UATAN PET
4.2 Alat Ukur 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, bagi banyak orang secara simultan. Saat ini GPS sudah banyak digunakan orang di seluruh dunia dalam berbagai bidang aplikasi yang menuntut informasi tentang posisi, kecepatan, percepatan ataupun waktu yang teliti. GPS dapat memberikan informasi posisi dengan ketelitian bervariasi dari beberapa millimeter (orde nol) sampai dengan puluhan meter.
A. Kemampuan GPS
Beberapa kemampuan GPS antara lain dapat memberikan informasi tentang posisi, kecepatan, dan waktu secara cepat, akurat, murah, dimana saja di bumi ini tanpa tergantung cuaca. Hal yang perlu dicatat bahwa GPS adalah satu-satunya sistem navigasi ataupun sistem penentuan posisi dalam beberapa abad ini yang memiliki kemampuan handal seperti itu. Ketelitian dari GPS dapat mencapai beberapa mm untuk ketelitian posisinya, beberapa cm/s untuk ketelitian kecepatannya dan beberapa nanodetik untuk ketelitian waktunya. Ketelitian posisi yang diperoleh akan tergantung pada beberapa faktor yaitu metode penentuan posisi, geometri satelit, tingkat ketelitian data, dan metode pengolahan datanya.
B. Produk yang diberikan GPS
Secara umum produk dari GPS adalah posisi, kecepatan, dan waktu. Selain itu ada beberapa produk lainnya seperti percepatan, azimuth, parameter attitude, TEC (Total Electron Content), WVC (Water Vapour Content), Polar motion parameters, serta beberapa produk yang perlu dikombinasikan dengan informasi eksternal dari sistem lain, produknya antara lain tinggi ortometrik, undulasi geoid, dan defleksi vertikal.
C. Segmen GPS
Berdasarkan segmen dari Global Positioning Sytem (GPS) terdiri dari 3 segment yaitu : Space segment, Control System Segment, User Segment.
1. Space Segmen
• Space segmen terrdiri dari 24 satelit Navstar yang memancarkan 2 frekuensi yaitu L1 dengan frekuensi 1575,42 Mhz, dan L2 dengan frekuensi 1227,60 Mhz. L1 membawa 2 buah kode biner yaitu P-code (Precise or Private Code) dan C/A-code (Clear Access or Coarse Acquisition). Sedangkan L2 hanya membawa P-code. Jumlah satelit Navstar yang operasional ada 24 terdiri dari 6 orbit dengan tiap orbitnya terdiri dari 4 satelit, serta tinggi orbit 20.200 Km. Periode orbit 11 jam 58 menit ( + 12 jam ) dan setiap saat 4 s/d 10 satelit GPS akan teramati dari permukaan bumi. Satelit GPS pertama diluncurkan tahun 1978. 24 satelit ini di capai pada tahun 1994, sekarang telah lebih dari 31 GPS satelit berorbit diatas bumi kita. Usia dari Satellite rata rata 10 thn, setelah itu ada pergantian / perawatan rutin. Berat Satelit sekitar +/- 2,000 pounds (hamper 1 ton) dengan Lebar antenna solar panelnya +/- 17 feet (+/- 5 meter) dan Power Transmisinya <= 50 watts.
• Posisi orbit berada pada ketinggian +/- 12,000 miles diatas permukaan bumi dengan Kecepatan jelajahnya 7,000 mph. GPS Satelit menggunakan tenaga SOLAR (sinar matahari), tapi disediakan backup baterai untuk menghindari Gerhana Matahari Total. Tenaga yang digunakan untuk menjaga orbitnya ialah beberapa roket kecil
2. Ground Segmen
Ground Segmen atau Control System Segment yaitu stasiun-stasiun yang berfungsi untuk mengontrol satelit, antara lain berada di Pulau Ascension, Diego Garcia, Hawaii, Colorado Springs, dan lain-lain. Ground segmen berfungsi untuk mengontrol space segmen.
