteriori sensori 9 possono comprendere, per esempio, un eco scandaglio, o sonar, per misurare la profondità del corso d’acqua, un anemometro per m isurare intensità e direzione del vento, un radar per misurare tramite onde radio la posizione e la velocità dell'imbarcazione, un rilevatore GPS per rilevare la posizione dell'imbarcazione, un dispositivo per rilevare il regime motori dell'imbarcazione, un dispositivo di navigazione inerziale per rilevare la posizione geografica dell'imbarcazione, un sensore per rilevare la direzione e l’intensità delle onde, e/o della corrente marina. Le grandezze rilevate dagli ulteriori sensori 9 influiscono sul comportamento dell’imbarcazione, o sulla rotta che questa deve seguire o sulla velocità da imprimere al motore, per esempio a seconda della velocità del vento e della frazione dell'imbarcazione fuori dall’acqua si ha un determ inato effetto vela e, quindi, uno spostamento naturale dell’imbarcazione.

Gli ulteriori sensori 9 sono di tipo noto e sono in parte già disponibili sul mercato ed utilizzati nelle imbarcazioni come ausilio alla navigazione delle stesse.

Preferibilmente, la gestione delle rilevazioni effettuate dagli ulteriori sensori 9 viene fatta secondo lo standard NMEA, pur essendo ciascun protocollo di com unicazione dipendente dal tipo di strumento effettivamente utilizzato. I secondi mezzi di trasm issione 8b possono comprendere un nodo di concentrazione comunicazione NMEA 1 1 operativamente connesso agli ulteriori sensori 9 tram ite prim i mezzi di collegamento 12a operanti secondo 10 standard NMEA ed daN’unità centrale 10 tramite secondi mezzi di collegamento 12b operanti secondo lo standard RS-232.

Le rilevazioni effettuate dai sensori di posizione 7 vengono trasmesse, tramite i prim i mezzi di trasm issione 8a, all’unità centrale 10 che le elabora generando una mappa, ovvero una rappresentazione dell’ingombro spaziale dell’imbarcazione e di un intorno ad essa in cui l’imbarcazione 6 si trova attualmente o in cui sta attualmente navigando.

Preferibilmente la mappa in oggetto è una rappresentazione dell’ingombro spaziale in due dimensioni (ovvero “in pianta”, in cui l’imbarcazione è vista dall’alto e schematizzata in un piano X, Y) dell’imbarcazione 6 e di un suo intorno, quest’ultimo essendo definibile sostanzialmente come una circonferenza centrata nell’imbarcazione ed avente un determ inato raggio la cui m isura è funzione dei sensori di posizione 7, ovvero, in particolare, della portata dei sensori di posizione 7.

A seconda del tipo di sensori 7 utilizzati, varieranno le dimensioni dell'intorno rappresentato nella mappa, solitamente è visualizzato un intorno di raggio di circa 10-20 m attorno all'imbarcazione 6, tuttavia possono essere anche utilizzati sensori che consentono di rappresentare nella mappa un intorno di raggio di circa 50 m .

La mappa ha una risoluzione dell’ordine dei m m .

pa viene generata con l’interpolazione dei punti delle differenti i di oggetti (od assenza degli stessi) che i sensori 7 rilevano, se i sono su piattaforma rotante la superficie viene delineata con e accuratezza, poiché si passa dalla rilevazione della distanza di un nto alla rilevazione della distanza di uno “spicchio”.

appa elaborata dall’unità centrale 10 può essere resa disponibile ad te, per esempio un pilota dell’imbarcazione 6, visualizzandola sul dispositivo di visualizzazione 4. I n aggiunta, o in alternativa, tale mappa può essere inviata dall’unità centrale 10 ad altri dispositivi su un bus per poter essere successivamente elaborata.

I n tale mappa viene raffigurata l’imbarcazione 6, unitamente ad una porzione dello spazio circostante ad essa (l’intorno sopra menzionato), in cui vengono visualizzati gli eventuali ostacoli o ingombri presenti al suo interno, per esempio moli, o banchine di ormeggio, altre imbarcazioni 20, (si veda ad esempio la rappresentazione di Figura 2) , ecc.

Come anzidetto, i sensori di posizione hanno una portata pari a 10-20 metri in modo che vengano rappresentati nella suddetta mappa ostacoli o ingombri presenti nel raggio di circa 0-20 metri attorno all’imbarcazione e aventi dimensioni maggiori di circa 10 cm .

I l dispositivo di visualizzazione 4 può essere per esempio uno schermo LCD, eventualmente del tipo touch-screen.

L’unità centrale di controllo 10 riceve, tram ite i secondi mezzi di trasm issione 8b, ovvero tram ite i prim i ed i secondi mezzi di collegamento 12a, 12b, le rilevazioni effettuate dagli ulteriori sensori 9 e provvede ad integrarle nella suddetta mappa.

I n tal modo, viene realizzata una mappatura completa della posizione dell’Imbarcazione 6 che tiene conto della situazione circostante geografica, di altri eventuali ingombri 20 e delle condizioni esterne (condizioni del mare, del vento, ad esempio visualizzando i vettori del campo del vento) e del funzionamento attuale del motore dell’imbarcazione 6, tramite appropriati numeri sulla mappa. La forma dell’imbarcazione 6 che viene visualizzata può essere personalizzato al momento dell’installazione del sistema di controllo dell’invenzione.

