View
54
Download
4
Category
Preview:
Citation preview
PENGENALAN
GLOBAL POSITIONING SYSTEM
Oleh:
Dadang Suganda, Azizah,
Muhnandar, Bambang Suyiknyo,
Sofyan QudUS
DIREKTORAK KONSERVASI KAWASANSUB DIREKTORAT PENGEMBAGAN KAWASAN KONSERVASI
(PIKA)OKTOBER 2004
Sub Direktorat Pengembangan Kawasan Konservasi
GLOBAL POSITIONING SYSTEM (GPS)
A.APAKAH GPS?
GPS adalah sistem radio navigasi dan penentuan posisi
menggunakan satelit NAVTAR GPS (Navigation satellite Timing and
ranging Global Positioning System) yang dikembangkan oleh the
United State Department of Defence (DoD). Sistem ini didesain
untuk memberikan posisi dan kecepatan tiga dimensi serta
informasi mengenai waktu, secara kontinyu di seluruh dunia tanpa
bergantung waktu dan cuaca kepada banyak orang secara simultan
(Abidin, 2000).
Pada dasarnya GPS terdiri atas tiga segmen utama, yaitu :
1. Segmen angkasa (space segment), terdiri dari satelit-satelit GPS.
2. Segmen system kontrol (control system segment), yang terdiri
dari stasiun pemonitor dan pengontrol satelit,
3. Segmen pengguna (user segment) yang terdiri dari pemakai GPS,
termasuk alat-alat penerima dan pengolah sinyal dan data GPS.
Gambar Segmen utama GPS
Bahan Pelatihan Pengukuran dan Pemetaan Dasar. BLK Kadipaten 2
SEGMEN ANGKASA24 satelit periode orbit 12 jam altitude 20.200 km
SEGMEN USERMengamati sinyal GPSHitung posisi dankecepatanInformasi waktu
SEGMEN SISTEM CONTROLSinkronisasi waktuPrediksi orbitInjeksi dataMonitor kesalahan satelit
Sub Direktorat Pengembangan Kawasan Konservasi
Segmen angkasa
Satelit GPS terdiri dari 24 satelit yang menempati 6 (enam) bidang
orbit yang berbentuk hampir lingkaran.
Keenam bidang orbit satelit GPS mempunyai spasi sudut yang sama
antar sesamanya, namun setiap orbit ditempati oleh 4 satelit dengan
interval antara yang tidak sama. Jarak satelit diatur sedemikian rupa
untuk memaksimalkan probabilitas kenampakan setidaknya terdapat
4 satelit yang bergeometri baik dari setiap tempat di permukaan
bumi pada setiap saat.
Setiap satelit secara kontinyu memancarkan sinyal gelombang pada
2 frekuensi L-band yang dinamakan L1 (frekuensi 1575,42 MHz) dan
L2 (1227,60 MHz). Sinyal L1 membawa 2 buah kode biner yang
dinamakan kode-P (sekarang diubah menjadi kode Y dan strukturnya
dirahasiakan untuk umum) dan code C/A. Sedangkan sinyal L2
hanya membawa kode C/A.
Dengan mengamati sinyal-sinyal tersebut dengan waktu yang cukup,
seseorang dapat memprosesnya untuk mendapatkan informasi
mengenai posisi, kecepatan, dan waktu.
Segmen system kontrol
Segmen ini berfungsi mengontrol dan memantau operasional satelit
dan memastikan bahwa satelit berfungsi sebagaimana mestinya.
Fungsi ini mencakup beberapa kewajiban antara lain:
1. Menjaga agar semua satelit berada pada posisi orbit yang
seharusnyaBahan Pelatihan Pengukuran dan Pemetaan Dasar. BLK Kadipaten 3
Sub Direktorat Pengembangan Kawasan Konservasi
2. Memantau status dan kesehatan dari semua sub system (bagian)
satelit
3. Memantau panel matahari satelit, level daya baterai, dan
propellant level yang digunakan untuk manuver satelit.
