sistem navigasi otomatis perahu tanpa awak untuk

Seminar Nasional Teknologi dan Rekayasa (SENTRA) 2019

ISSN (Cetak) 2527-6042

eISSN (Online) 2527-6050

SENTRA 2019 III-21

SISTEM NAVIGASI OTOMATIS PERAHU TANPA AWAK

UNTUK MENDETEKSI SEDIMEN SUNGAI MENGGUNAKAN

GLOBAL POSITIONING SYSTEM

Aidzil Azam1, Satrio Wicaksono

2, Nurhadi

3, M. Chasrun Hasani

4,

Amrul Faruq5, Nur Alif Mardiyah

6,

1,2,3,4,5,6Universitas Muhammadiyah Malang, Indonesia

Kontak Person: Nur Alif Mardiyah

Alamat Jl. Raya Tlogomas 246, 65144, Malang, Telp. +62341-464318 ext.198, Fax. +62341-460435 E-mail: [email protected]

Abstrak Artikel ini membahas tentang cara mendeteksi kondisi dasar sungai yang berfungsi sebagai media informasi bahwasanya terdapat penambahan volume di dasar sungai yang mengakibatkan banjir. Proses pengambilan data kedalaman dengan menggunakan kapal tanpa awak, kapal ini dikontrol dengan menggunakan Ardupilot APM 2.6. kapal tanpa awak berjalan ke

titik waypoint yang sudah ditentukan dalam bentuk persegi secara otomatis, karena terdapat modul GPS yang terhubung dengan Ardupilot. proses pendeteksian kondisi dalam sungai dengan menggunakan sensor Sonar MB7060. sensor mendeteksi area yang sudah dilalui oleh kapal tanpa awak dan selanjutnya data ke dalam tersimpan otomatis di Kartu Memory SD. Data dipindahkan di laptop dan data tersebut diproses dengan menggunakan aplikasi Surfer 13. Hasil proses data tersebut muncul Gambar 3 Dimensi kontur pada dasar sungai. Kata kunci: Sedimen Sungai, Ardupilot, Sonar MB7060, Surfer 13

1. Pendahuluan

Bagi sebagian masyarakat Indonesia, salah satu elemen penting untuk menunjang kehidupan

masyarakat yaitu sungai. Dari waktu ke waktu sungai akan mengalami evolusi yaitu sudah tidak bisa memperankan fungsinya kembali karena adanya hubungan antara air dan permukaan dasar sungai [1].

Banyaknya penumpukan sedimen pada dasar sungai adalah salah satu penyebab terjadinya bencana

banjir, karena sungai sudah tidak bisa menampung debit air yang cukup besar lagi. Maka dari itu,

sangatlah dibutuhkan teknologi atau perangkat sensor yang dapat mendeteksi sedimen pada sungai, salah satu teknologi yang dapat mendeteksi jarak antara sensor dengan permukaan benda padat dan

dapat mengetahui tinggi dan rendahnya suatu sedimen adalah sensor Sonar. Sonar (Sound Navigation

and Rangging) adalah teknik penjalaran suara di dalam air untuk mengetahui kondisi di dalam air dan untuk mendeteksi kapal lainya [2]. Frekuensi yang digunakan oleh sonar berada pada daerah ultrasonik,

yaitu diatas 20KHz. Karena frekuensi di atas 20KHz tidak dapat terdengar oleh telinga dan karena

difraksi yang semakin kecil sehingga gelombang tidak dapat menyebar. Maka dari itu sensor sonar

sangat bagus untuk mendeteksian kontur dasar sungai. Sudah banyak cara yang dilakukan untuk mengetahui keadaan permukaan dasar sungai, antara

lain yang dilakukan Vidia Susilo [3], ialah mengukur kedalaman kolam dengan menggunakan sensor