Nel caso in cui un sensore di posizione 7 non funzioni, l’unità di controllo 10 provvederà, inoltre, ad oscurare nella mappa le informazioni relative alla zona coperta dal/dai sensore/i mal funzionante/i, così che - tra le altre cose - il suo malfunzionamento risulti immediatamente visibile all’utente.

I noltre, nel caso di malfunzionamento di un sensore di posizione 7, l’unità di controllo 10 può emettere un segnale di malfunzionamento che viene visualizzato sul dispositivo di visualizzazione 4, identificando anche il particolare sensore mal funzionante, e/o un segnale di avviso acustico o visivo per l’equipaggio, per esempio tram ite il dispositivo segnalatore 14. I noltre, l’unità centrale 10 può provvedere a ruotare la piattaforma dei sensori di posizione adiacenti a quello mal funzionante variandone il campo di rilevazione per cercare di coprire, eventualmente ad intervalli, la zona originariamente coperta dal sensore mal funzionante.

L’unità di controllo centrale 10 può, inoltre, in base alle rilevazioni ricevute ed elaborate, emettere segnali di comando che, tram ite i mezzi di collegamento 5, vengono inviati ai dispositivi di comando 13 dell’imbarcazione 6 per controllarne il funzionamento e regolare la navigazione dell’imbarcazione 6, e/o ad un dispositivo segnalatore 14, non mostrato in dettaglio nelle Figure, e disposto per emettere un segnale di allarme, come meglio spiegato nel seguito.

I l tipo di comando generato dall’unità di elaborazione 10 varia a seconda della modalità di funzionamento in cui è stato posizionato il sistema di controllo 1 , come meglio spiegato nel seguito.

I l sistema di controllo 1 comprende, inoltre, un dispositivo di attivazione /selezione (non visibile) per attivare il funzionamento del sistema di controllo 1 e selezionare una desiderata modalità di funzionamento ovvero una (o più) modalità tra manuale, semiautomatica, automatica, allarme anti-intrusione e/o uomo in mare, che saranno spiegate nel dettaglio nel seguito in modo da farlo funzionare secondo la modalità desiderata.

I I metodo 100 di funzionamento del sistema di controllo 1 comandato dall’unità centrale di controllo 10 è stato schematizzato nello schema a blocchi di Figura 4.

I l metodo 100 comprende preliminarmente una fase di accensione ed attivazione 120 del sistema 1 , ed una fase di configurazione 101 in cui l’unità centrale di controllo 10 provvede a configurare le periferiche di rilevazione 2 per renderle disponibili ad effettuare una rilevazione.

I n tale fase vengono im messe le dimensioni dell’imbarcazione 6 in cui il sistema 1 è stato installato in modo da definirne l’ingombro spaziale, ed anche i dati relativi alla posizione nell’imbarcazione 6 dei vari sensori di posizione 7. I n tal modo, il sistema 1 viene personalizzato per funzionare in maniera adeguata in funzione delle particolari caratteristiche dell’imbarcazione 6 e dei sensori di posizione 7 e degli ulteriori sensori 9 effettivamente utilizzati.

I n una versione alternativa non mostrata, il metodo può comprendere una procedura di verifica dell’avvio delle periferiche di rilevazione 2 e, in caso di errore, una procedura di diagnostica di eventuali malfunzionamenti.

I l metodo 100 comprende, inoltre, una fase di richiesta acquisizione 102 in cui l’unità centrale di controllo 10 invia un segnale di richiesta acquisizione dati alle periferiche di rilevazione 2 attivando una fase di acquisizione 103 in cui le periferiche di rilevazione 2 effettuano la loro specifica rilevazione (di posizione oggetti, di forza del vento, ecc) .

La fase di acquisizione 103 può essere effettuata automaticamente in maniera continua, come indicato dalla freccia 104, o in maniera ciclica ad intervalli compresi tra 0,3 secondi e 1 secondi preferibilmente di circa 0,5 secondi, o anche in seguito ad una successiva richiesta di acquisizione 105 da parte dell’unità centrale 10, come indicato dalla freccia 106.

Eventualmente, il metodo può prevedere procedure di acquisizione differenti per i sensori di posizione 7 e gli ulteriori sensori 9, entrambe gestite dall’unita di controllo 10. I n particolare può essere richiesta, per ciascuna manovra, un’acquisizione singola delle rilevazioni effettuate dai sensori di posizione 7, mentre gli ulteriori sensori 9 vengono interrogati ciclicamente. Tale procedura viene utilizzata preferibilmente in manovre di portata limitata in spazi circoscritti e con condizioni meteorologiche o di contorno opportune.

