TEORI PENGOLAHAN DATA GPS

Aspek Pengolahan Data GPS

• Sumberdaya manusia
• Hardware dan software
• Mekanisme pemrosesan data
• Penanganan bias
• Pengolahan baseline
• Perataan jaringan
• Transformasi datum dan koordinat dan
• Kontrol kualitas

Software : 

Terdapat beberapa software yang di pakai diantaranya:

Software Komersial : 

- SKI (Leica)

- GP Survey (Trimble)

- GPPS (Astech)

- GeoGenius (Spectra Precision)

Software Ilmiah :

- BERNESSE (University of Berne, Swiss)

- GAMIT (Massachussets Institute of Technology, USA)

- GIPSY Jet Propulsion Lab, USA)

Alur Pemrosesan Data Pada Survey GPS

Sumber Training PT Mairodi Mandiri Sejahtera 2011

Read More

BIAS DAN KESALAHAN PADA GPS

Bias bisa didefinisikan sebagai efek-efek setelah pengukuran yang menyebabkan jarak sesungguhnya berbeda dengan jarak yang terukur dengan 'jumlah yang sistematis' dan harus dimasukkan dalam model pengukuran pada pengolahan data.

1. Kesalahan yang bersumber dari satelit :

    - Ketidakpastian ephimeris

    - Ketidakpastian jam satelit

2. Kesalahan yang bersumber pada receiver :

    - Ketidakpastian jam receiver

    - Koordinat stasiun

3. Kesalahan yang bersumber pada media :

    - Bias ionosfer

    - Bias troposfer

    - Ambiguitas fase pembawa

Dalam pengolahan data GPS bias dan kesalahan tersebut harus diperhitungankan untuk mendapatkan hasil yang kualitasnya baik. Beberapa dari bias dan kesalahan tesebut dapat dihilangkan dengan teknik dan pemodelan tertentu, namun sebagian lagi masih sulit untuk dimodelkan (misalkan multipath).

Untuk mengetahui pengaruh dari bias atau kesalahan tertentu perlu digunakan beberapa pembatas atau asumsi. Misalnya untuk meneliti efek kesalahan orbit datelit GPS digunakan efemeris broadcast dan efemeris teliti. Bias dan kesalahan yang lain, seperti bias ionosfer dan troposfer, multipath dan cycle slips diasumsikan mempunyai pengaruh yang sama pada kedua model efemeris satelit yang digunakan.

A. Kesalahn Ephemeris (orbit)
Kesalahan ephemeris (orbit) adalah kesalahan dimana orbit satelit yang dilaporkan oleh ephemeris satelit tidak sama dengan orbit satelit yang sebenarnya. Kesalahan ephemeris ini akan mempengaruhi ketelitian dari koordinat titik-titik (obsolut maupun relatif) yang ditentukan. Dalam penentuan posisi secara relatif, semakin panjang baseline yang diamati maka efek dari bias efemeris satelit akan makin besar.

B. Bias ionosfer
Ionosfer adalah lapisan atas atmosfer dimana terdapat sejumlah elektron dan ion bebas yang mempengaruhi perambatan gelombang radio. Dimana ion-ion bebas dalam lapisan ionosfer akan mempengaruhi propogasi sinyal GPS. Dalam hal ini ionosfer akan mempengaruhi kecepatan, arah, polarisasi dan kekuatan dari sinyal GPS yang melaluinya.

C. Bias troposfer
Sinyal dari satelit GPS untuk sampai ke antena harus melalui lapisan troposfer, yaitu laisan atmosfer netral yang berbatasan dengan permukaan bumi dimana temperatur menurun dengan membesarnya ketinggian. Ketika melalui troposfer sinyal GPS akan mengalami refraksi, yang menyebabkan perubahan kecepatan dan arah sinyal GPS.

