A scorrere il materiale informativo - in formato digitale o cartaceo - sui sistemi di navigazione satellitare, il profano potrebbe trarre l'impressione che il raggiungimento della massima accuratezza nella rilevazione della posizione sia un fattore fondamentale.
Questa convinzione nasce dalla naturale inclinazione degli uomini a voler misurare tutto, nel senso di attribuire un valore, spesso convenzionale e arbitrario, anche a grandezze che non hanno un preciso riscontro fisico.
Si pretende cioè di voler attribuire un merito attraverso un punteggio numerico, come se si trattasse di una competizione sportiva a cronometro o la registrazione di un record.
Già da tempo i nostri principali strumenti di lavoro - come i trattori - tendono a svincolarsi dalla logica dei semplici numeri, per esempio nella potenza del motore: dire che una macchina ha 300 cavalli (o 290, oppure 310) non ha molto senso se non si introducono altri elementi di valutazione più legati alla produttività. Per quanto possa sembrare strano, il numero - elemento misurabile per eccellenza - non dice nulla, rispetto al concetto, assai meno facile da valutare, della capacità della trattrice di esprimere un certo sforzo di trazione.
La storia ci insegna che agli albori della meccanizzazione agricola questa impostazione era entrata nell'uso comune: nel “Modello 30-45” i due numeri non stavano a significare, come molti oggi sarebbero portati a credere, che la potenza potesse variare da 30 a 45 cavalli per effetto di una costruzione del motore primitiva o approssimativa, ma i due valori di potenza misurati alla puleggia (in pratica, la presa di potenza di allora) e al gancio di trazione. L'esempio ci serve per capire che i numeri possono assumere un preciso valore, anche legale, oppure esprimere un significato probabilistico, che potrebbe tuttavia aumentare o diminuire in funzione di fattori perturbanti non prevedibili.
L'esempio del navigatore
Chi non si è ancora dotato di sistemi di guida satellitare di uso professionale, ma si è limitato a utilizzare il navigatore stradale (assai meno accurato nella misurazione della posizione), ha potuto conoscere la singolare esperienza di sbagliare strada e di dover tornare indietro per la temporanea indisponibilità o debolezza del segnale. Per chi non lo sapesse, tutti i navigatori satellitari si fondano su un principio matematico che sta alla base della trigonometria (misurazione dei triangoli): definiti due vertici di un triangolo, un angolo che li riguarda (opposto o compreso) e la lunghezza di almeno uno dei lati è possibile risolvere il problema della determinazione degli altri angoli e la misura di tutti e tre i lati. Con questo sistema, fin dagli albori delle scienze cartografiche, quando le distanze si misuravano con un'asta graduata e l'ampiezza degli angoli con strumenti ottici più o meno precisi, sono state predisposte tutte le carte topografiche e le mappe catastali. Con l'avvento della radio sono state create delle stazioni a terra, o su battelli ancorati in punti ben precisi, in grado di emettere segnali con una certa direzione, tali da poter essere rilevati con un'antenna direzionale posizionata su navi o aerei, in modo da calcolarne la posizione in ogni istante e la rotta da seguire.
La vera rivoluzione è avvenuta negli anni Ottanta, quando è stata creata dalle principali potenze militari mondiali (Usa e Urss) una rete di radiofari montata su satelliti artificiali, posti in orbita intorno alla Terra in modo da trovarsi sempre sulla verticale di uno stesso punto (geostazionari), in grado di guidare con precisione navi, aerei e missili, sia in funzione offensiva che difensiva. Il navigatore, composto da un'antenna direzionale, un ricevitore radio multifrequenza e un computer per l'esecuzione dei calcoli, svolge in brevissimo tempo i compiti che furono degli ufficiali di rotta. Rileva i segnali dei vari satelliti (ognuno identificato da una certa frequenza), ne calcola la distanza, in relazione alla fase dell'onda, applica le formule trigonometriche e “risolve” il triangolo, di cui l'apparecchio diventa uno dei vertici; ripetendo l'operazione su diversi satelliti, arriva a determinare con precisione la posizione rispetto alle coordinate geografiche, ed eventualmente la quota rispetto al livello del mare. I costi di una rete satellitare sono altissimi: per raggiungere la distanza ottimale dalla Terra, il lancio di ogni missile deve sfruttare l'attrazione gravitazionale esercitata da altri corpi celesti, con una finestra temporale assai limitata. Fra l'altro il lancio deve avvenire in condizioni meteorologiche ottimali, per cui i giorni disponibili sono pochissimi, così che la creazione di una “costellazione” di satelliti può richiedere diversi anni.
