Modul 10 Basis Data Spasial
MODUL 10NAVSTAR GPS
PengantarProyek NAVSTAR Global Positioning System direalisasikan
oleh departemen Pertahanan Amerika Serikat sebagai penerus
proyek-proyek sejenis. Konstelasi sistem ini terdiri dari 24
satelit yang terbagi ke dalam 6 bidang orbit. Satelit-satelit
(tinggi orbit, periode orbit, sudut inklikasi orbit, jumlah satelit
dan jarak antar satelit) ini disusun sedemikian rupa, sehingga
secara teoretis setiap orang yang membawa receiver yang berlokasi
dimanapun di permukaan bumi dapat menerima sinyal-sinyal yang
berasal dari 4 hingga 10 satelit GPS, masih ada ukuran lebih untuk
menentukan posisi 3 dimensi (plus waktu).Segmen-Segmen
DasarSebagaimana pada umumnya sistem penentuan posisi dan navigasi
yang berbasiskan satelit, sistem GPS terdiri dari 3 segmen dasar
yaitu angkasa (kumpulan satelit), pengendali sistem (sistem
monitoring) dan pengguna (receiver, antenna, computer, perangkat
lunak, dan sejenisnya).Segmen angkasa terdiri dari satelit-satelit
GPS itu sendiri. Satelit yang terbagi ke dalam beberapa blok ini
mengorbit dengan ketinggian 20.200km pada 6 bidang orbit, inklinasi
55o terhadap ekuator, dan periode orbit 11 jam 58 menit. Segmen ini
pada dasarnya bertugas untuk mwngirimkan sinyal-sinyal satelit yang
dapat diproses sedemikian rupa hingga menghasilkan
kordinat-koordinat dimana receiver GPS (pengguna) berada.Segmen
pengendali sistem terdiri dari beberapa stasiun pemantau yang
lokasinya tersebar di permukaan bumi : 5 monitor station (Hawaii,
Kwajalein, Ascension Island, Diego Garcia, Colorado Springs), 3
ground antenna (Acension Island, Diego Garcia, Kwajalein) dan 1
master control station (Schriever AFB Colorado). Segmen ini pada
prinsipnya bertugas untuk memantau dan mengendalikan satelitpada
operasional dan memastikan bahwa satelit-satelitnya (segmen
angkasa) telah berfungsi sebagaimana direncanakan.Segmen pengguna
terdiri dari perangkat-perangkat penerima (antenna, receiver dan
perlengkapan lainnya) yang dibawa selama masa pengamatan
sinyal-sinyal GPS. Fungsi segmen ini adalah untuk mengamati (atau
bahkan merekam)sinyal-sinyal GPS untuk kemudian diproses (baik
secara instan/real time maupun post-processing) hingga
dihasilkannnya koordinat-koordinat posisi receiver-nya.Sinyal
GPSCara yang digunakan untuk menghitung waktu perjalanan sinyal
radio (dari satelit) adalah dengan menirunya (membuat replika kode)
persis seperti ketika meninggalkan satelit. Untuk memenuhi
kebutuhan tersebut, para perancang GPS mengawali dengan sebuah ide
dengan mensikronisasikan satelit-satelit GPS sedemikian rupa hingga
perangkat-perangkat ini dapat membuat kode persis sama ada waktu
yang sama pula (saat t1). Kemudian yang harus pengguna lakukan
adalah menerima kode-kode tersebut dari satelit dan memperhatikan
berapa lama ( receiver-nya membuat kode yang sama (keduanya selesai
membuat kode yang sama pada saat yang sama, t2).Perbedaan waktu (
antara pada saat kode selesai dibuat oleh receiver dan satelit
(saat t2), dengan saat kode yang sama diterima oleh receiver dari
