gps dan hidrografi 2

8/13/2019 Gps Dan Hidrografi 2

1/46

GPS dan Survei Hidro-Oseanografi

Kelompok Keilmuan GeodesiInstitut Teknologi Bandung

Jl. Ganesha 10, Bandung

Dr. Hasanuddin Z. Abidin

E-mail : [email protected] :Mei 2007


2/46

Hasanuddin Z. Abidin, 2007

Kronologi Sistem Navigasi

Dulu - Sekarang : Astronomi Geodesi OK untuk Lintang, relatif jelek untuk Bujur

sampai jam yang akurat ditemukan ~1760

13th Cent : Magnetic Compass

1907 : Gyrocompass 1912 : Radio Direction Finding

1930s : Radar dan INS (Inertial Nav. System)

1940s : Loran-A

1960s : Omega and Doppler Satellites

1970s : Loran-C 1980s : GPS dan kemudian GLONASS

2000s : GNSS (GPS, GLONASS, Galileo)


3/46

Penentuan Posisi Obyek di Permukaan Laut Survai dan Pemetaan Laut Perhubungan Laut

Pengamatan Pasut di Lepas Pantai Transfer MSL antar Stasion Penentuan Posisi Titik di Dasar Laut

Studi Pola Arus Laut Pemantauan Pergerakan Tumpahan Minyak Realisasi Aspek Geodetik dari Hukum Laut

GPS dan Bidang Kelautan



4/46

Penentuan Posisi

di Permukaan Laut

Kapal dan wahana laut lainnya

Sensor-sensor kelautan

Struktur dan bangunan laut Pulau-pulau kecil yang terpencil

Personil yang bekerja di laut

Keunggulan GPS : posisi global,real-time,operasionalisasinya mudah, receiver nya murahtidak tergantung cuaca, ketelitian relatif tinggi



5/46

GPS dan Survai Hidro-Oseanografi

Penentuan posisi

titik kontrol di pantai

Navigasi kapal survei

Penentuan posisi

titik perum

Penentuan posisi sensor2

hidrografi dan oseanografi

lainnya di kapal survei.Hasanuddin Z. Abidin, 1993


6/46

Penentuan Jaring Titik Kontrol di Pantai

Titik kontrol di pantaidigunakan sebagai acuanuntuk penentuan posisititik-titik perum

Umumnya ditentukanmenggunakan metodeSurvei GPS

Titikreferensi

Titikkontrol



7/46


METODE SURVEI GPS

Metode penentuan posisi yang digunakan adalah metodediferensial (metode relatif).

Minimal 2 receiver GPS diperlukan.

Penentuan posisi sifatnya statik (titik-titik survainya tidakbergerak).

Data utama pengamatan yang digunakan untukpenentuan posisi adalah data fase.

Tipe receiver yang digunakan adalahtipe survai/geodetik bukan tipe navigasi.

Pengolahan data umumnya dilakukan

secarapost-processing. Antar titik tidak perlu bisa saling

melihat. Yang perlu adalah setiaptitik dapat melihat satelit.

GPS

Monitor

Station


8/46

Geometri Jaring Survei GPS


titik tetap

titik yang akanditentukan posisinya

baselineyang diamati

Jaring survai GPS dibentuk oleh titik-titik yang diketahui koordinatnya(titik tetap) dan titik-titik yang akan ditentukan posisinya.

Titik-titik tersebut dihubungkan dengan baseline-baseline yangkomponennya (dX,dY,dZ) diamati.

Contoh suatu bentuk jaring GPS :


9/46

Moda Jaring vs. Moda Radial


MODA JARINGAN MODA RADIAL

(DARI 1 TITIK TETAP)

Ketelitian titikWaktu SurveiBiaya Survei

Moda yang digunakanakan berpengaruh pada:


10/46

Navigasi Kapal Survei

Memastikan bahwa kapalsurvei berada dalam jalurperum yang telahdirencanakan.

Metode penentuan posisi GPSsecara real-time yang bisa digunakan :

Absolute GPS kinematic positioning : 5 10 m DGPS (menggunakan pseudorange) : 1 3 m

Satelit GPS



11/46

Sistem DGPS


Sistem DGPS (Differential GPS) adalahsistem penentuan posisi real-timesecara diferensial menggunakan data

pseudorange.

