1

TUGAS SURVEY GNSS

LATIHAN SOAL SURVEY GNSS

Disusun Oleh:

Enggar Budhi Suryo Hutomo (10/301628/TK/37078)

JURUSAN TEKNIK GEODESI

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS GADJAH MADA YOGYAKARTA

2015

2

TUGAS SURVEY GNSS

LATIHAN SOAL SURVEY GNSS

LATIHAN SOAL DAN JAWABAN

1. Pada GNSS (Global Navigation Satellite System), sebutkan perbedaan antara

satelit GPS dan satelit GLONASS!

Jawab:

G P S ( G lo b al P ositio n i n g S yst em ) adalah satelit navigasi milik Amerika

Serikat dan memiliki 24 satelit yang berada d luar angkasa dengan memiliki 6

lintasan orbit yang nantinya memancarkan gelombang radio sehingga diterima

oleh pengguna di bumi. Orbit dari satelit GPS memiliki jarak antar aorbit sebesar

600 dengan inklinasi sebesar 550 relatif terhadap ekuator. Prinsip GPS secara

umum memancarkan sinyal yang berfungsi untuk memberikan informasi tentang

posisi satelit yang diamat, jarak dari satelit ke receiver dan waktu, serta kesehatan

satelit yang diamat.

G LONASS ( Global n a y a Na v iga t sio nn a y a S p u t n ikova y a S is t e m a)

adalah sistem navigasi satelit milik Rusia dan dioperasikan oleh Coordination

Scientific Information Center (KNITs) Pemerintah Rusia untuk Russian Space

Forces (angkatan ruang angkasa Rusia). Satelit GLONASS merupakan alternatif

atau pelengkap dari satelit GPS, COMPASS dan GALILEO yang terintegrasi

pada sistem GNSS. GLONASS dirancang untuk keperluan militer dan sipil.

Berikut merupakan perbedaan GPS dan GLONASS berdasar parameter –

parameternya.

3

4

2. Sebutkan persamaan GPS dan GLONASS yang signifikan (min. 5 butir)!

Jawab:

Karakteristik Dari GPS dan GLONASS sudah dijabarkan seperti pada jawaban

pertanyaan nomor satu. Beberapa hal yang menjadi persamaan antara GPS dan

GLONASS adalah mengenai sistem yang meliputi orbit satelit, sinyal satelit dan

sebagainya serta juga dilihat dari misi keduanya. GPS dikeluarkan oleh negara

Amerika Serikat dan GLONASS dikeluarkan oleh Rusia (Uni Soviet waktu

peluncuran satelit). Kedua satelit tersebut dibuat dan dibangun oleh Badan

Antariksa masing-masing negara periode 70-80an. Hal itu dilaksanakan sebagai

salah satu bentuk pertahanan dan keamanan kedua negara karena kedua negara

sedang melakukan perang dingin setelah Perang Dunia II selesai.

Persamaan antara GPS dan GLONASS:

No Karakteristik Persamaan

1. Sistem Kerja Menggunakan ECEF-

referenced satellite positions

dimana dihitung dari data

yang diterima berdasarkan

pada konfigurasi orbit satelit

dan bagaimana data-data

orbital direpresentasikan

melalui pesan tersebut.

2. Karakteristik gelombang

penerima

Prosedur pengukur range

receiver pada GPS dan

GLONASS didasarkan pada

struktur dari sinyal gelombang

microwave yang

ditransmisikan oleh satelit

tersebut.

3. Kenampakan Satelit Meskipun memiliki

konfigurasi orbit yang

berbeda, kedua sistem satelit

tersebut menyedakan

kenampakan yang hampir

sama (coverage) terhadap

permukaan bumi ketika

mengitari orbitnya.

Setidaknya terdapat 6-11

satelit yang akan nampak di

segala tempat di penjuru

dunia. Geometri satelit

tersebut diekspresikan dengan

position dilution of precision

(PDOP).

4. Sinyal satelit Baik GPS dan GLONASS

adalah one-way ranging

system yang memiliki tujuan

yang sama yaitu untuk

positioning. Memiliki struktur

sinyal radio yang hampir

sama, yaitu L1 dan L1 band.

5. Akurasi dan Presisi Sinyal

C/A

Pada kedua sistem satelit,

meskipun menggunakan

sinyal L dengan C/A code

frequency keduanya memiliki

kelemahan dalam

memodulasinya sehingga

sinyal C/A lebih lambat 10

kali daripada P-code

frequency. Maka, kedua satelit

tersebut mempunyai mode

yang lebih presisi terhadap P-

code frequency dan memiliki

keakurasian yang lebih rendah

jika menggunakan C/A code

frequency.

6. Waktu perambatan sinyal Kedua satelit memiliki waktu

5

untuk mentransmisikan

sinyalnya pada rentang 50 bits

per detik, arus data yang mana

terdapat berjuta informasi

mengenai status broadcast

satelit individual dan seluruh

konfigurasi satelit yang ada.

7. Misi Satelit Baik GPS dan GLONASS

memang didesain untuk

menjadi sistem navigasi

militer yang mandiri (self-

sufficient).

8. Pengukuran ranging Pengukuran ranging sinyal

(range measurements) antara

satelit GPS dan GLONASS

dikombinasikan dengan

informasi broadcast efemeris

satelit untuk menentukan

posisi dari receiver dan waktu

receiver dengan menggunakan

waktu satelit.

9. Manfaat Informasi Satelit Setelah diimplementasikan

secara penuh, GPS dan

GLONASS digunakan untuk

kebutuhan global, semua

musim, berkelanjutan, real-

time positioning dan

digunakan sebagai navigasi

air, udara, laut dan darat.

10. Jumlah Satelit Setelah implementasi penuh,

kedua sistem baik GPS dan

GLONASS akan terdiri dari

24 satelit meskipun orbit

6

mereka secara teknis berbeda,

GPS memiliki orbit di atas

GLONASS.

3. Jelaskan perbedaan ranging satelit GPS dan GLONASS (min. 5 butir)!

Jawab:

Pada kedua jawaban pertanyaan baik pertanyaan jawaban nomor 1 dan nomor 2

sudah cukup menjelaskan mengenai bagaimana perbedaan dan persamaan

mendasar mengenai satelit GPS dan satelit GLONASS. Berbicara mengenai sinyal

satelit, kembali mereview jawaban nomor 2, karena baik sinyal GPS maupun

GLONAA merupakan sistem dengan sinyal one-way ranging yang bertujuan

sama, mereka mengeluarkan struktur sinyal radio yang hampir sama. Kedua satelit

menghasilkan dua sinyal pembawa (carriers signals), yaitu L1 dan L2, pada L-and

yang terdapat pada spektrum sinyal radio. Sinyal-sinyal tersebut memodulasikan

oleh dua bilangan biner sebagai kode, yaitu: C/A codes dan P-codes, sebagai

pesan yang disampaikan.

No GPS GLONASS

1. Semua satelit GPS

mentransmisikan dua sinyal

pembawa (carrier signals)

pada band L yang sama

frekuensinya dan

memodulasikan sinyal

tersebut dengan satelit

spesifik C/A codes dan P-

codes. Peralatan GPS user

menerima sejumlah sinyal

broadcast dari seluruh satelit

yang nampak (visible

satellites). Sinyal tertentu

dapat disusuri menggunakan

saluran frekuensi radio pada

receiver GPS dengan hanya

Satelit GLONASS

mentransmisikan sinyal

pembawa (carrier signals) pada

saluran L-band yang berbeda,

yaitu pada frekuensi yang

berbeda. Receiver GLONASS

memisahkan sinyal-sinyal yang

datangdari semua satelit tampak

dengan menggabungkan

frekuensi-frekuensi yang

berbeda ke dalam saluran-

saluran penyusurannya (tracking

channels). Prosedur ini dinamai

dengan FDMA (Frequency

Division Multiple Access).

Karena FDMA tidak harus

7

melihat dari modulasi kode

satelit yang unik, kemudian

memapu menolak semua

sinyal yang kodenya berbeda.

mengetahui suatu satelit dengan

modulasi sinyal dengan kode

yang unik, karena semua satelit

GLONASS melakukan

broadcast dengan kode yang

sama.

2. Data clock GPS

ditransmisikan meliputi clock

offset, clock frequency offset

dan clock frequency rate.

Satelit GPS menggunakan

sistem waktu UTC (USNO).

Broadcast data clock GLONASS

dan clock frequency offset

menyatakan perbedaan antara

waktu sebuah satelit GLONASS

dan sistem waktu GLONASS.

Menggunakan sistem waktu

UTC (SU).

3. Broadcast efemeris satelit

GPS mengandung parameter-

parameter dari orbit satelit

seperti variasi linear elips dan

koreksi mengenai

ketidakteraturan (irregularity)

pada orbit, data efemeris

dilakukan updating selama

satu jam. Direferensikan

dalam WGS84.

GLONASS mempunyai cara

yang berbeda dalam

mentransmisikan informasi orbit

satelit. Setiap setengah jam

epoch, setiap satelit langsung

melakukan broadcast posisi

ECEF secara tiga dimensional,

percepatan dan kecepatan.

Koordinat ECEF yang

didapatkan terkait posisi

direferensikan terhadap Soviet

Geocentric System 1985

(sgs85).

