Seminar Nasional Teori dan Aplikasi Teknologi Kelautan, 15 Desember 2011 X - 1 PERANCANGAN SISTEM PENGENDALIAN PADA KAPAL BERBASIS DATA AIS
(AUTOMATIC IDENTIFICATION SYSTEM) UNTUK MENGHINDARI TABRAKAN DI PERAIRAN TANJUNG PERAK SURABAYA
AULIA Siti Aisjah1, A.A,MASROERI2, SYAMSUL Arifin1, SAIKO1 1Jurusan Teknik Fisika – Fakultas Teknologi Industri 2Jurusan Teknik Sistem Perkapalan – Fakultas Teknologi Kelautan
Institut Teknologi Sepuluh Nopember Kampus ITS, Keputih – Sukolilo, Surabaya 60111
Email : auliasa@ep.its.ac.id Abstract
Efforts to improve the quality of management marine transportation through the use of technology has done, one of those efforts is installation of AIS (Automatic Identification System) technology. AIS can provide information about the position and speed of the ship to another ship or to the authorities in ashore. Automatic control to avoid collision between the ships can be done by utilizing the AIS data. In this study the design of automatic control system to avoid a collision based on AIS data. Control system used is a Sugeno type fuzzy logic to control the direction and speed of ship as well as avoiding a collision between two ships. Objects in this study is to ship MV.CARAKA JAYA COMMERCIAL III-7. Testing is done by providing an obstacle in front, and on the right f side on the ship. Response generated by the control system is able to avoid obstacles and adjust its speed according to the rules of IMO (International maritime organitation).
Keywords: AIS, Fuzzy logic, collision avoidance, automatic,
1 Pendahuluan
Pelayaran di wilayah barat perairan Indonesia salah satunya adalah pelabuhan Tanjung Perak. Pelabuhan ini merupakan salah satu pelabuhan internasional yang memiliki alur pelayaran sempit dan pelabuhan tersibuk nomor dua di Indonesia setelah Tanjung Priok. Kondisi lalu lintas seperti ini menyebabkan terjadinya tabrakan antar kapal. Pernyataan tersebut diperkuat bahwa dalam kurun waktu 5 tahun terakhir ini telah banyak terjadi kecelakaan kapal diantaranya adalah tabrakan kapal 11% [Dirjen Hubla, Desember 2006] dan tahun 2007 terdapat 159 kejadian kecelakaan [Dirjen Hubla, Desember 2007] atau setiap dua hari sekali terjadi kecelakaan laut. Penyebab kecelakaan ini, 41% disebabkan oleh kesalahan manusia (human error). Hal tersebut menunjukkan manajemen transportasi yang masih rendah. IMO (International Maritim Organization) mencatat Indonesia sebagai negara dengan tingkat kecelakaan di laut yang cukup tinggi / high risk country [Lukita, Bapenas, 2007].
Upaya peningkatan kualitas pada manajemen transportasi laut melalui penggunaan teknologi telah dilakukan, salah satu upaya tersebut diberlakukannya pemasangan teknologi AIS (Automatic Identification System) untuk beberapa tipe dan ukuran kapal. Tetapi disisi lain beberapa kelemahan yang ditemui pada teknologi ini antara lain: Pada AIS digunakan tidak lebih dari 20 karakter, sering terjadi kesalahan display tentang dimensi kapal, Kesalahan informasi tentang Heading, course overground (COG), speed overground (SOG) dan posisi, serta seringkali tidak kompatibelnya dengan hardware / instrumen yang lain [Aisjah, A.S, 2009]. Sama seperti pelabuhan internasional lainnya, kapal-kapal besar di Indonesia telah dilengkapi oleh AIS. Pada tahun 2000, IMO membuat peraturan baru untuk semua kapal untuk memasang peralatan AIS yang dapat memberikan informasi-informasi mengenai kapal kepada kapal lain maupun kepada pihak otoritas darat. Namun yang tidak tersedia didalam AIS adalah suatu rekomendasi terhadap pengaturan arah dan kecepatan kapal secara otomatis pada sistem informasi pelayaran untuk memberikan layanan advise pada nahkoda. Tujuan dari penelitian ini adalah merancang sistem kontrol arah / haluan dan kecepatan kapal untuk menghindari tabrakan pada kapal yang berbasis data AIS (Automatic Identification System).
2 Tinjauan Pustaka 2.1 Teknologi AIS
Automatic Identification Sistem (AIS) adalah sebuah sistem komunikasi yang digunakan pada kapal dan Vessel Traffic Sevices (VTS) atau pelayanan lalu lintas kapal yang secara prinsip untuk identifikasi status navigasi kapal. Automatic Identification Sistem (AIS) digunakan untuk bertukar data secara elektronik yaitu: identifikasi kapal, posisi, kegiatan atau keadaan kapal, dan kecepatan, dengan kapal terdekat yang lainnya dan stasiun VTS. International Maritime Organization (IMO) International Convetion for the Safety of Life at Sea (SOLAS) mewajibkan penggunaan AIS pada
Seminar Nasional Teori dan Aplikasi Teknologi Kelautan, 15 Desember 2011 X - 2 pelayaran kapal internasional dengan Gross Tonnage (GT) mulai 300 GT, dan semua kapal penumpang tanpa memperhatikan segala ukuran. Rancangan operasi dasar AIS adalah alat komunikasi otonomi antar kapal. Pada rancangan ini, tiap kapal mengirimkan data ke kapal AIS lain yang sudah dilengkapi AIS dalam jangkauan VHF.