3. User Segmen
User segmen adalah pengguna receiver GPS
D. Tipe GPS dan Metode Penentuan Posisi 1. Tipe GPS
Berdasarkan pada ketelitian yang diperoleh oleh receiver GPS, maka tipe GPS dibagi atas dua tipe yaitu tipe navigasi dan tipe geodetic.
a. GPS Tipe Navigasi
GPS tipe navigasi digunakan untuk alat navigasi atau pengukuran-pengukuran yang tidak membutuhkan ketelitian tinggi (level kesalahan berkisar 2 m – puluhan meter).
b. GPS Tipe Geodetic
GPS tipe navigasi biasanya digunakan untuk pengukuran-pengukuran yang menuntut ketelitian yang relatif tinggi, misalnya untuk titik kontrol (referensi). Ketelitian milimeter dapat diperoleh dengan menggunakan peralatan Geodetic dengan metoda differensial dan dengan perencanaan serta pelaksanaan yang tepat.
2. Metode Penentuan Posisi
Penggunaan GPS bagi penggunan receiver GPS dapat dilakukan dengan beberapa metoda penentuan posisi yang umum dilakukan yaitu :
a. Static, dimana receiver GPS tidak bergerak selama pengamatan (biasanya cukup lama).
b. Rapid Static, pada dasarnya sama dengan cara static, bedanya lama pengamatan untuk rapid static cukup singkat (biasanya 5 – 20 menit).
c. Pseudo Kinematic, pada dasarnya sama dengan rapid static, bedanya pada pseudo kinematic dilakukan dua kali pengamatan dengan selang waktu lebih besar dari pengamatan pertama.
d. Stop and Go, disebut juga semi kinematis. Receiver berhenti sejenak (beberapa menit) di titik yang ditentukan, kemudian bergerak ke titik berikutnya dimana selama pergerakan receiver tetap on dan menangkap sinyal.
Kinematic, yaitu penentuan posisi dengan receiver GPS bergerak tanpa berhenti.
3. Sinyal dan Bias pada GPS
GPS memancarkan dua sinyal yaitu frekuensi L1 (1575.42 MHz) dan L2 (1227.60 MHz). Sinyal L1 dimodulasikan dengan dua sinyal pseudo-random yaitu kode P (Protected) dan kode C/A (coarse/aquisition). Sinyal L2 hanya membawa kode P. Setiap satelit mentransmisikan kode yang unik sehingga penerima (receiver GPS) dapat mengidentifikasi sinyal dari setiap satelit. Pada saat fitur ”Anti-Spoofing” diaktifkan, maka kode P akan dienkripsi dan selanjutnya dikenal sebagai kode P(Y) atau kode Y.
Ketika sinyal melalui lapisan atmosfer, maka sinyal tersebut akan terganggu oleh konten dari atmosfer tersebut. Besarnya gangguan di sebut bias. Bias sinyal yang ada utamanya terdiri dari 2 macam yaitu bias ionosfer dan bias troposfer. Bias ini harus diperhitungkan (dimodelkan atau diestimasi atau melakukan teknik differencing untuk metode diferensial dengan jarak baseline yang tidak terlalu panjang) untuk mendapatkan solusi akhir koordinat dengan ketelitian yang baik. Apabila bias diabaikan maka dapat memberikan kesalahan posisi sampai dengan orde meter.
4. Error Source pada GPS
Pada sistem GPS terdapat beberapa kesalahan komponen sistem yang akan mempengaruhi ketelitian hasil posisi yang diperoleh. Kesalahan-kesalahan tersebut contohnya kesalahan orbit satelit, kesalahan jam satelit, kesalahan jam receiver, kesalahan pusat fase antena, dan multipath. Hal-hal lainnya juga ada yang mengiringi kesalahan sistem seperti efek imaging, dan noise.