4. Data orbital ranging yang

didapatkan merupakan

elemen orbit Keplerian setiap

jamnya.

Data orbital ranging yang

didapatkan yaitu posisi satelit,

kecepatan dan percepatan setiap

setengah jam epoch waktu.

5. Clock data meliputi: clock

offset, frequency offset dan

frequency rate.

Clock data meliputi clock dan

frequency offset.

8

9

4. Jelaskan konsep ranging pengukuran EDM dengan satelit!

Jawab:

Pada EDM menggunakan single frekuensi karena jarak yang diukur relative

sempit sedangkan pengaruh atmosfer relative lebih kecil. Metode pengukuran

jarak (ranging) pada EDM ada dua menggunakan beda fase .

Model matematis metode beda fase :𝐷 = ��𝜆 +

∆𝜆Sedangkan pada satellite GNSS ranging menggunakan gelombang

elektromagnetik denganfrekuensi ganda. Metode frekuensi ganda memanfaatkan

sifat dispersive ionosfer dan diperlukan satelit GNSS frekeunsi ganda untuk

mengeliminer pengaruh ionosfer. Jika data pengamatan frekuensi ganda sinyal

satellite GNSS diperoleh, maka data tersebut dapat digunakan untuk mendapatkan

estimasi bias ionosfer orde pertama pada sinyal satellite frekuensi tunggal yang

kemudian dapat digunakan untuk menghilangkan pengaruh ionosfer.

Pengukuran jarak (ranging) dari satellite GNSS menggunakan metode beda fase

dan beda waktu, berikut merupakan persamaan matematis ranging :

Keterangan :

ρ adalah jarak geometri sebenarnyaantara satelit dan receiver (m),

c adalah kecepatancahaya (m/s), dt adalah kesalahan jam satelit terhadap waktu

GPS (s),

dT adalah kesalahan jam penerima terhadap waktu GPS (s),

λi adalah panjang gelombang sinyal GPS pada frekuensi Li (m) ,

Ni adalah ambiguitas integer fase gelombang pembawa L (siklus), dtropi adalah

waktu tunda troposfer (m),

Ii adalah parameter waktu tunda ionosfer pada frekuensi Li (m), dorb adalah

10

kesalahan orbit satelit (m),

11

dm adalah efek multipath (m) ,

b adalahwaktu tunda hardware satelit (m),

B adalahwaktu tunda hardware penerima (m),

ε adalah noise pengukuran (m).

5. Buktikan bahwa satelit GNSS adalah satelit orbital (min. 5 butir) berupa

gambar, konsep dan matematis!

Jawab:

Satelit orbital adalah satelit yang diorbitkan pada ketinggian kurang dari 36000

km, biasanya sekitar 500 km diatas permukaan laut. Satelit ini mengandalkan

pada gaya gravitasi bumi dan gaya sentrifugal untuk mengorbit.

Satelit GNSS disebut sebagai satelit orbital karena satelit selalu bergerak sesuai

dengan lintasan orbitnya. Ini terbukti dari Hukum Keppler I yang berbunyi, “Setiap

planet bergerak dalam lintasan elips dan matahari berada di salah satu fokusnya”.

Dalam hal ini, satelit mengorbit dengan lintasan berbentuk ellips dengan bumi sebagai

satu fokusnya, walaupun secara realita orbit satelit tidak berbentuk ellips yang utuh

karena pengaruh pertubasi.

6. Apa fungsi Hukum Newton dan Hukum Kepler pada Survey GNSS?

Jawab:

Hukum gerak Newton adalah tiga hukum fisika y ang menjadi dasar

mek a nika klasi k . Hukum ini menggambarkan hubungan antara g a y a y ang

bekerja pada suatu benda dan g e r a k y ang disebabkannya. Hukum ini telah

dituliskan dengan pembahasaan yang berbeda-beda selama hampir 3 abad dan

dapat dirangkum sebagai berikut:

a. Hukum Pertama: setiap benda akan memiliki k ece p a tan y ang konstan kecuali

ada gaya yang resultannya tidak nol bekerja pada benda tersebut. Berarti jika

r e sul t a n g a y a nol, maka pusat massa d ari suatu benda tetap diam, atau

12

bergerak dengan k e ce p a tan konst an (tidak mengalami percepatan). Hal ini

berlaku jika dilihat dari k e r a n g ka ac u a n ine r sia l .

b. Hukum Kedua: sebuah benda dengan mas s a M mengalami gaya resultan

sebesar F akan mengalami p e r c e p a t a n a yang a rah n y a s ama dengan arah gaya,

dan besarnya berbanding lurus terhadap F dan berbanding terbalik terhadap M.

atau F=Ma. Bisa juga diartikan resultan gaya yang bekerja pada suatu benda

sama dengan turu n a n dari mo m e ntum l i n ea r benda tersebut terhadap w a k t u.

c. Hukum Ketiga: gaya aksi dan reaksi dari dua benda memiliki besar yang

sama, dengan arah terbalik, dan segaris. Artinya jika ada benda A yang

memberi gaya sebesar F pada benda B, maka benda B akan memberi gaya

sebesar –F kepada benda A. F dan –F memiliki besar yang sama namun

arahnya berbeda. Hukum ini juga terkenal sebagai hukum aksi-reaksi, dengan

F disebut sebagai a ksi d an –F adalah re a ksi n y a .

Ketiga hukum gerak ini pertama dirangkum oleh I s a a c N e wton d alam

karyanya Philosophiæ Natural i s Principia M athe m at i c a , pertama kali

diterbitkan pada 5 Juli 1687. Newton menggunakan karyanya untuk

menjelaskan dan meniliti gerak dari bermacam-macam benda fisik maupun

sistem. Contohnya dalam jilid tiga dari naskah tersebut, Newton menunjukkan

bahwa dengan menggabungkan antara hukum gerak dengan hukum g ra vi t a si

umu m , ia dapat menjelaskan hukum pe r g e r a kan p l a n e t m ilik K e ple r .

Hukum Kepler. Hukum gravitasi universal yang dirumuskan oleh Newton,

diawali dengan beberapa pemahaman dan pengamatan empiris yang telah

dilakukan oleh ilmuwan-ilmuwan sebelumnya. Mula-mula Copernicus

memberikan landasan pola berfikir yang tepat tentang pergerakan planet-

planet, yang semula dikira planet-planet tersebut bergerak mengelilingi bumi,

seperti pada konsep Ptolemeus. Copernicus meletakkan matahari sebagai pusat

pergerakan planetplanet, termasuk bumi, dalam gerak melingkarnya.

Kemudian dari data hasil pengamatan yang teliti tentang pergerakan planet,

yang telah dilakukan Tycho Brahe, Kepler merumuskan tiga hukum empiris

yang dikenal sebagai hukum Kepler mengenai gerak planet:

a. Hukum Kepler I. Semua planet bergerak dalam lintasan berbentuk elips

dengan matahari pada salah satu titik fokusnya.

13

b. Hukum Kepler II. Garis yang menghubungkan planet dengan matahari

akan menyapu daerah luasan yang sama dalam waktu yang sama.

c. Hukum Kepler III. Kuadrat perioda planet mengelilingi matahari

sebanding dengan pangkat tiga jarak rerata planet ke matahari. Hukum-

hukum Kepler ini adalah hukum empiris. Keplet tidak mempunyai

penjelasan tentang apa yang mendasari hukum-hukumnya ini. Kelebihan

Newton, adalah dia tidak hanya dapat menjelaskan apa yang mendasari

hukum-hukum Kepler ini, tetapi juga menunjukkan bahwa hukum yang

sama juga berlaku secara universal untuk semua benda-benda bermassa.

Fungsi Hukum Newton pada Survey GNSS:

Hukum Newton terkait pada Survey GNSS utamanya pada cara kerja, konsep

dan metode pengorbitan satelit dan keberlangsungan serta kehandalan dari

satelit tersebut. Hukum Newton yang digunakan pada prinsip substansial

satelit tersebut adalah Hukum Newton I dan Hukum Newton II. Hukum

Newton I yang berbunyi mengenai “hukum kelembaman” memiliki pengaruh

terhadap kinerja dari satelit. Satelit yang akan diedarkan ke lintasan orbit

tersebut dikenai gaya sebesar F yang bekerja mengenai benda, kemudian gaya

tersebut akan membuat benda dalam hal ini satelit tersebut bergerak

14

menembus atmosfer dan melakukan fungsinya dalam mengorbit pada lintasan

orbit satelit. Selain pada saat peluncuran dan pengorbitan, hukum ini juga

berpengaruh terhadap proses ranging dari sinyal elektromagnetik yang ada.

Hukum ini menyatakan bahwa jika r e sul t a n g a y a ( ju m lah v e ktor d ari semua

gaya yang bekerja pada benda) bernilai nol, maka k e c e p a tan b enda tersebut

konstan. Dirumuskan secara matematis menjadi:

Artinya :

Sebuah benda yang sedang diam akan tetap diam kecuali ada resultan

gaya yang tidak nol bekerja padanya.

Sebuah benda yang sedang bergerak, tidak akan berubah kecepatannya

kecuali ada resultan gaya yang tidak nol bekerja padanya.