I I metodo 100 comprende, inoltre, una fase di ricezione 109 delle rilevazioni in cui l’unità di controllo 10 riceve le rilevazioni dalle periferiche di rilevazione 2, ed una procedura di controllo 107 per verificare la ricezione di dati dalle periferiche di rilevazione 2, in modo che, nel caso in cui si verifichi un’interruzione della ricezione da una delle periferiche di rilevazione 2, l’unità di controllo 10 generi un segnale di allarme 108 e oscuri nello schermo di visualizzazione 4, nel caso dei sensori di posizione 7, la zona deN’imbarcazione 6 coperta dal particolare sensore 7. I n questo ultimo caso può essere prevista, inoltre, una fase di rotazione 121 in cui l’unità di controllo 10 ruota la piattaforma - quando presente - dei sensori adiacenti al sensore non funzionante per variarne il campo di azione e coprire anche la zona del sensore non funzionante.

I l metodo 100 comprende, inoltre, una fase di elaborazione 1 10 in cui l’unità di controllo 10 provvede a generare una mappa 1 1 1 deN’imbarcazione 6 e del suo intorno in base alle rilevazioni ricevute dalle periferiche di rilevazione 2, evidenziando la posizione dell'imbarcazione 6 e di eventuali ingombri 20 ad essa prossimi, per esempio altre imbarcazioni, molo, ecc..

Successivamente, il metodo comprende una fase di visualizzazione 1 12 in cui la mappa generata 1 1 1 viene resa disponibile dall’unità centrale sul dispositivo di visualizzazione 4 e/o a dispositivi di comando 13 dell'imbarcazione 6.

Nel caso in cui il sistema di controllo 1 sia stato regolato sul funzionamento manuale, il comando dell'imbarcazione è affidato all’equipaggio, ed il sistema di controllo 1 provvede unicamente alla visualizzazione 1 12 della mappa generata 1 1 1 e al suo aggiornamento in base alle successive nuove acquisizioni da parte delle periferiche di rilevazione 2.

A tale scopo, il metodo 100 provvede a reiterare ad intervalli di tempo prefissati le fasi di acquisizione delle rilevazioni 103, di elaborazione 1 10 e di visualizzazione 1 12.

Visualizzando la mappa 1 1 1 sul dispositivo di visualizzazione 4, il pilota è aiutato nell’esecuzione di eventuali manovre di ormeggio, di partenza, ecc. La mappa 1 1 1 visualizzata sul dispositivo di visualizzazione 4 viene aggiornata richiedendo nuove rilevazioni alle unità periferiche 2, in modo che il pilota abbia in tempo reale un’im magine completa e dettagliata della posizione assoluta dell’imbarcazione 6 e relativamente ad altri ingombri 20, anche qualora questi siano in movimento rispetto all’imbarcazione, e degli spostamenti di tali ingombri 20 e dell’imbarcazione 6.

La mappa 1 1 1 visualizzata sul dispositivo di visualizzazione 4 viene aggiornata ad intervalli compresi tra 0,3 e 1 secondo, preferibilmente ad intervalli di circa 0,5 sec.

La suddetta mappa 1 1 1 , essendo particolarmente dettagliata, funge da guida per il comandante dell'imbarcazione 6 assistendolo nella conduzione dell'imbarcazione stessa, soprattutto nel caso di passaggio in zone pericolose, per esempio per la presenza di scogli, o nelle operazioni di ormeggio e partenza dai porti, nelle quali gli spazi di manovra dell'imbarcazione sono estremamente lim itati.

I n tal modo, le operazioni di ormeggio risultano essere semplificate e possono essere condotte in maniera sicura per l’imbarcazione e per eventuali imbarcazioni circostanti anche con un equipaggio limitato, o anche dal solo pilota senza la collaborazione di altre persone.

I noltre, la rappresentazione grafica della mappa 1 1 1 consente di eliminare fonti di errore dovute ad una personale interpretazione delle distanze.

Nel caso in cui il sistema di controllo 1 sia attivato in modalità semiautomatica, il metodo 100 prevede inoltre una fase di im m issione comandi 1 13, in cui il pilota può indicare nella mappa 1 1 1 visualizzata sul dispositivo di visualizzazione 4 la posizione desiderata per l’imbarcazione 6. A tale scopo sono previsti opportuni mezzi di puntamento, quali per esempio joystick, ball- point , mouse, oppure il dispositivo di visualizzazione 4 può comprendere uno schermo touch-screen attraverso cui indicare la posizione desiderata per l’imbarcazione 6.

La posizione desiderata per l’imbarcazione può anche essere introdotta in term ini di coordinate geografiche, soprattutto nel caso in cui la posizione desiderata sia esterna all’area coperta dalla mappa 1 1 1 visualizzata sul dispositivo di visualizzazione 4.

I n questo caso, il metodo comprende un’ulteriore fase di elaborazione 1 14 in cui l’unità di controllo 10 elabora il comando inserito dall’utente relativo alla posizione desiderata per l’imbarcazione 6 ed una ulteriore fase di visualizzazione 1 15 in cui l’unità di controllo 10, dopo avere elaborato il comando inserito ed averlo integrato con le informazioni precedentemente ricevute dalle periferiche di rilevazione 2, provvede a visualizzare nella mappa 1 1 1 un’indicazione 122 relativa alla posizione da assumere dal timone e al livello di funzionamento dei motori per raggiungere la posizione desiderata dall’utente.

Tale indicazione 122 viene visualizzata sulla mappa 1 1 1 del dispositivo di visualizzazione 4 e l’utente può modificare la posizione del timone o la velocità del motore per adattarli all’Indicazione fornita dall’unità di controllo 10 per portare l’imbarcazione 6 nella posizione desiderata.

