PENGENALAN GPS

(GLOBAL POSITIONING SYSTEM)

M.1.1

BAHAN BACAAN / REFERENSI

PENGENALAN GPS

GPS (Global Positioning System) adalah sistem satelit navigasi dan penentuan posisi yang dimiliki dan dikelola oleh Amerika Serikat. 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. Pada saat ini, system GPS sudah banyak digunakan orang di seluruh dunia. Di Indonesia pun, GPS sudah banyak diaplikasikan terutama yang terkait dengan aplikasi-aplikasi yang menuntut informasi tentang posisi.

Dibandingkan dengan sistem dan metode penentuan posisi lainnya, GPS mempunyai banyak kelebihan dan menawarkan lebih banyak keuntungan, baik dalam segi operasionalisasinya maupun kualitas posisi yang diberikan. Sebelum hal tersebut dijelaskan lebih lanjut, beberapa konsep dasar tentang posisi dan sistem koordinat serta metode-metode dalam penentuan posisi akan dijelaskan terlebih dahulu secara singkat.

I.I Posisi dan sistem Koordinat

Posisi suatu titik biasanya dinyatakan dengan koordinat (dua-dimensi atau tiga-dimensi) yang mengacu pada suatu sistem koordinat tertentu. Sistem koordinat itu sendiri didefinisikan dengan menspesifikasi tiga parameter berikut, yaitu:

• lokasi titik nol dari sistem koordinat,

• orientasi dari sumbu-sumbu koordinat, dan

• besaran (kartesian, Curvilinear) yang digunakan untuk mendefinisikan posisi suatu titik dalam sistem koordinat tersebut.

Setiap parameter dan sistem koordinat tersebut dapat dispesifikasikan lebih lanjut, dan bergantung pada spesifikasi parameter yang digunakan maka dikenal beberapa jenis sistem koordinat. Penjelasan yang lebih mendetail tentang sistem-sistem koordinat ini dapat dilihat di [Krakiwsky & Wells, 1971]. Contoh dari suatu penspesifikasian parameter sistem koordinat di tunjukan pada Gambar 1.1.

Dalam penentuan posisi suatu titik di permukaan bumi, Titik nol dari sistem koordinat yang digunakan dapat berlokasi di titik pusat massa bumi (sistem koordinat geosentrik), maupun di salah satu titik di permukaan bumi (sistem koordinat toposentrik). Sistem koordinat geosentrik banyak digunakan dalam metode-metode penentuan posisi ekstra-terestris yang menggunakan satelit dan benda-benda langit lainnya. Sistem koordinat toposentrik banyak digunakan dalam metode-metode penentuan posisi terestris.

Gambar 1.1 Contoh klasifikasi sistem koordinat berdasarkan parameternya

Pengenalan GPS 1

Lokasi Titik Nol

Orientasi Sumbu

Besaran Koordinat

Geosentrik (di pusat Bumi)

Toposentrik (di permukaan Bumi)

Terikat Bumi (Earth-Fixed)

Terikat Langit (Space-Fixed)

Jarak Kartesian (X,Y,Z)

Sudut & Jarak Geodetis (φ,λ,h)

Dilihat dari orientasi sumbunya ada sistem koordinat yang sumbu-sumbunya ikut berotasi dengan bumi (terikat bumi) dan ada yang tidak (terikat langit). Sistem koordinat yang terikat bumi umumnya digunakan untuk menyatakan posisi titik-titik yang berada di bumi, dan sistem yang terikat langit umumnya digunakan untuk menyatakan posisi titik dan obyek di angkasa, seperti satelit dan benda-benda langit. Dilihat dari besaran koordinat yang digunakan, posisi suatu titik dalam sistem koordinat ada yang dinyatakan dengan besaran-besaran jarak seperti sistem koordinat Kartesian, dan ada yang dengan besaran-besaran sudut dan jarak seperti sistem koordinat Geodetik.

Dalam penentuan posisi dengan pengamatan ke satelit-satelit GPS, ada dua sistem koordinat referensi yang penting untuk dicatat, yaitu CIS (Conventional Inertial System} dan CTS (Conventional Terrestrial System). Sistem CIS digunakan untuk pendeskripsian posisi dan pergerakan satelit dan sistem CTS digunakan untuk menyatakan posisi titik di permukaan bumi. Karakteristik dasar dari kedua sistem tersebut ditunjukkan pada Gambar 1,2 dan 1.3 berikut,

Patut dicatat di sini bahwa pada sistem CIS, kutub yang digunakan untuk pendefinisian sumbu-Z, yang pada dasarnya merupakan sumbu momentum sudut, adalah CEP (Conventional Ephemeris Pole) pada epok standar J2000.0 (1 .5 Januari 2000). Sedangkan pada sistem CTS, kutub yang digunakan untuk pendefinisian sumbu-Z adalah CTP. Pada saat ini yang digunakan sebagai CTP adalali CIO (Conventional International Origin) yang merupakan posisi rata-rata sumbu rotasi bumi dari tahun 1900 sampai 1905.

Sistem CIS. karena sifatnya yang geosentrik dan terikat langit, kadangkala dinamakan sistem ECSF (Earth-Centered Earth-Fixed); dan sistem CTS, karena sifatnya yang geosentrik dan terikat langit, sering juga dinamakan sistem ECEF (Earth-Centered Earth-Fixed).

Pada penentuan posisi dengan GPS, posisi titik di permukaan bumi diberikan dalam koordinat kartesian tiga-dimensi (X,Y,Z) dalam system koordinat WGS 84 (World Geodetic System 1984), yang merupakan suatu realisasi dari sistem CTS. Koordinat kartesian (X,Y,Z) tersebut selanjutnya dapat ditransformasikan menjadi koordinat geodetik (φ,λ,h) seandainya diperlukan. Visualisasi geometris dari kedua koordinat tersebut ditunjukkan pada Gambar 1-4.