4. Menentukan dan menjaga waktu system satelit.
Segmen pengguna
Segmen ini terdiri dari para pengguna dan alat-alat penerima dan
pengolah sinyal dan data GPS. Alat penerima sinyal (GPS receiver)
diperlukan untuk menerima dan memproses sinyal dari satelit GPS
untuk digunakan dalam penentuan posisi, kecepatan, maupun
waktu.
Terdapat berbagai jenis, bentuk dan merek Receiver GPS dengan
ketelitian dan fungsi yang berbeda. Berdasarkan fungsinya, secara
umum receiver GPS diklasifikasikan atas:
1. Receiver untuk menentukan posisi, yang terbagi atas:
a. Tipe navigasi (handheld receiver) biasanya untuk
menentukan posisi absolut secara instan yang tidak menuntut
ketelitian tinggi;
Tipe ini terdiri dari:
Tipe sipil (ketelitian antara 50 – 100 m)
Tipe militer ( ketelitian 10 – 20 m)
b. Tipe pemetaan
Tipe ini dapat merekam data dan melakukan penentuan posisi
secara differensial, sehingga datanya dapat diproses lebih
lanjut dan memperoleh ketelitian 1 – 5 m.
c. Tipe geodetic
Untuk penentuan posisi tipe ini merupakan receiver paling
canggih, paling mahal, tetapi memberikan data yang paling
teliti sampai orde mm atau dm.
Receiver tipe geodetic digunakan untuk aplikasi-aplikasi yang
menuntut ketelitin tinggi, seperti pengadaan titik kontrol
geodesi.
Tipe ini terdiri dari:
Bahan Pelatihan Pengukuran dan Pemetaan Dasar. BLK Kadipaten 4
Sub Direktorat Pengembangan Kawasan Konservasi
Tipe satu frekuensi
Tipe dua frekuensi
2. Receiver untuk menentukan waktu (timing receiver)
Receiver ini didesain hanya untuk memberikan informasi waktu
ataupun frekuensi yang teliti.
B. Kegunaan GPS
GPS dapat memberikan informasi mengenai posisi, kecepatan, dan
waktu secara cepat, teliti, dan murah dimana saja di bumi pada
setiap waktu, siang maupun malam tanpa bergantung pada kondisi
cuaca.
Disamping parameter di atas terdapat beberapa parameter lain yang
dapat diukur sebagaimana diagram berikut :
Paramet
er yang
bisa
ditentuk
an GPS
Posisi
Kecepatan
Waktu
Percepatan
Attitude parameters
TEC(Total Electron Content)
WVC (Water Vapour Content)
Polar motion parameters
Tinggi orthometrik
Undulasi geoid
Defleksi Vertikal
Produk dasar
Perlu combinasi
dengan informasi
eksternal dan
system lainnya
C.Kelebihan GPS
1. Satelit dapat digunakan setiap saat, siang maupun malam tanpa
bergantung pada waktu dan cuaca. Hal ini tidak dapat dilakukan
oleh alat ukur teristris lainnya (seperti theodolith).
2. Satelit mempunyai ketinggian orbit yang cukup tinggi, yaitu
sekitar 20.200 km di atas permukaan bumi, dan jumlahnya relatif
cukup banyak yaitu 21+3 satelit GPS dan 24 satelit GLONASS.
Ini menyebabkan satelit dapat meliput wilayah yang cukup luas,
Bahan Pelatihan Pengukuran dan Pemetaan Dasar. BLK Kadipaten 5
Beragam Aplikasi
Sub Direktorat Pengembangan Kawasan Konservasi
sehingga dapat digunakan oleh banyak orang dalam waktu yang
sama dan pemakaiannya tidak bergantung pada batas-batas
politik, administrasi pemerintahahan, dan batas alam.
3. Penentuan posisi dengan satelit tidak memerlukan adanya saling
keterlihatan antara satu titik dengan titik lainnya seperti yang
umumnya dituntut oleh metode-metode pengukuran terestris.