D. Multipath
Multipath adalah fenomena dimana sinyal dari satelit tiba di antena GPS melaui dua atau lebih lintasan yang berbeda. Dalam hal ini satu sinyal merupakan

sinyal langsung dari satelit ke antena, dan yang lainnya merupakan sinyal-sinyal tidak tidak langsung yang dipantulkan oleh benda-benda disekitar antena sebelum tiba di antena. Beberapa benda yang dapat memantulkan sinyal GPS antara lain adalah jalan raya, gedung, danau dan kendaraan. Bidang-bidang pantulan berupa bidang horizontal, vertikal maupun bidang miring. Perbedaan panjang lintasan menyebabkan sinyal-sinyal tersebut berinteferensi ketika tiba di antena yang pada akhirnya menyebabkan kesalahan pada hasil pengamatan.

E. Ambiguitas Fase
Ambiguitas fase dari pengamatan fase sinyal GPS adalah sejumlah gelombang penuh yang tidak terukur oleh receiver GPS. Untuk dapat merekonstruksi jarak ukuran antara satelit dengan antena maka harga ambiguitas fase ditentukan terlebih dahulu.
Pada pengamatan one-way (dari satu antena ke satu satelit) dan singgle difference, ambiguitas fase sulit untuk dipisahkan dengan efek kesalahan jam pada receiver atau satelit, dan oleh sebab itu sifat kebulatan harganya sulit untuk dieksploitasi. Sedangkan pada pengamatan double-difference, efek kesalahan jam pada receiver dan satelit tereliminasi, sehingga sifat kebulatan harganya dapat dieksploitasi.

F. Cycle Slips
Cycle slips adalah ketidak-kontinyuan dalm jumlah gelombang penuh dari fase gelombang pembawa yang diamati, karena receiver disebabkan oleh satu dan lain hal, ‘terputus’ dalm pengamatan sinyal. Kalau kita membuat plot data pengamatan fase terhadap waktu, maka cycle slips dapat dikenali dari loncatan mendadak dari kurva grafik yang ditunjukkan pada gambar di bawah. Harga ambiguitas fase sebelum dan sesudah terjadinya cycle slips akan berbeda besarnya.

Sumber Training PT Mairodi Mandiri Sejahtera 2011

Read More

PRINSIP DAN METODA PENENTUAN POSISI DENGAN GPS

Pengukuran jarak secara simultan ke beberapa satelit yang telah diketahui koordinatnya (metode reseksi dengan jarak).
Pada pengamatan posisi suatu titik dengan gps pada suatu epok, ada 4 parameter yang harus ditentukan yaitu :

• 3 parameter koordinat ( X, Y, Z atau L, B, h )
• 1 parameter kesalahan waktu (ketidak sinkronan antara jam (osilator) di satelit dengan jam di reciever gps).

Untuk itu diperlukan minimal pengamatan jarak ke 4 (empat) satelit.
Prinsip pengukuran jarak : Receiver GPS membandingkan kode yang diterima dari satelit dengan replika kode yang diformulasikan di dalam receiver. Waktu yang diperlukan untuk ‘mengimpitkan’ kedua kode tersebut adalah waktu yang diperlukan oleh kode tersebut untuk menempuh jarak dari satelit ke pengamat.
      Jarak = kecepatan cahaya x dt
Karena jam receiver tidak sinkron dengan jam satelit maka jarak di atas masih terkontaminasi oleh kesalahan waktu, sehingga jarak tersebut dinamakan pseudorange. Presisi jarak sekitar 1% dari code width (panjang gelombang kode).Untuk kode-P = 0.3 m dan untuk kode-C/A = 3 m.
 Jarak ukuran dari pengamatan ke satelit pada epok t, dihitung berdasarkan rumus : Jarak = panjang gelombang. (teta + N ).

• Untuk merubah data fase menjadi data jarak, cycle ambiguity N harus ditentukan terlebih dahulu nilainya.
• Kalau nilai bilangan bulat N bisa ditentukan secara benar :
     - jarak fase akan menjadi ukuran jarak yang sangat teliti (orde mm).
  - dapat digunakan untuk penentuan posisi secara teliti (orde mm - cm).