satelit (saat t3) adalah waktu perjalanan sinyal satelit
GPS.Kode-kode yang dibuat oleh sistem GPS tidak terdiri dari
bilangan sederhana. Sebagai gantinya, baik satelit GPS maupun
receiver menggunakan sekumpulan kode-kode digital yang rumit agar
dapat dibandingkan satu sama lain tanpa keraguan.Meskipun demikian,
kode digital ini tidak benar-benar bersifat acak, tetapi
menggunakan serangkaian pseudo-random yang dipilih dengan hati-hati
dan kemudian dikirim secara berulang setiap mili detik. Maka dari
itu, kode GPS sering dirujuk sebagai kode pseudo-random.Setiap
satelit GPS memancarkan dua sinyal gelombang mikro (pembawa). Yang
pertama adalah L1 dengan frekuensi 1575.42 MHz (Carrier ini membawa
kode C/A (Course Acquisition bagi pengguna sipil/umum atau sering
disebut sebagai Standard PositioningSservices [SPS]) dan kode P
(Precision bagi pengguna militer Amerika).Kode C/A dipancarkan oleh
satelit dengan frekuensi 1023 MHz () dan diulang setiap 1 mili
detik. Sementara itu kode P (sering disebut sebagai Precise
Positioning Services [PPS]) ditransmisikan dengan frekuensi 10.23
MHz ( dan diulang setiap 1 minggu. Yang kedua adalah L2 dengan
frekuensi 1227.60 MHz ( yang hanya membawa kode P(Y).Informasi
mengenai jarak dari receiver ke satelit GPS (pseudo-range) bisa
diperoleh dengan memperhatikan kode-kode yang dibawanya. Kedua kode
ini, sesuai dengan nilai panjang gelombangnya , tentu saja akan
menghasilkan potensi akurasi yang berbeda. Selain dengan
memperhitungkan kodenya (C/A atau P), informasi jarak yang sama
juga bisa diperoleh dengan memperhatikan carrier (menghasilkan
jarak fase). Cara yang terakhir ini bahkan sangat berpotensi untuk
menghasilkankaurasi yang jauh lebih baik.Selain membawa kedua jenis
kode di atas, kedua carrier ini juga membawa data (navigation
message) dengan kecepatan 50 bit per detik. Data ini berisi :
telemetri, informasi sinkronisasi, jalan saatelitdan parameterer
ephemeris (broadcast),almanac, delay ionosfir, dan model-model
waktu UTC. Salah satu item data yang penting adalah
parameter-parameter ephemeris. Dengan menggunakan
parameter-parameter ini, maka koordinat-koordinat satelit yang
mengirimkan sinyal-sinyalnya (atau kode yang kemudian dapat
dikonversikan ke dalam pseudo-range) dapat diketahui waktu demi
waktu. Penentuan Posisi ReceiverSetelah koordinat-koordinat satelit
GPS beserta jarak-jaraknya ke posisi receiver dihitung secara real
time (hingga akhirnya diketahui), maka koordinat receiver pun dapat
diketahui melalui proses hitungan dan adjustment. Meskipun
demikian, sebelum benar-benar dilakukan hitungan koordinat
receivernya, ada beberapa koreksi yang perlu diterapkan hingga
hasil hitungan koordinat-koordinat satelit-satelit dan
jarak-jaraknya ke receiver dianggap sudah benar (definitive).
Situasi ini (sebaran satelit-satelit GPS) terhadap posisi receiver
sebenarnya tidak berbeda jauh dengan sistem sebelumnya. Hanya saja
pada kasus ini, stasiun-stasiunnta bergerak setiap saat untuk
menghasilkan koordinat-koordinat dan jarak-jarak ke receivernya.