Selain hukun Newton I, prinsip kerja dari satelit juga dapat ditemui pada

Hukum Newton II, dimana hukum II Newton berkaitan dengan kecepatan

danpercepatan atau biasa disebut dengan relativitas. Konsep relativitas yaitu

sebuah konsep dimana segala sesuatu yang ada di alam semesta ini tidak hanya

terdiri atau meliputi sistem sumbu X, Y dan Z saja (3D) tetapi juga terdapat

komponen waktu yang menyusunnya (4D). Dalam salah satu parameter fungsi

dari Survey GNSS utamanya dalam prinsip kerja satelit (satellite vehicle),

didapatkan fungsi persamaan matematis:

f(4D) = F(X, Y, Z, UTC)

Hukum II Newton menjelaskan mengenai konsep sistem orbital pada satelit

yang mana kecepatan dari satelit yang mengorbit akan dipengaruhi oleh massa

satelit tersebut, gaya yang mengenai benda dan arah berupa vektor.

Fungsi Hukum Kepler pada Survey GNSS

Hukum Kepler digunakan untuk aproksimasi orbit satelit dan benda-benda

yang mengorbit matahari. Prinsip Hukum Kepler baik Hukum I, II dan III

memiliki kaitan dengan GNSS dalam hal sistem orbital dari satelit itu sendiri

karena satelit buatan yang digunakan dalam Suvey GNSS utamanya pada

satelit GPS dan satelit GLONASS memiliki sistem orbit tertentu, satelit-satelit

tersebut mengorbit terhadap bumi untuk melaksanakan misinya dan bersama

15

bumi serta benda-benda lain yang mengorbit bumi ikut melakukan perputaran

untuk mengorbit kepada matahari. Sebuah sistem orbital tersebut harus

direncanakan, dirancang dan dibuat sedemikian rupa agar satelit GNSS

mampu melaksanakan misinya dengan maksimal.

Hukum Kepler I mengatakan bahwa “semua planet bergerak dalam lintasan

berbentuk elips dengan matahari pada salah satu titik fokusnya”. Hal itu juga

berlaku pada lintasan orbit satelit. Lintasan orbit satelit juga berbentuk elips

dan pepat pada ekuator langit. Memiliki satu titik fokus pada pusat massa bumi

(asumsi). Seperti pada Broadcast Ephemeris (BE) dan Precise Ephemeris (PE)

yaitu seperangkat/sejumlah koefisien yang digunakan untuk menentukan posisi

satelit pada orbit, dilakukan baik sebelum dan sesudah peluncuran.

Hukum Kepler II mengatakan bahwa “garis yang menghubungkan planet

dengan matahari akan menyapu daerah luasan yang sama dalam waktu yang

sama”, begitu juga pada sistem orbit satelit. Satelit mengorbit mengelilingi

bumi yang mana memiliki titik terdekat (perihelion) dan terjauh (aphelion).

Yang mana hal ini juga berpengaruh sebab gravitasi bumi dan matahari. Pada

lintasan orbit satelit ada yang dinamakan Elemen Keplerian. Elemen Keplerian

tersebut terdiri dari enam komponen yang menjadi penyusun serta salah sekian

dari parameter orbit satelit, seperti inklinasi, ascending node, dan sebagainya.

Hukum Kepler III lebih menjelaskan kepada massa planet dan tata surya. Akan

tetapi, hukum ini juga memberikan gambaran mengenai prinsip kerja dari

16

satelit itu sendiri yang luasan dari orbit terhadap bumi memiliki hitungan

matematis tertentu.

7. Jelaskan tentang World Trade Organization terhadap GPS dan GLONASS!

Jawab:

World Trade Organization adalah sebuah badan internasional resmi yang

mengurusi masalah perdagangan dan hubungan antar negara serta bangsa terkait

dengan peraturan serta hukum (rules and laws) yang mengatur perdagangan

tersebut, mengenai tata cara dan prosedur (procedural reports) melakukan

perdagangan serta urusan dalam hak paten (copyright) [WTO, 2014].

Satelit-satelit di dunia yang telah dibuat oleh beberapa negara seperti GPS,

GLONASS, GALILEO, BEIDO dan sebagainya tidak hanya diluncurkan dalam

rangka misi keilmuan saja, tetapi juga terlibat dalam misi praktis yangdalam hal

ini komersialisasi sangat mungkin dilakukan dan memang harus dilakukan. Hal itu

untuk menghindari adanya pencurian intelektual dan pembajakan terhadap hak

paten dari satelit tersbut. Baik masing-masing satelit tersebut satu sama lain

memiliki karakteristik yang berbeda-beda dan mungkin tujuan yang berbeda pula

tergantung pada pihak yang mengeluarkan atau negara yang memiliki otorita

spenuh terhadap kepemilikan satelit tersebut.

Setelah mengetahui dan memahami peran serta fungsi WTO dalam perdagangan

dunia. Hal ini erat kaitannya dengan komersialisasi satelit-satelit tersebut.WTO

juga memiliki hak dan ijin untuk mengeluarkan perijinan apakah satelit tersebut

diluncurkan secara legal dan sesuai prosedur. Selain itu, WTO juga memberikan

penanganan mengenai penjualan produk dari satelit tersebut secara legal dan

sesuai prosedur. Hal ini membuat WTO sebagai “polisi perdagangan” yang akan

„mengamankan‟, memberikan kenyamanan bagi pihak produsen maupun pemilik

otoritas penuh dari satelit yang diluncurkan serta konsumen yang akan merasakan

manfaatnya.

Seperti yang sudah dijelaskan, masing-masing satelit memiliki karakteristik yang

berbeda. Contohnya dua satelit positioning terbesar dan paling banyak digunakan

adalah GPS dan GLONASS.

K a r a k te r istik G P S : Satelit GPS menggunakan energi surya. Mereka

dilengkapi cadangan baterai untuk menjaga mereka tetap beroperasi ketika tidak

17

ada tenaga surya, yaitu pada saat terjadi gerhana matahari. Pendorong roket kecil

di setiap satelit menjaga mereka terbang di jalur yang benar.

Berikut adalah beberapa fakta menarik lainnya tentang satelit GPS (disebut juga

NAVSTAR, nama resmi untuk GPS dari Departemen Pertahanan Amerika

Serikat:

Satelit GPS pertama diluncurkan pada tahun 1978.

Konstelasi penuh dari 24 satelit dicapai pada tahun 1994.

Setiap satelit dibangun untuk bertahan sekitar 10 tahun. Penggantian satelit

secara kontinu terus dibangun dan diluncurkan ke orbit.

Sebuah satelit GPS memiliki berat sekitar 2.000 kilogram.

Kekuatan pemancar hanya 50 watt atau kurang dari itu.

Satelit GPS mengirimkan dua sinyal radio berdaya rendah, ditetapkan L1 dan L2.

GPS sipil menggunakan frekuensi L1 yaitu 1575,42 MHz pada pita UHF.

Perjalan sinyal secara line of sight, berarti sinyal tersebut melewati awan, kaca,

plastik, tapi sinyal tidak akan melalui benda-benda padat seperti gedung dan

pegunungan. Sebuah sinyal GPS mengandung tiga bit informasi yang berbeda,

yaiut kode pseudorandom, data ephemeris, dan data almanak. Kode

pseudorandom hanya sebuah kode I.D. yang mengidentifikasi satelit mana yang

mengirimkan informasi. Data ephemeris, yang secara konstan dikirimkan oleh

masing-masing satelit, berisi informasi penting tentang status satelit (sehat atau

tidak sehat), tanggal, dan waktu. Ini bagian dari sinyal yang sangat penting untuk

menentukan posisi. Sedangkan data almanak memberitahu receiver GPS di mana

posisi seharusnya dari setiap satelit GPS sepanjang hari. Setiap satelit

mengirimkan data almanak yang menampilkan informasi orbit untuk satelit

tersebut dan satelit lainnya yang ada dalam sistem.

K a r a k te r istik G LON A S S : GLONASS adalah singkatan untuk Global Sistem

Navigasi Satelit, sistem GNSS saat ini dioperasikan oleh Departemen Pertahanan

Rusia. Program ini pertama kali dimulai oleh Uni Soviet, dan saat ini di bawah

naungan Commonwealth of Independent States (CIS). Uji-satelit diluncurkan ke

orbit pada tanggal 12 Oktober 1982. Konstelasi GLONASS selesai pada 1995

(FOC). Namun, setelah completition, system terdegradasi dengan runtuhnya

perekonomian Russia. Awal 2001, Rusia berkomitmen untuk mengembalikan

18

sistem.

GLONASS Constellation 21 satelit (+3 cadangan aktif) pada ketinggian 19.100

km, satelit mendistribusikan lebih dari 3 orbital pesawat (8 satelit per pesawat)

yang letak kemiringan terhadap ekuator adalah 64,8°. satelit pada ketinggian

19.100 km, periode revolusi dari satelit adalah 11h 16. Pelengkap Sistem

GLONASS memerlukan 24 satelit fungsional. Pada tahun 2009, 17 satelit yang

telah beroperasi dan 10 satelit tambahan yang harus diluncurkan. SIGNAL

GLONASS Serupa dengan GPS, setiap satelit GLONASS mentransmisikan dua

kode (C / A dan P) pada dua frekuensi (L1 dan L2) yang memungkinkan untuk

menghilangkan kesalahan signal dari ionosfer. Namun, untuk GPS, setiap satelit

mentransmisikan kode yang sama, sedangkan untuk GLONASS. Satelit

GLONASS emmit masing-masing signal ditranmisikan pada frekuensi yang

berbeda. Frekuensi rata-rata untuk L1 adalah di sekitar 1602MHz (antara 1597

dan 1617MHz) dan untuk L2 adalah 1246 MHz (antara 1240 dan 1260MHz).