Metoda vs Ketelitian Posisi yang diberikan GPS

1. Metoda Absolut + data CODE + SA on  =  30 - 100 meter
2. Metoda Absolut + data CODE + SA off  =  3 – 6 - 10 meter
3. Metoda DGPS (Pengkoreksian data CODE)  =  1 - 2 meter
4. Metoda RTK (Pengkoreksian data Fase)  = 1 - 5 sentimeter
5. Metoda differensial (baseline) + data Fase dan code = mm
6. Metoda Precise Point Positioning ( PPP ) = cm - dm

Metoda penetuan posisi yang digunakan pada dasarnya tergantung dari bagaimana unsur teknik penanganan terhadap bias dan kesalahan yang ada pada data GPS itu sendiri.
Kesalahan dan Bias pada GPS

• Terkait segmen satelitKesalahan orbit dan jam satelit, Kebijakan SA dan Anti Spoofing
• Terkait propagasi sinyal dan atmosferAmbiguitas fase, cycle slip, bias ionosfer, bias troposfer
• Terkait segmen pengguna (receiver)Kesalahan jam receiver, kesalahan fase antena, noise
• Terkait lingkungan sekitar receiverMultipath dan imaging

Penanganan Kesalahan dan Bias pada GPS

• Terapkan mekanisme differencing antar data.
• Estimasi parameter dari kesalahan dan bias dalam proses hitung perataan.
• Hitung besarnya kesalahan/bias berdasarkan data ukuran langsung.
• Hitung besarnya kesalahan/bias berdasarkan model.
• Gunakan strategi pengamatan dan pengolahan data yang tepat.

Absolute Positioning

Gambar deskripsi absolut positioning

• Hanya memerlukan satu receiver
• Ketelitian posisi 3-6 meter
• Aplikasi utama : Navigasi

Differential Positioning

Gambar deskripsi differensial positioning

• Minimal memerlukan dua receiver
• Untuk menentukan ketelitian sampai milimeter (mm)

Differential GPS (DGPS)

Gambar deskripsi differensial GPS (DGPS)

• Sistem DGPS umum digunakan untuk sistem penentuan posisi real time secara diferensial menggunakan data pseudorange.
• umumnya digunakan untuk menentukan posisi objek yang  bergerak.
• Agar real time, maka monitor station harus mengirimkan koreksi diferensial ke pengguna secara real time menggunakan sistem komunikasi tertentu.
• Koreksi diferensial :  Koreksi pseudorange (RTCM SC-104) dan Koreksi koordinat
• Ketelitian tipikal posisi 1 - 5 meter
• Aplikasi utama : Survey kelautan dan navigasi ketelitian menengah.

RTK (Real Time Kinematic)

• Sistem RTK (Real Time Kinematic) umum digunakan untuk sistem penentuan posisi real time secara diferensial menggunakan data fase.
• umumnya digunakan untuk menentukan posisi objek yang  bergerak maupun diam.
• Agar real time, maka monitor station harus mengirimkan data fase ke pengguna secara real time menggunakan sistem komunikasi tertentu.
• Koreksi diferensial :  Koreksi pseudorange (RTCM SC-104) dan Koreksi koordinat
• Ketelitian tipikal posisi 1 - 5 cm
• Aplikasi utama : Staking out, survey kadaster, servey pertambangan, navigasi berketelitian tinggi.

Sumber : Diklat PT. MMS Bandung 2011

Read More

SISTEM KOORDINAT DAN DATUM GEODETIK

POSISI
Posisi suatu titik dapat dinyatakan secara kualitatif maupun kuantitatif. Kualitatif : Rumahnya di persimpangan Jl. Kentang dan Jl. Goreng,persis di sebelah RM Semua Enak.
Secara kuantitatif posisi suatu titik dinyatakan dengan koordinat,  baik dalam 1D, 2D, 3D, ataupun 4D.
Contohnya : 1D : h  (Tinggi)
2D : (L,B) (Lintang, Bujur)
3D : (L,B,h)  (Lintang, Bujur, Tinggi)
4D : (L,B,h,t)  (Lintang, Bujur, Tinggi, Waktu)
SISTEM KOORDINAT