Pengenalan GPS 2

Hubungan matematis antara koordinat-koordinat kartesian dan geodetik di atas dapat dituliskan sebagai berikut [Seeber, 1993]:

Pada rumus di atas. R dan e adalah jari-jari kelengkungan vertikal dan aksentrisitas ellipsoid referensi, yang keduanya dapat dihitung sebagai berikut

(1.2)

dimana a dan b adalah setengah sumbu panjang dan setengah sumbu pendek dari ellipsoid referensi yang digunakan.

1.2 Metode-metode Penentuan Posisi Ekstra-Terestris

Penentuan posisi titik di permukaan bumi dapat dilakukan secara terestris maupun ekstra-terestris. Metode penentuan posisi secara terestris dilakukan berdasarkan pengukuran dan pengamatan yang semuanya dilakukan di permukaan bumi. Sedangkan pada metode ekstra-terestris, penentuan-penentuan posisi dilakukan dengan melakukan pengukuran dan pengamatan ke objek/benda di angkasa, baik yang alamiah (seperti bulan bintang dan quasar) maupun yang buatan manusia seperti satelit. Ada beberapa metode atau sistem penentuan posisi secara ekstra-terestris yang telah dikenal selama ini. Yaitu : astronomi geodesi , fotografi satelit, SLR (Satelite Laser Ranging). T'ransit(Doppler) dan GPS; yang secara ilustratif ditunjukan pada Gambar 1.5.

Dari metode-metode penentuan posisi ekstra-terestris tersebut. yang paling populer dan paling banyak diaplikasikan adalah GPS. Metode fotografi satelit pada saat ini sudah tidak digunakan lagi dan Juga sistem satelit Doppler dan astronomi geodesi sudah mulai jarang digunakan orang untuk keperluan penentuan posisi. Sedangkan metode-metode SLR, LLR, dan VLBI umumnya digunakan untuk melayani aplikasi-aplikasi ilmiah yang menuntut ketelitian posisi yang sangat tinggi.

Pengenalan GPS 3

1.3 Mengapa GPS menarik untuk digunakan ?

Ada beberapa hal yang membuat GPS menarik untuk digunakan dalam penentuan posisi, seperti yang akan diberikan berikut ini. Patut dicatat di sini bahwa beberapa faktor yang disebutkan di bawah ini juga akan berlaku untuk aplikasi-aplikasi GPS yang berkaitan dengan penentuan parameter selain posisi seperti kecepatan, percepatan, maupun waktu yang pada dasarnya juga bisa diberikan oleh GPS.

1. GPS dapat digunakan setiap saat tanpa bergantung waktu dan cuaca. GPS dapat digunakan baik pada siang maupun malam hari, dalam kondisi cuaca yang buruk sekalipun seperti hujan ataupun kabut. Karena karakteristiknya ini maka penggunaan GPS dapat meningkatkan efisiensi dan fleksibilitas dari pelaksanaan aktivitas-aktivitas yang terkait dengan penentuan posisi, yang pada akhirnya dapat diharapkan akan dapat memperpendek waktu pelaksanaan aktivitas tersebut serta menekan biaya operasionalnya.

2. SateIit-satelit GPS mempunyai ketinggian orbit yang cukup tinggi, yaitu sekitar 20.000 km di atas permukaan bumi. dan jumlahnya relatif cukup banyak, yaitu 24 satelit. Ini menyebabkan GPS dapat meliput wilayah yang cukup luas.sehingga akan dapat digunakan oleh banyak orang pada saat yang sama, serta pemakaiannya menjadi tidak bergantung pada batas-batas politik dan batas alam, seperti yang diilustrasikan pada Gambar 1.6. Selama yang bersangkutan mempunyai alat penerima sinyal (receiver) GPS, maka ia akan dapat menggunakan GPS untuk penentuan posisi.

3. Penggunaan GPS dalam penentuan posisi relatif tidak terlalu terpengaruh dengan kondisi

Pengenalan GPS 4

topografis daerah survei dibandingkan dengan penggunaan metode teretris seperti pengukuran polygon. Penentuan posisi dengan GPS tidak memerlukan adanya saling keterlihatan antara satu titik dengan titik lainnya seperti yang umumnya dituntut oleh metode-metode pengukuran terestris, seperti yang diilustrasikan pada Gambar 1.7.

4. Yang diperlukan dalam penentuan posisi titik dengan GPS adalah saling keterlihatan antara titik tersebut dengan satelit. Oleh sebab itu topografi antara titik-titik tersebut sama sekali tidak akan berpengaruh. kecuali untuk hal-hal yang sifatnya non-teknis seperti pergerakan personil dan pendistribusian logistik. Karena karakteristiknya ini, penggunaan GPS akan sangat efisien dan efektif untuk diaplikasikan pada survai dan pemetaan di daerah-daerah yang kondisi topografinya relatif sulit, seperti daerah pegunungan dan daerah rawa-rawa.

5. Posisi yang ditentukan dengan GPS akan mengacu ke suatu datum global yang dinamakan WGS 1984 (lihat Gambar 1.8). Atau dengan kata lain posisi yang diberikan oleh GPS akan selalu mengacu ke datum yang sama.

WGS-1984 adalah Sistem Koordinat Kartesian-Bumi, pusatnya berimpit dengan pusat massa bumi sumbu-Z nya berimpit dengan sumbu putar bumi yang melalui CTP (Conventional Terrestrial Pole), sumbu- X nya terletak pada pada bidang meridian nol (Greenwich), sumbu Y nya tegak lurus sumbu-sumbu X dan Z dan membentuk system tangan-kanan.