Yang diperlukan dalam hal ini adalah saling keterlihatan antara
titik-titik tersebut dengan satelit. Karakteristik ini membuat
penggunaan satelit sangat efisien dan efektif pada survei dan
pemetaan di daerah-daerah yang kondisi topografinya relatif
sulit, seperti daerah pegunungan dan rawa-rawa.
4. Satelit akan memberikan ketelitian yang spektrumnya cukup
luas, sehingga dapat digunakan untuk banyak bidang aplikasi.
Dari yang sangat teliti (orde milimeter) sampai yang biasa-biasa
saja (orde puluhan meter). Hal ini memberikan keleluasaan
kepada pengguna untuk memilih tingkat ketelitian yang
diinginkan sesuai dengan kebutuhan dan dana yang tersedia.
5. Pengoperasian alat penerima signal satelit untuk penentuan
posisi suatu titik relatif mudah dan tidak mengeluarkan banyak
tenaga dan waktu.
6. Posisi yang ditentukan mengacu pada datum global (WGS84),
sehingga posisi yang diberikan GPS akan selalu mengacu kepada
datum yang sama.
7. Pemakaian GPS tidak dikenakan biaya, asal memiliki alat
penerima (receiver) sinyal GPS.
8. Surveyor tidak dapat memanipulasi data pengamatan yang
diperoleh dari satelit seperti halnya yang dapat dilakukan dengan
metode pengumpulan data terestris yang umum digunakan, yaitu
poligon. Disamping itu bagi pemberi kerja akan mendapatkan
‘keamanan’ dan jaminan kualitas yang lebih baik
9. Ukurannya cenderung menjadi semakin kecil dan harganya lebih
murah.
D. Keterbatasan GPS
1. Alat penerima sinyal (receiver) tidak boleh terhalang, baik
oleh bangunan, pohon maupun penghalang lainnya.Bahan Pelatihan Pengukuran dan Pemetaan Dasar. BLK Kadipaten 6
Sub Direktorat Pengembangan Kawasan Konservasi
2. Hasil Penentuan posisi menggunakan datum WGS84, sehingga
apabila hasilnya ingin dipresentasikan dalam datum lain apalagi
datum local, maka diperlukan proses transformasi koordinat yang
tidak mudah.
3. Komponen tinggi dari koordinat tiga dimensi yang diberikan
GPS mengacu pada permukaan ellipsoid. Jadi tingginya bukan
tinggi orthometris yang mengacu pada permukaan geoid (dpl).
Sehingga hasil pengukuran GPS tidak bias
langsungdiintegrasikan dengan tinggi hasil pengukuran teristris
dengan metode leveling.
4. Pemrosesan data hasil survey dan penganalisaannya cukup
sulit.
5. SDM yang menguasai masalah teknologi ini masih belum
banyak.
E. Konsep Dasar GPS
Pada dasarnya konsep dasar penentuan posisi dengan GPS adalah
reseksi (pengikatan ke belakang) dengan jarak, yaitu dengan
pengukuran jarak secara simultan ke beberapa satelit GPS yang
koordinatnya telah diketahui.
Bahan Pelatihan Pengukuran dan Pemetaan Dasar. BLK Kadipaten 7
H = Tinggi orthometrik.Tinggi yang digunakan untuk keperluan sehari-hari
h = Tinggi ellipsoid.Tinggi yang diberikan GPS.
Sub Direktorat Pengembangan Kawasan Konservasi
Gambar . Konsep penentuan posisi dengan GPS
Teknik penentuan posisi GPS adalah dengan mengetahui dan
mengukur jarak dan posisi beberapa satelit terhadap receiver GPS,
sehingga dari interseksi sinyal beberapa satelit akan didapat posisi
tepat GPS receiver di bumi. Pengukuran berdasarkan sinyal tiga
satelit hanya akan mendapat posisi 2D, sedangkan untuk
mendapatkan hasil posisi 3D yang akurat dibutuhkan hasil
pengamatan minimal 4 sinyal satelit.