Dato che il sistema non si può fermare per le operazioni di manutenzione (ovviamente svolte in modo automatico o comandato da terra), ai satelliti direttamente impiegati per l'emissione del segnale radio (24) ne devono essere affiancati altri di riserva, posti su piani orbitali diversi per non interferire fra di loro. Accanto alle reti esistenti (Gps americana e Glonass russa, di derivazione militare) è in corso di realizzazione una rete europea, denominata Galileo, destinata esclusivamente a scopi commerciali: naturalmente la crisi economica ha picchiato duro anche in questo settore, al punto che ci vorranno diversi anni prima che sia completata (mancano ancora più di 3/4 dei 30 satelliti necessari).
Gli errori di segnale
In realtà, il principale problema della navigazione satellitare è costituito dai fattori di errore, che un tempo venivano addirittura aggiunti dai gestori (militari) per “sporcare” il segnale e renderlo indisponibile per eventuali attacchi terroristici.
Gli errori di segnale sono dovuti a diversi fattori:
1. quando i segnali radio attraversano i diversi strati dell'atmosfera, di densità e composizione chimica diversa, vengono deviati, come avviene per la luce quando attraversa la superficie dell'acqua (facendoci vedere il pesce in una posizione diversa da quella reale);
2. trattandosi di un segnale piuttosto debole (proviene da una distanza che va da 20 a 30 mila chilometri!) può essere parzialmente occultato da ostacoli fissi, come montagne, fabbricati o alberi d'alto fusto, specialmente quando il satellite è molto basso rispetto all'orizzonte;
3. il segnale potrebbe essere riflesso da superfici speculari, o che si comportano come tali: laghi e stagni, ma anche tetti in lamiera metallica, creando interferenze che ingannano il navigatore.
Proprio il navigatore svolge un ruolo essenziale: i piccoli ed economici strumenti per uso stradale hanno una precisione molto modesta (una decina di metri), che però viene continuamente corretta con la mappa stradale caricata in memoria, consentendo di portare l'errore a circa 4 metri e di rilevare, per esempio, il posizionamento del veicolo sulla corsia sbagliata. Non avendo particolari esigenze di precisione, e potendo contare su una produzione in grande serie, hanno raggiunto costi assolutamente abbordabili, spesso inferiori a 100 euro.
Ben diversa è la situazione dei navigatori per uso professionale, che sono caratterizzati da costi e prestazioni ben superiori:
1. il processore del computer deve essere predisposto per poter gestire, oltre alla posizione, anche la macchina e gli organi di lavoro;
2. lo schermo deve avere ottime caratteristiche antigraffio (per la presenza di polvere) ed antiriflesso, anche se il posizionamento ideale sarebbe in prossimità del bracciolo di comando, con schermo quasi verticale;
3. tutto il sistema deve essere insensibile alle vibrazioni (molto elevate sulle macchine agricole, prive di sospensioni elastiche) ed agli urti;
4. deve essere predisposto per la correzione degli errori: antenna multifrequenza, ricevitore Dgps, ricevitore radio per Rtk, modem per rete cellulare (Gsm o a banda larga).
In pratica i navigatori di questo tipo abbinano le prestazioni di un computer portatile (tablet) alle caratteristiche di resistenza tipiche di un apparecchio industriale o militare; essendo prodotti in piccole serie hanno costi decisamente più elevati, anche se possono godere di una vita commerciale piuttosto lunga (fino a 8-10 anni), contro i 2-3 anni di un normale Pc.