Digunakan oleh GPS sejak tahun 1987, sebelumnya WGS-1972 yang dipergunakan Ellipsoid yang digunakan adalah GRS (Geodetic Reference System) 1980 yang

parameter-nya :Semimajor : a = 6.378.137 m

Sumbu pendek b = 6.356.752.314 m

Penggepengan f = 1/298.2572221

Karakteristik ini sangat menguntungkan untuk kondisi Indonesia yang wilayahnya sangat Pengenalan GPS 5

luas dan terdiri dari banyak pulau, dimana proses penghubungan kerangka-kerangka titik di satu pulau dengan titik di pulau lain-nya akan sangat sulit atau bahkan tidak mungkin dilakukan kalau kita menggunakan metode terestris, Dalam hal ini seandainya GPS digunakan untuk penentuan posisi, maka survai dan pemetaan yang dilakukan di Jawa misalnya, akan memberikan posisi titik-titik yang datumnya sama dengan titik-titik yang diperoleh dari survai dan pemetaan di Irian Jaya, meskipun tidak ada hubungan secara langsung antara kedua survai GPS yang bersangkutan,

6. GPS dapat memberikan ketelitian posisi yang spektrumnya cukup luas. Dari yang sangat detil (orde milimiter) sampai yang biasa-biasa saja (orde puluhan meter). Luasnya spektrum ketelitian yang bisa diberikan ini memungkinkan penggunaan GPS secara efektif dan efisien sesuai dengan ketelitian yang diminta serta dana yang tersedia. Disamping itu, dengan spektrum ketelitian yang begitu luas GPS juga akan bermanfaat untuk banyak bidang aplikasi. Pada saat ini GPS antara lain telah diterapkan dalam bidang-bidang aplikasi berikut: kemiliteran. survai dan pemetaan (baik di darat maupun di laut), transportasi, geodesi, geodinamika deformasi, dan navigasi dan transportasi. pendaftaran tanah. Kelautan, pertambangan, pertanian. Fotogrametri dan penginderaan jauh. Sistem Informasi Geografis, studi kelautan. dan juga aplikasi-aplikasi rekreatif dan keolahragaan,

Disamping itu dibandingkan dengan metode-metode penentuan posisi geodetik lainnya, GPS juga mempunyai kinerja yang cukup baik dalam penentuan posisi. Sebagai contoh, perbandingan antara GPS dengan metode-metode penentuan posisi lainnya dalam penentuan posisi relatif. Ditunjukkan pada Gambar 1.9.

7. Pemakaian sistem GPS tidak dikenakan biaya. setidaknya sampai saat ini. Selama pengguna memiliki alat penerima (receiver) sinyal GPS maka yang bersangkutan dapat menggunakan sistem GPS untuk berbagai aplikasi tanpa dikenakan biaya oleh pihak yang memiliki satelit. Dalam hal ini Departemen Pertahanan Keamanan, Amerika Serikat. Jadi investasi yang perlu dilakukan oleh pengguna hanyalah untuk alat penerima sinyal GPS beserta perangkat keras dan lunak untuk pemrosesan datanya,

8. Alat penerima sinyal (receiver) GPS cenderung menjadi lebih kecil ukurannya, lebih murah harganya, lebih baik kualitas data yang diberikannya. dan lebih tinggi keandalannya. Ini terutama disebabkan oleh kemajuan di bidang elektronika dan komputer yang sangat pesat dewasa ini. Perangkat lunak komersial untuk pengolahan data GPS juga semakin banyak tersedia dengan harga yang relatif murah. Disamping itu, karena banyaknya merek dan jenis receiver yang beredar. kompetisi antar sesama pembuat receiver juga semakin tinggi, Pengenalan GPS 6

yang salah satu dampaknya adalah terhadap tersedianya semakin banyak receiver GPS yang lebih ’user oriented’.

9. Pengoperasian alat penerima GPS untuk penentuan posisi suatu titik relatif mudah dan tidak mengeluarkan banyak tenaga. Dibandingkan dengan pengukuran terestris seperti dengan metode poligon misalnya, pengamatan dengan metode GPS relatif tidak terlalu memakan banyak tenaga dan waktu. Apalagi kalau perbandingannya dilakukan untuk daerah survai yang luas dengan kondisi medan yang berat.

10. Pengumpul data (surveyor) GPS tidak dapat 'memanipulasi’ data pengamatan GPS seperti halnya yang dapat dilakukan dengan metode pengumpulan data terestris yang umum digunakan. yaitu metode poligon. Ini tentunya akan meningkatkan tingkat keandalan dari hasil survai dan pemetaan yang diperoleh. Disamping itu pemberi kerja akan mendapatkan 'keamanan' dan jaminan kualitas yang lebih baik.

11. Makin banyak instansi di Indonesia yang menggunakan GPS dan juga makin banyak bidang aplikasi yang potensial di Indonesia yang dapat ditangani dengan menggunakan GPS, seperti yang ditunjukkan pada Tabel 1.1

Pengenalan GPS 7

Tabel 1.1 Status umum dan prospek aplikasi GPS dalam

bidang survai dan pemetaan di Indonesia

No Jenis Pekerjaan Status dan Instansi terkait

(tidak termasuk pihak Swasta)

1 Penentuan koordinat titik-titik kerangka dasar Nasional (Orde-0 dan Orde-1)

Telah dan berlanjut (BAKOSURTANAL)

2 Penentuan koordinat titik-titik kerangka dasar pendaftaran tanah secara nasional (Orde-1 dan Orde-2)

Sedang dan berlanjut (BPN)

3 Penentuan koordinat dan rekonstruksi dari titi-titik batas persil

Potensial dan sedang diteliti

4 Penggunaan GPS untuk fotogrametri Telah, sedang dan berlanjut (BAKOSURTANAL, BPN, PBB)

5 Penentuan titik-titik kontrol kehutanan serta penetapan batas hutan

Sedang dilaksanakan dan potensial (Dept. Kehutanan)

6 Penyediaan titik kontrol untuk survai pemetaan dalam rangka penyiapan lahan transmigrasi

Telah, sedang, berlanjut (Dept. Transmigrasi, BPN)