Gambar 1Komunikasi antar kapal secara otonomi, Jenis informasi dari AIS
Posisi dan data lain disediakan secara otomatis dari sensor kapal ke dalam sistem AIS, dimana data tersebut diformat dan dipancarkan dalam data pendek yang cepat pada saluran VHF. Ketika kapal lain menerima data, data tersebut diartikan dan ditunjukkan pada pengawas kapal, yang bisa melihat laporan AIS dari kapal lain yang sudah dilengkapi grafis dan teks format. Data AIS bisa juga di simpan dalam VDR (Voyage Data Recorder) kapal untuk analisis rekaman kembali di masa depan.
2.2 Peraturan IMO mengenai tabrakan
Berikut ini adalah beberapa aturan IMO yang akan diterapkan dalam penelitian ini yaitu: (1) Rule of right, jika kedua kapal bertemu berhadap hadapan maka keduanya harus memanuever kapalnya kea rah kanan dan jika ingin mendahului kepala yang ada didepannya maka kapal yang ada dibelakangnya memanuver kapalnya kekanan sedangkan yang lainnya kekiri. (2) West is the best, East is the last. Jika nahkoda kapal yang satu melihat kapal yang lain berada dikirinya maka nahkoda kapal tersebut diharuskan untuk lewat terlebih dahulu dan sebaliknya jika nahkoda kapal yang satu melihat kapal lain berada di kanannya maka nahkoda kapal tersebut diharuskan untuk mengurangi kecepatannya dan menunggu kapal yang dilihat untuk lewat terlebih dahulu.
Gambar 2 Skenario (a) Rule of right (b) West is the best, East is the last 2.3 Fungsi Transfer Manuver Kapal
Dinamika kapal diperoleh dari penurunan hukum Newton II. Kapal merupakan wahana laut dengan 6 derajat kebebasan (DOF) Keenam komponen pergerakan kapal yaitu: surge, sway, heave, roll, pitch dan yaw. Model dinamika manuvering kapal didapatkan dari pendekatan yang dilakukan oleh Nomoto (1957) sebagai bentuk matematis orde 1 dan 2[7]. Di bawah ini adalah fungsi transfer dari model Nomoto, sebagai fungsi alih untuk menghasilkan heading yang tepat sesuai dengan sudut kemudi, dengan ψ adalah heading kapal dan R adalah defleksi sudut rudder.
s
T
s
T
s
s
T
K
s
R R 1 2 31
1
1
(1)2.4 Fungsi Transfer Kecepatan Kapal
Model dari kecepatan kapal didapatkan dari pendekatan yang dilakukan oleh Horigome, Hara, Hotta dan Hotsu (1990) sebagai bentuk matematis orde 1. Di bawah ini adalah fungsi alih dari kecepatan kapal:
Seminar Nasional Teori dan Aplikasi Teknologi Kelautan, 15 Desember 2011 X - 3 𝑄𝑚
𝑌 (𝑠) = 𝐾𝑦
1+𝑇𝑦𝑠 (2) Ky merupakan gain constant dan Ty merupakan time constant. Nilai dari time constant didekati dengan persamaan:
𝑇𝑦≈ 0.9 2𝜋
𝑛 (3)
Dengan n adalah rotation per second dari propeller sebagai penggerak[7].
2.5 Model Dinamika Gangguan Arus pada Kapal
Gangguan yang mempengaruhi performansi pemenuhan lintasan pada kapal umunya ada 3 yaitu arus, angin dan gelombang. Gangguan yang digunakan dalam penelitian ini adalah arus karena jalur pelayaran dari Tanjung Perak ke Karang Jamuang merupakan daerah yang berupa selat sehingga tinggi gelombang dan kecepatan angin tidak begitu berpengaruh. Dalam pembahasan ini, digunakan model arus dua dimensi (Fossen, 1994; Vukic, 1998). Komponen arus dapat dijelaskan dengan dua parameter: kecepatan rata-rata arus Vc dan arah arus γc.
Komponen dari body-fixed dapat dihitung dari: uc = Vccos(γc-ψ)
υc = Vcsin(γc-ψ) (4)
kecepatan arus laut rata-rata untuk simulasi komputer dapat dibangkitkan menggunakan process Gauss-Markov orde satu :
𝑑𝑉𝑐(𝑡)
𝑑𝑡 + 𝜇0𝑉𝑐(𝑡) = 𝜔(𝑡) (5)
dengan ω(t) adalah akar dari zero mean Gaussian white noise dan μ0≥0 adalah konstan. Proses ini harus dibatasi : Vmin≤Vc(t)≤Vmax agar menstimulasi arus laut yang realistis.