Sonar MB7060. Sistem ini masih menggunakan cara manual yaitu pengukurannya dilakukan dalam beberapa titik di kolam yang berukuran 36x20 meter dengan kedalaman 120 cm sampai 5 m. Sistem ini

berkomunikasi dengan 2 arduino yang cara berkomunikasinya dengan cara Wireless. Sensor sonar

membaca kontur bentuk pada dasar kolam. Tidak bisa merata pengukurannya karena hanya dibatasi beberapa titik saja. Selain itu pemetaan menggunakan sensor ultrasonik sistem ini memanfaatkan rel

buatan sebagai wahana pendeteksi ke aliran sungai dengan menggunakan sensor ultrasonik [4]. Pada

sistem tersebut terdapat 3 buah sensor yang dipasang secara seri dan dihubungkan ke arduino dan

selanjutnya sensor tersebut akan digerakkan dengan motor steper yang terpasang di rel, sejatinya cara kerja sistem ini adalah seperti printer yaitu berjalan dan balik ke arah yang sama. Akan tetapi dalam

proses pembacaan data, ultrasonik hanya dapat membaca dalam satu proses yaitu bolak-baliknya suatu

motor stepper dan jika akan mencari titik poin lagi maka alat tersebut akan diangkat secara manual [5]. Berdasarkan pada sistem-sistem sebelumnya, maka dibuatlah sistem navigasi menggunakan

Unmanned Surface Vehicle (USV) yaitu suatu wahana tanpa awak di permukaan air yang akan berjalan

tanpa pilot dengan memanfaatkan Boat atau perahu [6] dan modul APM 2.6 yaitu ArduPilot, sistem ini

Seminar Nasional Teknologi dan Rekayasa (SENTRA) 2019 ISSN (Cetak) 2527-6042


III-22 SENTRA 2019

dilengkapi dengan GPS (Global Positioning System) yang nantinya akan menjadi pengendali ke titik-

titk Waypoint yang diinginkan [7]. Selanjutnya Boat akan membawa sensor Sonar MB7060 mengelilingi sungai agar mendapatkan data kedalaman dan kondisi dasar sungai secara menyeluruh dan lengkap, data

tersebut berupa tinggi rendahnya suatu sedimen pada sungai yang akan dideteksi oleh sensor Sonar

MB7060 dan selanjutnya data tersebut akan disimpan di Memory Micro SD Card dan nantinya data

tersebut akan dimasukan Aplikasi Surfer 13 agar mendapatkan hasil Gambar 3D.

2. Metode Penelitian

Pada penelitian kali yaitu menggunakan beberapa perangkat untuk menunjang proses pembuatan Pembangunan Sistem Navigasi Otomatis untuk Mendeteksi Sedimen Sungai pada Perahu

Tanpa Awak dengan Menggunakan Global Positioning System (GPS). Pada Tabel 1 merupakan

perangkat penunjang proses pembuatan aplikasi pada penelitian ini.

Tabel 1 Perangkat Penunjang

Perangkat Keras Perangkat Lunak

Laptop (Core i3, RAM 4 GB) Sistem Operasi Windows 10

Mission Planner

Arduino

Pada penelitian ini menggunakan dua perancanaan sistem pada sistem navigasi dan pada sistem pembacaan sensor pada pembuatan Pembangunan Sistem Navigasi Otomatis untuk Mendeteksi

Sedimen Sungai pada Perahu Tanpa Awak dengan menggunakan Global Positioning System (GPS).

Pada Gambar 1 adalah blok diagram sistem dari sistem navigasi dan sistem pembacaan sensor

Gambar 1 Blok diagram sistem

Rangkaian proses pembuatan dari pembangunan sistem navigasi otomatis untuk mendeteksi

sedimen pada perahu tanpa awak dengan menggunakan Global Positioning System (GPS), ditunjukkan pada Gambar 1.

2.1 Teknik pengumpulan data

Pengumpulan data dilakukan 2 percobaan, pertama dilakukan di bak mandi dan Danau Kampus

III Universitas Muhammadiyah Malang. Pengambilan data melalui beberapa proses sehingga

mendapatkan kontur dasar sungai dalam bentuk 3D. Proses pengambilan data ditunjukkan pada Gambar 2.




SENTRA 2019 III-23

Gambar 2 Blok diagram

Dari Gambar 2 dijelaskan alur pertama tempat sebagai uji pendeteksian. Selanjutnya ada kapal sebagai media angkut sensor. Kemudian pemrosesan data pada aplikasi surfer 13 dan didapatkan kontur

dasar dalam bentuk 3D.