8. Mengapa sinyal GNSS hanya mampu menembus atmosfer?

Jawab:

Sinyal GNSS merupakan sinyal yang menggunakan gelombang elektromagnettik

untuk merambat di atmosfer.

K a r a k te r istik g e l o m b a n g e lekt r o m ag n e ti k : Gelombang Elektromagnetik adalah

gelombang yang dapat merambat walau tidak ada medium. Energi

elektromagnetik merambat dalam gelombang dengan beberapa karakter yang bisa

diukur, yaitu: panjang gelombang/wavelength, frekuensi, amplitude/amplitude,

kecepatan. Amplitudo adalah tinggi gelombang, sedangkan panjang gelombang

adalah jarak antara dua puncak. Frekuensi adalah jumlah gelombang yang melalui

suatu titik dalam satu satuan waktu. Frekuensi tergantung dari kecepatan

merambatnya gelombang. Karena kecepatan energi elektromagnetik adalah

konstan (kecepatan cahaya), panjang gelombang dan frekuensi berbanding

terbalik. Semakin panjang suatu gelombang, semakin rendah frekuensinya, dan

semakin pendek suatu gelombang semakin tinggi frekuensinya. Energi

elektromagnetik dipancarkan, atau dilepaskan, oleh semua masa di alam semesta

pada level yang berbedabeda. Semakin tinggi level energi dalam suatu sumber

energi, semakin rendah panjang gelombang dari energi yang dihasilkan, dan

19

semakin tinggi frekuensinya. Perbedaan karakteristik energi gelombang digunakan

untuk mengelompokkan energi elektromagnetik.

a. Perubahan medan listrik dan medan magnetik terjadi pada saat yang

bersamaan, sehingga kedua medan memiliki harga maksimum dan minimum

pada saat yang sama dan pada tempat yang sama.

b. Arah medan listrik dan medan magnetik saling tegak lurus dan keduanya tegak

lurus terhadap arah rambat gelombang.

c. Gelombang elektromagnetik merupakan gelombang transversal.

d. Gelombang elektromagnetik mengalami peristiwa pemantulan, pembiasan,

interferensi, dan difraksi. Juga mengalami peristiwa polarisasi karena

termasuk gelombang transversal.

e. Cepat rambat gelombang elektromagnetik hanya bergantung pada sifat-sifat

listrik dan magnetik medium yang ditempuhnya.

K a r a k te r istik a t m os f e r : Atmosfer adalah campuran gas yang menyelubungi

permukaan bumi. Campuran gas ini mengitari bumi karena ditarik oleh gaya

gravitasi yang ada pada bumi, campuran gas ini disebut dengan udara. Lapisan gas

tersebut mengelilingi bumi dengan ketebalan yang sulit untuk ditentukan secara

teliti, namun ketebalan rata-rata dari atmosfer ini ditentukan kira-kira sebesar 500

km [Spiegel & Grubber, 1983].

Udara bercampur secara baik di atmosfer. Meskipun bercampur, atmosfer

mempunyai perbedaan-perbedaan yang signifikan dalam temperatur dan tekanan

dalam setiap perbedaan ketinggiannya. Perbedaan ini didefinisikan ke dalam

sejumlah lapisan atmosfer. Atmosfer ini biasanya dibagi menjadi daerah-daerah

atau lapisan-lapisan tertentu menurut suhu atau temperatur, muatan listriknya,

ionisasinya, medan magnetnya, perambatannya dan lainnya sesuai dengan

keperluan yang berbeda-beda. [Seeber, 1993].

Lapisan atmosfer yang akan sangat berpengaruh terhadap perambatan gelombang

utamanya gelombang elektromagnetik sebagai gelombang utama untuk sinyal

GPS yaitu: lapisan troposfer dan lapisan ionosfer. Pada lapisan troposfer terdapat

banyak kandungan uap air dan akan mengalami penurunan secara drastis apabila

mengalami perubahan ketinggian (semakin tinggi, uap air semakin berkurang).

Sedangkan lapisan ionosfer merupakan lapisa yang banyak terkandung dengan

elektron.

20

Karakteristik GPS dan Sinyal: GPS adalah sistem radio navigasi dan penentuan

posisi menggunakan satelit. Sistem GPS dibangun oleh tiga segmen utama yaitu:

segmen ruang angkasa, segmen sistem kontrol dan segmen penerima [Abidin,

2007]. Satelit GPS memancarkan sinyal-sinyal untuk menginformasikan tentang

posisi satelit, jarak dari receiver beserta informasi waktunya, informasi

kelayakgunaan satelit serta informasi pendukung lainnya seperti parameter untuk

perhitungan koreksi jam satelit, parameter model ionosfer satu frekuensi (model

Klobuchar), transformasi waktu GPS ke UTC (Universal Time Coordinate) dan

status konstelasi satelit. Pada dasarnya sinyal GPS dibagi menjadi 3 komponen:

a. Penginformasian jarak (kode) yang berupa kode-P(Y) dan kode-C/A.

b. Penginformasi posisi satelit (navigation message)

c. Gelombang pembawa (carrier wave) L1 dan L2

Dalam perambatannya dari satelit hingga ke pengamat di permukaan bumi, sinyal

GPS harus melalui media ionosfer dan troposfer, dimana dalam kedua lapisan

tersebut, sinyal akan mengalami refraksi serta perlambatan atau percepatan

(atmospheric attenuation) dalam lapisan troposfer. Di samping itu, sinyal GPS

juga dapat dipantulkan oleh benda-benda dis ekitar pengamat sehingga dapat

mengakibatkan multipath, yaitu fenomena dimana sinyal GPS yang diterima oleh

antena melalui dua atau lebih jalur yang berbeda baik langsung maupun tidak

langsung [Abidin, 2007].

Oleh karena itulah kenapa sinyal GNSS dalam hal ini GPS dan GLONASS tentu

saja hanya bisa merambat melalui atmosfer karena sinyal yang digunakan adalah

berupa gelombang elektromagnetik dan gelombang elektromagnetik memiliki

karakteristik fisika dimana dia bisa merambat pada media yang tanpa medium.

Selama densitas dari medium yang digunakan (atmosfer) tidak besar nilainya

maka gelombang elektromagnetik mampu menembusnya. Lapisan troposfer dan

ionosfer pada atmosfer juga turut memberikan perubahan berupa distorsi terhadap

perambatan gelombang elektromagnetik tersebut. Dan itulah mengapa pemetaan

dan penentuan posisi dasar laut (batimetri) tidak menggunakan gelombang

21

elektromagnetik melainkan gelombang sonar karena kemampuan dari

elektromagnetik untuk menembus medium dengan densitas massa besar sangat

kecil kemungkinannya.

9. Jelaskan tentang cara/metodologi inisialisasi orbit satelit GPS/GLONASS!

Jawab:

Jika unit penerima GPS dihidupkan dan telah menentukan suatu posisi untuk

pertama kalinya, di waktu berikutnya dihidupkan lagi, unit penerima GPS tersebut

akan menggunakan data orbit satelit yang telah disimpan sebelumnya dan juga

posisi pematian terakhir kali dari unit penerima untuk menerima dan menghitung

dengan cepat koordinat lokasi saat ini tanpa memerlukan waktu yang lama untuk

menunggu informasi satelit.

I n is i al i s a si G P S dengan pengamatan minimal 4 satelit digunakan untuk

menghitung parameter posisi (XYZtime) dan hasil DOP (Dilution of Precision)

yang relatif stabil. Setelah parameter T (time) GPS telah didapatkan dari inisialisasi

awal, data ini diinjeksikan ke IMU sehingga waktu IMU sama dengan waktu GPS,

sebagai catatan waktu akurat menjadi patokan integrasi GPS/INS. Time pada IMU

digunakan untuk menyesuaikan sumbu-sumbu orientasinya dan secara iterative

mencari arah utara pendekatan.

10. Buktikan bahwa kesalahan blunder dan sistematik akan memberikan

dampak yang luar biasa terhadap positioning yang menggunakan metode

ekstraterestrial!

Jawab:

22

Sumber-sumber kesalahan ada tiga :

a. Kesalahan Blunder

Kesalahan ini tidak selalu terjadi pada setiap survei, bisa dikarenakan:

- Manusia (kemampuan)

- Instrumen

Kesalahan ini harus dihilangkan dengan cara mengganti alat maupun surveyornya,

karena kesalahan ini berpengaruh pada kegiatan akuisisi data, processing dan

preparation. Pada kesalahan ini, harus mengikuri prosedur penggunaan alat,

maupun prosedur pengkuran yang di butuhkan.

b. Kesalahan Sistematik

Kesalahan sistematik juga tidak selalu terjadi pada setiap survei yang dilakukan.