Koordinat tidak hanya memberikan deskripsi kuantitatif tentang posisi, tapi juga pergerakan (trayektori) suatu titik.ntuk menjamin adanya konsistensi dan standarisasi, perlu ada suatu sistem dalam menyatakan koordinat =>sistem koordinat.
Sistem koordinat memudahkan pendeskripsian, perhitungan, dan analisa, baik yang sifatnya geometrik maupun dinamik. Jarak, arah, sudut, tinggi, beda tinggi, luas, trayektori.
Sistem & Kerangka Referensi Koordinat

1. Sistem referensi koordinat adalah sistem (termasuk teori, konsep, deskripsi fisis dan geometris, serta standar dan parameter) yang digunakan dalam pendefinisian koordinat.
2. Kerengka referansi koordinat dimaksudkan sebagai realisasi praktis dari sistem referensi, sehingga sistem tersebut      dapat digunakan untuk pendeskripsian secara kuantitatif posisi dan pergerakan titik-titik, baik di permukaan bumi (kerangka terestris) ataupun di luar bumi (kerangka selestia atau ekstra-terestri.
3. Kerangka referensi biasanya direalisasikan dengan melakukan      pengamatan-pengamatan geodetik, dan umumnya direpresentasikan     dengan menggunakan suatu set koordinat dari sekumpulan titik     maupun obyek (seperti satelit, bintang dan quasar).

PARAMETER SISTEM KOORDINAT

• Lokasi titik nol dari sistem koordinat.
• Orientasi dari sumbu-sumbu koordinat, dan
• Besaran (kartesian, curvilinear) yang digunakan untuk mendefiniskan posisi suatu titik dalam sistem koordinat tersebut.

JENIS SISTEM KOORDINAT

1. Lokasi titik nol             :  Toposentrik (di permukaan Bumi)
   Geosentrik (di pusat Bumi)
   Heliosentrik (di pusat matahari)
   Barycentrik (di titik massa sistem matahari)
2. Orientasi Sumbu         :   Terikat Bumi (Earth-Fixed)
   Terikat Langit (Space-Fixed)
3. Besaran Koordinat     :    Jarak-Jarak : Kartesian (X,Y,Z)
   Sudut-Jarak : Geodetik (L,B,h)
   Sudut-Sudut : Astronomis (a,d)

SISTEM KOORDINAT YANG UMUM
DIGUNAKAN DALAM BIDANG GEODESI

1. Sistem Koordinat Geodetik
2. Sistem Koordinat Kartesian Geosentrik
3. Sistem Koordinat Geografis
4. Sistem Koordinat Proyeksi Peta

PERMASALAHAN PENENTUAN KOORDINAT

• Titik yang akan ditentukan koordinatnya, lokasinya berada di permukaan Bumi.
• Koordinatnya didefinisikan   umumnya pada suatu sistem   ellipsoid referensi tertentu.

DATUM GEODETIK
Datum Geodetik adalah parameter yang mendefinisikan ellipsoid referensi yang digunakan serta hubungan geometrisnya dengan Bumi.
Datum Geodetik mendefinisikan ellipsoid referensi (X,Y,Z) dan hubungannya dengan Bumi (Xe,Ye,Ze).
Hubungan antara Ellipsoid Referensi dan Bumi dapat didefinisikan pada :

• Pusat Bumi DATUM GEOSENTRIK = a dan f mendefiniskan bentuk dan ukuran ellipsoid referensi, Xo, Yo, Zo mendefinisikan koordinat titik pusat ellipsoid terhadap pusat Bumi.ex, ey, ez mendefiniskan arah-arah sumbu   X, Y, dan Z ellipsoid dalam ruang terhadap sumbu-sumbu Bumi.
• Suatu titik di permukaan Bumi DATUM TOPOSENTRIK = Datum Geodetik mendefinisikan ellipsoid referensi (X,Y,Z) dan hubungannya dengan suatu Titik Datum di permukaan Bumi

Sistem Koordinat Ellipsoid

Parameter ellipsoid :

