pubblicata su "TECNOLOGIE TRASPORTI MARE" nel numero di dicembre
del 2000
per gentile concessione dell'editore e del curatore della rubrica
Ing. Gianmarco Veruggio
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Nell'articolo pubblicato sul numero precedente sono stati
descritti due dei componenti di un ROV: il sistema sottomarino ed il
sistema di comunicazione.
Per concludere l'argomento rimane da esaminare il sistema di
superficie e fare un cenno al sistema video.
Il sistema di superficie, similmente al sistema sottomarino, molto
spesso viene ripartito su più calcolatori.
Questa decisione viene giustificata dal fatto che in superficie si
devono svolgere due tipologie di attività, abbastanza
incompatibili tra loro: da un lato devono essere svolti compiti di
gestione di apparati ausiliari, quali GPS e girobussola della nave
appoggio e l'eventuale sistema di posizionamento acustico del ROV
(LBL o SSBL) nonché compiti di controllo della navigazione del
veicolo, se non risiedono completamente nel sistema sottomarino, e
dall'altro occorre provvedere all'interfaccia operatore, la
cosiddetta HCI (Human Computer Interface).
I primi compiti sono preferibilmente affidati a calcolatori di
processo analoghi a quelli che risiedono nel sistema sottomarino,
mentre i secondi richiedono capacità di interazione con
l'operatore (display grafici e unità di comando quali
joystick, trackball, tastiere e mouse) che si trovano più
facilmente in calcolatori general-purpose come i PC Windows o
work-station di tipo Unix.
Inoltre ad un ROV possono venire collegate più interfacce
operatore: le più comuni sono la console del pilota, quella
dello scienziato-osservatore e quella del supervisore o
system-engineer.
L'autore alla console del ROV Romeo
Ciascuna postazione è specializzata nell'acquisizione dei
comandi e nella presentazione dei dati relativi ad una specifica
attività.
La presenza di più HCI, a sua volta, genera il problema di
raggruppare i comandi provenienti dai vari operatori, armonizzarli,
verificare che non sorgano conflitti ed inviarli al sistema
sottomarino; analogamente, i dati di telemetria ricevuti dal veicolo
vanno distribuiti alle varie postazioni.
Questi compiti giustificano la presenza di un surface manager che
si collochi come unico interlocutore con il sistema sottomarino.
Surface manager: ai compiti già descritti in
precedenza (acquisizione strumenti di superficie, collezione comandi
e distribuzione dati di telemetria) si aggiunge generalmente un altro
importante compito: la memorizzazione (data logging) su supporto
magnetico di tutti i comandi impartiti e di tutti i dati
acquisiti.
L'analisi successiva di queste registrazioni può consentire
di valutare l'efficienza dei controlli applicati e migliorare i
parametri del controllo oppure studiare migliori tecniche di
filtraggio ed integrazione dei vari sensori; può
altresì identificare le cause di eventuali
malfunzionamenti.
Come accennato in precedenza, il surface manager viene
generalmente realizzato con calcolatori di processo analoghi a quelli
utilizzati a bordo del veicolo (spesso della stessa marca e modello,
per ridurre le necessità di parti di ricambio e di conoscenze
sistemistiche).
Le esigenze di ingresso/uscita del surface manager sono
però generalmente inferiori, non essendo necessaria una
connessione diretta con i sensori e gli attuatori del veicolo: le
interfacce più richieste sono le linee seriali, per acquisire
e controllare gli apparati di superficie e l'interfaccia LAN per il
collegamento con le HCI ed il veicolo.
L'HCI pilota è l'interfaccia fondamentale per le operazioni
del veicolo in mare.
Mediante questa postazione, il pilota può conoscere lo
stato del veicolo ed impartire i comandi necessari all'esecuzione
della missione.
Riceve dal surface manager i dati di telemetria relativi alla
navigazione del veicolo ed allo stato dell'impianto ed invia comandi
di movimento e di gestione degli apparati.
Spesso la console di comando è dotata di joystick
analogici, cursori, manopole e pulsanti, che consentono di impostare
con facilità e continuità quelle variabili numeriche
che sono necessarie alla guida del veicolo, quali orientazione della
direzione del moto, velocità di avanzamento e
profondità da mantenere.
Sul display vengono visualizzate una serie di finestre che
presentano, in maniera grafica e facilmente valutabile, le grandezze
fondamentali della navigazione: orientazione, velocità,
profondità, posizione rispetto alla nave o al fondo
nonché gli allarmi di malfunzionamento.