Kesalahan ini dapat terjadi dikarenakan:

- Ketidak sempuranaan alat

- Lingkungan yang harus diperhitungkan

- Ketidak sempurnaan indra manusia

Kesalahan ini tidak dapat dihilangkan dan hanya dapat diminimalisir dengan cara

memperbanyak jumlah data yang di dapat dengan merekam sebanyak mungkin

sinyal (ranging). Hal ini dapat dilakukan dengan:

- Menambah window observation

- Menambah jumlah receiver

- Menambah sinyal satelit yang terekam

c. Kesalahan Random

Kesalahan ini pasti terjadi pada setiap pengukuran dan tidak dapat dihindari

namun berhubungan dengan akurasi dan presisi. Dimana presisi adalah data yang

konsisten dan menempati pada suatu nilai tertentu sedangkan akurasi adalah nilai

sebenarnya dari suatu pengukuran.

Pada metode ekstra terestrial seperti positioning menggunakan satelit GPS

maupun Glonass kesalahan blunder dan sistematik dari satelit sendiri sudah pasti

dihilangkan, dan hanya tinggal kesalahan random. Namun, dalam proses akuisisi

survei GNSS di lapangan bisa saja terjadi kesalahan blunder,sistematik maupun

23

random dengan sebab sebab seperti yang sudah di jelaskan diatas.

24

Kesalahan blunder maupun sistematik akan berdampak pada

positioning

metode ekstra terestrial dengan dibuktikan dengan elips kesalahan. Dimana jika

elips kesalahan semakin besar, maka semakin kecil kepresisian dari data yang

dihasilkan. Begitu pula sebaliknya. Bentuk, ukuran serta orientasi dari suatu

ellips kesalahan relatif umumnya direpresentasikan dengan parameter-

parameter setengah sumbu panjang (a), setengah sumbu pendek (b) serta sudut

jurusan dari sumbu panjang ellips kesalahan (t). Ketiga parameter tersebut dapat

dihitung berdasarkan pada matriks kovarians dan standar deviasi(S0) dari hasil

proses perataan.

11. Jelaskan tentang konsep linearisasi ranging! Mengapa dibutuhkan

linearisasi?

Jawab:

K o n s e p d a r i r a n gi n g sat e l i t G NSS adalah ketika pada epok waktu tertentu satelit

menyampaikan sinyal gelombang kepada receiver yang ada di permukaan

topografi bumi. Receiver tersebut kemudian menangkap sinyal yang didapatkan

pada saat broadcast ephemeris satelit. Jadi, receiver mampu menangkap sinyal dari

satelit lewat medium atmosfer. Sinyal yang ditangkap berupa sinyal radio berupa

gelombang elektromagnetik. Ketika menembus atmosfer terdapat koreksi-koreksi

berupa koreksi troposfer dan ionosfer. Ketika informasi Broadcast Ephemeris

satelit diperoleh receiver. Maka receiver akan merekam data tersebut ke dalam

storage yang ada.

Data hasil dari ranging sinyal tersebut berupa data waktu seperti clock offset,

frequency offset dan frequency rate. Data waktu yang didapatkan dari sebuah

sinyal satelit akan dirumuskan dalam persamaan matematis. Pada satelit GPS, data

sinyal berupa clock data tersebut membentuk persamaan kuadrat atau yang disebut

dengan persamaan pseudorange. Kesalahan pseudorange tersebut harus

dilinearisasikan sebagai bentuk koreksi terhadap clock data tersebut. GPS

beroperasi pada prinsip bahwa semua satelit harus disinkronisasikan terhadap GPS

master time. Maka dari itu, pengukuran pseudorange harus memberikan basis

waktu umum atau solusi posisi akan sangat tak akurat. Satellite clock,

bagaimanapun tidak saling bersinkronisasi satu sama lain. Maka dari itu, US Air

Force selaku pemilik otoritas resmi GPS memonitor setiap satelit dan secara

25

teratur melakukan uploading koreksi waktu terhadap parameter yang ada dan

dapat digunakan oleh pengguna umum GPS.

Persamaan matematis pseudorange:

Koreksi clock secara single line:

Koreksi clock yang sudah dilakukan hitungan matematis (dual line):

Parameter hasil linearisasi (dalam matriks):

12. Kapan Anda wajib mendiskusikan tentang “random error” untuk positioning

menggunakan linearisasi?

Jawab:

Ran d om E r r or atau kesalahan acak merupakan salah satu kesalahan dan bias

yang terdapat dalam pengukuran. Macam-macam kesalahan dan bias dalam

26

pengukuran sendiri ada beberapa macam yaitu: kesalahan blunder, kesalahan

sistematis dan juga kesalahan acak. Kesalahan acak merupakan salah satu jenis

kesalahan yang pasti dan jelas akan terjadi dalam suatu pengukuran. Sumber dari

kesalahan acak atau random error ini biasanya “unknown” atau tidak diketahui

bisa saja terjadi dan benar-benar terjadi hanya padaa saat pebgukuran dilakukan

dan selebihnya tidak terjadi bisa dari internal maupun eksternal.

Ketika berbicara tentang pengukuran Survey GNSS yang berhadapan dengan

kodisi ekstraterestrial yang tidak menentu ukuran cuaca, keadaan dan sebagainya

tentu saja akan terjadi kesalahan error seperti dalam proses ranging sinyal. Hasil

dari ranging sinyal antara satelit GNSS menuju ke receiver tidak selalu berjalan

mulus. Pasti akan ada hasil ukuran pada suatu epoch tertentu akan mengalami

banyak obstruksi atau noise. Distorsi tersebut sebagai salah satu wujud random

error. Pada ranging sinyal ambil contoh dalam satelit GPS, yang menggunakan

perambatan informasi berupa clock data maka akan didapatkan persamaan

matematis pseudorange. Persamaan pseudorange tersebut harus dikoreksikan agar

bisa menjadi linear.

K e n a p a l in e a r isa si ? Hal itu dilakukan agar kesalahan bisa diminimalisir sekecil

mungkin. Pada proses linearisasi dilakukan proses iterasi hingga data kesalahan

bisa nilainya sangat kecil.

Random error bisa didiskusikan dalam tahap pengolahan data dan pengolahan

hasil. Jika data yang didapatkan akurat atau setidaknya presisi, maka kesalahan

random bisa saja kecil. Tetapi ketika ada data atau beberapa data yang sangat jauh

berbeda dari data lain yang didapatkan perlu diwaspadai adanya random error.

Oleh karena itu diperlukan linearisasi pada proses tersebut.

Kesalahan random memang tak dapat dihindari dalam pengukuran. Akan tetapi,

ada yang namanya TOR (Term of References) sebagai acuan maksimal serta

standar minimal suatu pengukuran diijinkan begitu juga dengan pengukuran

ekstraterestrial.

13. Buktikan bahwa konsep metode absolut dan relatif statik berbeda secara

signifikan!

Jawab:

27

Dalam penentuan posisi menggunakan GNSS, dikenal dua metode

penentuanposisi secara umum, antara lain metode penentuan posisi secara absolute

dan metode relative.

Metode penentuan posisi secara absolute atau yang lebih dikenal dengan point

positioning merupakan penentuan posisi suatu titik secara mandiri dimanasuatu

posisi suatu titik direferensikan terhadap pusat dari system koordinat. Metode ini

merupakan desain awal dari penentuan posisi dengan teknologi GNSS. Dalam

penentuannya, posisi titik yang ditentukan tidak bergantung pada titik lainnya,

maka receiver yang digunakan hanya satu buah.

Metode Absolute Static & Kinematic

Sedangkan metode penenntuan posisi secara relative pada dasarnya adalah

pengamatan posisi satelit GNSS dalam konstelasi yang sama secara bersamaan

dengan rentang waktu yang sama danbertujuan untuk menentukan posisi relatif dua

atau lebih stasiun pengamatan serta menentukan jarak antara dua stasiun atau lebih

yang dikenal dengan jarak basis (baseline). Dalam metode ini posisi suatu titik

ditentukan relatif terhadap titik lainyang sudah diketahui koordinatnya. Titik – titik

yang akan ditentukan posisinya tidak bergerak. Bisa menggunakan data

pseudorange dan/atau data fase. Ukuran lebih pada suatu epok pengamatan

biasanya banyak. Keandalan dan ketelitian posisi yang diperoleh umumnya tinggi.

Aplikasinya untuk penentuan titik –titik kontrol untuk survey pemetaan maupaun

survey geodetic.

26

Metode Relatif Statik

karakteristik Metode

absolute

Metode

relative static

Jumlah antenna tunggal ≥ 2

Status antenna tidak ada sama

Jenis antenna pasif pasif/aktif

Infrastruktur

tambahan

tidak ada tidak ada

27

TI tidak ada tidak ada

Luaran

koordinat

sesaat Pasca

pengukuran

14. Buktikan bahwa relatif kinematik berbasis radio dan NTRIP berbeda secara

signifikan!

Jawab:

Positioning dengan metode relatif berbasis radio adalah penentuan posisi

berbasiskan pada carier phase (beda fase). Prinsip penentuan posisi ini

menggunakan satu stasiun penerima sinyal dan beberapa rover yang dapar

bergerak. Statiun referensi penerima sinyal carrier phase dan unit rover yang

bergerak membandingkan pengukuran fase itu sendiri dengan membandingkan

pengukuran fase yang diterima dari stasiun referensi (base stasion) sehingga

nantinya didapat data koreksi yang dibutuhkan untuk pengukurannya secara Real

Time.