11 pilota legge la suddetta indicazione dall’unità di controllo 10 e provvede a portare il timone e gli altri organi di comando dell’Imbarcazione in modo da adattarli a quanto indicato dall’unità di controllo 10.

In tal modo, sebbene il comando dell’Imbarcazione resti affidato al pilota, questi risulta essere assistito nel suo compito dall’unità di controllo 10.

Viene evitato, quindi, il rischio di collisioni con altre imbarcazioni per errori di manovra del pilota, soprattutto se quest’ultimo ha poca esperienza, o lo spazio di manovra sia fortemente limitato.

Nel caso in cui, infine, il sistema di controllo 1 venga posizionato in modalità automatica, il metodo 100 comprende, inoltre, successivamente alla fase di ulteriore visualizzazione 1 15, una fase di comando 1 16, in cui l’unità di controllo 10, dopo avere ricevuto il segnale della posizione desiderata dal pilota, genera un segnale di comando che viene trasmesso ai dispositivi di comando 13 dell’imbarcazione 6 per pilotarla in modo da automaticamente raggiungere la posizione desiderata.

In tale modalità automatica, il sistema di controllo 1 pilota l’imbarcazione 6 senza l’intervento del pilota.

Tale modalità risulta essere particolarmente vantaggiosa in caso di condizioni meteorologiche precarie, o di spazi molto limitati di manovra o anche in caso di inesperienza del pilota.

L’unità centrale di controllo 10 provvede ad aggiornare la mappa 1 1 1 visualizzata sullo schermo 4 in base alle istantanee rilevazioni dei sensori di posizione 7 sia nella modalità automatica, che semiautomatica, che anche in quella manuale.

I l sistema di controllo 1 comprende, inoltre un’unità di comando ausiliario, non mostrata, che consente al pilota di escludere il comando automatico da parte del sistema di controllo 1 assumendo il controllo dell’Imbarcazione. Tale unità di comando ausiliario viene attivata per esempio in caso di malfunzionamento del sistema di controllo 1 o di problem i improvvisi.

Nel caso in cui il sistema di controllo 1 venga utilizzato come sistema di allarme anti-intrusione o “uomo in mare”, il metodo di funzionamento è molto simile a quello riportato sopra con riferimento al funzionamento manuale, per cui le fasi corrispondenti non sono spiegate nel dettaglio.

Nel funzionamento come sistema di allarme, il metodo 100 prevede, nella fase di elaborazione 1 10 delle rilevazioni dalle periferiche di rilevazione 2 una fase di comparazione 1 17 in cui l’unità centrale di controllo 10 confronta i valori rilevati dai sensori di posizione 7 con valori soglia o m inim i precedentemente definiti, ed una fase di segnalazione 1 18, in cui l’unità centrale di controllo 10 emette, tram ite il dispositivo segnalatore 14, un segnale di allarme visivo, o acustico, nel caso in cui venga rilevata da almeno uno dei sensori di posizione 7 una distanza inferiore ad un valore minimo, per esempio compreso tra 2 m e 30 cm , preferibilmente di circa 50 cm in porto, e compreso tra 5 m e 20 m , preferibilmente di circa 10 metri al largo.

Eventualmente, tale segnale di allarme può anche essere visualizzato nella mappa 1 1 1 come indicato dalla freccia 1 19.

Tale funzione consente di avvisare l’equipaggio di un’imbarcazione nel caso di avvicinamento indesiderato di altri natanti o, in caso di deriva dell’imbarcazione, di evitare la collisione accidentale con altre imbarcazioni. I l segnale di allarme consente, inoltre, di essere tempestivamente avvertiti nel caso di caduta di un passeggero dall’imbarcazione ed attivare tempestivamente le operazioni di soccorso.

I n tal caso il valore soglia viene mantenuto basso, tra circa 2 m e 30 cm , preferibilmente di circa 50 cm , anche durante la navigazione dell’imbarcazione in mare aperto. I noltre, in base al particolare sensore di posizione 7 che trasmette il valore di allarme, è possibile determinare la zona dell’imbarcazione 6, dalla localizzazione sulla mappa 1 1 1 generata dall’unità centrale di controllo 10, in corrispondenza della quale si sta verificando il possibile abbordaggio, o collisione, o dalla quale il passeggero può essere caduto, facilitando ulteriormente le controm isure da parte dell’equipaggio.

Vengono di seguito riportati esempi di funzionamento possibili del sistema secondo l’invenzione.

Esem pio 1

I l sistema dell’invenzione si compone di tre componenti principali: le periferiche di rilevazione 2 comprendenti a loro volta i sensori di posizione 7 e gli ulteriori sensori 9, l’unità centrale di controllo 10 ed un dispositivo di visualizzazione 4, per esempio uno schermo.

I n una particolare forma di realizzazione, il sistema comprende sensori di posizione 7 per acquisire distanze tram ite laser, e gli ulteriori sensori 9 comprendono sensori atti a fornire segnali di eco scandaglio, segnale anemometro, segnale direzione del vento, segnale regime motori, segnale GPS, segnale radar, segnale inerziale.