Alogaritma pembangkitan arus menggunakan integrasi euler adalah sebagai berikut :
Nilai awal : Vc (0) = 0.5 (Vmax + Vmin)
Integrasi euler dengan sampling waktu h
o Vc (k + 1) = Vc(k) + ℎ V̇c(k)
Limiter : jika (Vc (k+1)> Vmax)atau(Vc (k+1)< Vmin) maka o Vc (k+1)= Vc (k)- h V̇c (k)
k=k+1, kembali ke langkah 2 2.6 Logika Fuzzy (KLF)
Logika fuzzy adalah suatu cara yang tepat untuk memetakan suatu ruang input kedalam suatu ruang output, mempunyai nilai kontinyu. Fuzzy dinyatakan dalam derajat dari suatu keanggotaan dan derajat dari kebenaran. Oleh sebab itu sesuatu dapat dikatakan sebagian benar dan sebagian salah pada waktu yang sama (Kusumadewi. 2004). Logika Fuzzy memungkinkan nilai keanggotaan antara 0 dan 1, tingkat keabuan dan juga hitam dan putih, dan dalam bentuk linguistik, konsep tidak pasti seperti "sedikit", "lumayan" dan "sangat" (Zadeh 1965). Kelebihan dari teori logika fuzzy adalah kemampuan dalam proses penalaran secara bahasa (linguistic reasoning). Sehingga dalam perancangannya tidak memerlukan persamaan matematik dari objek yang akan dikendalikan. Sisitem logika fuzzy terdiri dari beberapa unit, yaitu Fuzzifier, Fuzzy Rule Base, Fuzzy Inference Engine dan Defuzzifier. Fungsi dari masing – masing unit adalah sebagai berikut:
1. Fuzzifier Berfungsi untuk merubah sinyal masukan yang bersifat crisp ( bukan fuzzy ) ke himpunan fuzzy dengan menggunakan operator fuzzifikasi. Pemetaannya dilakukan dengan menggunakan fungsi yang disebut membership function. Terdapat beberapa metode fuzzifier, 3 diantaranya yaitu: Singleton fuzzifier, Gausian fuzzifier dan Triangular fuzzifier.
2. Fuzzy rule base berisi pernyataan-pernyataan logika fuzzy (fuzzy statement), yang berbentuk pernyataan If-Then.
3. Fuzzy inference engine menerjemahkan pernyataan-pernyataan fuzzy dalalm rule base menjadi perhitungan matematika (fuzzy combinational).
4. Defuzzifier berfungsi untuk mentransformasikan kesimpulan tentang aksi atur yang bersifat fuzzy menjadi sinyal sebenarnya yang bersifat crisp dengan menggunakan operator defuzzifikasi. Terdapat beberapa metode defuzzifier, 3 diantaranya yaitu: Center of gravity defuzzifier, Center average dufuzzifier, Maximum defuzzifier.
Seminar Nasional Teori dan Aplikasi Teknologi Kelautan, 15 Desember 2011 X - 4 3 Perancangan Sistem Kontrol Anti Tabrakan
Untuk menyelesaikan permasalahan yang telah dirumuskan dan untuk mencapai tujuan yang diinginkan dibutuhkan metodologi tertentu sebagai alur yang harus dilampaui dalam Penelitian ini. Tahapan dalam perancangan sistem kontrol ini diuraikan di bawah ini.
3.1 Pengambilan data
Pengambilan data dilakukan di dua tempat yaitu PT.PELINDO III Surabaya dan Distrik navigasi kelas 1 Surabaya. Data-data yang dibutuhkan diantaranya adalah :
1. Data spesifikasi kapal, meliputi :Lpp(panjang), U(kecepataan),B(lebar),T(tinggi),CB(koefisien Blok), XG(center of gravitation), Aδ dan m(displacement).
2. Data tampilan AIS meliputi : Data statis, Data Dinamis dan data pelayaran.
3. Data koordinat lintasan aman yang telah direkomendasikan oleh Distrik Navigasi Tanjung Perak Surabaya
3.2 Pengembangan dan penyempurnaan modul-modul kontrol
Berikut ini adalah diagram blok sistem pengendalian yang telah di kembangkan dan disempurnakan dari hasil penelitian sebelumnya. Berikut merupakan beberapa variabel pada perancangan Kontrol Logika Fuzzy anti tabrakan.
