materi 7. gps

1

SURVEY DAN PEMETAAN I

Materi : 7

GLOBAL POSITIONING SYSTEMS

2

Pengertian

• Nama resminya NAVSTAR (NAVigation System with Timing And Ranging) Global Positioning System.

• Disingkat dengan Global Positioning System (GPS).

• Dibangun dan dikelola oleh DoD (Departemen Pertahanan) Amerika Serikat.

• Fungsi utama GPS adalah untuk keperluan penentuan posisi di muka bumi dan navigasi. 

Secara umum GPS terdiri dari 3 segmen

• segmen pengguna :

- militer (militer Amerika dan sekutunya)

- nonmiliter (lainnya)

• segmen satelit (konstelasi satelit GPS di angkasa)

• segmen pengendali

3

Segmen Satelit

• Satelit GPS mempunyai ketinggian orbit sekitar 20.200 km, dan mempunyai waktu orbit adalah 12 jam (11 jam 58 menit). 

• Waktu orbit adalah waktu yang diperlukan satelit tersebut dalam satu kali putaran penuh, mencapai lokasi awal kembali.

• Jumlah satelit 24 buah dalam 6 bidang orbit. 

• Inklinasi dari satelit adalah 55 derajat.4

• Dimana masing-masing bidang orbit terdiri dari 4 buah satelit GPS.

• Bentuk orbit mendekati lingkaran.

5

Segmen Pengendali

• Tugasnya adalah mengendalikan dan mengawasi segmen satelit.

• Segmen pengendali tentunya ada ditangan Departemen Pertahahan Amerika, dgn stasiun pengontrolnya di berbagai lokasi di dunia. 

6

7

Ground Monitor Station

Sistem Satelit GPS yang lain

• Global Navigation Satellite System (GLONASS) milik Rusia. Dioperasikan oleh Russian Space Forces. GLONASS mempunyai 21 satelit dalam 3 buah orbit. Waktu orbitnya 11 jam 15 menit.

• Galileo milik Uni Eropa

• IRNSS milik India.

8

Prinsip Kerja GPS

• Pertama, mengukur beda waktu antara pemancaran sinyal oleh satelit ke penerima (alat yg kita pegang, biasa kita sebut GPS).

• Kemudian, beda waktu dikonversi ke besaran jarak antara satelit dan penerima.

• Jika telah tersedia tiga jarak antara satelit dan penerima (3 satelit ke 1 penerima), posisi ditentukan dari metode trilaterasi.

9

10Metode Trilaterasi

11

Ada beberapa sumber kesalahan yg memengaruhi ketelitian GPS

• konstelasi satelit

• efek atmosfer

• kesalahan jam

• orbit

• alat penerima

• kondisi permukaan

• multipath

12

• Konstelasi satelit => sinyal yg diterima dari satelit yg sebarannya merata (b) lebih baik daripada yang tidak merata (a).

13

• Efek atmosfir berpengaruh terhadap perambatan sinyal GPS dari satelit ke penerima (adanya efek refraksi dan pelambatan).

• Kesalahan jam berpengaruh terhadap ketelitian mengestimasi beda waktu dan bisa dieliminir oleh software dalam receiver.

• Kesalahan orbit adalah kesalahan informasi tentang posisi satelit GPS.

14

• Kesalahan receiver biasanya berkaitan dengan aspek teknis misalnya power supply dan on-board microprocessor failure.

• Kondisi permukaan berpengaruh terhadap sinyal, misalnya pegunungan, lembah, underground, kanopi pohon. 

• Saat kita berada di samping gedung tinggi, misalnya, sinyal yg kita terima tidak baik karena sinyal yg diterima terbatas. 

15

• Multipath juga mengganggu sinyal yang diterima. Ini adalah sinyal dari satu satelit tetapi dipantulkan oleh bidang lain. Sehingga penerima menangkap banyak sinyal, walau sebenarnya berasal dari sumber yang sedikit. 