2.2 Rancangan Komponen

Terdapat 2 rancangan komponen, yaitu komponen navigasi dan komponen sensor sonar

MB7060. Pada komponen navigasi berfungsi untuk menjalankan kapal secara otomatis (7) dan pada

komponen sensor sonar MB7060 berfungsi sebagai pembacaan atau pendeteksian ketinggian antara dasar sungai dengan permukaan air. Jangkauan sensor Sonar MB7060 mencapai kurang lebih 700cm

atau 7 meter (6). Rancangan komponen bisa dilihat pada Gambar 3 dan 4.

Telemetry

Air Station

ESC

Power Module

Analog

FORWARD

ArduPilot

Module

GPS +

COMPAS

Ba

ttery

Lip

o

5 V

olt

+ -

1 2

3 4

5 6

7 8

OUTPUT

2

1 2

3 4

5 6

7 8

Flysky fs

iA6

S+-

S + -1 2

ESC

Motor Brushless Motor Brushless

Servo

1

3

44

5 5

6

7

8

9

10

Gambar 3 Komponen Navigasi

Gambar 4 Komponen Sensor Sonar MB7060



III-24 SENTRA 2019

Pada Gambar 3 terdapat 10 komponen yaitu, Ardupilot, Telemetry, Module GPS+Compas,

Electronic Speed Control, Motor Brushless, Power Module, Battery Lippo, servo dan Receiver Flysky fs iA6. Semua komponen tersebut terhubung ke Ardupilot kecuali Transmitter Flysky Remote Control.

Sedangkan pada Gambar 4 terdapat 3 komponen, yaitu Sensor Sonar MB7060, Arduino Mega dan

Module SD Card. Semua komponen terhubung dengan Arduino Mega.

2.3 Rancangan Penerbangan

Rancangan penerbangan pada pembangunan sistem navigasi otomatis untuk mendeteksi

sedimen sungai pada perahu tanpa awak dengan menggunaka Global Positioning System (GPS) ini dilakukan di danau kampus III Universitas Muhammadiyah Malang.rancangan penerbangan bisa dilihat

pada Gambar 5.

Gambar 5 Rancangan Penerbangan di Danau Kampus III

Universitas Muhammadiyah Malang

Pada Gambar 5 dijelaskan bahwasanya terdapat titik Waypoint dalam bentuk persegi yang sudah ditentukan bertujuan untuk sebagai lintasan kapal atau area yang akan dideteksi oleh sensor sonar

MB7060. Kapal akan memulai dari home menuju ke titik Waypoint 1 sampai 4 dan selanjutnya akan

kembali ke home.

2.4 Pengelolahan Data

Pengelolahn data dilakukan pada aplikasi Surfer 13.data yang berbentuk data jarak dengan

format Notepad (txt.) dan data tersebut dimasukan ke dalam Worksheet aplikasi surfer 13. Alur pemrosesan data bisa dilihat pada Gambar 6.

Gambar 6 Pemrosesan Data




SENTRA 2019 III-25

Data yang berformat notepad (txt.) ini adalah data z yaitu data jarak, data x adalah data panjang

jarak pembacaan sensor dan data y adalah data lebar sensor. Data x, y dan z itu dimasukan kedalam

lembar kerja worksheet surfer 13 setelah itu membuka lembar kerja plot surfer 13 untuk menampilkan Gambar 2 atau 3 dimensi. Setelah memasukan data, lembar kerja worksheet tadi disimpan dalam format

Golden Software Blanking (bln.). Kemudian klik grid pada main menu pada aplikasi setalah itu klik

Data. Syahdan unggah file yang tersimpan tadi yang berformat (bln.) maka secara otomatis aplikasi akan menampilkan data-data yang sudah diinputkan tadi secara detail. Dan yang terakhir adalah klik New 3D

Wireframe maka secara otomatis akan menampilkan Gambar 3D. Gambar 3D tersebut bisa diedit warna,

ukuran dan masih banyak lagi (8).