Tabel 1 Hubungan Input Output KLF Kontrol Logika Fuzzy
Input Output Error ψ δc (rudder command) dψ/dt Selisih koordinat X V motor penggerak propeller Jarak (d) V2/V1
3.3 Perancangan modul kontrol 3.3.1 Pemodelan dinamika kapal
Data spesifikasi kapal MV.CARAKA JAYA NIAGA III-7 9018232 yang didapatkan dari PT.PELINDO III Surabaya digunakan untuk melakukan pemodelan dinamika dari kapal. Model matematik dinamika kapal didapatkan dari pendekatan yang dilakukan oleh Nomoto (1957) sebagai bentuk matematis orde 2. Berikut ini adalah data spesifikasi kapal MV.CARAKA JAYA NIAGA III-7 9018232 :
Lpp ( panjang ) : 92,53 m, U ( kecepataan ): 4,63 m/s, B ( lebar ):16,5 m, T (tinggi):7,8 m, CB (Coefisien Blok) : 0,41, XG (center of Gravity):6,8, Ad: (rasio luasan rudder):0,69, m (displacement) : 5245 Ton, r (jari-jari girasi) :13,879, DWT: 3650 Ton
Dari spesifikasi kapal tersebut digunakan untuk menentukan koefisien hidrodinamika kapal dengan pendekatan regresi Clarke. Berikut merupakan koefisien hidrodinamika kapal:
𝑌𝑣̇′ = −0.021791, 𝑌𝑟̇′ = −0,0023363 , 𝑁𝑣̇′ = − 0,002441, 𝑁𝑟̇′ = −0,003836, 𝑌𝑣′ = −0,030053, 𝑌𝑟′ = 0,00618, 𝑁𝑣′ = −0,015671, 𝑁𝑟′ = −0,005191, 𝑌𝛿′ = 0,760991, 𝑁𝛿′ = −0,3805, 𝐼𝑧′ = 0,0083885 𝐼𝑟′ = 0,008385
Koefisien tersebut, digunakan untuk menentukan matrik inersia dan redaman model manuver kapal, 𝑀 = [0,094244 0.934393 0,010552 4,882484] 𝑁 = [0,004706 −0,12262 0,000527 0,103739] detM = 0,450288 detN = 0,000552
Berdasar koefisien pada matrik M dan N sebagai model manuver kapal MV.CARAKA JAYA NIAGA III-7 9018232 diperoleh fungsi transfer sebagai berikut:
Seminar Nasional Teori dan Aplikasi Teknologi Kelautan, 15 Desember 2011 X - 5
s
T
s
T
s
s
T
K
s
R R 1 2 31
1
1
𝜓 𝛿𝑅 (𝑠) = 3,96468 + 79,3821s 814,42089𝑠3+ 60,69319𝑠2+ 𝑠3.3.2 Alur pelarang di Tanjung perak
Berikut adalah Data koordinat dari Alur pelayaran yang diizinkan untuk dilintasi Kapal di Pelabuhan Tanjung Perak Surabaya berdasarkan data dari Distrik Navigasi Tanjung Perak Surabaya.
Gambar 3.3 (a) Peta alur pelayaran, (b) Koordinat pada pelayaran Karang Jamuang – Tanjung Perak
3.4 Kontrol Logika Fuzzy anti Tabrakan
Sistem yang di rancang ini terdapat dua sistem kontrol yaitu sistem kontrol haluan dan kontrol kecepatan. Untuk sistem kontrol haluan terdiri dari dua input dan satu output yaitu input (error yaw dan yaw rate). Sedangkan untuk sistem kontrol kecepatan terdiri dari dua input dan satu output. Variabel error yaw dibagi dalam 7 fungsi keanggotaan yaitu NB, NM, NS, ZE, PS, PM, PB dengan rentang kerja (range) yang digunakan untuk fungsi keanggotaan adalah -35o sampai 35o demikian juga variabel masukan yaw rate juga di bagi dalam 7 fungsi keanggotaan yaitu NB, NM, NS, ZE, PS, PM, PB dengan rentang kerja (range) yang digunakan untuk fungsi keanggotaan adalah -7o sampai 7o. Penentuan range ini berdasarkan karakteristik rudder van amorengen. Keluaran dari KLF pengendali haluan adalah command rudder yang juga dibagi menjadi 7 fungsi keanggotaan sama seperti masukan eror yaw.
Pada KLF kontrol kecepatan, terdapat tiga variabel input dan satu variabel output. Input yaitu d ( jarak antara dua kapal), perbandingan kecepatan kapal pertama V2/V1 (sebagai obyek yang dikontrol) dengan kapal kedua (sebagai obyek yang menghalangi) dan jarak antar kedua kapal X (del X). Notasi pada rule base: N, Z, P: negative, zero,positive, d, D: dekat, jauh, S, M, B: small, medium, big. Untuk kecepatan S,M, F: small, medium, fast.
No Nama/Buoy Koordinat (x,y)
1 Karang Jamuang y 06° 55" 35' x 112° 43" 42' 2 Buoy Nr.4 y 06° 57" 50' x 112° 42" 30' 3 Buoy Nr.11 y 06° 58" 23' x 112° 42" 10' 4 Buoy Nr.6 y 07° 00" 15' x 112° 41" 00' 5 Buoy Nr.13 y 07° 02" 08' x 112° 39" 47' 6 12 m on jetty y 07° 06" 41' x 112° 39" 08' 7 Buoy Nr.8 y 07° 07" 46' x 112° 39" 36' 8 MV Typison y 07° 10" 30' x 112° 40" 50' 9 Buoy Nr.10 y 07° 11" 05' x 112° 41" 32' 10 Buoy Nr.12 y 07° 11" 30' x 112° 42" 50' 11 West channel kamal y 07° 11" 04' x 112° 43" 40' 12 Naval Base y 07° 11" 48' x 112° 44" 20'
Seminar Nasional Teori dan Aplikasi Teknologi Kelautan, 15 Desember 2011 X - 6 3.4.1 Basis aturan
Basis aturan ini terdiri dari kumpulan aturan kendali lintasan yang berbasis logika fuzzy untuk menyatakan aksi kontrol agar mencapai tujuan yang diharapkan. Berikut merupakan tabel untuk rule base KLF sebagai kontrol terhadap haluan kapal.