RTK NTRIP adalah sebuah metode pengukuran dengan menggunakan GNSS

Geodetik dengan cara mengirimkan koreksi data GNSS dalam format RTCM

melalui internet sehingga dapat ditentukan koordinat posisi secara real time.

NTRIP dikembangkan untuk aplikasi yang menggunakan transmisi protocol yang

berbasis HTTP (Hyper Text Transfer Protocol) yang nantinya digunakan sebagai

transfer data. Pengukuran NTRIP dibutuhkan sebuah sim card yang nantinya

digunakan untuk koneksi ke internet.

28

karakteristik Metode

Radio

Metode

relative

NTRIP

Jumlah antenna tunggal ≥ 2

Status antenna tidak ada sama

Jenis antenna pasif pasif/aktif

Infrastruktur

tambahan

tidak ada tidak ada

TI tidak ada tidak ada

Luaran

koordinat

sesaat Pasca

pengukuran

15. Ketika melakukan pengolahan data untuk metode relatif statik berupa jaring

Anda dihadapkan pada permasalahan titik ikat (free network adjustment)

minimal constraint dan full constraint. Buktikan bahwa hal tersebut berbeda

secara signifikan!

Jawab: Perataan jaringan (network adjustment) untuk menentukan koordinat

akhir dari titik-titik kerangka dalam jaringan, baik dengan metode perataan jaring

bebas (free network adjustment) maupun perataan jaring terikat (constrained

29

network adjustment). Pada perataan jaringan, vektor-vektor baseline yang telah

dihitung sebelumnya secara sendiri-sendiri, dikumpulkan dan diproses dalam

suatu hitung perataan jaringan (network adjustment) untuk menghitung koordinat

final dari titik-titik dalam jaringan GPS yang bersangkutan. Hitung perataan

jaringan ini menggunakan metode perataan kuadrat terkecil (least squares

adjustment). Perataan jaringan GPS umumnya dilakukan dalam dua tahap, yaitu

perataan jaring bebas (free network adjustment) dan perataan jaring terikat

(constrained network adjustment).

Perataan jaring bebas dilakukan dengan hanya menggunakan satu titik tetap dan

dimaksudkan untuk mengecek konsistensi data vektor baseline, satu terhadap

lainnya. Setelah melalui tahapan perataan jaring bebas dan kontrol kualitasnya,

selanjutnya vektor-vektor baseline yang „diterima‟ diproses kembali dalam

perataan jaring terikat. Pada perataan ini semua titik tetap digunakan, dan

koordinat titik-titik yang diperoleh dan sukses melalui proses kontrol kualitas akan

dianggap sebagai koordinat yang final. Perataan jaring terikat diklasifikasikan

menjadi kalsifikasi jaring titik kontrol horizontal. Kasifikasi suatu jaring kontrol

didasarkan pada tingkat presisi dan tingkat akurasi dari jaring yang bersangkutan,

yang tingkat presisi diklasifikasikan berdasarkan kelas, dan tingkat akurasi

diklasifikasikan berdasarkan orde.

Kelas suatu jaring titik kontrol horizontal ditentukan berdasarkan panjang sumbu-

panjang (semi-major axis) dari setiap elips kesalahan relatif (antar titik) dengan

tingkat kepercayaan (confidence level) 95% yang dihitung berdasarkan statistik

yang diberikan oleh hasil hitung perataan jaringan kuadrat terkecil terkendala

minimal (minimal constrained ). Dalam hal ini panjang maksimum dari sumbu-

panjang elips kesalahan relatif 95% yang digunakan untuk menentukan kelas

jaringan adalah :

r = c ( d + 0.2 )

dengan pengertian :

r = panjang maksimum dari sumbu-panjang yang diperbolehkan, dalam mm;

c = faktor empirik yang menggambarkan tingkat presisi survei;

d = jarak antar titik , dalam km.

30

Orde suatu jaring titik kontrol horizontal ditentukan berdasarkan panjang

sumbu-panjang ( semi-major axis ) dari setiap elips kesalahan relatif (antar titik)

dengan tingkat kepercayaan ( confidence level ) 95% yang dihitung berdasarkan

statistik yang diberikan oleh hasil hitung perataan jaringan kuadrat terkecil. Dalam

penentuan Orde, hitung perataan jaringannya adalah hitung perataan berkendala

penuh (full constrained). Dalam hal ini panjang maksimum dari sumbu-panjang elips

kesalahan relatif (satu deviasi standar) yang digunakan juga dihitung berdasarkan

persamaan di atas.

Berdasarkan nilai faktor c tersebut, dapat dibuat kategorisasi orde jaring titik

kontrol horizontal yang diperoleh dari suatu survei geodetik, seperti yang diberikan

pada Tabel 2.

Dalam klasifikasi jaring titik kontrol perlu diingat bahwa orde yang ditetapkan untuk

suatu jaring titik kontrol :

31

tidak boleh lebih tinggi orde jaring titik kontrol yang sudah ada

yang

digunakan sebagai jaring referensi (jaring pengikat);

tidak lebih tinggi dari kelasnya.

Pada prinsipnya hitung perataan jaringan ini akan berguna untuk beberapa hal,

yaitu :

untuk menciptakan konsistensi pada data-data ukuran vektor baseline ,

untuk mendistribusikan kesalahan dengan cara yang merefleksikan

ketelitian

pengukuran,

untuk menganalisa kualitas dari baseline-baseline, serta

untuk mengidentifikasi baseline-baseline serta titik-titik kontrol yang perlu

„dicurigai‟.

Secara ilustratif, kegunaan dari perataan jaringan ditunjukkan pada Gambar 6.35.

Pada gambar ini ditunjukkan bahwa sebelum perataan jaringan dilakukan, baseline-

baseline belum terintegrasi secara benar dan konsisten, dan koordinat titik-titik

juga belum unik. Setelah hitung perataan, baseline-baseline akan terintegrasi secara

benar dan konsisten, titik-titik akan mempunyai koordinat yang unik. Perlu dicatat

di sini bahwa perangkat lunak untuk perhitungan jaringan dapat merupakan bagian

(modul) dari perangkat lunak komersil pengolahan data GPS, maupun perangkat

lunak perataan jaringan yang khusus, seperti perangkat lunak

GEOLAB

Untuk mengecek kualitas dari koordinat yang diperoleh dari hitung perataan

jaringan, ada beberapa indikator kualitas yang dapat dipantau, yaitu antara lain :

32

rms (root mean squares), harga minimum dan maksimum, serta standar

deviasi dari residual,

faktor variansi a posteriori,

matriks variansi kovariansi dari koordinat,

dimensi dari ellips kesalahan relatif dan absolut,

hasil dari test statistik terhadap residual maupun koordinat,

jumlah vektor baseline yang ditolak (outliers ), dan

perbedaan harga-harga statistik antara yang diperoleh dari hitung perataan

jaring bebas dan dari hitung perataan jaring terikat.

16. Ketika akuisisi data menggunakan metode relatif kinematik berbasis radio,

Anda membutuhkan base station. Mengapa? Buktikan konsep

matematiknya!

Jawab:

Karena base digunakan untuk merekam gelombang satelit GNSS

dan memberikan koreksi differensial terhadap rover.

Model Matematis Metode Penentuan Relatif Kinematik

Dimana p dan q adalah satelit GNSS, sedangkan k adalah receiever yang diam atau

33

base sedangkan k adalah receiver yang bergerak adalah rover . C/A dan P/Y adalah

codes.

17. Ketika Anda melakukan akuisisi data metode relatif kinematik berbasis

NTRIP, Anda membutuhkan berbagai macam koreksi (salah satunya koreksi

differensial). Mengapa? Buktikan secara konseptual!

Jawab:

Me toda N e t w o r k R T K yaitu penentuan posisi suatu titik di lapangan dengan

memberikan koreksi kepada hasil koordinat absolute pada ttik tersebut, dimana

koreksi tersebut didapatkan dari hasil pengolahan data efemeris dari semua

Stasiun referensi diwilayah yang bersangkutan yang di hitung dengan

software applikasi pada server stasiun pengendali. Pengiriman Data efemeris

dari stasiun referensi ke server stasiun pengendali dapat

menggunakan jaringan internet dan menghasilkan koreksi (koreksi besaran

absolute ke besaran differensial antara rover dan stasiun referensi).

Pengiriman posisi absolute suatu Rover ke stasiun pengendali dan pengiriman

koreksi dari Server stasiun pengendali ke rover biasanya mengunakan mobile

phone yang memiliki fasilitas GPRS (General Package Radio Service).

K o r e k si d if f ere n sial (d i ff ere n c i n g t e c hn i qu e s) merupakan salah satu cara untuk

melakukan koreksi terhadap ambiguitas data. Differencing technique adalah

teknik untuk mengeliminasi dan mereduksi dari berbagai kesalahan dan bias

pada data fase dengan cara menyelisihkan dua besaran pengamatan fase.

Beberapa teknik differencing, yaitu single difference, double difference, triple

difference.

Single difference adalah teknik yang dilakukan antar receiver. Jika ada dua

titik dan satu satelit yang terlibat, missal titik A dan titik b dengan satelit J.

Persamaan fase untuk kedua titik tersebut seperti persamaan I.5 dan I.6.