I sensori di posizione 7 sono collocati a formare una rete di nodi di rilevazione, ed ognuno utilizza un sistema di m isura di distanza tramite raggio laser. Ciascun sensore laser può essere integrato ad una piattaforma di movimentazione consentendo di acquisire più m isurazioni sulle distanze tra l’imbarcazione e il resto degli oggetti solidi circostanti. Ciascun sensore 7 è integrato da un sistema a microcontrollore che acquisisce dati dai sensori di m isura laser, gestisce la piattaforma girevole se presente, impacchetta i dati secondo un trame definito e comunicazione i suddetti dati impacchettati via RS485 all’unità centrale 10 di controllo.

La comunicazione tra le periferiche di rilevazione 2 e l’unità centrale 10 di controllo avviene con un protocollo master-slave proprietario. L’unità centrale 10 di controllo invia messaggi ad ogni singolo nodo di acquisizione, tali messaggi sono per esempio i seguenti:

- richiesta di avvio delle acquisizioni per avviare le acquisizioni di dati da parte delle periferiche di rilevazione 2;

- richiesta dei dati acquisiti per richiedere alle periferiche di rilevazione 2 la trasmissione dei dati acquisiti (il sistema legge i dati acquisiti in maniera continua quando è acceso, effettuando almeno un’acquisizione completa di tutti i sensori al secondo) ;

- richiesta di stand-by del sistema per mettere in pausa il sistema quando non viene richiesta nessuna azione, ovvero nell'intervallo di tempo tra due letture successive;

richiesta di nuove acquisizioni per richiedere alle periferiche di rilevazione 2 di effettuare nuove rilevazioni;

- ed il ciclo si ripete.

I l trame di trasmissione tra l’unità centrale 10 di controllo ed il singolo sensore 7 è il seguente:

< STX>

< Id. nodo tx>

< Id. nodo rx>

< numero bytes>

< comando>

< bytes di dati>

< CRC 16 h ig h >

< CRC 16 low>

< ETX>

dove:

STX: è il carattere ASCI I 2;

Id. nodo tx: è il nodo che trasmette il messaggio (l’unità centrale 10 di controllo) ;

Id. nodo rx: è il nodo al quale è diretto il messaggio (cioè il singolo sensore 7) ;

Numero bytes: è l'informazione di quanti bytes è composto il messaggio inclusi STX e ETX;

Comando: è il comando che si vuole inviare al nodo di acquisizione; Bytes dati: sono i dati caratterizzati dal comando;

CRC16 high e low: due bytes per controllare la correttezza della trasm issione secondo lo standard del controllo di parità CRC 16;

ETX: è il carattere ASCI I 3

I l trame di risposta sensore 7 - unità centrale 10 di controllo è identico come struttura al trame di trasmissione l’unità centrale 10 di controllo -sensore, si differenzia per i numeri di nodo che saranno opportunamente scambiati. La tipica informazione ricevuta dal nodo singolo sarà l’unica distanza m isurata, mentre per i nodi dotati della capacità di compiere misure con diversi angoli sarà fornito coppie di m isure angolo-distanza.

E' prevista la possibilità di poter inviare messaggi a tutti i nodi contemporaneamente e/o con possibilità di ricevere risposta. Per tale evenienza il bit più significativo del byte comando è posto al valore logico 1 . I I numero totale di differenti comandi inviabili è 127.

La sincronizzazione delle comunicazione avviene basandosi sui timeout delle com unicazioni. Basandosi su un’architettura master-slave con un solo master, i timeout principali sono il tempo di risposta del Client (il nodo) e il tempo di intercarattere.

La mancata com unicazione dà luogo alla ripetizione del trame ed in caso di fallimento della trasmissione, dopo un numero di tentativi che è program mabile a livello di set up di sistema, alla com unicazione diagnostica all’unità centrale 10.

Ogni nodo ha un suo indirizzo unico. L'unità centrale 10 viene istruita sui nodi e sulla loro posizione in fase di setup del sistema 1 .

Viene resa disponibile anche un’uscita NMEA per la comunicazione con altri eventuali apparati.

I l nodo com unica e riceve alimentazione da una rete. La rete usa 4 fili i cui segnali sono: alimentazione 12 Vdc, RS485 , RS485 -, alimentazione 0 ref. Vdc o massa.

L'alimentazione è controllata dall’unità centrale 10 di controllo e viene rimossa quando il funzionamento del sistema non è necessario.

Esempio di ulteriori sensori sono riportati nel seguito:

Eco scandaglio : l’informazione viene acquisita e resa disponibile in fase di manovra. Non rilevante ai fini delle elaborazioni del sistema.

La gestione viene fatta secondo lo standard NMEA. I l protocollo di com unicazione è dipendente dal tipo di apparecchio.

Anemomentro : l’informazione viene acquisita e resa disponibile in fase di manovra. La gestione viene fatta secondo lo standard NMEA. I l protocollo di com unicazione è dipendente dal tipo di apparecchio.

Regime motori : l’informazione viene acquisita e resa disponibile in fase di manovra viene elaborata e l'elaboratore provvede a suggerire il regime dei motori ottimale ai fini della manovra. E' opzionale.