Tabel 2 (a) Basis aturan KLF sistem pengendalian haluan, (b) Basis aturan KLF sistem pengendalian kecepatan
3.4.2 Interfrensi Fuzzy
Pada proses perancangan sistem pengendali menghindari tabrakan antara dua kapal dengan menggunakan metode fuzzy ini terdapat tahap inferensi fuzzy. Tahap ini merupakan tahap pengambilan keputusan, dimana masukan kendali masih berupa himpunan crisp yang nantinya akan diubah menjadi himpunan fuzzy dengan fungsi keanggotaan yang berbeda-beda untuk setiap variabel. Dengan mengacu pada basis aturan diperoleh keluaran nilai fuzzy sinyal kontrol.
3.4.3 Defuzzifikasi
Defuzzifikasi merupakan langkah terakhir dalam sistem kendali logika fuzzy dimana tujuannya adalah mengkonversi setiap hasil dari inference engine yang diekspresikan dalam bentuk fuzzy set ke satu bilangan crisp. Hasil dari konversi tersebut merupakan aksi yang diambil oleh sistem kendali logika fuzzy. Karena itu, pemilihan metoda defuzzifikasi yang sesuai juga turut mempengaruhi sistem kendali logika fuzzy dalam menghasilkan respon yang optimum. Dalam Penelitian ini, metode defuzzfikasi yang digunakan adalah center of area (COA). Metoda center of area sering kali juga dinamakan metoda center of gravity atau metoda centroid. Hasil defuzzifikasi dengan metoda ini dihitung menggunakan posisi titik puncak dan derajad keanggotaan sebagai perhitungan matematis nilai keluaran yaitu dengan menjumlahkan hasil perkalian derajad keanggotaan dengan nilai center area, kemudian membagai dengan jumlah derajad keanggotaannya.
4 Hasil Analisa dan Pembahasan
Perancangan sistem kendali logika fuzzy ini digunakan untuk menghindari tabrakan antara dua kapal dan digunakan untuk pengendalian pemenuhan lintasan alur pelayaran yang diizinkan oleh distrik navigasi kelas 1 Surabaya. Variabel yang dikendalikan adalah haluan dan kecepatan kapal dengan variabel yang dimanipulasi adalah δc (rudder command) dan tegangan motor penggerak propeller. Perancangan sistem kendali haluan dan kecepatan kapal dalam penelitian ini menggunakan logika fuzzy tipe Sugeno. Simulasi terhadap model kapal MV.CARAKA JAYA NIAGA III-7 dilakukan secara open loop dan close loop. Simulasi dengan close loop dilakukan dengan memberikan halangan kapal yang berada didepan, dikiri dan dikanan kapal.
Pengujian terhadapkemampuan sistem kontrol dilakukan dalam berbagai tahap, yaitu uji open loop, uji close loop, uji pada saat terdapat kapal sebagai penghalang, uji saat kondisi lingkungan mengganggu dinamika manuver kapal.
4.1 Uji Open loop dan Close loop Sistem Manuver kapal
Pengujian secara open loop ini dilakukan untuk mengetahui respon kapal MV.CARAKA JAYA
r\e NB NM NS Z PS PM PB V2/V1 S M B PB NB NB NB NB NM NS Z del X d V Propeller PM NB NB NB NM NS Z PS N S S S S PS NB NB NM NS Z PS PM D M F F Z NB NM NS Z PS PM PB Z S S S S NS NM NS Z PS PM PB PB D M F M NM NS Z PS PM PB PB PB P S S S S NB Z PS PM PB PB PB PB D S S S
Seminar Nasional Teori dan Aplikasi Teknologi Kelautan, 15 Desember 2011 X - 7 NIAGA III-7 terhadap waktu dan sudut yaw tanpa adanya controller sedangkan untuk uji close loop untuk mengetahui pengaruh controller terhadap respon kapal. Uji open loop dan close loop dilakukan sesuai dengan model dinamika kapal dan diagram blok yang telah dirancang dalam penelitian ini dengan masukan fungsi step atau sudut turning 20° dan 30°, penggunaan kedua sudut untuk memenuhi uji kontrol turning yang telah ditetapkan dalam IMO (Internasional Maritime Organisation).
