Come misurare la velocità reale della tua barca con il GPS

Introduzione

Il tuo solcometro segna 6,2 nodi (7,1 mph)6,2 nodi (11,5 km/h). Il telefono agganciato al timone dice 7,4 nodi (8,5 mph)7,4 nodi (13,7 km/h). Stessa barca, stesso secondo, due numeri distanti più di un nodo. Quale dei due mente?

Nessuno dei due. Il solcometro misura la velocità con cui l’acqua scorre lungo lo scafo; il GPS misura la velocità con cui lo scafo si sposta rispetto al fondo. La differenza fra i due è la corrente in cui ti trovi — mescolata a qualunque errore stia commettendo il solcometro. Separare le due cose è esattamente lo scopo di un test di velocità in barca, e richiede una decina di minuti.

In breve

• Il solcometro misura la velocità sull’acqua; il GPS misura la velocità rispetto al fondo. Su una rotta diritta contro o a favore di corrente, la differenza fra i due è la corrente più l’errore del solcometro.
• Una singola passata non dice nulla sulla tua barca (è comunque un’ottima velocità rispetto al fondo per la navigazione). Percorri lo stesso tratto nei due sensi e fai la media: una corrente costante si annulla esattamente.
• La media delle due passate è la tua velocità sull’acqua. È quella, non una singola passata GPS, il riferimento su cui tarare il solcometro; tarare su una sola passata incorpora la corrente nello strumento.
• La velocità media è il numero onesto. Un massimo è un picco di un secondo: racconta di un’onda, non della tua barca.
• 1 nodo = 1 miglio nautico all’ora = 1,15078 mph1,852 km/h, e un miglio nautico è 1.852 metri (6.076 piedi)1.852 metri esatti per definizione.

Perché gli strumenti di bordo perdono la taratura

Gli strumenti di velocità nautici non sono cattiva ingegneria. Sono vecchia ingegneria, e ognuno di essi misura qualcosa che sta al posto della velocità anziché la velocità stessa.

La girante conta i giri, non i progressi. Il solcometro più diffuso sulle barche di serie è una piccola girante alloggiata in un passascafo. L’acqua la fa ruotare, un magnete eccita un sensore e il display converte gli impulsi in nodi usando una costante fissata in fabbrica — una costante che presuppone girante pulita, cuscinetto libero e flusso indisturbato. Tutte e tre le condizioni decadono. Una stagione di alghe e incrostazioni aggiunge attrito, la girante gira più lentamente dell’acqua che la circonda e lo strumento legge per difetto. È lo stesso meccanismo di guasto di un’auto che conta i giri della ruota dando per scontato un diametro di pneumatico, ed è esattamente il motivo per cui la velocità GPS è più affidabile dello strumento di bordo.

I tubi di Pitot misurano la pressione, non la velocità. Le barche plananti veloci usano spesso una presa rivolta in avanti che rileva la pressione dell’acqua che vi entra. La pressione cresce con il quadrato della velocità, quindi lo strumento è pronto nella parte alta della scala e quasi inutile in basso: sotto i 8–10 nodi (9–12 mph)8–10 nodi (15–19 km/h) circa molti leggono per difetto, leggono in modo irregolare o non registrano affatto. Si ostruiscono anche facilmente — un nido di vespe durante l’inverno, un filo d’alga — e un’ostruzione parziale abbassa la pressione rilevata, così lo strumento legge basso in silenzio senza che nulla sembri rotto.

Conta anche dove sta il trasduttore. Un trasduttore di velocità campiona lo strato d’acqua che lo scafo ha già disturbato, non il mare libero. Peggio: l’errore cambia con l’assetto. Una barca ferma sta in piano, la stessa barca in planata sta a prua alta con una porzione di scafo bagnata diversa. Ecco perché un solcometro può essere ragionevolmente preciso alla velocità di dislocamento e del tutto sbagliato in crociera, e perché una taratura su un solo punto raramente sistema una barca su tutta la sua gamma.

Niente di tutto questo si risolve dal timone. Quello che si può fare è avere una seconda sorgente di velocità indipendente su cui fare il confronto, ed è quello che offre un telefono con un tachimetro GPS per barca: nessun passascafo, nessuna parte in movimento, niente che si possa incrostare.

Velocità sull’acqua e velocità rispetto al fondo

Alla domanda «a che velocità va questa barca» ci sono due risposte legittime, e sono due grandezze diverse.