7 Penentuan posisi yang terkait dengan pekerjaan survai geofisik, geologi, dan pertambangan

Telah, sedang, berlanjut (Deptamben, Pertamina, LEMIGAS, Direktorat Goelogi)

8 Penentuan posisi yang terkait dengan survai hidro-oseanografi

Telah, sedang, berlanjut (DISHIDROS, LON-LIPI)

9 Penentuan posisi yang terkait untuk keperluan navigasi dan perhubungan darat, laut dan udara

Sedang potensial (Dept. Perhubungan, ABRI, IPTN, BAKOSURTANAL, BPPT, ITB)

10 Studi geodinamika Telah, sedang, berlanjut (BAKOSURTANAL, ITB, LIPI)

11 Pemantauan deformasi struktur (bendungan, jembatan, menara, anjungan minyak, dan lain lain) serta penurunan muka tanah

Potensial dan sedang diteliti (Dept. PU, PLN, Pertamina, Pemda, ITB)

12 Penentuan posisi yang terkait dengan pembangunan basis data dari Sistem Informasi Geografis.

Tela, sedang, berlanjut (BAKOSURTANAL, ITB, Dept. Kehutanan)

13 Studi karakteristik arus dan gelombang, dan pengamatan pusat di lepas pantai

Potensial (DISHIDROS, LON-LIPI)

14 Pemantauan api gunung api secara episodik maupun secara kontinyu dengan GPS

Sedang dan akan berlanjut (Dir. Vulkanologi, ITB)

15 Pemetaan karakteristik ionosfer dan kandunganuap air di wilayah Indonesia

Potensial dan sedang diteliti (LAPAN, BAKOSURTANAL, ITB)

16 Akuisisi data gaya berat dengan metoda GPS Airbone Gravimetry

Potensial (Dir. Geologi)

17 Sinkronisasi pembangkit-pembangkit tenaga listrik Potensial (PLN)

Tabel ini menunjukkan bahwa instansi-instansi yang menggunakan GPS untuk mendukung pekerjaan-pekerjaan di lingkungan mereka semakin banyak. Dengan makin banyaknya instansi yang menggunakan maka proses penyeragam, koordinasi dan pengelolaan yang terkait dengan informasi spasial akan lebih mudah untuk dilaksanakan. Tabel I.I juga menunjukkan bahwa potensi dan jenis penggunaan GPS di masa mendatang akan makin besar dan makin beragam,

Pengenalan GPS 8

1.4 Hal dan Keterbatasan yang Harus Diperhatikan

Meskipun keuntungan yang dapat diperoleh dari penggunaan GPS jauh lebih banyak, ada beberapa hal dan keterbatasan yang harus diperhatikan dalam pemakaian GPS, agar pemakaiannya dapat optimal dan tepat sasaran. Beberapa hal dan keterbatasan tersebut dijelaskan secara singkat herikut ini.

1). Agar alat penerima sinyal GPS dapat menerima sinyal GPS maka tidak boleh ada penghalang antara alat penerima tersebut dengan satelit yang bersangkutan. ini harus secara serius diperhitungkan, terutama dalam pelaksanaan survai dan pemetaan di daerah pedesaan yang banyak ditumbuhi pepohonan atau pun di daerah perkotaan yang dipenuhi gedung-gedung tinggi, seperti yang diilustrasikan padaGambar 1.10.

Seandainya penerimaan sinyal terganggu oleh rerimbunan pohon, maka untuk dapat menerima sinyal ada dua pendekatan yang dapat dilakukan. Cara pertama yaitu dengan memotong atau membersihkan pohon pohon yang mengganggu penerimaan sinyal. Seandainya ini tidak memungkinkan maka antenna penerima sinyal dinaikkan secara vertikal dengan menggunakan tongkat khusus sehingga melewati ketinggian pohon-pohon yang mengganggu. Untuk daerah perkotaan, hanya cara terakhir yang mungkin diterapkan untuk menanggulangi problem penampakan sinyal akibat adanya rumah maupun gedung-gedung.

2). Datum penentuan posisi yang digunakan oleh GPS adalah WGS 1984. Seandainya posisi harus dipresentasikan dalam datum lainnya, maka diperlukan proses transformasi koordinat dari datum WGS 1984 kedalam yang bersangkutan. Perlu ditekankan di sini bahwa problem transformasi datum ini akan menjadi lebih besar seandainya hasil survai dan pemetaan dengan GPS akan direpresentasikan dalam suatu datum lokal yang hubungan geometrisnya dengan datum WGS 1984 tidak diketahui ataupun tidak jelas.

3).Komponen tinggi dari koordinat tiga dimensi yang diberikan oleh GPS adalah tinggi yang mengacu ke permukaan ellipsoid, yaitu ellipsoid GRS (Geodetic Reference System) 1980, seperti yang diilustrasikan pada Gambar 1.11 berikut.

Pengenalan GPS 9

Jadi tinggi titik yang didapatkan dengan GPS bukanlah tinggi orthometris, yaitu tinggi yang mengacu ke permukaan geoid (umum didekati dengan muka laut rata-rata, MSL), yang umum digunakam sehari-hari untuk keperluan praktis, Jadi perlu diingat di sini bahwa tinggi GPS tidak boleh langsung diintegrasikan dengan tinggi yang diperoleh dari pengukuran terestris dengan metode sifat datar (levelling) yang umum digunakan orang.

Perlu ditekankan di sini bahwa untuk mentransformasi tinggi ellipsoid yang diperoleh dengan GPS ke tinggi orthometris, diperlukan informasi tentang undulasi geoid (ketinggian geoid di atas ellipsoid) yang dapat ditentukan dengan menggunakan data gaya berat. Dalam hal ini ketelitian tinggi orthometris yang diperoleh akan sangat bergantung pada ketelitian undulasi geoid yang tersedia dan untuk menentukan undulasi geoid yang teliti (orde kelelitian cm) bukanlah suatu hal mudah bahkan tergolong cukup sulit.