Hasil uji open loop pada turning 20o menunjukkan bahwa perubahan sudut heading terus bertambah cepat seiring bertambahnya waktu. Pada saat detik ke–21 hasil simulasi menunjukkan sistem mencapai set point, namun tidak dapat mempertahankan posisi tetap pada keadaan stabil, dengan kata lain perubahan sudut heading terus meningkat melampaui set point. Begitu juga pada turning 30o, respon mencapai set point saat detik ke-25 namun perubahan sudut heading semakin naik. Hal ini dikarenakan tidak ada kendali yang mampu menjaga keadaan tetap steady sehingga sistem ini perlu adanya sistem kendali yang mampu menjaga agar keadaan tetap steady. Hasil uji close loop dengan set point 20° dan set point 30°, terlihat pada performansi sistem kontrol untuk kedua uji tersebut menunjukkan kontrol mampu mencapai set point dengan baik dan mampu mempertahankan samapai dalam keadaan steady. Waktu yang diperlukan untuk mencapai set point 20° adalah 40 detik sedangkan untuk mencapai set point 30° adalah 45 detik.
Uji open loop terhadapkontrol kecepatan kapal dilakukan dengan mengubah masukan kecepatan dari 0 sampai 4,63 m/s, dan hasil respon kecepatan mengikuti set point yang diinginkan. Hal tersebut menjadi indikasi bahwa model matematis dari kecepatan kapal adalah orde 1.
4.2 Pengujian sistem kendali haluan dan kecepatan kapal untuk memenuhi lintasan. 4.2.1 Pengujian tanpa ada halangan kapal dan tanpa gangguan arus.
Pengujian ini dimaksudkan untuk mengetahui sistem kendali yang telah dirancang untuk memenuhi lintasan pelayaran yang telah direkomendasikan oleh distrik navigasi kelas 1 Surabaya. Uji performasi ini dilakukan dengan memasukan set point berupa koordinat lintasan yaitu alur pelayaran dari Tanjung Perak ke Karang Jamuang. Koordinat lintasan berupa unit DMS (Degree Minutes Second) yang diubah menjadi koordinat xy. Koordinat xy inilah yang mewakili alur lintasan kapal.
Gambar 3 Lintasan desired dan lintasan aktual (a )tanpa gangguan dan (b) gangguan arus Keterangan
1 = Naval base
2 = west channel kamal 3 = Buoy no.12 4 = Buoy no.10 5 = Typison 6 = Buoy no.8 7 = K1158.55 8 = Buoy no.13 9 = Buoy no.6 10 = Buoy no.11 11 = Buoy no.4 12 = Karang Jamuang
Grafik diatas bisa dilihat bahwa lintasan aktual kapal bisa mengikuti lintasan desired atau lintasan yang diinginkan, hal tersebut menunjukkan bahwa sistem kendali yang telah dirancang telah mampu untuk pemenuhan lintasan desired. Grafik diatas jika diperbesar maka akan terlihat dengan jelas perbedaan antara dua grafik tersebut. Perbedaan tersebut di sebut dengan eror
Seminar Nasional Teori dan Aplikasi Teknologi Kelautan, 15 Desember 2011 X - 8 lintasan.
Pada pengujian selanjutnya yaitu dengan menambahkan gangguan arus pada pengujian pertama. Hal tersebut disebabkan karena dalam kondisi real saat pelayaran, kapal mengalami gangguan yaitu berupa arus, angin dan gelombang. Gangguan yang disimulasikan dalam pengujian ini hanya arus karena pada kondisi real alur pelayaran Karang Jamuang-Tanjung Perak yang paling berpengaruh adalah arus hal tersebut disebabkan wilayah di Tanjung Perak berupa selat. Selain itu juga pemberian gangguan ini juga beguna untuk menguji seberapa robust kendali yang telah dirancang. Berikut ini adalah grafik lintasan desired dan lintasan aktual pada pengujian dengan adanya gangguan arus. Gambar diatas dapat dievaluasi bahwa lintasan aktual memiliki pola yang sesuai dengan lintasan yang diinginkan namun terlihat adanya eror. Pada pengujian yang pertama yaitu tanpa menggunakan gangguan arus didapatka eror minimum 4.63 m dan eror maksimum 371.95 m sedangkan untuk pengujian yang kedua dengan menambahkan gangguan arus didapatkan eror minimum 30.86 m dan maksimum 371.93 m. Hal tersebut dikarenakan sistem yang dirancang kurang optimal sehingga perlu adanya iterasi lagi untuk mendapatkan eror lintasan yang sekecil mungkin namun mengingat bahwa kapal yang dikendalikan adalah kapal-kapal yang dilengkapi dengan AIS yang umumnya berukuran besar maka nilai eror tersebut bisa dikatakan dalam range yang diperbolehkan atau nilai eror bisa dikatakan kecil sehingga sistem kendali yang telah dirancang mampu mengatasi gangguan yang berupa arus laut.