3. Hasil dan Pembahasan

Target pengujian dilakukan pada 2 tempat yang berbeda yakni di kolam bak mandi dan danau

kampus 3 Universitas Muhammadiyah Malang. Pada percobaan di kolam bak mandi proses pendeteksian dilakukan dengan cara manual yakni dengan dorongan sedikit ke kapal agar kapal berjalan

dan dapat mendeteksi target dasar air yang sudah dimanipulasi dengan beberapa barang seperti pipa

paralon, kotak plastik dan batu. Pada kolam bak mandi tidak dilakukan proses navigasi otomatis karena

dari segi tempat yang sangat kecil yang tidak memungkinkan untuk melakukan mode autonomus. Sedangan pada percobaan di danau kampus 3 Universitas Muhammadiyah Malang dilakukan dengan

mode autonomus karena dari segi ukuran kolam yang sangat lebar dan luas maka diimplementasikan

pada danau tersebut. Kapal akan berjalan sesuai dengan Waypoint atau titik yang sudah ditentukan pada Aplikasi Ardupilot yang berjalan secara otomatis.

Percobaan di kolam bak

mandi

Percobaan di Danau

Kampus III UMM (a)

(b)(a) (b)

Gambar 7 Percobaan kapal tanpa awak. (a) Proses percobaan pada kolam bak mandi. (b)

Percobaan pada danau kampus 3 UMM

Pada Gambar 7 (a) adalah lokasi pengujian yang terdapat di kolam bak mandi yang memiliki

ukuran kedalam 71cm. lokasi kolam bak mandi berfungsi untuk menguji coa pembacaan sensor apakah

sudah sesuai dengan apa yang diinginkan. Sedangkan pada Gambar 7 (b) adalah lokasi untuk menguji sensor dan kapal dengan mode otomatis.

3.1 Pengujian Kolam Bak Mandi

Data dimulai dengan level air 20cm dengan objek berupa benda padat yang berbentuk kotak.

Data akan berubah ketika sendor melewati objek tersebut. Bisa dilihat pada Tabel 2 bahwanya terdapat

kolom jarak, sisi kanan, tengah dan kiri dan waktu. Teknik pengambilan data dengan cara mendeteksi 3

sisi dari objek yang sudah diletakan pada dasar pemukaan air. Lebih lengkapnya bisa dilihat pada Tabel 2.



III-26 SENTRA 2019

Tabel 2 Tabel Data Pengujian I, olam Bak Mandi

Jarak (cm) Sisi Waktu (dt)

Kanan Tengah Kiri

20

Cen

timeter

18,97 18,95 23 363

18,87 18,97 20,98 461

18,97 18,97 20,98 559

20,98 21,88 20,98 656

19,97 19,97 22,95 754

18,97 18,97 22,89 851

17,97 17,97 20,98 950

17,97 18,97 21,88 1047

17,97 18,95 22 1145

17,97 18,97 20,99 1243

18,97 20,98 21,98 1341

18,97 18,97 22,89 1438

19,97 18,97 20,98 1536

18,97 18,97 20,98 1634

26,02 18,97 22 1732

18,97 18,97 20,87 1829

17,97 18,97 23 1928

Gambar 8 sudah sesuai dengan data pembacaan ke dalam. Terjadi perbedaan ketika salah satu data berbeda, bisa jadi lebih dalam atau lebih dangkal. Akan tetapi ada beberapa kesalahan yang terjadi

pada proses pendeteksian, ini dikarenakan karena ada barang yang transparan yang tidak dapat terdeteksi

oleh sensor. Hal ini dikarenakan karakteristik sensor yang tidak dapat mendeteksi barang yang kecil atau transparan alias sensor ini hanya dapat mendeteksi barang padat.

Sisi Kanan Sisi Tengah Sisi Kiri

(a) (b) (c) Gambar 8 Pengujian I kolam bak mandi. (a) Kontur sisi kanan (b) kontur sisi tengah (c) kontur sisi

kiri

Pada Gambar 8 (a) pada kontur sisi kanan adalah mendeteksi benda padat persegi panjang pada

ujung benda tersebut. (b) pada kontur sisi kanan adalah mendeteksi benda padat persegi panjang pada

bagian tengah benda tersebut. Dan (c) pada kontur sisi kiri adalah mendeteksi benda padat persegi panjang pada sisi ujung lain benda padat. Hal ini dilakukan guna menguji detail pembacaan sensor, akan

tetapi pendeteksian tidak sesuai dengan benda aslinya.