Dengan demikian, untuk menghasilkan koordinat receiver secara
optimal di dalam satu sesi pengamatan, pengguna memiliki banyak
data (redudansi) yang dapat dipilih (terutama kaitannya dengan
aktivitas post-processing untuk menghasilkan koordinat definitive
yang terbaik). Metode PengamatanDalam praktisnya, pengamatan
satelit satelit GPS (dalam menentukan koordinat koordinat posisi di
bumi) dapat dikelompokkan ke dalam beberapa metode. Metode tersebut
antara lain : Posisi Absolut (Penentuan koordinat titik).Penentuan
koordinat posisi ini dapat dilakukand engan mudah dan tanpa
diperlukannya perangkat receiver GPS yang terletak di titik
referensi. Dengan demikian, pada metode ini hanya diperlukan satu
perangkat receiver saja dan bisa dilakukan dengan menggunakan
receiver tipe navigasi (handheld) pula. Teknis pengukurannya dapat
dilakukan dengan diam (metode static) di posisi yang akan
ditentukan hingga koordinat yang dihasilkannya sudah dianggap
benar, atau diam sesaat (koordinatnya didapat) kemudain bergerak ke
posisi-posisi lainnya (kinematik) sebagaimana halnya receiver GPS
yang dipasang di kendaraan . Data yang diamati adalah pseudo-range
dan fase (bergantung pada receiver). DiferensialPada metode ini,
penentuan koordinat suatu titik baru, dimana di atasnya terdapat
receiver GPS , juga dibantu dengan keberadaan satu receiver lainnya
yang terletak di atas titik yang koordinat definitifnya telah
diketahui (master). Pada metode ini, sesi pengamatan yang dilakukan
pada saat yang sama dapaqat mengeliminasi beberapa bias atau
kesalahan yang pada gilirannya akan meningkatkan akurasi dan
presisi data ukurannya, data yang akurat dan presisi akan
menyebabkan koordinat yang akurat dan presisi pula. Metode ini
dapat dilakukan baik dengan cara static (diam) maupun bergerak
(kinematic). Mengingat kualitas hasilnya, metode diferensial
dituntut untuk dapat melayani kebutuhan penentuan posisi akurat
secara real time. Artinya, metode ini juga perlu memenuhi kebutuhan
pengamatan singkat tetapi dengan kualitas koordinat hasil hitungan
yang masih terbilang akurat dan presisi. Pada konteks ini, kemudian
muncul terminology DGPS (Differential GPS) dan RTK (Real Time
Kinematic). DGPS adalah penentuan posisi diferensial secara real
time, dimana data pengamatannya berupa pseudo-range (berdasarkan
pengamatan kode-kode C/A atau P). Pada metode yang umumnya
digunakan untuk pengamatan benda atau wahana yang bergerak ini,
melalui jalur komunikasi yang ditentukan, secara real-time ,
receiver master (referensi) mengirimkan koreksi diferensial (yang
berupa koreksi pseudo-range) ke receiver slave. Pada RTK, yang
diamati adalah jarak fase (berdasarkan hitungan gelombang-gelombang
carrier L1 dan atau L2). Pada teknik RTK ini, receiver master akan
mengirimkan data fase dan pseudo-range secara real-time. Metode
LainnyaMetode yang dimaksud adalah metode pengamatan diferensial
yang tidak real-time, tetapi post-processing. Metode ini dapat
dibagi ke dalam beberapa sub-sub metode statis, stop-and-go,
pseudo-kinematic, statis singkat dan kinematic.
Sumber Sumber KesalahanSebagaimana pada umumnya pengukuran suatu
besaran di lapangan, pengamatansinyal-sinyal GPS juga tidak dapat
luput dari kesalahan. Kesalahan-kesalahan pada pengamatan
(jarak-jarak) GPS ini dapat dikelompokkan ke dalam beberapa kelas :
Data ephemerisKesalahan ini terjadi ketika blok data GPS
(navigation message) yang bersangkutan tidak berisikan informasi
lokasi satelit yang akurat. Karena kesalahan ini berakibat pada
prediksi koordinat satelit GPS, maka besar kesalahannya akan terus
bertambah (sesuai dengan berjalannya waktu) sejak diunggahnya
koreksi (koordinat) terakhir dari stasiun control (monitoring) yang
terletak di permukaan bumi. Sebagian gangguan SA (Selective
Availability-metode yang diterapkan untuk memproteksi ketelitian
posisi absolut tinggi secara real time) juga mengakibatkan
kesalahan pada kelas ini, dimana metode tersebut yang sengaja
dijalankan oleh pihak pengelola sistem ini akan mempengaruhi
eksalahan waktu (jam) satelit dan data ephemeris satelit.