34

Double difference adalah teknik differencing yang dilakukan antar satelit.

Jika ada dua titik dan dua satelit yang terlibat, misal titik A dan titik B dengan

satelit J dan satelit K. Double difference merupakan gabungan dari dua

persamaan single difference, dapat dimodelkan seperti persamaan I.9 dan

persamaan I.10.

Pada teknik double differencing, maka bias jam receiver dapat dieliminasi

namum menyisakan efek troposfer, efek ionosfer, multipath dan ambiguitas fase.

Pada penelitian ini efek troposfer yang masih ada tersebut di eliminir dengan

menerapkan model koreksi Saastamoinen seperti pada persamaan I.3 dan I.4.

35

Triple difference adalah teknik differencing yang dilakukan dari dua data

pengamatan double difference dengan epok yang berbeda. Apabila adalah

epok pertama dan adalah epok kedua maka dapat dibuat persamaan I.13 dan

I.14:

K e s i m pu la n . Perlunya dilakukan koreksi differensial adalah untuk mendapatkan

hasil pengukuran yang bebas dari kesalahan ambiguitas psedorange.

A m b ig u itas f ase adalah jumlah gelombang penuh yang tidak terukur oleh

receiver GPS pada saat pengukuran. Semakin panjang baseline maka kesalahan

ambiguitas fase akan semakin besar. Ambiguitas fase sulit dipisahkan dari

efek kesalahan jam receiver dan jam satelit. Penentukan harga ambiguitas

fase dapat dilakukan dengan pengamatan double difference (Sunantyo, 2003).

Pada RTK NTRIP selain dari koreksi terhadap ambiguitas fase juga terdapat

beberapa kesalahan yang harus dikoreksikan yaitu:

K e tida kp astian e ph emer i s . Ketidakpastian ephemeris adalah kesalahan

dimana posisi satelit yang dilaporkan oleh satelit berbeda dengan posisi

satelit yang 9 sebenarnya. Pada dasarnya terdapat tiga faktor yang

menyebabkan hal tersebut yaitu kurang teleti pada proses perhitungan orbit

satelit, kesalahan dalam prediksi orbit untuk periode waktu setelah uploading,

penerapan Selective Availability. Kesalahan ephemerismempengaruhi ketelitian

dari koordinat yang ditentukan. Efek kesalahan ephemeris akan semakin besar

jika semakin panjang baseline yang diamati. Terdapat beberapa cara untuk

mereduksi efek dari kesalahan ephemeris yaitu menerapakan meteode

differential positioning, memperpendek panjang baseline, memperpanjang

interval waktu pengamatan, menentukan parameter kesalahan ephemeris

dalam proses estimasi hitungan, gunakan precise ephemeris atau rapid ephemeris

(Abidin, 1995).

K e tida kpa stian jam r ece iv e r . Ketidakpastian jam receiver adalah kesalahan

dimana terdapat ketidaksesuaian antara jam receiver dengan jam satelit. Hal

ini disebabkan oleh osilator pada kebanyakan receiver GPS terbuat dari

36

quartz crystal. Osilator tersebut memiliki kelemahan yaitu sangat sensitif

terhadap perubahan temperatur, getaran, dan goncangan (Sunantyo, 2003).

K e tida kp astian j a m s a te l i t . Sistem waktu pada satelit GPS didefinisikan

menggunakan jam atom. Walupun begitu dikarenakan perubahan waktu jam

tersebut akan mengalami penyimpangan (offset, drift dan drift-rate).

Penyimpangan tersebut akan menyebabkan ketidakpastian jam satelit (Abidin,

1995).

E f e k i o n o s f e r . Lapisan ionosfer terdapat pada ketinggian 50 km saampai 1000

km di atas permukaan bumi. Pada lapisan ionofer terdapat elektron bebas.

Elektron bebas tersebut mempengaruhi propagasi sinyal satelit. Efek dari

ionosfer terbesar terdapat pada kecepatan sinyal yang nantinya akan

mempengaruhi hasil ukuran jarak. Ionosfer memperlambat pseudorange dan

mempercepat fase dari sinyal satelit. Besar dan kecilnya efek ionosfer

tergantung pada konsentrasi elektron sepanjang lintasan sinyal serta dari

sinyal yang bersangkutan. Besarnya efek ionosfer dapat direduksi dengan

beberapa cara seperti menggunakan data GPS dua frekuensi, melakukan

differencing hasil pengamatan, memperpendek panjang baseline, melakukan

pengamatan pagi atau malam hari, menggunakan model prediksi global

ionosfer, menggunakan parameter koreksi yang dikirimkan oleh sistem Wide

Area DifferentialGPS (Abidin, 1995).

M u lti p a t h . Multipath adalah fenomena dimana sinyal satelit GPS tiba di

antena melalui dua atau lebih lintasan yang berbeda (Sunantyo, 2003). Tidak ada

model umum untuk menentukan besarnya efek multipath. Besarnya efek

multipath bergantung pada beberapa faktor seperti jenis dan posisi reflektor,

posisi relatif satelit, jarak reflektor ke antenna, panjang gelombang sinyal,

kekuatan sinyal dan lain-lain. Kombinasi data pseudorange dan fase pada dua

frekuensi (L1 dan L2) dapat mereduksi efek multipath.

Untuk itulah diperlukan adanya Differencing GPS atau koreksi differensial pada

GNSS utamanya pada GPS RTK NTRIP.

18. Ketika Anda melakukan positioning berbasis NTRIP, bisa dilakukan dengan

single-base dan network base. Buktikan bahwa kedua hal tersebut berbeda

secara signifikan!

Jawab:

37

Sistem RTK (Real Time Kinematik) adalah suatu sistem penentuan posisi real

time secara differensial menggunakan data fase. Dalam hubungannya untuk

memberikan data real time, stasiun referensi harus mengirimkan data fase dan

pseudorange kepada pengguna secara real time menggunakan sistem pemancar

dan penerima data yang dapat berfungsi dengan baik sehingga komunikasi data

dapat berjalan dengan baik. Sistem RTK dapat digunakan untuk penentuan posisi

obyek-obyek yang diam atau obyek yang bergerak, sehingga sistem RTK tidak

hanya dapat melaksanakan survey GPS real time tetapi juga dapat melakukan

navigasi dengan ketelitian yang tinggi.

Pada RTK terdapat dua macam tipe yaitu Single Base RTK dan Network RTK.

Berikut adalah penjelasan masing-masing dan keduanya memiliki perbedaan yang

signifikan.

a. Single Base RTK

Merupakan suatu pengamatan differensial dengan menggunakan dua receiver

GNSS yang bekerja secara simultan dengan menggunakan data fase. Koreksi

yang diberikan dikirimkan satu arah dari base station melalui transmisi radio.

Salah satu hal yang membatasi metode ini adalah baseline yang panjang antara

receiver dengan stasiun referensi akan mengurangi ketelitian posisi yang

diberikan karena semakin jauh jarak baseline, proses pemecahan resolusi

ambiguitas antara stasiun referensi dengan receiver sulit untuk dilakukan.

b. Network RTK

Metode ini biasa disebut NRTK adalah suatu metode penentuan posisi secara

differensial yang merupakan pengembangan dari single base RTK. Prinsip

kerja NRTK adalah dengan perekaman data yang dilakukan oleh stasiun-

stasiun referensi dari satelit GNSS secara kontinyu yang kemudian disimpan

dan dikirim ke server NRTK melalui jaringan internet. Data yang dikirimkan

dalam format data mentah yang oleh server digunakan sebagai bahan untuk

melakukan koreksi data yang dapat digunakan oleh pengguna. Data tersebut

diolah dan disimpan dalam bentuk RINEX yang dapat digunakan untuk post

processing ataupun dalam bentuk RTCM yang dikirimkan kepada receiver

yang membutuhkan koreksi data dari stasiun referensi.

NRTK dianggap lebih memberikan keuntungan dalam penentuan posisi

dengan menggunakan GNSS dibandingkan dengan metode single base RTK.

Hal ini dikarenakan pada single base RTK hanya terdapat satu stasiun

38

referensi sehingga kendala jarak antara receiver dan stasiun referensi menjadi

masalah utama. Faktor jarak yang jauh ini juga menjadi penghambat dalam

komunikasi radio, sehingga memungkinkan terjadinya data loss dalam

penyampaian informasi data dari stasiun referensi ke receiver.

VRS (Virtual Reference Station) adalah metode yang biasa digunakan saat ini

untuk penentuan posisi dengan metode NRTK dan telah digunakan selama

hampir satu dekade. Nama dari metode ini didapatkan dari kemampuan user

untuk mendownload data pada sebuah stasiun referensi virtual yang ditentukan

oleh user itu sendiri.

19. MENGAPA ANDA PERLU BELAJAR SURVEY GNSS?

Jawab:

Kegiatan survey untuk tujuan pemetaan berawal dari survey secara terestris. Pada

survey terestris, diperlukan “Kerangka Kontrol” sebagai Kerangka Dasar

Pemetaan. Dengan prinsip mengukur jarak menggunakan alat yang bernama EDM

(Electronic Distance Meter) dan mengukur sudut dengan alat yang bernama

kompas, dan mengukur beda tinggi antara 2 titik kontrol menggunakan alat yang

bernama sipat datar, maka kerangka kontrol dapat diselesaikan, baik itu kerangka

kontrol horizontal (Posisi X dan Y) maupun kerangka kontrol vertical (posisi Z).