La gestione viene fatta secondo lo standard NMEA. I l protocollo di com unicazione è dipendente dal tipo di informazioni fornite dall'apparato motore

GPS: l’informazione viene acquisita e resa disponibile in fase di manovra in forma di informazione generale. L'informazione viene considerata anche in modo differenziale e costituisce ausilio nell’elaborazione della posizione dell’imbarcazione. L'elaborazione è attivabile ma non è fondamentale per l'elaborazione principale basata sulle letture sensori.

La gestione viene fatta secondo lo standard NMEA. I l protocollo di com unicazione è dipendente dal tipo di apparecchio.

Radar, l’informazione viene acquisita in fase di manovra costituisce ausilio nella elaborazione della posizione barca. L'elaborazione è attivabile ma non è fondamentale per l'elaborazione principale basata sulle letture dei sensori. La gestione viene fatta secondo lo standard NMEA. I l protocollo di com unicazione è dipendente dal tipo di apparecchio.

Sistema inerziale che m isura le variazioni di posizione dal un punto fissato come zero: l’informazione viene acquisita ed elaborata in fase di manovra. L'informazione viene anche considerata in modo differenziale e costituisce ausilio nell’elaborazione della posizione dell’imbarcazione. L'elaborazione è attivabile ma non è fondamentale per l'elaborazione principale basata sulle letture dei sensori.

La gestione viene fatta secondo lo standard NMEA. I l protocollo di com unicazione è dipendente dal tipo di apparecchio.

L’unità centrale 10 di controllo : l'elaboratore centrale si basa su una architettura PC 104 e si appoggia ad un sistema operativo.

Le principali funzioni svolte dall’unità centrale 10 di controllo sono l’acquisizione, elaborazione e visualizzazione dei dati forniti dalle periferiche di rilevazione 2, nel seguito indicata brevemente come elaborazione dati, ed il set-up del sistema.

Elaborazione dati

L’unità centrale 10 di controllo ha due task principali concorrenti: interrogazione ciclica dei dati provenienti dalle periferiche di rilevazione 2 ed interazione con il dispositivo di visualizzazione 4, e il trattamento della diagnostica.

Nel seguito viene fatta una descrizione per compiti del software dell’unità centrale 10 di controllo.

Startup

Lo startup avviene con il caricamento delle dimensioni dello scafo dell’imbarcazione e della configurazione dei nodi, cioè della posizione dei sensori 7, 9 e con la richiesta ai sensori di rilevazione 7 e agli ulteriori sensori 9 di avviarsi (con comando unico) . Segue un ciclo di verifica che ogni nodo si sia avviato correttamente. I l mancato avvio di un nodo genera una informazione diagnostica. I l sistema gestirà quindi le mancate informazioni oscurando le informazioni relative all'angolo coperto dal sensore.

Vengono anche avviate le com unicazioni di verifica con tutti gli altri sensori sopra citati.

Ciclo di interrogazione

L'elaboratore interroga ciclicamente ogni nodo e memorizza le informazioni. I l sistema legge i dati acquisiti in maniera continua o discreta, effettuando almeno un’acquisizione completa di tutti i sensori al secondo.

Eventuali interruzioni di dati vengono gestite con la visualizzazione di un allarme relativo al sensore interessato sullo schermo del dispositivo di di visualizzazione e il relativo oscuramento dell'angolo coperto dal sensore stesso. A seconda della modalità di funzionamento, l'acquisizione può essere fatta su richiesta o in modo continuo, in accordo con le altre possibili informazioni a disposizione del sistema.

Visualizzazione e interazione

E' prevista la visualizzazione dell’imbarcazione e del suo intorno inseriti nel contesto rilevato e la comunicazione dei valori inerenti la posizione quando disponibili. I n Figura 2 viene riportato un esempio di rappresentazione sinottica.

Modalità di funzionamento

Sono previste due modalità di funzionamento nell’elaborazione: per acquisizione singola o per acquisizione continua. I noltre, il sistema di controllo può essere impostato in modalità operativa manuale, semiautomatica o anche automatica.

Acquisizione singola

I l funzionamento per acquisizione singola si basa sulla costruzione della im magine dell'imbarcazione nell'intorno con una sola interrogazione e suN'utilizzo di altre fonti di informazione per la localizzazione della barca fino alla conclusione della manovra.

Fonti alternative per la localizzazione della barca sono per esempio il GPS, Radar e/o il sistema inerziale.

I n questa configurazione sono le fonti alternative, cioè gli ulteriori sensori, che vengono interrogate ciclicamente per fornire la posizione dell’imbarcazione.

Questo tipo di elaborazione è adatta per spazi già ben delimitati e per percorsi brevi.

Acquisizione continua

I l funzionamento con acquisizione continua prevede la continua interrogazione dei sensori di posizione 7 laser e l'eventuale integrazione con i dati dagli ulteriori sensori 9.

Modalità operativa in manuale

Avviene secondo la seguente procedura: attivazione del sistema con rilevazioni effettuate dalla periferiche di rilevazione 2, trasm issione dati all’unità centrale 10 di controllo e creazione della mappa 1 1 1 dello spazio circostante l’imbarcazione e relativo posizionamento dell’imbarcazione nella mappa 1 1 1 stessa; ciclo continuo di interrogazione dei sensori di posizione 7 e/o degli ulteriori sensori 9 (GPS, radar, inerziale) e aggiornamento della mappa 1 1 1 , cioè della posizione dell'imbarcazione 6 rispetto allo spazio circostante.