4). Pada survai penentuan posisi dengan GPS, pemrosesan data GPS dan penganalisaan hasilnya bukanlah suatu hal yang mudah. Meskipun proses pengumpulan data dengan GPS relatif mudah, pemrosesan data yang diperoleh serta penganalisaan parameter-parameter yang didapatkan bukanlah suatu pekerjaan yang mudah, terutama kalau kita menginginkan ketelitian posisi yang tinggi. Disamping harus memahami dasar-dasar hitung perataan kuadrat terkecil, statistika. serta perhitungan geodetik, kita juga harus memahami efek dari geometri satelit serta kesalahan dan bias yang mempengaruhi data pengamatan, seperti kesalahan orbit, bias ionosfer dan troposfer, multipath cycle slip dan lain-lainnya. Oleh sehab itu dalam survai dan pemetaan dengan GPS, pengolahan data dan penganalisaan hasil sebaiknya dilakukan oleh sarjana Geodesi. sedangkan pengumpulan data bisa dilakukan oleh surveyor.

5). Karena GPS merupakan teknologi yang relative baru, maka sumber daya manusia yang menguasai masalah teknologi ini di Indonesia relative masih belum banyak. Oleh sebab itu seandainya suatu instansi pemerintah ingin menggunakan teknologi GPS ini untuk mendukung pekerjaan di lingkungan mereka, maka disamping pengadaan perangkat keras dan perangkat lunak GPS, penyiapan sumber daya manusia yang terkait juga tidak boleh dilupakan. Tanpa didukung sumber daya manusia dengan kuantitas dan kualitas yang memadai, maka peralatan-peralatan yang canggih sekalipun akan menjadi kurang berarti.

Pengenalan GPS 10

Aplikasi GPS dan Manfaatnya

GPS telah banyak diaplikasikan untuk keperluan-keperluan dan proyek-proyek yang khususnya memerlukan informasi mengenai posisi. Di Indonesia GPS telah digunakan untuk menentukan koordinasi titik-titik kontrol yang membangun kerangka dasar nasional untuk survai dan pemetaan

1. GPS dan Geodesi

GPS terutama digunakan untuk pengadaan jaring kerangka dasar titik-titik kontrol, baik untuk skala nasional, regional, maupun global. Berdasarkan pengamatan secara teliti titik-titik dalam suatu jaring dari waktu ke waktu, GPS telah banyak digunakan untuk mempelajari dinamika bumi (geodinamika) seperti yang berkaitan dengan pergerakan sesor-sesor maupun lempeng-lempeng benua yang selanjutnya digunakan untuk memprediksi terjadinya gempa bumi ataupun letusan gunung.

2. GPS dan Pemetaan Laut

GPS telah digunakan untuk keperluan survai hidro-oseanografi, survai seismik, penentuan posisi bui-bui dan peralatan bantu navigasi serta titik-titik pengeboran minyak lepas lantai, ataupun untuk mempelajari karakteristik arus, gelombang ataupun pasang surut di lepas pantai. Di Indonesia penggunaan GPS dalam survai hidro-oseanografi terutama terkait dengan

- Penentuan posisi titik-titik kontrol di pantai.

- Navigasi kapal survai

- Penentuan posisi titik-titik perum (sounding)

- Penentuan posisi sensor-sensor hidrografi dan oseanografi

- Penentuan posisi struktur atau obyek di laut seperti wahana pengeboran (rig)

3. GPS dan Pemetaan Darat.

Dalam survai dan pemetaan darat, GPS di aplikasikan untuk pengadaan titik-titik kontrol (orde dua atau lebih rendah) untuk keperluan pemetaan (termasuk pemotretan udara), survai rekayasa ataupun survai pertambangan maupun untuk perekonstruksian titik-titik. Disamping itu GPS akan punya peran dalam penentuan asimut dan beda tinggi antara dua titik.

Secara umum jenis-jenis aplikasi GPS dalam bidang pemetaan darat diilustrasikan pada gambar 1 dibawah ini.

Dalam pengadaan titik-titik kontrol untuk keperluan pemetaan dan survai rekayasa (seperti survai jalan raya dan survai konstruksi), GPS dapat dan telah digunakan untuk menggantikan metode konventional poligon. Dalam hal ini metode penentuan posisi dengan GPS yang dapat digunakan secara optimal dan efisien adalah metode-metode survai GPS statik, statik singkat, stop-and-go, ataupun pseudo-kinematik. Dengan adanya sistem-sistem integrasi GPS/LPS dan GPS/Total Stasion, peran dan kontribusi GPS dalam pengadaan titik kontrol dan pengukuran detail akan semakin besar.

Pengenalan GPS 11

gambar 1

Survai Pertambangan

Dalam proses eksplorasi mineral dan energi GPS sangat membantu dalam penentuan posisi dan staking out oleh deposit mineral ataupun batas daerah konvesi pertambangan, penentuan lokasi kandungan deposit serta untuk pemantauan posisi anjungan pengeboran minyak lepas pantai. GPS bekerja sama dengan GIS sangat efektif dan efisien dalam pemantauan dan pengontrolan dampak lingkungan yang terjadi akibat eksplorasi dan eksploitasi sumber daya alam.

Survai Rekayasa

Teknologi GPS sangat bermanfaat dalam pengadaan jaringaan titik-titik kontrol untuk menunjang pekerjaan-pekerjaan rekayasa. Metode survai GPS ini berbasiskan pada metode penentuan posisi diferensial dengan menggunakan data fase. Survai dengan GPS ini dapat dan telah menggantikan metode survai terestris seperti metode poligon. Beberapa keunggulan dari survai GPS (dibandingkan dengan survai secara terestris)

- Pada survai dengan GPS tidak diperlukan saling keterlihatan antar titik, seperti halnya pada survai terestris yang diperlukan adalah saling keterlihatan antar titik dengan satelit GPS.