SENTRA 2019 III-27

Pengambilan data dilakukan 3 kali dari 3 sisi yaitu sisi kanan, sisi tengah dan sisi kiri dari objek

yang sama. Pada bak mandi diletakan berbagai benda padat seperti Pasir Putih, Batu Bata dan Batu

Semen. Hal ini dilakukan agar dapat mengetahu detail kontur pada dasar kolam bak mandi, karena dilihar dari karakteristik sensornya sendiri, sensor sonar MB7060 hanya memancarkan frekuensi fokus

tegak lurus alias tidak melebar. Maka dari itu dilakuaknlah teknik seperti ini agar dapat mengetahui

detail pada setiap sisi.

Tabel 3 Data pengujian II, kolam bak mandi

DATA (Cm) WAKTU (Detik)

Sisi Kanan Sisi Tengah Sisi Kiri Waktu I Waktu II Waktu III

0 16.97 16.97 363 363 363

27.92 17.97 17.97 461 461 461

23.00 17.97 24.02 559 559 559

38.91 18.97 19.99 656 656 656

30.05 28.94 16.97 754 754 754

19.97 20.99 16.97 851 851 851

23.90 20.98 17.97 950 950 950

25.02 16.95 16.95 1047 1047 1047

27.02 18.97 16.95 1145 1145 1145

27.94 16.97 16.97 1243 1243 1243

29.94 19.97 17.97 1341 1341 1341

Pada sisi pertama sensor melayang di atas permukaan air dan berada di atas objek yang akan dideteksi begitupun dengan sisi kedua dan sisi ketiga. Sisi pertama, sisi kedua dan sisi ketiga menempuh

jarak sejauh 1 meter untuk melewati objek buatan. Objek buatan tersebut terdiri dari batu bata yang

ditumpuk ke atas, pasir pantai yang tidak beraturan dan batu semen yang diletakan diatas pasir. Gambar mengikuti kontur asli, akan tetapi terdapat noise atau gangguan yang mengakibatkan beda data asli.

(a) (b) (c)

Gambar 9 Pengujian II, kolam bak mandi. (a) Kontur 3D sisi kanan, (b) Kontur 3D sisi

tengah, (c) Kontur 3D sisi kiri

Pada Gambar 9 (a), (b), dan (c) adalah Gambar 3D pada pengukuran kedua kedalaman kolam

bak mandi yang telah dimanipulasi beberapa benda padat yang diletakan pada dasar permukaan air,

seperti pasir putih, batu bata dan batu semen. Pada Gambar 9 perbandingan antara Gambar 3D dengan asli kurang lebih mendekati sama. Pendeteksian sisi pertama, sisi kedua dan sisi ketiga hamper sama

dengan bentuk kontur aslinya.



III-28 SENTRA 2019

3.2 Pengujian Pada Danau Kampus III UMM

Tabel 4 Hasil data pengujian pada danau kampus III UMM

DATA (cm)