La velocità sull’acqua (STW) è la tua velocità rispetto all’acqua in cui galleggi — quello che misurano una girante o un tubo di Pitot, ed è il numero che conta per la regolazione delle vele e per le prestazioni della carena. La velocità rispetto al fondo (SOG) è la tua velocità rispetto al fondale — quello che misura il GPS, ed è il numero che conta per la pianificazione della traversata, per l’orario d’arrivo e per capire se doppierai quel promontorio prima che giri la marea.

La differenza fra le due è la corrente. Non è una regola empirica, è aritmetica vettoriale: il tuo moto rispetto al fondo è il tuo moto rispetto all’acqua più il moto dell’acqua stessa.

Torna alla coppia di numeri dell’introduzione. Il solcometro segna 6,2 nodi (7,1 mph)6,2 nodi (11,5 km/h) e il GPS segna 7,4 nodi (8,5 mph)7,4 nodi (13,7 km/h). Su una rotta diritta con la corrente esattamente in poppa, quella differenza di 1,2 nodi (1,4 mph)1,2 nodi (2,2 km/h) è la marea che ti spinge — più qualunque errore stia commettendo il solcometro. Una sola lettura non può separare le due cose. Gira e percorri la rotta reciproca: la stessa marea ora sottrae, il solcometro segna sempre circa 6,2 ma il GPS scende a circa 5,6 nodi (6,4 mph)5,6 nodi (10,4 km/h).

Fra le due passate non si è rotto niente. La barca non ha rallentato: hai smesso di essere aiutato e hai iniziato a essere ostacolato, e se n’è accorto solo il numero del GPS, perché solo lui è riferito a qualcosa che non si muove. I due coincidono quando l’acqua è ferma e il solcometro è onesto: su un lago calmo devono coincidere, su un fiume soggetto a marea possono differire di diversi nodi ed essere entrambi giusti.

Che cosa misura davvero un test di velocità GPS

Un tachimetro GPS non prende due posizioni e le divide per il tempo. Ricava la velocità dallo spostamento Doppler sulla portante del segnale satellitare: il tuo moto rispetto a ciascun satellite allunga o comprime la frequenza ricevuta di una quantità minuscola ma misurabile, e con quattro o più satelliti in vista il ricevitore risolve quegli spostamenti in un vettore di velocità tridimensionale. La velocità rispetto al fondo è la sua componente orizzontale.

Ne discendono due cose. È veloce, perché una misura di frequenza non ha bisogno di una base lunga: la lettura si assesta entro un secondo o due da un cambio di velocità invece di inseguirlo. Ed è precisa in velocità: la precisione di posizione e quella di velocità sono specifiche separate, quindi la tua posizione può vagare di qualche metro mentre la soluzione di velocità resta buona a qualche decimo di nodo con cielo libero. La meccanica è spiegata per bene in come funzionano i tachimetri GPS.

Quello che il GPS non può dirti è la tua velocità sull’acqua. Non ha modo di sapere che l’intero oceano sta scorrendo a due nodi — dal punto di vista di un satellite, l’acqua è scenografia. Non è un limite da aggirare: è esattamente la proprietà che rende il GPS il riferimento con cui verifichi tutto il resto.

La doppia passata: un test di velocità che funziona

Se prendi una sola lettura GPS su una sola prua e la chiami «velocità della mia barca», hai misurato la tua barca più quello che stava facendo l’acqua. Su una costa soggetta a marea può essere una bugia di due nodi in un senso o nell’altro.

La soluzione è la doppia passata, presa in prestito dalle prove sul miglio misurato che i cantieri usano da un secolo. Percorri lo stesso tratto nei due sensi e fai la media dei due risultati. Una corrente costante si somma a una passata e si sottrae all’altra della stessa quantità, quindi la media è la tua velocità con la corrente eliminata.