16

17

Kesalahan & Bias

Dapat dieliminir

Dapat direduksi

Tidak dapat dieliminir /direduksi

Jam satelit

Jam receiver

Orbit

(Ephemeris)

Ionosfir

Troposfir

Multipath

Noise (Derau)

Selective

Avaiability

GPS sangat menarik? Alasannya:

• Dapat memberikan informasi tentang posisi, kecepatan, dan percepatan tiga dimensi, maupun informasi waktu, secara cepat, kapan saja dan dimana saja di dunia ini dalam segala cuaca, dengan ketelitian yang relatif tinggi.

• Informasi tersebut dapat ditentukan dalam kondisi statik maupun kinematik.

• Cocok untuk segala jenis platform (mobil, kereta, kapal, satelit, dll).

18

• Tersedia untuk semua orang secara gratis.• Prinsip penggunaan GPS untuk penentuan

informasi tersebut di atas relatif mudah dan tidak memakan banyak tenaga.

• Memberikan posisi yang bereferensi ke satu global datum (WGS 1984).

• Penentuan posisi tidak memerlukan saling keterlihatan antar titik.

• Penggunaan GPS relatif tidak dipengaruhi kondisi topografi di antara titik.

19

• Pengumpul data (surveyor) tidak dapat ‘memanipulasi’ data pengamatan.

• Alat penerima GPS cenderung semakin kecil ukurannya, semakin murah harganya, dan semakin tinggi tingkat keandalannya.

• Perangkat lunak untuk pemrosesan data GPS semakin banyak dan semakin canggih.

• Semakin banyak orang yang menggunakan GPS untuk berbagai keperluan.

20

Kegunaan GPS

• Keperluan Militer.

• Navigasi.

• Survey dan pemetaan.

• Penentuan waktu.

• Penelitian ilmiah di bidang kebumian, atmosfir, transportasi, elektronika.

• Olah raga dan hobby.

21

Beberapa aspek penting dalam GPS

• Pemilihan GPS sangat tergantung pada kebutuhan yang diinginkan, trutama berkaitan dengan tingkat ketelitian.

• Alat penerima (receiver) GPS bervariasi: tergantung jenis, kegunaan, harga, model dan pembuat (manufacturer).

22

Klasifikasi Receiver GPS

• Tipe navigasi:

Tipe navigasi saat ini dapat memberikan informasi posisi dengan tingkat ketelitian horisontal sekitar 5 meter.

• Tipe survey pemetaan:

Tipe survey pemetaan bisa mencapai cm.

• Tipe geodetik:

Untuk tipe geodetik bisa mencapai mm.23

24

• Informasi yang diberikan oleh GPS adalah informasi posisi di permukaan bumi dalam bentuk koordinat dan informasi waktu.

• Informasi koordinat bisa diberikan dalam berbagai sistem. Tinggal diset pada receiver GPS kita. 

• Pada receiver GPS bisa kita lihat juga informasi ketinggian dari titik dimana kita berada.  

25

Data dan Informasi dari GPS

Keterbatasan GPS

• GPS tidak bisa digunakan di tempat-tempat dimana sinyal dari satelit tidak dapat mencapai receiver GPS, seperti di dalam ruangan, di dalam terowongan, ataupun di bawah air.

• Secara langsung GPS hanya dapat memberikan tinggi ellipsoid, dan bukan tinggi orthometrik yang umum digunakan sehari-hari.

26

• Bidang elipsoida referensi itu adalah bidang hayal dari perhitungan matematis. Berbeda dgn Rata-rata DPL/MSL (di atas Permukaan Laut).

27

• Untuk keperluan penentuan posisi secara kinematik yang menuntut ketelitian yang tinggi serta integritas sistem yang andal, seperti untuk sistem pendaratan pesawat, meskipun GPS mampu melayaninya dalam hal ketelitian, tetapi dalam hal integritas dari sistem, GPS perlu diperkuat dengan beberapa sistem eksternal serta mekanisme dan metode peningkatan integritas yang andal.

28

Penentuan Posisi dengan GPS

• Posisi yang diberikan adalah posisi 3-D, yaitu (X,Y,Z) atau (L,B,h).

• Tinggi yang diberikan oleh GPS adalah tinggi ellipsoid.

• Datum dari posisi yang diperoleh adalah World Geodetic System (WGS 1984).

• Titik yang akan ditentukan posisinya dapat diam maupun bergerak.