4.2.3 Pengujian dengan ada halangan kapal dan dengan gangguan arus.
Pengujian selanjutnya yaitu dengan memberikan halangan berupa adanya kapal lain yang bergerak dan gangguan arus. Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui apakah sistem kendali yang dirancang mampu menghindar dan mengendalikan kecepatannya. Pada pengujian ini kapal yang dikendalikan berlayar dari Tanjung Perak ke Karang Jamuang dengan kecepatan 4,6 m/s sedangkan halangan kapal bergerak dari Karang Jamuang ke Tanjung Perak pada lintasan yang sama dengan kecepatan 23,33 m/s. Dengan lintasan yang sama bisa dipastikan kedua kapal tersebut akan terjadi tabrakan. Gambar di atas menunjukkan lintasan desired dan aktual kapal yang dikendalikan dan juga lintasan kapal lain. Dari gambar tersebut bisa dilihat adanya lingkaran berwarna hitam yang menunjukkan tempat kemungkinan terjadinya tabrakan. Jika gambar tersebut diperbesar maka terlihat bahwa kapal yang dikendalikan akan berbelok ketika ada halangan kapal. Konsep belok dalam penelitian ini adalah ketika ada halangan kapal maka set point secara otomatis akan berubah yaitu dengan menambahkan koordinat x dan koordinat y. Perubahan setpoint ini ini didesain pada jarak aman yaitu 400 m karena umumnya kapal-kapal yang dilengkapi AIS memiliki dimensi yang sangat besar. Lintasan aktual kapal bisa mengikuti lintasan desired dengan baik dan menghindar ketika ada halangan kapal sesuai dengan setpoint yang diinginkan. Untuk mengetahui dengan pasti apakah kapal yang dikendalikan terjadi tabrakan atau tidak, bisa dilihat jarak antar kapal yang dikendalikan dengan halangan kapal. Jika kedua kapal itu terjadi tabrakan maka jarak antara keduanya adalah nol tetapi jika tidak terjadi tabrakan maka jaraknya lebih dari nol. Dari pengujian ini, jarak terdekat anatara dua kapal adalah 62 m sehingga bisa dikatakan bahwa antara dua kapal tidak terjadi tabrakan hal tersebut juga diperkuat dengan melihat lintasan antara keduanya pada gambar. Dari pengujian ini bisa kita lihat perubahan rudder pada saat akan berbelok dan juga perubahan heading kapal tersebut.
Dari pengujian ini juga bisa dilihat respon kecepatan kapal. Gambar di bawah adalah respon kecepatan pada pengujian adanya kapal lain dari depan tanpa adanya gangguan arus. Dari gambar bisa dilihat bahwa kapal yang dikendalikan mempunyai kecepatan sekitar 4,6 m/s, hal tersebut dikarenakan kecepatan kapal lain yaitu 23,33 m/s yang artinya lebih besar dari kapal yang dikendalikan. Pada saat akan terjadi tabrakan, kapal akan belok dan kecepatan kapal yang dikendalikan akan dipercepat menjadi 15 m/s. Aturan tersebut sudah ditentukan oleh peneliti dalam rule base kendali fuzzy.
Pengujian selanjutnya yaitu dengan halangan kapal yang berada disebelah samping kiri maupun samping kanan kapal. Sesuai aturan IMO jika nahkoda kapal melihat kapal lain berada di sebelah kirinya maka nahkoda kapal tersebut diharuskan untuk lewat terlebih dahulu, sedangkan jika nahkoda kapal melihat kapal lain berada di sebelah kanannya maka nahkoda kapal tersebut diharuskan untuk mengurangi kecepatannya dan menunggu kapal yang dilihat untuk lewat terlebih dahulu. Berikut ini adalah gambar lintasan desired, lintasan aktual dan lintasan halangan kapal yang berada disebelah kiri tanpa adanya gangguan arus.
Seminar Nasional Teori dan Aplikasi Teknologi Kelautan, 15 Desember 2011 X - 9 terjadinya tabrakan, setelah gambar (b) diperbesar maka akan didapatkan gambar seperti disampinya yang terlihat bahwa kapal yang dikendalikan bergerak lurus tanpa berbelok dan ketika jarak antara kapal kurang dari 400 m maka kapal akan secara otomatis mengurangi kecepatnnya sampai kapal yang berada dikanannya bergerak terlebih dahulu. Gambar (b) adalah gambar jarak antara kapal yang dikendalikan dengan kapal kalangan kapal yang berada disebelah kiri. Dari gambar tersebut bisa kita lihat bahwa jarak terdekat antar dua kapal sekitar 158 m. hal tersebut bisa dikatakan bahwa antara dua kapal tidak terjadi tabrakan.
Gambar 4 Lintasan desired, lintasan aktual dan lintasan halangan kapal dengan gangguan arus (a) halangan dari depan, (b) halangan dari samping kiri, (c) halangan disamping kanan
5 KESIMPULAN
Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan, diperoleh kesimpulan sebagai berikut : 1. Telah dihasilkan sebuah rancangan sistem kendali logika fuzzy untuk pengendalian haluan dan
kecepatan kapal pada kapal MV.CARAKA JAYA NIAGA III-7 9018232 yang mampu memenuhi target lintasan pada alur pelayaran kapal di Pelabuhan Tanjung Perak Surabaya dan mampu menghindar ketika akan terjadi tabrakan dengan memanfaatkan data Automatic identification sistem (AIS) yaitu posisi dan kecepatan kapal lain.