Come si fa

1. Scegli l’acqua giusta. Serve un tratto diritto e sgombro, abbastanza profondo da non combattere con la resistenza di bassofondale, fuori dal canale di navigazione e libero da traffico che ti costringa ad accostare a metà passata. La profondità conta più di quanto si pensi, e non in una sola direzione: l’acqua bassa rallenta una carena dislocante, mentre una carena planante può addirittura andare più veloce su un fondale basso. In entrambi i casi la profondità diventa una variabile che non volevi misurare, e il caso della planata è il più insidioso perché abbellisce il risultato.
2. Scegli una lunghezza. Almeno 0,5 NM (0,58 miglia terrestri)0,5 NM (0,93 km) per passata, e 1 NM (1,15 miglia terrestri)1 NM (1,85 km) se hai spazio. Le passate lunghe mediano la variabilità onda per onda. Quelle corte sono dominate dall’istante che hai campionato per caso.
3. Stabilizza prima la barca. Porta il motore al regime che vuoi provare, mantienilo e lascia alla barca il tempo di raggiungere un assetto e una velocità costanti prima che la passata inizi. Su una carena planante possono volerci quindici o venti secondi. Assetto, flap e carico devono essere esattamente dove intendi lasciarli.
4. Percorri la prima passata su una prua fissa, tenendo il gas costante e governando dritto per quanto le condizioni lo permettono. Non inseguire il numero della velocità con la manetta. Registra la velocità GPS media della passata.
5. Gira e percorri la reciproca, stesso gas, stesso assetto, stessa acqua, senso opposto. Vira abbastanza largo da essere tornato a velocità stabilizzata prima che inizi la seconda passata.
6. Ripeti se i numeri sembrano strani. Due coppie di passate costano cinque minuti in più e ti dicono subito se la prima coppia era contaminata.

I conti

Prendi le due medie, sommale e dividi per due. Tutto qui.

Supponiamo che la passata a favore abbia dato in media 7,4 nodi (8,5 mph)7,4 nodi (13,7 km/h) e quella contro 5,6 nodi (6,4 mph)5,6 nodi (10,4 km/h):

velocità reale = (7,4 + 5,6) / 2 = 6,5 nodi
corrente       = (7,4 − 5,6) / 2 = 0,9 nodi

La tua barca fa 6,5 nodi (7,5 mph)6,5 nodi (12,0 km/h) sull’acqua a quel regime, ed eri in una corrente di 0,9 nodi (1,0 mph)0,9 nodi (1,7 km/h). Entrambi i numeri escono dalle stesse due passate.

La media aritmetica annulla esattamente una corrente costante e lungo la rotta. È l’ipotesi su cui poggia tutto il metodo, e può venire meno in tre modi.

Una marea che gira. Se la corrente cambia mentre percorri le passate, la media è falsata di quanto si è spostata fra l’una e l’altra — ed è per questo che le passate si fanno una di seguito all’altra, non a un’ora di distanza con la pausa pranzo in mezzo. Fare due coppie e confrontarle permette di accorgersene, ma non di correggerlo. Se vuoi la correzione, la risposta del miglio misurato sono quattro passate pesate 1:3:3:1 e divise per otto, che annullano esattamente una corrente che varia in modo costante:

velocità reale = (passata1 + 3 × passata2 + 3 × passata3 + passata4) / 8

Una corrente trasversale alla rotta. Il metodo presuppone che l’acqua si muova lungo la tua traccia, non di traverso. Una corrente puramente al traverso è il caso antipatico: ti rallenta della stessa quantità in entrambe le passate, quindi le due letture coincidono, i conti dichiarano corrente zero e la media viene leggermente alta. Sembra un risultato pulito, e non lo è. Scegli una rotta allineata alla corrente di marea, che sulla maggior parte delle coste significa lungo il canale anziché di traverso.

Una barca che non fa due volte la stessa cosa. Vento e stato del mare cambiano la tua velocità sull’acqua, quindi se il vento rinforza fra una passata e l’altra le due prove non stanno misurando la stessa barca.

Il vento è un caso a parte, e vale la pena essere chiari. Il vento preme su alberatura e opere morte e cambia la tua velocità sull’acqua, quindi un vento contrario rallenta davvero la barca e la media delle due passate sarà più bassa che in una giornata calma. Quello che il vento non fa è falsare la lettura GPS. Il ricevitore riporta quanto velocemente lo scafo si muove sul fondale, qualunque combinazione di spinta, corrente ed effetto vela l’abbia prodotta.

Che cosa annotare

La maggior parte delle app di velocità ti offre un massimo, una media e una distanza. Non sono ugualmente utili, e trattarli come intercambiabili è il modo in cui si finisce per citare una velocità massima che la barca non ha mai davvero tenuto.

La velocità massima è la lettura singola più alta della passata — il numero che tutti vogliono e quello che significa meno. È un evento di un secondo: la barca che scivola giù dalla faccia di un’onda, o che coglie un momento di corrente favorevole. Ottima per vantarsi, inutile per confrontare.