Kesalahan ini dapat dieliminir salah satunya dengan menggunakan teknik differencing data.
5. Metoda penentuan posisi dengan GPS
Metoda penentuan posisi dengan GPS pertama-tama terbagi dua, yaitu metoda absolut, dan metoda diferensial. Masing-masing metoda kemudian dapat dilakukan dengan cara real time dan atau post-processing. Apabila obyek yang ditentukan posisinya diam maka metodenya disebut Statik. Sebaliknya apabila obyek yang ditentukan posisinya bergerak, maka metodenya disebut kinematik. Selanjutnya lebih detail lagi kita akan menemukan metoda-metoda seperti SPP, DGPS, RTK, Survei GPS, Rapid statik, pseudo kinematik, dan stop and go, serta masih ada beberapa metode lainnya.
6. Ketelitian GPS dan Kegunaannya a. Ketelitian GPS
Ketelitian dari pengamatan GPS dapat dipengaruhi oleh beberapa factor yaitu 1)Jenis receiver (Geodetic atau Navigasi), 2)Jenis data (pseudorange atau fase pembawa), 3)Metoda penentuan posisi (differensial, absolut), 4)Kondisi ionosfer dan troposfer, 5)Efek multipath, 6)Ketelitian data, 7)Geometri satelit; dan 8)Teknik.
Untuk menghindari kesalahan-kesalahan bias yang terjadi dalam penggunaan GPS maka kita harus memperhatikan beberapa hal untuk menghindarinya yaitu:
¾ Kesalahan ephemeris (orbit), Beberapa cara untuk mereduksi efeknya antara lain :
• Terapkan metode differensial
• Perpendek jarak baseline
• Perpanjang interval waktu pengamatan
¾ Bias ionosfer, Beberapa cara untuk mereduksi efeknya antara lain :
• Lakukan metoda differensial
• Gunakan data GPS dari dua frekuensi, L1 dan L2
• Perpendek jarak baseline
• Lakukan pengamatan pada pagi hari atau malam hari
• Gunakan model prediksi global ionosfer (bila ada pada softwarenya).
¾ Bias Troposfer, Beberapa cara untuk mereduksi efeknya antara lain :
• Lakukan metoda differensial
• Perpendek jarak baseline
• Gunakan model koreksi standar troposfer seperti Hopfield dan Sastemoinen.
• Gunakan koreksi lokal troposfer (biasanya dilengkapi dalam software).
¾ Multipath, beberapa cara untuk mereduksi efeknya antara lain :
• Hindari lingkungan pengamatan yang reflektif.
• Gunakan antena GPS yang baik dan tepat misalnya perlengkapan reduksi multipath.
• Hindari lingkungan pengamatan yang reflektif.
• Gunakan receiver canggih yang dapat mereduksi efek multipath.
• Jangan mengamati satelit dengan elevasi rendah (dibawah 10o )
• Waktu pengamatan yang lebih lama
¾ Ambiguitas Fase (Cycle Ambiguity), ada 3 aspek yang harus diperhitungkan untuk resolusi ambiguitas :
• Eliminasi kesalahan dan bias data pengamatan
• Geometri satelit
• Teknik resolusi ambiguitas
¾ Cycle Slips, Aspek yang mempengaruhi keberhasilan koreksi cycle slips :
• Level kesalahan dan bias data pengamatan
• Geometri satelit
• Teknik resolusi yang digunakan b. Kegunaan
¾ Militer
GPS digunakan untuk keperluan perang, seperti menuntun arah bom, atau mengetahui posisi pasukan berada. Dengan cara ini maka kita bisa mengetahui mana teman mana lawan untuk menghindari salah target, ataupun menetukan pergerakan pasukan.
¾ Navigasi
GPS banyak juga digunakan sebagai alat navigasi seperti kompas.