2. Eror minimum pada titik perbelokkan adalah 4,63 m dan maksimum 371,93 m terjadi pada pengujian lintasan kapal tanpa gangguan arus dan gangguan.
Seminar Nasional Teori dan Aplikasi Teknologi Kelautan, 15 Desember 2011 X - 10 3. Kapal yang dikendalikan berbelok kekanan dan kecepatan berkurang ketika akan terjadi
tabrakan atau pada saat akan berbelok serta jarak terdekat antara dua kapal adalah 62 m terjadi pada pengujian dengan halangan di depan,.
4. Kapal yang dikendalikan bergerak mendahului kapal yang berada di sebelah kirinya dengan kecepatan 15 m dan jarak terdekat antara dua kapal adalah 110 m pada pengujian dengan halangan disamping kiri.
5. Kapal yang dikendalikan mengurangi kecepatannya atau tetap pada kecepatan 4,6 m/s dan jarak terdekat antara dua kapal adalah 160 m terjadi pada pengujian dengan halangan di samping kanan.
Ucapan Terima Kasih
Terima kasih kepada Kementrian KNRT yang telah memberikan dana untuk penelitian ini dan ucapan terima ksih kepada LPPM ITS yang mewadahi kegiatan penelitian.
Daftar Pustaka
Aditya, A. (2008). Indonesia Bangkit Lewat Laut. University of Leiden. Nioo – Knaw, Yerseke, Netherlands.
Aisjah, A. d. (2006). Fuzzy Logic Control of Type Sugeno Takagi with The Model Refference of LQG/LTR at Maneuvering Ship Controller. International JSPS. Jakarta: JSPS.
Aisjah, A. M. (2005c). Extended Fuzzy Logic Control for Ship Maneuvering Based on LQG/LTR Control. ISME. Japan: ISME Japan.
Aisjah, A. S. (2005b). A Study of Extended Fuzzy Logic Control for Ship Maneuvering Based on LQG/LTR Control. Seminar Nasional FTI ITS. Surabaya: FTI ITS.
Aisjah, A. S. (2006). Kerobustan Kontrol Logika Fuzzy pada Manuvering Kapal akibat gangguan yang bersifat stokastik. Seminar Pasca Sarjana ITS. Surabaya: Pasca Sarjana ITS.
Aisjah, A.S., Soegiono, Masroeri, AA., Djatmiko, E.B., dan Wasis, D.A, , (2007c),”Perkembangan Strategi Kontrol Pada Manuvering Kapal : Konvensional,
Modern Vs Kepakaran”, Proceeding Seminar FTK – SENTA 2007.
Aisjah, A.S., Soegiono, Masroeri, AA., Djatmiko, E.B., dan Wasis, D.A, , (2007d), “Analisis
Performansi Sistem Kontrol Pada manuvering Kapal”, Jurnal Teknik Fisika, Vol. 2, No. 1,
Februari 2007.
Aisjah AS, “Peningkatan Kualitas Manajemen Transportasi Laut Melalui Perancangan Sistem
Monitor Dan Kontrol Cerdas”, Jurnal Teknik Fisika, Vol. 3, No. 3, November 2008.
Aisjah, A.S, “Perancangan Sistem Autopilot Cerdas pada Kapal Cepat untuk meningkatkan
performansi Manuvering”, Laporan Penelitian SPP-SPI ITS, 2008.
Aisjah, A.S and Masroeri, (2009), “Fuzzy Logic Control System For Developing Expert Sea
Transportation “, International Seminar ICTS.
Aisjah, A.S, “M & C System Sebagai Peningkatan Fungsi AIS Dalam Manajemen Transportasi Laut” , Seminar Nasional SENTA FTK ITS, Desember 2010.
Aisjah, A.S, Perancangan Sistem Kendali Lintasan Kapal Dengan Metode Logika Fuzzy Untuk Effisiensi Pelayaran, Studi Kasus : Karang Jamuang – Tanjung Perak, Seminar Nasional SENTA FTK ITS, Desember 2010.
Aisjah, A.S, Design Of Smart Course Control System Based On Fuzzy Logic In The Tracking Ship At Tanjung Perak Port Surabaya, Seminar Nasional 1’st APTECS – ITS, Desember 2009.
Aisjah, A.S, Increasing The Safety And Efficiency Sea Transportation By Designing Monitoring And Control System At Tanjung Perak Port, Seminar Nasional 1’st APTECS – ITS, Desember 2009.
Consultans, T. A. (2009). Kajian Analisis Trend Kecelakaan Transportasi Laut Tahun 2003 - 2008. Jakarta.
Fossen, T. I. (1994). Guidance and Control of Ocean Vehicle. England: John Wiley & Sons Ltd. KNKT. (2010). Laporan Kecelakaan . Jakarta: KNKT.
Zhou, Y. H. (2008). A Ship Based Intelligent Anti-Collision Decision- Making Support System Utilizing Trial Manouvres. Dalian: Dalian Fisheries University, Dalian.