La velocità media è il dato onesto — quello che la barca ha effettivamente tenuto sull’intera passata, e l’unico dei tre che si confronta in modo sensato fra passate, regimi o stagioni. Ed è anche la base della doppia passata: si fa la media delle medie di ciascuna passata, mai dei picchi.

La distanza è la tua verifica incrociata. Se l’app dice che hai coperto 0,94 NM (1,08 miglia terrestri)0,94 NM (1,74 km) su una passata che volevi di 1 NM (1,15 miglia terrestri)1 NM (1,85 km), la passata è stata tagliata corta e la media descrive un tratto d’acqua più breve di quello che avevi previsto.

Annota le condizioni accanto ai numeri: regime del motore o giri, assetto e posizione dei flap, carburante e acqua a bordo, numero di persone, stato del mare e direzione del vento rispetto alla rotta. Una barca che ha fatto 6,5 nodi (7,5 mph)6,5 nodi (12,0 km/h) scarica e con mare piatto non lo ripeterà con i serbatoi pieni e quattro ospiti a bordo, e se non hai annotato la differenza passerai l’inverno a chiederti che cosa sia successo al motore.

Ecco perché l’app che usi dovrebbe registrare un viaggio invece di limitarsi a mostrare un ago: registrare la passata ti dà una media su un tratto definito invece di un numero sbirciato mentre governavi. Un tachimetro GPS impostato sui nodi tiene massima, media e distanza per ogni viaggio — esattamente il registro a tre colonne che questo metodo richiede.

Perché la velocità in barca si misura in nodi

Un nodo è un miglio nautico all’ora, e un miglio nautico è 1.852 metri (6.076 piedi)1.852 metri esatti per definizione — una cifra scelta per stare molto vicina a un primo di latitudine. Questo gli dà una proprietà che né il miglio terrestre né il chilometro hanno: la scala delle latitudini sul lato di una carta nautica funziona anche da scala delle distanze, così una barca che fa 10 nodi copre dieci primi di latitudine in un’ora. Apri il compasso sulla parte di quella scala che sta al traverso della tua posizione, non sul bordo superiore o inferiore del foglio: su una carta di Mercatore la scala si dilata man mano che sali o scendi di latitudine.

Le conversioni, per quando devi parlare con qualcuno a terra:

Tarare il solcometro a partire dal risultato GPS

La doppia passata ti regala il fattore di correzione. Hai già la velocità reale sull’acqua; ti serve solo sapere che cosa segnava il solcometro mentre la facevi.

Riprendiamo l’esempio: la media delle due passate era 6,5 nodi (7,5 mph)6,5 nodi (12,0 km/h) e il solcometro segnava 6,2 nodi (7,1 mph)6,2 nodi (11,5 km/h) su entrambe. Lo strumento legge per difetto:

correzione = 6,5 / 6,2 = 1,048  →  inserisci +4,8 % (il solcometro legge basso)

Quasi tutti i display moderni espongono un’impostazione di taratura della velocità, o come percentuale singola o come tabella multipunto in cui inserisci una correzione a più velocità. Applica il fattore, poi rifai il test per confermare che abbia funzionato. Tre cose da sapere prima di farlo:

Pulisci prima il trasduttore. Non ha senso tarare via le incrostazioni. Estrai la girante, elimina la crescita, verifica che giri libera, poi misura — altrimenti fissi nelle impostazioni dello strumento i cirripedi di questa stagione e dovrai rifare tutto quando cadranno.

Tara a più di una velocità, se il tuo sistema lo permette. Le giranti non sono lineari. Una girante che legge il 5 % in meno alla velocità di dislocamento può leggere correttamente in crociera, o peggio, quindi una correzione su un solo punto sistema una velocità e sposta l’errore altrove. Se il tuo display offre un solo valore, tara alla velocità a cui passi davvero il tuo tempo.

Rifallo una volta a stagione. Le incrostazioni tornano e i cuscinetti si consumano; la correzione giusta a maggio non sarà quella giusta a settembre.

Se dopo la pulizia il solcometro sbaglia di più del 15 % circa, o se il suo errore cambia in modo selvaggio con la velocità, la taratura sta solo coprendo un problema hardware: una girante danneggiata, un sensore che sta cedendo o un trasduttore in un flusso disturbato. È un lavoro da alaggio, non una voce di menu.

Domande frequenti

Come controllo adesso la velocità della mia barca in nodi?