Beberapa jenis kendaraan telah dilengkapi dengan GPS untuk alat bantu nivigasi, dengan menambahkan peta, maka bisa digunakan untuk memandu pengendara, sehingga pengendara bisa mengetahui jalur mana yang sebaiknya dipilih untuk mencapai tujuan yang diinginkan.
¾ Sistem Informasi Geografis
Untuk keperluan Sistem Informasi Geografis, GPS sering juga diikutsertakan dalam pembuatan peta, seperti mengukur jarak perbatasan, ataupun sebagai referensi pengukuran.
¾ Sistem pelacakan kendaraan
Kegunaan lain GPS adalah sebagai pelacak kendaraan, dengan bamtuan GPS pemilik kendaraan/pengelola armada bisa mengetahui ada dimana saja kendaraannya/aset bergeraknya berada saat ini.
¾ Pemantau gempa
Bahkan saat ini, GPS dengan ketelitian tinggi bisa digunakan untuk memantau pergerakan tanah, yang ordenya hanya mm dalam setahun.
Pemantauan pergerakan tanah berguna untuk memperkirakan terjadinya gempa, baik pergerakan vulkanik ataupun tektonik
E. Alat Penerima GPS
Sebetulnya GPS adalah suatu sistem yang dapat membantu kita mnegetahui posisi kordinat dimana kita berada. Sedangkan untuk menerima sinyal yang dipancarkan oleh GPS, kita membutuhkan suatu alat yang dapat membawa sinyal tersebut. Yang biasa kita sebut sebagai GPSa adalah sebenarnya merupakan alat penerima.
Karena lat ini dapat memberikan nilai koordinat dimana ia digunakan maka keberadaan GPS merupakan terobosan besar bagi SIG.
Untuk mempelajari cara-cara pengambilan dan pemasukkan data GPS, kita akan menggunakan alat penerima GPS GARMIN 12 CX. Tentunya alat yang berada, tetapi pada dasarnya konsepnya pokok yang ada pada alat tersebut.
GPS adalah satu-satunya system navigasi ataupun system penentuan posisi, selama beberapa abad ini, yang mempunyai karakteristik prima. GPS didesain untuk dapat memberikan informasi tentang posisi, kecepatan, dan waktu secara tepat, akurat, murah, dimana saja di bumi ini (cakupan seluruh dunia), beroperasi secara kontinyu, dan tidak tergantung cuaca.
Peran Satelit GPS :
a. Satelit dapat dianggap sebagai stasiun radio di angkasa yang memancarkan sinyal dan data ke permukaan bumi.
b. Sinyal dan data tersebut kemudian diterima menggunakan receiver GPS oleh pengguna di bumi, untuk menentukan posisi, kecepatan ataupun waktu.
c. Sateli GPS juga dapat dilihat sebagai titik control bergerak yang koordinatnya telah diketahui.
d. Untuk menentukan posisinya, pengguna di permukaan bumi ‘mengukur’ jarak ke beberapa satelit yang posisinya telah diketahui.
Konfigurasi Orbit Satelit GPS :
1. Bentuknya mendekati lingkaran (e < 0,02) 2. 6 bidang orbit
3. 4 satelit per orbit 4. Inklinasi 55 derajat
5. Tinggi rata-rata di atas permukaan bumi 20.200 km 6. Periode orbit: 11 jam dan 58 menit
Konstelasi Satelit GPS:
1. Orbit nominal terdiri dari 24 satelit, lengkap sejak April 1994.
2. Saat ini (Mei 2003) ada 28 satelit GPS:
- 2 satelit Blok-II
- 18 satelit Blok II-A, dan - 8 satelit Blok-IIR
3. Konstelasi satelit diatur agar 4 – 10 satelit GPS selalu terlihat dimana saja dan kapan saja di bumi ini.
4. Kecepatan satelit dalam orbit sekitar 4 km/detik
5. Dari wilayah Indonesia umumnya 6 sampai 9 satelit GPS akan bias ‘dilihat’
dengan sudut elevasi di atas 10 derajat.