Altre finestre, generalmente apribili su richiesta, forniscono
informazioni su dati importanti ma non vitali, quali consumi, stato
dei vari commutatori, qualità delle comunicazioni.
Dati i progressi compiuti sia nel campo della velocità che
in quello della grafica, il tipo di calcolatore più
comunemente impiegato per le varie HCI è il PC laptop, spesso
racchiuso in un rack che fornisce protezione e miglior
utilizzabilità a bordo di una nave.
Il sistema operativo, in questo caso, può essere Windows o
Unix, in quanto le velocità di interazione richieste non sono
così esasperate come nei casi precedenti, mentre i programmi
applicativi anche in questo caso devono essere scritti
specificamente.
Esempio di schermata dell'HCI Pilota
L'HCI scienziato consente ad un operatore scientifico, che spesso
è il committente della missione del ROV, di interagire con la
parte esplorativa del veicolo.
Vengono presentati i dati acquisiti dai sensori scientifici
presenti a bordo dell'unità sottomarina, probabilmente diversi
a seconda delle missioni da compiere, accompagnati dai dati
fondamentali relativi alla posizione del veicolo.
Allo scienziato vengono affidate operazioni sui sensori che gli
competono e su parti di impianto quali il brandeggio di telecamere
mobili, lo scatto di fotografie, l'acquisizione di campioni e
l'accensione di luci.
Anche per questa HCI si utilizza normalmente un laptop,
eventualmente integrato da una console per le manipolazioni
più complesse.
L'HCI supervisore è dedicata al system-engineer, lo
specialista del ROV che gestisce il funzionamento delle varie
attività del veicolo.
Su questa HCI vengono presentati tutti i possibili dati ricevuti
dalla telemetria e riguardanti le varie fasi del controllo, quali le
variabili richieste dal pilota, quelle misurate dai sensori e quelle
ricostruite dai filtri, tutti i parametri impostati nei vari
regolatori, le parti di programma attualmente attive e quelle in
stand-by. Il supervisore può intervenire modificando
parametri, abilitando o inibendo parti dei controlli, accendendo o
spegnendo sensori.
Questa HCI normalmente non richiede console ausiliarie, in quanto
i comandi impartiti sono tutti di natura istantanea, orientati alla
modifica di valori o stati.
Un sistema non direttamente connesso all'architettura di
elaborazione di un ROV, ma che riveste importanza fondamentale per
l'utilizzatore di un veicolo sottomarino e che può avere
connessioni col sistema di elaborazione è il Sistema di
trasmissione dei segnali video.
Il metodo tradizionale di inviare segnali video è prevedere
nell'ombelicale del ROV uno o più cavi coassiali per la
trasmissione dei segnali televisivi, in banda base od eventualmente
modulati e amplificati nel caso di distanze elevate.
Il sistema è relativamente semplice ma, poiché la
trasmissione è di tipo analogico, risulta notevolmente
delicato per quanto riguarda la taratura, che va effettuata sul cavo
specifico che verrà utilizzato, e il filtraggio dei disturbi
elettromagnetici.
Per questo motivo si stanno diffondendo tecniche di codifica
digitale e trasmissione in formato numerico delle immagini su fibra
ottica, che è intrinsecamente immune ai disturbi
elettromagnetici.
In questo caso, il problema di trasmettere più segnali
video si semplifica notevolmente (anche se per ora a fronte di un
aumento dei costi), in quanto i multiplexer di interfaccia dei cavi
in fibra ottica possono trasmettere contemporaneamente vari tipi di
segnali digitali.
Per esempio il sistema di comunicazione di Romeo, il prototipo del
CNR-JAN è in grado di acquisire localmente (nel veicolo) le
immagini di 4 telecamere, trasformarle in segnali numerici ed
inviarle lungo la stessa fibra ottica utilizzata per le comunicazioni
della rete locale LAN e per le linee seriali che collegano i vari
calcolatori ed apparati strumentali. Questa tecnologia è ormai
prossima ad una utilizzazione diffusa anche su sistemi a basso costo,
grazie alla progressiva diffusione di sistemi audiovisivi digitali
(televisioni via satellite, telecamere DV, dischi DVD).
Il quadro d'insieme è indubbiamente complesso e certamente
non sono molti i ROV che possono sfoderare un'architettura
così sofisticata.
Si tratta prevalentemente di prototipi da ricerca ed anche in
questi non tutte le potenzialità di una tale architettura sono
state ancora esplorate.
E evidente però che non si può pensare di costruire
robot, cioè macchine intelligenti, senza dotarli di un
cervello "complesso", anche se ancora ben lontano dalla
complessità funzionale di un pesce.