Egnos, Omnistar e Rtk
I sistemi di correzione degli errori manifestano comunque pregi e difetti tali da rendere ogni soluzione raccomandabile solo per scopi specifici. Per esempio, lo standard Egnos è veramente ideale per la gestione della guida parallela quando di svolgono operazioni di distribuzione, come concimazione, diserbo e irrorazione: costa il giusto e garantisce un livello medio di precisione di 10-30 centimetri. Come abbiamo detto, l'errore va inteso in senso probabilistico; nel raro caso di superamento di tali valori, potremo rischiare di sbagliarci di qualche metro quadrato per ettaro, con un'incidenza sulla resa effettiva talmente misera da poter essere considerata trascurabile. Il sistema è ideale per la guida parallela, nel senso che garantisce la ripetibilità della posizione per una ventina di minuti, un tempo più che sufficiente per completare andata e ritorno, anche tenendo conto dell'elevata velocità operativa del cantiere. Oltre questo termine il riposizionamento della macchina potrebbe infatti risultare difficile, con un margine di errore eccessivo rispetto ai valori dati.
Assai più preciso (ma non eccessivamente costoso), il sistema Omnistar è consigliabile solo per applicazioni particolari, in quanto richiede un tempo tecnico, per il rilevamento della posizione iniziale e per la verifica dei parametri, che può durare anche 20-30 minuti; inoltre, in condizioni di parziale copertura, determinata da ostacoli fissi, l'inflessibile programma di riduzione degli errori di posizionamento (limitati peraltro a pochi centimetri) richiede il riavvio della procedura; per contro ha il grande pregio di consentire la sospensione e la ripresa del lavoro anche dopo molto tempo ritrovando esattamente la posizione.
La massima precisione - con errore dell'ordine di 1-2 centimetri - si ottiene invece con navigatori in grado di correggere in tempo reale la posizione data dai satelliti con un sistema fisso a terra, che comunica tramite segnali radio (Rtk) oppure con un modem per trasmissione dati con scheda telefonica Gsm o a banda larga. Un simile livello di accuratezza consente sia di impiegare dispositivi per la guida automatica, anche su colture a spaziatura determinata (a file), sia di tenere sotto controllo la quota, come potrebbe essere necessario per l'esecuzione di sistemazioni idraulico agrarie come livellamenti, scavo e ripristino di canali di scolo e di bonifica.
Il metodo di trasmissione dei dati fra il dispositivo mobile e le stazioni fisse presenta pregi e difetti:
1. il principale limite economico è dato dal costo della stazione radio fissa, che ha una portata fino a 10-20 km in aria libera, ma si riduce in presenza di ostacoli; in alcune regioni è stata l'amministrazione locale a creare una rete di stazioni al suolo e l'ha messa a disposizione degli utenti. Il segnale radio ha il grande vantaggio di essere indipendente dalla rete cellulare e di non essere soggetto ad alcuna limitazione in termini di volume di dati o di tempo di trasmissione; per contro è soggetto alle norme sulle radiofrequenze e dovrebbe pagare il relativo canone ministeriale; benché pochi se ne rendano conto, il rischio di un controllo (con possibile sequestro delle apparecchiature) da parte della Polizia postale invita alla prudenza.
2. Il sistema che prevede la trasmissione tramite scheda telefonica comporta il pagamento di un canone specifico al gestore della rete di stazioni a terra; il principale inconveniente è rappresentato dalla copertura della rete a banda larga, assai scarsa nelle zone rurali; dove è presente la normale copertura Gsm il livello di precisione potrebbe essere ridotto dalla scarsa velocità di trasmissione dei dati; inoltre è indispensabile munirsi di un contratto “flat”, indipendente sia dal tempo di connessione che dal volume di dati scambiati, per ridurre i costi telefonici; in compenso non pone particolari problemi, né di tipo organizzativo né dal punto di vista delle autorizzazioni amministrative.
In conclusione, ogni soluzione ha i suoi punti di forza e le sue criticità: ciò che conta è rivolgersi a operatori competenti, partendo dal presupposto che affidabilità e semplicità di impiego sono condizioni indispensabili per chi si avvicina per la prima volta a una nuova tecnologia. Se poi ci si renderà conto di avere scelto una soluzione un po' più costosa di quanto ci si attendesse, bisogna considerare che gli investimenti nei settori “di punta” manifestano un effetto indotto sulla professionalità dell'imprenditore, aprendolo a nuove possibilità di sviluppo e rendendolo più pronto ad affrontare il futuro.