F.Pengenalan Receiver GPS (selanjutnya disebut GPS)
Secara umum GPS mempunyai bagian-bagian yang mengantur fungsi
:
Mengaktifkan dan mematikan
Menampilkan menu utama (dapat berbeda untuk setiap tipe GPS)
Merekam titik koordinat
Memasukan data/informasi tentang titik koordinat
Setting GPS
Pemanduan arah
Bahan Pelatihan Pengukuran dan Pemetaan Dasar. BLK Kadipaten 8
Sub Direktorat Pengembangan Kawasan Konservasi
G. Peneraan GPS (Set Up)
Salah satu langkah penting dalam penggunaan receiver GPS adalah
peneraan (set up). Setiap GPS mempunyai sistem setting (peneraan)
yang berbeda sesuai dengan tipe dan merk GPS, namun sebenarnya
mereka memiliki kesamaan prinsip dalam pen-setting-an. Tipe
navigasi merupakan cikal bakal GPS. Alat ini lebih banyak digunakan
untuk memandu menuju lokasi serta menemukan kembali lokasi-
lokasi tersebut. Garmin termasuk unggul dalam teknologi GPS
navigasi.
Sebelum menggunakan receiver GPS ada beberapa bagian yang
harus ditentukan terlebih dahulu settingnya, yaitu :
a)Satuan ukur
Satuan ukuran perlu diperhatikan agar diperoleh hasil pengukuran
sesuai yang diinginkan. Satuan yang umum digunakan adalah
meter namun ada kalanya digunakan satuan feed dan lainnya.
b)Satuan waktu
Satuan waktu diperlukan agar diketahui jam dan tanggal
pengambilan data. Bentuknya dapat ditentukan sesuai dengan
setting yang disediakan oleh GPS.
c)Sistem koordinat
Sebagai bagian dari Sistem Informasi Geografis, maka pemilihan
sistem koordinat menjadi mutlak untuk diperhatikan. Sedapat
mungkin sistem koordinat yang digunakan adalah sama dengan
sistem koordinat dari data sekunder lainnya. Ada beberapa sistem
koordinat yang biasanya disediakan oleh GPS yaitu :
latitude/longitude dalam derajat dan menit
latitude/longitude dalam derajat, menit dan detik
latitude/longitude dalam desimal degree
Universal Transverse Mercator/Universal Polar Stereographic
Selain sistem koordinat, parameter lain yang perlu diperhatikan
adalah Datum Peta biasanya yang digunakan adalah WGS 84.
H. Perekaman Data
Bahan Pelatihan Pengukuran dan Pemetaan Dasar. BLK Kadipaten 9
Sub Direktorat Pengembangan Kawasan Konservasi
Setiap GPS mempunyai kemampuan perekaman data yang berbeda.
Perbedaan ini sangat ditentukan oleh tipe dari setiap GPS. GPS tipe
Mapping dan GIS mempunyai kemampuan lebih didalam memetakan
data dibandingkan GPS tipe Navigasi. Namun tipe Navigasi juga
memiliki kelebihan sendiri dibandingkan tipe Mapping dan GIS yakni
kemampuannya dalam menemukan suatu posisi di permukaan bumi.
Pemilihan tipe GPS yang digunakan ditentukan oleh tujuan dan
target dari survey yang dilakukan.
Namun demikian terdapat fungsi-fungsi umum yang hampir dimiliki
oleh semua jenis GPS, diantaranya :
a)Menentukan posisi di permukaan bumi
Kegunaan alat penerima GPS yang utama adalah untuk mengambil
posisi koordinat dari suatu titik di bumi ini dan menyimpannya
sebagai waypoint.
b)Merekam jejak
Fungsi ini digunakan untuk mendapatkan track dari survei yang
dilakukan dan menyimpannya sebagai route.
c)Memandu arah
Fungsi ini akan lebih efisien dijumpai pada GPS tipe navigasi,
namun umumnya setiap GPS memiliki fasilitas kompas ataupun
bearing yang dapat digunakan untuk menentukan arah. Lebih jauh
lagi kemapuan ini dapat digunakan untuk mencari suatu lokasi di
permukaan bumi.