29

• Ketelitian posisi yang diperoleh akan tergantung pada beberapa faktor yaitu : metode penentuan posisi, geometri satelit, tingkat ketelitian data, dan metode pengolahan data.

• Penentuan posisi dapat dilakukan dengan beberapa metode : absolute positioning, differential positioning, static surveying, rapid static, pseudo-kinematic dan kinematic positioning.

30

• Posisi titik dapat ditentukan terhadap pusat massa bumi ataupun terhadap titik lainnya yang telah diketahui koordinatnya.

• Spektrum ketelitian posisi yang diberikan berkisar dari sangat teliti (orde : mm) sampai kurang teliti (orde : puluhan meter).

31

Faktor-faktor yang mempengaruhi ketelitian posisi GPS

• Ketelitian data, yaitu :

- Tipe data yang digunakan

- Kualitas receiver GPS

- Level dari kesalahan dan bias

• Geometri satelit, yaitu:

- Jumlah satelit

- Lokasi dan distribusi satelit

- Lama pengamatan32

• Metode penentuan posisi, yaitu secara :

- Absolute & differential positioning

- Static, rapid static, pseudo-kinematic,

stop and go, kinematic

- One & multi monitor stations

• Strategi Pemrosesan Data, yaitu:

- Real-time & post processing

- Strategi eliminasi dan pengkoreksian

kesalahan dan bias

- Metode estimasi yang digunakan33

- Pemrosesan baseline & perataan

jaringan

- Kontrol kualitas

34

Metode penentuan posisi dengan GPS dapat dikelompokkan atas metode:• Absolute, differential

• Static, rapid-static

• Pseudo-kinematic, dan stop and go

35

D IF FE R E N T IA L(m i n i m a l 2 re ce i ve r)

A B S O L U T E(sa tu re ce i ve r)

S T A T IC(o b ye k d i a m , re ce i ve r d i a m )

K IN E M A T IK(o b ye k b e rg e ra k, re ce i ve r b e rg e ra k)

R A P ID S T A T IC(o b ye k d i a m , re ce i ve r d i a m (si n g ka t))

P S E U D O -K IN E M A T IK(o b ye k d i a m , re ce i ve r d i a m & b e rg e ra k)

S T O P A N D G O(o b ye k d i a m , re ce i ve r d i a m & b e rg e ra k)

Pada metode Absolute Positioning dinamakan juga point positioning, dimana :

• Posisi ditentukan dalam sistem WGS 1984 (terhadap pusat massa bumi).

• Prinsip penentuan posisi adalah reseksi dengan jarak ke beberapa satelit sekaligus.

• Hanya memerlukan satu receiver GPS.

• Titik yang ditentukan posisinya bisa diam (statik) maupun bergerak (kinematik).

• Biasanya menggunakan data pseudorange.

36

• Data fase juga bisa digunakan kalau ambiguitas fasenya sudah diketahui ataupun diestimasi bersama-sama dengan posisi.

• Ketelitian posisi yang diperoleh sangat tergantung pada tingkat ketelitian data serta geometri dari satelit (bisa sampai 100 meter untuk SPS dan 10-20 untuk PPS).

• Tidak dimaksudkan untuk penentuan posisi yang teliti.

• Aplikasi utama digunakan untuk navigasi.

37

Pada differential positioning, dinamakan juga relative positioning adalah sebagai berikut :

• Memerlukan minimal 2 buah receiver, satu ditempatkan pada titik yang telah diketahui koordinatnya (monitor station).

• Posisi titik ditentukan relatif terhadap monitor station.

• Konsep dasar : differencing process dapat mengeliminir atau mereduksi efek-efek dari beberapa kesalahan dan bias.

38

• Efektifitas dari differencing process sangat tergantung pada jarak antara monitor stasion dengan titik yang akan ditentukan posisinya (semakin pendek semakin efektif).

• Titik yang ditentukan posisinya bisa diam (statik) maupun bergerak (kinematik).

• Bisa menggunakan data peudorange atau/dan data fase.

39

• Ketelitian posisi yang diperoleh bervariasi dari tingkat menengah sampai tinggi.

• Aplikasi utama adalah untuk survey pemetaan, survey geodesi, maupun navigasi berketelitian tinggi.

40