Tutta la manovra è gestita dal pilota che non riceve informazioni di ausilio per il governo dell'imbarcazione.

Modalità operativa in semiautomatico

Avviene secondo la seguente procedura: attivazione del sistema con rilevazioni effettuate dalla periferiche di rilevazione 2, trasm issione dati aN’unità centrale 10 di controllo e creazione della mappa 1 1 1 dello spazio circostante l’imbarcazione e relativo posizionamento dell'imbarcazione 6 nella mappa 1 1 1 stessa; imm issione tram ite dispositivo di puntamento della posizione desiderata per l’imbarcazione nella mappa 1 1 1 .

Se la posizione desiderata è “fuori mappa”, essa viene inserita per passi successivi (indicando prelim inarmente una posizione all’interno della mappa 1 1 1 raffigurata nella direzione della posizione finale) oppure con un posizionamento approssimato su uno spazio non delim itato, ovvero viene visualizzata una mappa “libera” di 20 metri e successivamente con correzioni successive con l’acquisizione dello spazio circostante.

Successivamente è previsto un ciclo continuo di interrogazione dei sensori di posizione e/o degli ulteriori sensori (GPS, radar, inerziale) e aggiornamento della mappa 1 1 1 , cioè della posizione dell’imbarcazione rispetto allo spazio circostante. Nel dispositivo di visualizzazione 4, ad esempio tram ite una finestra a fianco a quella sulla quale viene visualizzata la mappa 1 1 1 con l’imbarcazione 6 ed il suo intorno, vengono visualizzati suggerimenti nel governo dei motori e del timone.

Tutta la manovra è gestita dal pilota che però riceve anche queste informazioni di ausilio per il governo dell’imbarcazione.

Modalità operativa in automatico

La seguente procedura di funzionamento è analoga a quella vista con riferimento alla modalità sem iautomatica, con la differenza che l’unità centrale 10 di controllo, dopo l’im missione tram ite dispositivo di puntamento della posizione desiderata per l’imbarcazione nella mappa 1 1 1 , invia segnali di comando direttamente ai dispositivi di comando 13 dell’imbarcazione per portarla alla suddetta posizione desiderata.

L’unità centrale 10 di controllo comprende, inoltre, un software di setup che è in grado di elaborare la rappresentazione dell'ingombro dell’imbarcazione passata al sistema tramite formati standard di alcuni CAD di maggior diffusione e di gestire i dati di setup di ogni nodo. I l software, quindi, nel caso di nodo con una sola informazione elaborerà il dato come singola distanza mentre elaborerà il dato considerando angolo e distanza nel caso di nodo dotato di motorizzazione del sensore laser.

L’unità centrale 10 di controllo comprende, inoltre, un’interfaccia utente, che può essere un monitor tradizionale provvisto di interfaccia touch-screen per facilitare l'interattività in qualsiasi momento.

Sono previsti anche altri strumenti di imm issione quali trackball, mouse e tastiera ma preferibilmente solo per facilitare le attività di setup iniziale e manutenzione.

Esem pio 2

I l sistema dell’invenzione può anche essere utilizzato come sistema antiintrusione.

I n questo caso le periferiche di rilevazione 2 sono operative con modalità interm ittente, ovvero effettuano rilevazioni a determ inati intervalli di tempo, per elaborare eventuali tentativi di intrusione da parte di estranei a bordo di natanti compatibili con i sistemi di rilevazione dell’imbarcazione.

I n questo caso, le periferiche di rilevazione 2 possono comprendere i sensori di rilevazione 7 laser, e gli ulteriori sensori 9 possono essere scelti tra sensori radar, sensori di pressione, sensori anti-intrusione tradizionali, per esempio sensori sulle aperture, e sensori a tecnologia a onde magnetiche e/o infrarossi.

I n tal caso, sono previsti bus separati per la com unicazione RS232 o RS485 tra i sensori di rilevazione 7 e i sensori anti-intrusione previsti degli ulteriori sensori 9.

Descrizione per compiti del software dell’unità centrale 10 di controllo nella modalità operativa anti-intrusione.

Startup

Lo startup avviene con il caricamento della configurazione dei nodi e con la richiesta ai nodi di avviarsi (con comando unico) . Segue un ciclo di verifica che ogni nodo si sia avviato correttamente. I l mancato avvio di un nodo genera una informazione diagnostica. I l sistema gestirà quindi le mancate informazioni oscurando le informazioni relative all'angolo coperto dal sensore.

Tale procedura viene effettuata anche per tutti gli ulteriori sensori e i sistemai anti-intrusione eventualmente previsti.

Ciclo di interrogazione

L’unità centrale 10 di controllo interroga ciclicamente ogni nodo e ogni dispositivo attivo. Eventuali interruzioni di dati vengono gestite con la visualizzazione con un allarme sul sensore e il relativo oscuramento dell'angolo coperto dal sensore.