I. Pengambilan Data GPS
Teknik penentuan posisi GPS adalah dengan mengetahui dan
mengukur jarak dan posisi beberapa satelit terhadap receiver GPS,
sehingga dari interseksi sinyal beberapa satelit akan didapat posisi
tepat receiver GPS di bumi. Pengukuran berdasarkan sinyal tiga
satelit hanya akan mendapat posisi 2D, sedangkan untuk
mendapatkan hasil posisi 3D yang akurat dibutuhkan hasil
pengamatan minimal empat sinyal satelit. Terdapat tiga metode
untuk penentuan hasil posisi, yaitu:
a)Autonomous
Bahan Pelatihan Pengukuran dan Pemetaan Dasar. BLK Kadipaten 10
Sub Direktorat Pengembangan Kawasan Konservasi
Mengumpulkan data posisi menggunakan receiver GPS tanpa
melakukan koreksi. Banyak dilakukan oleh pemakai GPS tipe
navigasi. Hasil akurasi yang diperoleh < 10 m.
b)Diferensial
Proses pengukuran posisi menggunakan receiver GPS lebih dari
satu, dengan salah satu receiver sebagai base station. Data base
station selanjutnya dipergunakan untuk mengoreksi data receiver
lainnya yang bergerak (rover). Metode ini memberikan akurasi
centimeter hingga 5 m. Sinyal yang digunakan mempunyai kode L.
c)Phase Diferensial
Teknik koreksi dengan menggunakan sinyal dengan kode P (Y)
yang memberikan akurasi 10 cm - 30 cm untuk GPS Trimble tipe
Mapping, dan tipe survei memberikan akurasi mm.
Terdapat tiga faktor utama yang berpotensi meningkatkan kesalah-
an/akurasi pengukuran/penggambilan data menggunakan GPS, yaitu:
a)Selective Availability
Selective Availability (SA) merupakan upaya Amerika Serikat
untuk memproteksi ketelitian posisi absolut yang tinggi secara
real time. Hal ini dimaksudkan untuk kepentingan militer Amerika
Serikat. Kesalahan dibuat secara sengaja dengan cara
memanipulasi frekuensi jam satelit dan data yang dikirimkan
dalam navigation message. SA merupakan sumber kesalahan yang
terbesar dalam penentuan posisi absolut menggunakan GPS.
Dengan adanya SA ini, pengukuran posisi menggunakan metode
autonomous hanya menghasilkan akurasi 100 m.
Untunglah sejak awal tahun 2000, SA telah dicabut oleh
Department of Defence USA sehingga akurasi GPS dengan metode
autonomous dapat ditingkatkan menjadi 10 m.
b)Multipath
Multipath merupakan suatu fenomena yang disebabkan karena
adanya interferensi gelombang atau sinyal yang mencapai antena
Bahan Pelatihan Pengukuran dan Pemetaan Dasar. BLK Kadipaten 11
Sub Direktorat Pengembangan Kawasan Konservasi
setelah dipantulkan oleh muka tanah atau benda lain di sekitar
titik pengamatan. Kesalahan akibat multipath sangat dipengaruhi
oleh bentuk dan tipe antena serta kondisi lingkungan di sekitar
lokasi survei. Benda-benda yang dapat memantulkan sinyal GPS
antara lain jalan raya, gedung, danau, kendaraan, dan lain-lain.
Akibat adanya multipath maka sinyal-sinyal yang sampai ke antena
tidak lagi murni sebagai posisi obyek yang dipetakan namun
gabungan dari berbagai obyek lain di sekitar obyek yang
dipetakan. Mengingat pendekatan secara matematis tidak dapat
dilakukan untuk mengeliminasikan efek multipath, maka perlu
suatu kondisi di lapangan yang dipersiapkan untuk mengeliminasi
efek tersebut.
c)Bias Atmosfer
Lapisan troposfer yang netral mempunyai ketebalan setinggi 9
sampai 16 km, tergantung pada tempat dan waktu. Ketika melalui
troposfer sinyal GPS akan mengalami refraksi yang menyebabkan
perubahan pada kecepatan dan arah dari sinyal tersebut. Efek
utama dari troposfer adalah terhadap kecepatan dengan demikian
berkaitan dengan hasil ukuran jarak.