•  Sumbu panjang = a
• Sumbu pendek = b
• Penggepengan (f)
  f = (a-b)/a

DATUM GLOBAL DAN LOKAL
Berdasarkan wilayah “kesesuaian” antara Ellipsoid dan Permukaan Bumi, datum geodetik juga kadang diklasifikasikan sebagai :
DATUM GLOBAL -->DATUM GEOSENTRIK

• Direpresentasikan oleh suatu elipsoid referensi yang bentuk dan ukurannya mendekati bentuk dan ukuran Bumi secara global.
• Pusatnya umumnya pada pusat Bumi (geocenter) atau setidaknya ‘mendekati’ pusat Bumi.
• Salah satu datum global geosentrik adalah WGS84 yang    digunakan oleh sistem satelit GPS.

DATUM LOKAL-->DATUM TOPOSENTRIK

• DATUM LOKAL direpresentasikan oleh suatu elipsoid referensi yang  bentuk dan ukurannya mendekati    bentuk dan ukuran Bumi pada  suatu wilayah tertentu.
• Ellipsoid umumnya diimpitkan dengan permukaan Bumi pada suatu titik di permukaan Bumi (titik datum) sehingga umum juga dinamakan  DATUM TOPOSENTRIK.
• Umumnya digunakan untuk aplikasi-aplikasi yang bersifat lokal/regional.

TAHAPAN PROYEKSI PETA

UTM (Universal Trasverse Mercator) adalah sistem proyeksi
Peta yang banyak digunakan secara internasional.
Sumber : Diklat PT. MMS Bandung 2011

Read More

TEKNOLOGI GPS

NAVSTAR GPS

Navigation Satellite Timing and Ranging Global Positioning System (NAVSTAR GPS) adalah nama resmi dari teknologi GPS.

Sistem GPS ini merupakan sistem Navigasi dan Penentuan Posisi berbasiskan Satelit.

Pembangunan sistem ini dimulai tahun 1973 dan resmi di-launching pada tahun 1994.

Didesain untuk memberikan informasi tentang posisi dan kecepatan dalam ruang 3D, serta informasi waktu teliti.

Kenapa GPS?

• Cakupan GPS relatif luas.
• Tidak memerlukan saling keterlihatan titik.
• Beroperasi secara kontinyu.
• tidak tergantung cuaca.

Segmen Penyusun Sistem GPS

Segmen Satelit 

Satelit GPS memancar gelombang L1 dan L2 secara simultan.

L1 = 1575.42 MHz & L2 = 1227.69 MHz

Satelit GPS dilengkapi dengan jam Atom dan solar panel di bagian sayapnya sebagai suplai energi bagi sistem satelit itu sendiri.

Satelit GPS diletakan dalam 6 orbit mendekati bentuk lingkaran dengan ketinggian dari permukaan bumi sekitar 20200 km.

Orbit Satelit GPS mempunyai sudut inklinasi 55 derajat, serta periode orbit 12 jam.

Kecepatan Satelit adalah 4 Km/detik.

Dalam 1 orbit diletakan 4 buah satelit yang disusun sedemikian rupa

Sebanyak 4-10 satelit GPS selalu terlihat dimana saja dan kapan saja di batas horison di bumi ini.

Segmen Sistem Kontrol

Segmen Sistem Kontrol dibuat untuk menjaga agar satelit berada pada orbit yang seharusnya.

Segmen Sistem kontrol memantau status dan kesehatan satelit, serta menentukan dan menjaga waktu satelit.

Segmen Sistem kontrol memantau panel matahari satelit, level daya batere, dan propellant level yang digunakan untuk manuver satelit.

Stasiun Segmen Sistem Kontrol Diego Garcia 

Segmen Pengguna

Ada beberapa tipe peralatan GPS yang digunakan, antara lain :

• GPS Tipe Navigasi
• GPS Tipe Pemetaan
• GPS Tipe Geodetik dan
• GPS Tipe Nav Militer

    Pemanfaatan Teknologi GPS (GPS Tipe Pemetaan)

Sumber : Materi Training PT. Mairodi Mandiri Sejahtera

Read More