Data Waktu data waktu data waktu data waktu

238.36 0,83 18.94 20,27 19.04 39,83 32.12 59,39

46.96 1,71 17.92 21,24 18.00 40,81 33.18 60,36

44.03 2,68 20.98 22,23 19.02 41,78 34.16 61,34

80.95 3,67 18.83 23,21 20.04 42,77 34.16 62,32

34.04 4,62 18.94 24,18 35.16 43,75 35.18 63,3

30.00 5,61 18.92 25,16 85.89 44,72 35.18 64,27

136.28 6,64 19.84 26,15 32.16 45,71 35.18 65,24

38.00 7,56 17.90 27,12 33.16 46,69 35.20 66,23

34.04 8,54 19.84 28,1 40.21 47,66 35.20 67,2

31.00 9,51 19.96 29,08 47.09 48,64 35.18 68,17

33.05 10,49 19.96 30,06 54.07 49,62 35.20 69,16

32.05 11,46 19.96 31,03 60.94 50,59 36.20 70,14

18.78 12,45 17.90 32,02 65.97 51,57 36.15 71,11

20.94 13,42 17.90 32,99 764.35 52,55 36.18 72,08

20.86 14,4 19.96 33,97 38.20 53,52 36.20 73,07

19.94 15,38 17.97 34,94 37.20 54,5 35.16 74,05

19.96 16,36 17.90 35,92 37.20 55,48 35.21 75,02

18.92 17,33 20.06 36,9 35.18 56,46 35.16 76,01

17.92 18,31 18.02 37,87 33.28 57,43 34.18 76,98

20.98 19,29 18.00 38,86 32.26 58,4 34.16 77,96

Pada Tabel 4 adalah Tabel data pengujian pada danau kampus III Universitas Muhammdiyah Malang. Data diambil kurang lebih 1 menit berarti terdapat 20 data kedalaman danau. Teknik

pemrosesan data diambil 20 data selanjutnya diproses menjadi Gambar 3D.

(a) (b) (c) (d)

Gambar 10 Kontur Danau Kampus III Universitas Muhammadiyah Malang (a) Kontur 3D

Data 1-20 (b) Kontur 3D Data 20-40 (c) Kontur 3D Data 40-60 (d) Kontur 3D Data 60-80

Pada Gambar 10 (a)(b)(c)(d) adalah hasil pengelolahan data dalam bentuk 3D pada pengukuran

kedalaman di Danau Kampus III Universitas Muhammadiyah Malang. Bisa terlihat kontur di permukaan

dasar air Danau Kampus III Universitas Muhammdiyah Malang. Data sedikit tidak sesuai dengan data asli, data kedalaman asli danau adalah 2 meter atau kurang lebih 200 centimeter. Terdapat beberapa

gangguan pula, karena terdapat banyak ikan-ikan dari berbagai jenis dan ukuran, hal tersebut

mempengarui data pembacaan sensor.




SENTRA 2019 III-29

4. Kesimpulan

Pengambilan data kedalaman berfungsi sebagai sumber informasi apakah terdapat pengendapan

pada dasar sungai sehingga dapat mengakibatkan banjir. Pengambilan data dengan menggunakan sensor sonar MB7060 cukup maksimal meskipun sering terjadi noise atau gangguan. Pengambilan dengan

mode otomatis sangatlah cukup efektif karena pendeteksian bisa meluas di setiap dan sudut sungai.

Referensi [1] Muliawan, Syaryadhi, Zulhelmi, 2017. “Desain Prototype Sistem Pemetaan Dasar Sungai

Menggunakan Sensor Ultrasonik Berbasis Mikrokontroller ATMega 328P”. Jurusan Teknik

Elektro dan Komputer, Universitas Syiah Kuala. [2] Susilo, 2015. ”Rancang Bangun Sistem Pengukuran Kedalaman Sungai”. Jurusan Teknik Elektro,

UNSRAT Manado.

[3] Hidayat, Mardiyanto, 2016. “Pengembangan Sistem Navigasi Otomatis Pada UAV (Unmanned

Aerial Vehicle) dengan GPS(Globla Positioning System) Waypoint”. Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepeluh Nopember (ITS).

[4] Yunitasari, 2009. “Karakteristik Atenuasi Ultrasonik Terhadapat Variasi Tebal Bahan (Cairan)

Menggunakan Tranduser Ultrasonik Jenis Immersion Tranduces”. J2D 004 169. [5] Nurraharjo, 2015. “Implementasi Pemrograman Interfacing MATLAB-Arduino”. Teknik

Informatika, Universitas Stikubank Semarang.

[6] Perbani, Suwardhi, 2014. “Pembangunan Sistem Penentuan Posisi Navigasi Berbasiskan Sistem Unmanned Surface Vehicle (USV) untuk Survei Batimetri”. Jurusan Teknik Geodesi, Institut

Teknologi Nasional(Itenas) Bandung.

[7] Harista, 2018. “Sistem Navigasi Quadcopter dan Pemantauan Udara”. Program studi Elekto,

Universitas Teknologi Yogyakarta.

sistem navigasi otomatis perahu tanpa awak untuk

Documents