- Karena tidak memerlukan saling keterlihatan antar titik, maka titik-titik dalam jaringan GPS bisa mempunyai spasi jarak yang relatif jauh sampai puluhan atau ratusan km (survai terestris terbatas sampai ratusan meter saja)

- Pelaksanaan survai GPS dapat dilakukan baik siang maupun malam hari serta dalam segala kondisi cuaca.

- Pada survai dengan GPS koordinat titik-titik ditentukan dalam tiga dimensi (posisi horizontal dan vertikal), tidak seperti survai terestris yang umumnya dalam dua dimensi (posisi horizontal)

Survai dengan GPS dapat dikategorikan seperti survai topografi, survai rekayasa, survai kadaster, survai kontrol geodetik dan survai geodinamika. Berkaitan dengan

Pengenalan GPS 12

survai rekayasa, pengadaan jaringan titik-titikkontrol umumnya bersifat lokal dan mempunyai karakteristik yang spesifik. Contoh pekerjaan rekayasa yang mengadaan titik-titik kontrolnya dapat dilayani denagn GPS adalah : pembangunan terowongan, pembangunan jembatan, pembangunan jalan, pemasangan pipa, serta pembangunan terusan dan saluran irigasi.

Dalam pembangunan terowongan dengan GPS pengadaan jaringan titik-titik untuk memberikan asimut dari garis sumbu terowongan pada kedua titiknya dapat ditentukan secara teliti, sehingga penggalian terowongan yang dilakukan dari kedua ujung dapat bertemu ditengah-tengah dengan tepat. Hal ini sulit dilakukan dengan metode terestris. Aplikasi-aplikasi GPS pada pekerjaan rekayasa yang memerlukan penentuan beda tinggi secara efektif dan efisien antala lain

- Pemetaan detail dan staking out (untuk jarak relatif pendek dengan sistem RTK).

- Pengontrolan dan pengecekan pekerjaan cut and fill (untuk jarak relatif pendek dengan sistem RTK).

- Pemilihan dan penetapan lokasi menara-menara untuk distribusi listrik tegangan tinggi atau menara telepon seluler.

- Penentuan kemiringan lereng suatu kawasan untuk bidang pertanian perkebunan.

- Penentuan profil vertikal jalan raya atau rel kereta api.

- Penentuan tinggi jatuhan air secara kasaran dalam proyek pembangunan PLTA

4. GPS dan Fotogrametri serta Penginderaan Jauh

GPS telah digunakan untuk survai dan pemetaan udara, terutama untuk :

- Navigasi pesawat selama pemotretan.

- Penentuan posisi kamera pada saat pemotretan diudara

- Penentuan posisi titik kontrol di daerah pemotretan

5. GPS dan Pendaftaran Tanah

Dalam bidang petanahan, GPS bermanfaat untuk:

- Penentuan titik-titik dasar teknik pendaftaran tanah

- Penentuan titik-titik batas persil tanah

- Perekontruksian titik-titik batas persil tanah

- Penentuan dan pencarian lokasi persil tanah

6. GPS dan Perhubungan Darat

Untuk mengatasi masalah transportasi, GPS biasanya berperan sebagai teknologi penentu posisi. Sistem Autonomous ITS (Intelligent Transportation System) terdiri dari sistem penentuan posisi dan sistem peta elektronik yang ditempatkan dalam kendaraan dan dimaksudkan untuk memberikan kemampuan navigasi yang lebih baik bagi pengemudi.

Sistem peta elektronik terdiri dari peta jaringan jalan raya beserta informasi-informasi lain yang terkait. Penentuan posisi kendaraan pada setiap waktu langsung ditampilkan di peta elektronik dan untuk penentuan jarak dari satu lokasi ke lokasi lain.

Penggunaan sistem navigasi ITS di Indonesia perlu dipertimbangkan untuk

Pengenalan GPS 13

pengelolaan transportasi darat, terutama untuk pengelola pergerakan kendaraan yang punya fungsi pelayanan masyarakat.

7. GPS dan Perhubungan Laut

Peranan GPS dalam bidang transportasi laut terutama terkait dengan masalah navigasi serta pemantauan dari wahana laut, kemampuan GPS untuk memberikan informasi yang teliti tentang posisi dan kecepatan kapal laut secara kontinyu tanpa bergantung cuaca kepusat pemantauan dan pengendalian, dapat direalisasikan untuk sistem pemantauan dan pengelolaan armada kapal. Keuntungan penggunaan GPS dalam bidang trasportasi laut.

- Penggunaan GPS sebagai sistem navigasi di kapal dapat digunakan untuk memperkecil jarak minimum yang diperlukan antara 2 alur pelayanan kapal sehingga dapat memperkecil resiko tabrakan dan mengefisiensikan penggunaan jalur pelayaran.

- Dengan menggunakan GPS yang dapat memberikan informasi yang relatif teliti, jarak minimum yang harus dijaga terhadap sumber-sumber bahaya pelayaran dapat diperkecil.

- Penggunaan GPS sebagai sistem navigasi di kapal bersama-sama dengan sistem VTS (Vessel Traffic Service) di pelabuhan, akan dapat meningkatkan kapasitas perapatan kapal di pelabuhan dan juga meningkatkan faktor keamanannya.

- Karena GPS memberikan penggunaan perairan yang lebih fleksibel bagi pelayaran, penentuan rute pelayaran yang lebih bervariasi, dan juga membuka kemungkinan pembukaan pelabuhan-pelabuhan baru ditempat-tempat yang relatif terpencil.