Qualsiasi tachimetro GPS impostato sui nodi te la mostra. Il GPS ti dà direttamente la velocità rispetto al fondo, senza passascafo, senza taratura e senza niente che si incrosti, quindi un telefono al timone non richiede altra preparazione che cielo libero e qualche secondo per il primo fix. Tieni presente che è la tua velocità rispetto al fondale, quindi in corrente differirà da quella del solcometro di bordo: quella differenza è la corrente, non un guasto di uno dei due strumenti.

Perché il solcometro non concorda con il GPS del telefono?

Perché misurano cose diverse. Il solcometro misura la velocità sull’acqua; il GPS misura la velocità rispetto al fondo. Qualsiasi corrente li separa. Su una rotta percorsa esattamente contro o a favore di corrente, la differenza è la corrente più l’eventuale errore del solcometro — ed è per questo che una sola lettura non può darti nessuno dei due numeri da sola. Se i due continuano a discordare in acqua davvero ferma — un lago in una giornata di calma — allora hai un errore strumentale reale, quasi sempre incrostazioni sulla girante, e la doppia passata ti dirà quanto è grande.

Quanto è preciso un test di velocità GPS in barca?

In velocità e con cielo libero, una soluzione di velocità GPS è di norma buona a qualche decimo di nodo, perché la velocità viene dallo spostamento Doppler sul segnale satellitare anziché dalla differenza fra due posizioni. È molto più stretto di una girante o di un tubo di Pitot. La velocità è il modulo di un vettore rumoroso, quindi da fermo quel rumore non può annullarsi a zero: si raddrizza in un piccolo numero positivo. Una lettura GPS di «0,3 nodi» mentre sei ormeggiato alla banchina è quell’artefatto, non movimento.

Quanto deve essere lungo il tratto di prova e quante passate servono?

Almeno 0,5 NM (0,58 miglia terrestri)0,5 NM (0,93 km) per passata, idealmente 1 NM (1,15 miglia terrestri)1 NM (1,85 km), e sempre due passate su prue reciproche fatte una di seguito all’altra. Una passata per senso è il minimo che permette alla corrente di annullarsi; due coppie sono meglio, perché l’accordo fra le coppie ti dice che l’acqua è rimasta stabile durante la prova.

Vento e corrente influenzano la lettura di velocità GPS?

Influenzano la tua barca, non la lettura. Una corrente sposta fisicamente lo scafo rispetto al fondo, quindi il GPS mostra correttamente che vai più veloce o più lento: è la misura che funziona, non che fallisce. Il vento cambia la tua velocità sull’acqua premendo su alberatura e opere morte, e anche questo il GPS lo riporta correttamente. Nessuno dei due introduce un errore nel dato GPS in sé; mediare due passate reciproche rimuove il contributo della corrente e lascia le prestazioni della tua barca.

Fonti e approfondimenti

• BIPM — Brochure SI, tabella 8 (unità non SI) — il miglio nautico internazionale pari esattamente a 1.852 metri.
• Prestazioni del GPS Standard Positioning Service (gps.gov) — la specifica ufficiale di precisione del GPS civile, comprese le cifre di velocità dietro le affermazioni sul Doppler qui sopra.
• NOAA — Uso della carta nautica e scala delle latitudini — perché la distanza si prende sulla scala delle latitudini al traverso della tua posizione.

Conclusione

Il solcometro e il telefono non sono mai stati in concorrenza. Uno ti dice come si muove lo scafo nell’acqua, ed è quello su cui governi e regoli. L’altro ti dice come ti stai muovendo sulla carta, ed è quello che ti riporta a casa prima che giri la marea. Una barca che conosce entrambi i numeri conosce gratis anche la corrente.

Una verifica della velocità richiede un solo tratto diritto di acqua profonda: stabilizzati al regime che ti interessa, percorri mezzo miglio nautico, gira, ripercorrilo e fai la media. Annota la media, non il massimo, e scrivi accanto le condizioni. Fallo una volta a stagione e ti accorgerai di una girante incrostata dal timone, invece di scoprirla in secca.

Se vuoi la configurazione nautica — nodi come unità predefinita, massima, media e distanza registrate per ogni viaggio e un display leggibile al timone — la pagina del tachimetro GPS per barca spiega come funziona in acqua.

Scarica GPS Speedometer e fai la tua prima doppia passata questo fine settimana. Il tracciamento della velocità di base funziona offline e mostra nodi, mph e km/h; le funzioni PRO opzionali sono disponibili.