Jam (waktu) satelitPengamatan sinyal-sinyal (penjarakan) satelit
yang bersifat one-way (tidak pulang pergi) ini sangat
bergantungpada kemampuannya dalam memprediksi jam (waktu) satelit.
Kesalahan jam satelit akan mempengaruhi baik pada pengguna kode C/A
maupun pada pengguna kode P. Sumber utama kesalahan ini adalah
adanya gangguan yang disebabkan oleh SA, seperti halnya pada data
ephemeris satelit.
IonosfirKesalahan ini disebabkan oleh keberadaan
electron-elektron bebas yang beterbangan di lapisan ionosfir yang
menyebabkan sinyal-sinyal GPS tidak berjalan dengan kecepatan
cahaya sebagaimana di dalam ruang vakum pada saat melalui lapisan
ini. Modulasi sinyal-sinyal GPS akan mengalami perlambatan
(pseudo-range hasil konversi kode-kode C/A dan P akan lebih panjang
dari semestinya) begitu melalui lapisan ini, sementara fase-fase
frekuensi radio gelombang pembawa carrier L1 dan L2 menjadi lebih
pendek dari yang sebenarnya) dengan besar yang sama.
TroposfirKesalahan ini juga merupakan deviasi kecepatan
sinyal-sinyal GPS dari kecepatan cahaya di ruang hampa ketika
melalui lapisan troposfir. Baik sinyal kode maupun fase gelombang
pembawa akan mengalami perlambatan (jarak hasil hitungan lebih
panjang dari semestinya) yang sama besar pada lapisan ini.
MultipathKesalahan ini disebabkan oleh masuknya sinyal-sinyal
GPS ke antenna receiver yang tidak langsung dari satelit, tetapi
berasal dari pantulan-pantulan benda benda di sekelilingnya.
ReceiverKesalahan ini disebabkan oleh keterbatasan komponen
receiver (yang sefungsi dengan model) dalam mengunci channel
(satelit GPS yang ditelusuri).
Ketelitian Penentuan PosisiKetelitian [osisi (koordinat) yang
didapat dari pengamatan GPS bergantung pada beberapa factor berikut
: Akurasi dataBergantung pada tipe data yang digunakan, kualitas
receiver, level kesalahan dan bias. Geometri satelitBergantung pada
jumlah satelit, lokasi dan distribusi satelit, lamanya sesi
pengamatan. Metode penentuan posisiBergantung pada metode yang
diambil, apakah itu absolut, diferensial, jumlah titik referensi
(control/receiver GPS yang terlibat).
Strategi pemrosesan dataBergantung pada strateginya, apakah
secara real-time, post-processing, control kualitas, perataan
jaringan, dan sebagainya.Perhatikan tabel Spektrum Ketelitian
Penentuan Posisi dengan GPS berikut :MetodeKeteranganKetelitian
AbsolutStandar, SA aktif (ON)50 m
Standar, SA non-aktif (OFF)20 m
Teliti dengan anti-spoofing8 m
DiferensialDifferential code5 m
Carrier-smoothed code1 m
Ambiguity-resolved carrier phase5 cm
Static survey (carrier phase)3 mm
Referensi :Materi diambil dari buku : Prahasta, Eddy. 2009.
Sistem Informasi Geografis : Konsep-Konsep Dasar. Bandung :
Informatika.
2Modul 10 Basis Data Spasial
Modul 10 Basis Data Spasial1