8. GPS dan Perhubungan Udara

Aplikasi GPS dalam bidang perhubungan udara antara lain pada sistem kokpit pesawat, pada sistem ATC (Air Traffic Control) dan Ground Basic Systems. Manfaat dari penggunaan GPS antara lain :

- Penggunaan GPS yang dikombinasikan dengan satelit komunikasi untuk pemantauan pesawat secara otomatis.

- Penggunaan GPS sebagai sistem pemandu pesawat pada tahap approach and landing.

- Penggunaan GPS memberikan penggunaan ruang udara yang lebih fleksibel bagi penerbangan penentuan rute terbang yang lebih bervariasi dan memberikan pelayanan yang lebih baik dibandingkan sistem domestik.

- Penggunaan metode differential GPS untuk runway/taxiway karena biaya pengadaannya lebih murah, maka penggunaan GPS sebagai sistem pendaratan akan lebih memacu pembangunan lapangan udara baru terutama ditempat-tempat terpencil.

9. GPS dan SIG (System Informasi Geografis)

SIG biasanya dikaitkan dengan suatu sistem berbasis komputer yang didesain untuk mengumpulkan, mengelola, memanipulasi, menganalisa dam menampilkan informasi spesial.

Informasi spesial adalah informasi yang menggandung karakteristik kunci pada suatu lokasi (dalam suatu sistem koordinat bumi) dibawah ataupun di atas permukaan bumi. Ada 5 komponen sebagai pembangunan SIG, yaitu basis data, perangkat keras (komputer), perangkat lunak, pelaksana (baik yang berkaitan dengan sumber daya

Pengenalan GPS 14

manusia atau organisasi gambar) dan prosedur. Komponen yang paling penting adalah basis data, kuantitas dan kualitas data akan membuat SIG berfungsi secara efektif dan efisien.

Peranan GPS dalam bidang SIG. GPS mempunyai peranan penting bagi SIG :

GPS dapat membawa SIG ke lapangan. Tanpa GPS biasanya SIG akan terikat di kantor. Contohnya adalah sistem peta elektronik dalam bentuk ECDIS (Electronic Chart Display and Information System) atau Autonomous ITS (Intelligent Vehicle Highway System)

GPS sebagai Pendigitas Bumi

GPS mempercepat pembangunan suatu basis data spesial ataupun dalam pembuatan peta elektronik misalnya pembuatan peta jalan untuk keperluan pengelolaan transportasi

GPS sebagai Perangkat Ground Truthing

Dalam proses pembangunan suatu basis data, GPS dapat dipakai untuk menyelesaikan inkonsistensi antara informasi di peta dan di lapangan dan juga untuk mengoreksi kesalahan informasi posisi obyek-obyek tertentu dalam peta.

GPS sebagai Perangkat Pembantu Analisa

Dengan menggunakan informasi posisi maupun waktu, GPS mempercepat dan mempermudah analisa dan pemanggilan data dalam proses pengambilan keputusan dan pencarian informasi dengan SIG

Menghubungkan GPS dan SIG

Pada cara langsung receiver GPS diperlakukan sebagai kursor dari digitizer, dimana receiver dihubungkan dengan SIG melalui suatu modul perangkat lunak. Dalam hal ini data GPS secara langsung masuk ke sistem data file SIG yang bersangkutan

Pada cara tidak langsung receiver GPS merekam data dalam tempat dan format tersendiri. Data GPS lalu ditranslasikan ke format data SIG yang kemudian dimasukkan ke dalam sistem data file SIG

10. Aplikasi GPS dalam Bidang Pertanian

Aplikasi GPS terkait dengan navigasi kendaraan pertanian, pemetaan kawasan dan lahan pertanian maupun pembangunan dan aplikasi dari suatu sistem informasi pertanian.

11. Aplikasi GPS dalam Bidang Perikanan

Teknologi GPS dengan kemampuannya untuk memberikan koordinat geografis (lintang dan bujur) akan membantu dalam mencari dan mendata lokasi-lokasi ikan dan para nelayan dapat dengan aman memperluas wilayah penjelajahannya.

12. GPS untuk Pemantauan Deformasi Gunung Api

Dalam pemantauan gunung api, metoda deformasi kontinyu umumnya menggunakan sensor-sensor tilt meter, extensiometer dan dilatometer. GPS yang kombinasikan denagn sistem telemetri/komunikasi data dapat digunakan untuk memantau deformasi gunung api secara kontinyu. Metode pemantauan aktivitas gunung api secara kontinyu dengan GPS pada prinsipnya yaitu pemantauan terhadap perubahan koordinat beberapa titik yang mewakili gunung tersebut dari waktu ke waktu.

13. GPS untuk Pemantauan Deformasi Bangunan dan Struktur serta Pergerakan TanahPengenalan GPS 15

Prinsip pemantauan deformasi bangunan dan struktur serta pergerakan tanah pada dasarnya dapat dilakukan secara episodik maupun kontinyu. Contohnya obyek pemantauan deformasi yang ditangani dengan GPS adalah

- Bendungan

GPS digunakan untuk menentukan titik-titik kontrol pada dasar yang stabil, serta memantau posisi dari titik-titik panatau, baik yang berada di zona tekanan atau pada punggungan dari dinding dam

- Anjungan minyak dilepas pantai

GPS untuk memantau penurunan struktur (singking) dengan mengamati perubahan beda tinggi

- Kawasan pertambangan

Memantau pergerakan dan penurunan tanah (land subsidence) akibat aktifitas pertambangan .

- Gedung besar dan tinggi (seperti di Jakarta)

Deformasi bisa berbentuk penurunan atau menjadi miringnya bangunan akibat melembeknya lapisan penyangga atau melapuknya fondasi bangunan.

- Kawasan permukiman/perkotaan

Deformasi umumnya disebabkan oleh pengambilan air tanah yang berlebihan.