Kegiatan survey pengadaan kerangka dasar pemetaan yang dipaparkan diatas

dilakukan secara terestris (seluruh peralatan survey terletak tepat di permukaan

bumi). Kerangka survei yang diadakan menggunakan peralatan-peralatan terestris

39

pun hanya meliputi wilayah yang terbatas, dengan jarak antara titik kontrolnya

maksimal 100 meter. Dengan kemampuan tersebut, bagaimana cara membuat

jaring kontrol yang teliti untuk kerangka dasar pemetaan wilayah yang lebih luas.

Mengingat pada SNI - Kerangka Kontrol Horizontal terdapat ketetapan pengadaan

jarring kontrol sebagaiberikut:

Sumber: SNI 19-6724-2002.pdf

Apabila menggunakan teknologi EDM yang terdapat pada Total Station, maka

tepatnya kita hanya dapat melakukan pengadaan jarring kontrol orde4.

Bagaimana dengan kerangka kontrol orde-orde lainnya untuk pemetaan dengan

wilayah lingkup yang lebih luas? Ya, jawabannya adalah dengan menggunakan

metode Ekstra Terrestrial, adalah metode survey menggunakan alat yang tidak

seluruh alatnya diletakkan di permukaan bumi, melainkan ada alat yang

diletakkan di ruang angkasa. Prinsip penentuan posisi suatu titik dengan metode

ekstra terrestrial dapat direalisasikan dengan Global Navigation Satellite System

(GNSS). GNSS melibatkan peralatan yang bernama “Satelit Pengamat” yang

terletak di ruang angkasa dan “Receiver” yang terletak di permukaan bumi.

Akuisisi data survei GNSS dapat diilustrasikan dengan gambar berikut:

Satelit Pengamat di ruang angkasa berperan memancarkan

40

Gelombang Elektromagnetik kearah receiver yang terletak di permukaan bumi.

Sedangkan receiver berperan menerima sinyal Gelombang Elektomagnetik yang

dipancarkan oleh Satelit Pengamat. Prinsip ranging yang digunakan oleh Satelit

dan Receiver GNSS sama dengan prinsip ranging EDM yang memancarkan

Gelombang Infrared ke Prisma, kemudian dipantulkan kembali oleh prisma dan

diterima kembali oleh EDM untuk memulai penghitungan jarak yang didapat

melalui metode “beda fase” dan “beda waktu”. Alhasil, positioning dengan

menggunakan survei GNSS mampu untuk mengadakan jarring kontrol dengan

jarak antar titik kontrol yang saling berjauhan dengan ketelitian yang tinggi. Hal

tersebut tentunya tidak dapat dilakukan hanya dengan metode terestris

menggunakan Total Station. Untuk itulah diperlukan pengetahuan tentang Survei

GNSS. Karena survei GNSS sendiri sudah diandalkan untuk mengadakan jaring

kontrol orde tinggi seperti pada tabel berikut ini:

41

Sumber: SNI 19-6724-2002.pdf

Perlunya belajar Survey GNSS tidak hanya dari segi keilmuan (kognitif maupun

psikomotorik) saja tetapi juga dari segi afektif. Selain mendapatkan ilmu dasar

dan substansial, kita juga mendapat ilmu lain seperti bagaimana berkomunikasi

dan bagaimana bekerja di dalam sebuah tim. Karena dua kekuatan itulah yang

juga membuat output mahasiswa menjadi lebih handal. Kemampuan dalam

berkomunikasi dan bekerjasama dalam tim, bagaimana memotivasi diri dan

berkembang untuk selalu belajr juga kita dapatkan selama menjalani perkuliahan

Survey GNSS.

20. Ketika Anda melakukan akuisisi data terhadap satelit GNSS, luarannya

akan menyangkut tentang transformasi datum. Mengapa?

Jawab:

Pada poin-poin soal dan jawaban di atas sudah panjang, lebar dan jelas dijabarkan

maupun dijelaskan mengenai apa itu GNSS, konsep GNSS, macam-macam

perlengkapan seperti satelit dan prinsip kerjanya, macam-macam mengenai

konsep GNSS. Pada survey GNSS tentu tak lepas dari beberapa proses atau

tahapan prosedur yang harus dilakukan. Prosedur itu meliputi:

a. Persiapan

b. Akuisisi data

c. Processing

d. Visualisasi hasil

e. Visualisasi analisis

f. Membuat reporting

g. Membuat kesimpulan

42

Dari proses tersebut, akuisisi data adalah sebuah tahapan dalam pengukuran yang

bertujuan untuk mendapatkan data-data hasil pengukuran seperti dalam Survey

GNSS data hasil pengukuran dapat berupa Broadcast Ephemeris, waktu,

koordinat, elevasi dan sebagainya. Ketika berbicara tentang GNSS maka yang

akan dibicarakan adalah metode pengukuran ekstraterestrial menggunakan satelit

buatan manusia yang utamanya untuk navigasi dan penentuan posisi (positioning)

permukaan bumi. Oleh karena itu, akan berkaitan dengan konsep spasial pada

ranah geodesi. Salah satu misi praktis geodesi adalah melakukan pemetaan

(mapping) dan melakukan analisis spasial (geoanalysis) terhadap data ukuran. Jika

berbicara tentang ukuran menurut ranah geodesi, kita akan mengetahui tentang

referensi yang dijadikan acuan. Referensi ini yang dinamakan dengan datum.

Datum tersebut secara geometri disimbolkan dengan elipsoid sebagai acuan dalam

model bentuk bumi.Untuk pekerjaan geodesi, selain ellipsoid referensi, diperlukan

juga suatu datum yang mendefinisikan system koordinat. Datum secara umum

merupakan besaran-besaran atau konstanta yang dapat bertindak sebagai referensi

atau dasar untuk hitungan besaran yang lain.

Da t u m g e o d e si merupakan sekumpulan konstanta yang digunakan untuk

mendefinisikan system koordinat yang digunakan untuk control geodesi. Untuk

mendefinisikan datum geodesi yang lengkap diperlukan 8 besaran:

a. tiga konstanta (X0, Y0, Z0) untuk mendefinisikan titik awal sistem koordinat,

b. tiga besaran untuk menentukan arah sistem koordinat, dan

c. dua besaran lainnya ( setengah sumbu a, dan pegepengan f) untuk

mendefinisikan ellpsoid.

Pada survey GNSS, elipsoid referensi yang digunakan tidak hanya mengacu pada

sebuah negara melainkan sebuah elipsoid referensi global atau datum global.

Da t u m glo b al adalah datum geodesi yang menggunakan ellipsoid referensi yang

dipilih sedekat mungkin dengan bentuk geoid untuk seluruh permukaan bumi –

datumnya menggunakan ellipsoid global. Contohnya, 1984 departemen

pertahanan amerika (DoD) mempublikasikan datum WGS84. Datum ini

dikembangkan oleh DMA (Defense Mapping Agency) merepresentasikan

pemodelan bumi daristandpoint gravitasional, geodetik, dan geometrik dengan

menggunakan data teknik, dan teknologi yang sudah ada.

Karena setiap negara memiliki datumnya masing-masing sedangkan GNSS

utamanya GPS menggunakan datum global sebagai elips acuan dan GLONASS

43

Rusia menggunakan datum SGS85 (datum UniSoviet), maka tentu saja negara

yang akan menggunakan data hasil akuisis dari GNSS harus melakukan apa yang

dinamakan TRANSFORMASI DATUM.

Prinsip transformasi Datum adalah pengamatan pada titik-titik yang sama.

Selanjutnya, titiktitik sekutu ini memiliki koordinat-koordinat dalam berbagai

datum. Dari koordinat-koordinat ini dapat diketahui hubungan matematis antara

datum-datum yang bersangkutan. Hubungan matematis antara datum ini dapat

dinyatakan dengan 7 parameter transformasi sbb: Translasi titik asal (origin) dx,

dy, dz; rotasi sumbu koordinat rx, ry, rz; dan skala S.

Macam-macam transformasi yaitu: transformasi Affine, transformasi konformal,

dan sebagainya.

Oleh karena itu, agar data hasil akuisisi bisa memperoleh tujuan yang jelas untuk

keperluan posisi navigasi suatu negara harus ditransformasikan dan disesuaikan

sedemikian rupa dengan sistem yang dipakai oleh suatu negara. Misal, Indonesia

menggunakan referensi SRGI 2013 sekarang ini. Sedangkan data hasil GPS

tereferensi ke datum global WGS 84. Oleh karena itu, agar hasil data GPS tersebut

dapat digunakan dan sesuai akurasi presisi dengan real world harus dilakukan

transformasi datum terlebih dahulu dengan mengubah dari WGS84 ke SRGI13.

Transformas juga dapat dilakukan pada sistem koordinat yang digunakan pada

datum. Biasanya hasil akuisisi data GNSS akan mendapatkan hasil koordinat

pendekatan menggunakan sistem lintang bujur. Oleh karena itu jika ingin

mengubah dari sistem geodetis (lintang-bujur) ke sistem koordinat kartesian harus

juga dilakukan transfomasi koordinat.