Untuk memperkecil besarnya tingkat kesalahan, dapat dilakukan
beberapa langkah antisipasi di lapangan seperti berikut ini :
mempunyai ruang pandang langit yang bebas ke segala arah
diatas elevasi 15O,
jauh dari objek-objek reflektif yang mudah memantulkan sinyal
GPS, untuk meminimalkan atau mencegah terjadinya multipath ;
kondisi dan struktur tanahnya stabil,
menghindari lingkungan pengamatan yang potensial menimbulkan
adanya pantulan dan memilih atau menggunakan antena yang baik
dan tepat,
menggunakan receiver yang dapat mengurangi efek multipath
secara internal dan antena yang dapat mengabsorbsi sinyal,
melakukan pengamatan yang lebih lama.
Bahan Pelatihan Pengukuran dan Pemetaan Dasar. BLK Kadipaten 12
Sub Direktorat Pengembangan Kawasan Konservasi
J. Pendokumentasian Data Hasil Survei
Pada saat ini banyak jenis receiver GPS yang mempunyai kempauan
menyimpan data selama kegiatan survei. Namun untuk kepentingan
dokumentasi dan keamanan penyimpanan data tetap diperlukan
pencatatan hasil survei pada suatu tally sheet.
Banyak model tally sheet yang dapat digunakan sesuai dengan
tujuan dan target survei. Namun secara umum suatu tally sheet
hendaknya mengandung informasi mengenai waktu dan tempat
pelaksanaan survei, posisi di permukaan bumi, serta informasi
sekitarnya seperti contoh terlampir.
Tally sheet dibuat untuk setiap titik koordinat yang diambil dengan
tujuan agar setiap titik dapat merepresentasikan suatu informasi
tertentu.
Tally sheet ini kemudian disimpan pada suatu folder tertentu di
komputer agar sistem penyimpanan data lapangan dapat tertata
secara baik. Penyimpanan sebaiknya dilakukan dalam format excell.
Format excell akan memudahkan untuk menempatkan data titik
koordinat hasil survei ke dalam suatu peta digital.
Data titik koordinat yang bisa dimasukan ke dalam peta digital adalah data titik koordinat dalam bentuk
UTM atau Desimal Degree. Untuk melakukan hal tersebut diperlukan suatu software khusus GIS seperti
Arc View, Arc Info, atau lainnya.
Bahan Pelatihan Pengukuran dan Pemetaan Dasar. BLK Kadipaten 13
Sub Direktorat Pengembangan Kawasan Konservasi
TALLY SHEET PENGAMATAN / SURVEY
Nama Kegiatan :Hari/Tanggal Kegiatan :Pelaksana Tugas :Peta dasar yang digunakan :
Informasi Geografis :Waktu pengambilan data :Sistem Koordinat :UTM Northing (X) : Latitude (U/S) :UTM Easting (Y) : Longitude (B/T) :Zona UTM :Desimal Degree :U / S : B/ T :
Informasi Lapangan :Tipe vegetasi yang ada :
Spesies yang dijumpai : - Jenis: Jumlah : Jenis kelamin : Kondisi spesifik yang dijumpai :
Pengamatan umum :Elevasi / ketinggian :
DAFTAR PUSTAKA
Abidin, H. (2000). Penentuan Posisi Dengan GPS dan Aplikasinya. . Pradnya Paramita. Jakarta.
Abidin, H. dkk..(2002). Survei dengan GPS. Pradnya Paramita. Jakarta.
Prabowo, D dkk. (2002). Modul Pengenalan GIS, GPS dan Remote Sensing. Dept. GIS Forest Watch Indonesia.
Bahan Pelatihan Pengukuran dan Pemetaan Dasar. BLK Kadipaten 14
Recommended