14. GPS Airborne Gravimetry

Metode airborne gravimetry dilakukan untuk pengamatan gaya berat dengan gravimeter yang diterbangkan dengan pesawat terbang. Dalam hal ini percepatan yang diukur oleh gravimeter adalah gabungan dari percepatan gaya berat dan percepatan vertikal dari pesawat yang bersangkutan. Metode ini dapat ditingkatkan kinerjanya dengan menggunakan bantuan teknologi navigasi satelit GPS yang berguna dalam penentuan informasi posisi, kecepatan dan percepatan pesawat terbang secara cepat dan akurat tanpa bergantung pada waktu dan cuasa.

Penggunaan GPS untuk airborne gravimetry menguntungkan ditinjau dari beberapa hal yaitu :

- GPS dapat memberikan ketelitian yang relatif lebih tinggi dibandingkan sistem-sistem lainnya

- GPS dapat digunakan setiap waktu tanpa bergantung cuaca

- GPS dapat beroperasi baik di atas daratan maupun di lautan

- Penggunaan GPS relatif tidak dibatasi oleh ketinggian

- GPS tidak dipengaruhi oleh garis-garis isobar atau daerah-daerah dengan tekanan yang bervariasi

- Receiver GPS semakin murah harganya, semakin kecil ukurannya dan mudah untuk diinstalisi di pesawat.

15. GPS dan Studi Ionosfer

GPS digunakan untuk mempelajari karakteristik ionosfer diatas wilayah Indonesia yaitu melalui penentuan dan pemetaan nilai TEC (Total Elektron Content) baik secara spasial maupun temporal. Karakteristik ionosfer sangat berguna untuk telekomunikasi, penentuan posisi dengan satelit dan kedirgantaraan.

Pengenalan GPS 16

16. GPS dan Meteorologi

GPS meteorologi untuk mempelajari kondisi atmosfer bumi termasuk karakteristik cuaca dan iklim. Kondisi atmosfer bumi dipelajari dengan menganalisa delay dan pelengkungan yang dialami oleh sinyal-sinyal GPS karena melalui lapisan atmosfer GPS

17. Penentuan Laju dan Arah Angin

Pada aplikasi ini receiver GPS serta perangkat komunikasi data diudarakan dengan balon udara serta ditalikan ke suatu titik tetap di permukaan bumi. Dari data GPS yang dikumpulkan oleh receiver pada balon dan vektor kecepatan tiga dimensi ditentukan (diasumsikan sebagai vektor kecepatan angin yang menggerakkan balon), maka nilai vektor kecepatan, laju dan arah angin dapat dihitung.

18. Penentuan Orientasi dari Suatu Wahana Bergerak

Sudut-sudut yang menyatakan orientasi dari suatu wahana, dapat ditentukan dengan menggunakan minimal 3 buah antena GPS yang dilekatkan pada wahana yang bersangkutan.

Penentuan orientasi suatu wahana secara teliti dengan GPS, akan berguna untuk aplikasi seperti :

- penentuan orientasi suatu wahana yang bergerak secara cepat dan teliti

- Pengepasan (alignment) dan re-inisialisasi dari sistem navigasi inersia (INS) secara cepat selagi terbang.

- Aplikasi-aplikasi pengarahan (pointing) dan pemanduan (guidance) yang berketelitian tinggi.

- Kontrol orientasi dari wahana-wahana angkasa.

- Kontrol dan identifikasi model dari struktur-struktur yang lentur secara on-line

- Penentuan posisi secara teliti dari peralatan seismik di laut.

19. GPS untuk Pengamatan Pasang Surut di Lepas Pantai

Pengamatan pasang surut dengan GPS dapat dilakukan secara langsung (dulu umumnya dilakukan di pinggir pantai). Dalam hal ini satu receiver GPS ditempatkan di pelampung yang dijangkarkan di dasar laut dan satu receiver GPS lainnya ditempatkan di satu titik (bench mark) di pinggir pantai.

20. GPS untuk Pentransferan Harga Muka Laut Rata-Rata (MSL)

GPS berperan dalam pentransferan MLS (Mean Sea Level) antar 2 stasiun pasang surut (pasut) dipinggir pantai yang jaraknya relatif dekat.

21. GPS untuk Studi Pola Arus Laut

Untuk itu receiver GPS ditempatkan pada suatu pelampung yang bergerak bebas, bersama dengan perangkat pemancar data (transmiter). Pelampung ini akan bergerak mengikuti arus laut, dengan menggunakan GPS, maka trajektori pelampung yang mewakili arah pergerakan arus laut.

22. GPS dan Aplikasi Rekreatif

Umumnya receiver GPS tipe navigasi dikombinasikan dengan peta topografi baik dalam bentuk peta kertas maupun peta digital. Digunakan untuk keperluan-keperluan seperti penentuan posisi pengguna, pencarian lokasi titik atau obyek tertentu di lapangan.

Pengenalan GPS 17

23. Realisasi Aspek Geodetik dari Hukum Laut.

Peran GPS dalam penerapan hukum laut, umumnya terkait dengan aspek-aspek geodetik dari hukkum laut.

Penentuan koordinat dari titik-titik pangkal (base points)

Penentuan dan rekonstruksi titik-titik batas luar dari zona-zona laut

Dalam konteks penentuan batas negara di laut, penggunaan GPS yang dapat memberikan koordinat titik-titik yang bereferensi ke satu datum global yang tunggal, yaitu WGS (World Geodetic System), akan sangat menguntungkan ditinjau dari :

- Ketelitian dan tingkat konsistensinya tinggi (ketelitian yang diberikan dari waktu ke waktu relatif sama), sehingga menguntungkan untuk melakukan rekontruksi batas secara tepat dan andal.

- Dapat digunakan oleh seluruh negara di dunia, di setiap waktu secara kontinyu, sehingga probalitas terjadinya konflik antara 2 negara yang berbatasan dalam kontek deliminasi batas akan dapat dikurangi.

Pengenalan GPS 18