L'acquisizione in questo caso è random ica con un algoritmo causale in modo da garantire comunque l’acquisizione in tempi ragionevoli dell’informazione da ogni singolo nodo senza m inare le riserve di energia elettrica della barca. Una volta fornita l'informazione il nodo si pone in modalità a basso consumo, stand-by.

Visualizzazione e interazione

Anche in questa modalità, l’unità centrale 10 di controllo riceve i dati dalle periferiche di rilevazione 2 e genera una mappa 1 1 1 dell’imbarcazione e dell’ambiente circostante. Nel caso in cui almeno uno dei sensori rilevi un ingombro ad una distanza inferiore ad una distanza prefissata, l’unità centrale di controllo 10 attiva contatti elettrici (relais) che provvederanno a fornire una segnalazione tramite un opportuno dispositivo di segnalazione 14. Tale segnalazione può essere per esempio silenziosa tramite luci, o sonora con sirena, a seconda del tipo di dispositivo di segnalazione utilizzato.

La distanza limite viene scelta in base alle caratteristiche dell’imbarcazione, per esempio stazza, inerzia etc.

Per questioni di risparmio di energia non è previsto lo stato di continua attivazione del pannello di interfaccia utente.

Claims (13)

1. RIVENDICAZIONI 1 . Sistema di controllo ( 1 ) per imbarcazioni (6) comprendente dispositivi di rilevazione (2, 7, 9) , un’unità di elaborazione (10) atta a ricevere le rilevazioni da detti dispositivi di rilevazione (2, 7, 9) e ad elaborare dette rilevazioni per generare una mappa (1 1 1 ) di detta imbarcazione (6) e di un suo intorno, e mezzi di visualizzazione (4) per visualizzare detta mappa ( 1 1 1 ) e renderla disponibile, caratterizzato dal fatto che detti dispositivi di rilevazione comprendono sensori di posizione (7) laser per rilevare la distanza di detta imbarcazione (6) da un ingombro (20) posizionato all'interno di detto intorno.
2. 2. Sistema di controllo ( 1 ) secondo la rivendicazione 1 , in cui detti sensori di posizione laser (7) sono del tipo punto-punto, o angolari.
3. 3. Sistema di controllo (1 ) secondo la rivendicazione 1 , oppure 2, in cui detti dispositivi di rilevazione comprendono ulteriori sensori (9) scelti in un gruppo comprendente ecoscandaglio, sonar, anemometro, radar, rilevatore GPS, sistema inerziale, sensore per rilevare la direzione e l’intensità delle onde e/o della corrente marina.
4. 4. Sistema di controllo ( 1 ) secondo una delle rivendicazioni precedenti, e comprendente una piattaforma sulla quale è disposto uno di detti sensori di posizione (7) , in cui detta piattaforma è orientabile per variare la zona di rilevazione di detto sensore (7) disposto su detta piattaforma.
5. 5. Sistema di controllo ( 1 ) secondo una delle rivendicazioni precedenti, e comprendente un dispositivo di segnalazione ( 14) per emettere un segnale di allarme.
6. 6. Metodo (100) per controllare la navigazione di un’imbarcazione (6) comprendente le fasi di - rilevare la distanza (103) di detta imbarcazione (6) da un ingombro (20) localizzato in un intorno di detta imbarcazione, trasmissione di tali rilevazioni ad un’unità di elaborazione (10), - elaborazione (110) di tali rilevazioni così da generare una mappa (111) di detta imbarcazione (6) e detto suo intorno circostante, - visualizzazione (112) di detta mappa (111) su mezzi di visualizzazione (4), in cui detta fase di rilevazione comprende una rilevazione laser.
7. 7. Metodo (100) secondo la rivendicazione 6, in cui prima di detta fase di rilevazione (103) è prevista una fase di inizializzazione e attivazione (102) di dispositivi di rilevazione atti a realizzare detta fase di rilevazione (103).
8. 8. Metodo (100) secondo la rivendicazione 6, oppure 7, e comprendente, una fase di immissione di comandi (113) per immettere una desiderata posizione di detta imbarcazione su detta mappa (111).
9. 9. Metodo (100) secondo la rivendicazione 8, e comprendente un’ulteriore fase di elaborazione (114) per confrontare detta desiderata posizione con una posizione attuale di detta imbarcazione.
10. 10. Metodo (100) secondo la rivendicazione 9, e comprendente un’ulteriore fase di visualizzazione (115) per visualizzare un’indicazione per raggiungere detta desiderata posizione.
11. 1 1. Metodo (100) secondo la rivendicazione 9, oppure 10, e comprendente la fase di emettere un segnale di comando (116) per portare detta imbarcazione (6) in detta desiderata posizione.
12. 12. Metodo ( 100) secondo una delle rivendicazioni da 6 a 1 1 , e comprendente, inoltre, una fase di comparazione ( 1 17) per confrontare dette rilevazioni con valori soglia e una fase di segnalazione ( 1 18) per generare un segnale di allarme se almeno una di dette rilevazioni è inferiore a detto valore soglia.
13. 13. Un program ma per computer per attuare il metodo secondo una delle rivendicazioni da 6 a 12, quando il programma per computer è eseguito in un sistema di data processing.