Untuk merealisasikan tuntutanreal-timenya, monitor station harus mengirimkankoreksi diferensial ke pengguna secarareal-time menggunakan sistemkomunikasi data tertentu.

Koreksi diferensial :- koreksi pseudorange (RTCM SC-104)- koreksi koordinat

Yang umum digunakan : koreksipseudorange

Ketelitian tipikal posisi : 1 - 3 m Aplikasi utama : survei-survei kelautan

dan navigasi berketelitian menengah.

GPS

Stasion

ReferensiKoreksiDiferensial

Kapal


12/46

Local & Wide Area DGPS


Tergantung wilayah cakupannya, sistem DGPS dapat dibedakanatas Local Area DGPS (LADGPS) danWide Area DGPS (WADGPS)

Satu stasionreferensi

Skalar (koreksipseudorange)

Lokal (< 100 km)

Jumlah stasionreferensi

Koreksi untuk

setiap satelit

Validitas

koreksi

Beberapastasion referensi

Vektor (koreksi jam satelit,tiga komponen kesalahanephemeris, parameter-parameter model ionosfir)

Regional

LADGPS WADGPS


13/46

Penentuan Posisi Titik Perum

Dimaksudkan untukmenentukan koordinattitik-titik kedalaman

Metode penentuan posisi GPSyang bisa digunakan :

Differential GPS kinematic

positioning (off-line): 1 5 cm Sistem RTK : 1 5 cm



14/46

Titik (-titik) yang akanditentukan posisinya

bergerak (kinematik).

Selain posisi GPS juga bisa digunakan untukmenentukan kecepatan, percepatan &attitude.

Bisa berupaabsoluteataupundifferential positioning.

Bisa menggunakan datapseudorangedan/atau fase.

Hasil penentuan posisi bisa diperlukan saatpengamatan (real-time) ataupun sesudah

pengamatan (post-processing) Untukreal-time differentian positioning

diperlukan komunikasi data antaramonitor stationdengan receiver yang bergerak.

Penentuan posisi kinematik secara teliti memerlukan penggunaan data fase.Problem utamanya adalah penentuan ambiguitas fase secara on-the-fly.

Ukuran lebih pada suatu epok pengamatan biasanya tidak banyak. Ketelitian posisi : rendah sampai tinggi.

Aplikasi : navigasi, pemantauan (surveillance),guidance, fotogrammetri,airborne gravimetry, survai hidrografi, dll.

Kinematic Positioning


GPS

MonitorStation


15/46

Sistem RTK


Sistem RTK(Real-Time Kinematic)adalah sistem penentuan posisi

real-timesecara diferensialmenggunakan datafase.

Dapat digunakan untuk penentuan posisi obyek-obyek yang diammaupun bergerak.

Untuk merealisasikan tuntutanreal-timenya, stasion referensi harus

mengirimkan data fase dan pseudorange ke pengguna secara real-time menggunakan sistem komunikasi data tertentu.

Ketelitian tipikal posisi :1 - 5 cm

Aplikasi utama :staking out, survai kadaster,

survai pertambangan,navigasi berketelitiantinggi.

datafase danpseudorange

StasionReferensi

SatelitGPS


16/46

Penentuan Posisi Titik Perum(hal yang harus diperhatikan)


Separasi ruang antara antena GPSdan echosounder

Ketidaksamaan waktu dalampengamatan satelit GPSdan pengamatan fix perum

Perbedaan sistem waktu GPSdengan sistem waktu echosounder

Waktu GPS = UTC + 1.00.n - 19n = 33 (1 Jan 2006)


17/46

Penentuan Posisi Titik Perum(hal yang harus diperhatikan)


Separasi ruang antara antena GPSdan echosounder.- Offset nya (dX,dY,dZ) harus diukur- Effeknya terhadap koordinat

dipengaruhi dinamika kapal

Pengamatan GPS

Pengamatan fix perum

t1 t3

t2 t4

Ketidaksamaan waktu


18/46

Penentuan Posisi Sensor Lainnya

Dimaksudkan untukmenentukan koordinatsensor-sensor hidro-oseanografik lainnya

Metode penentuan posisi GPSyang bisa digunakan :

Absolute GPS kinematic positioning : 5 10 m DGPS (menggunakan pseudorange) : 1 3 m

Differential GPS kinematicpositioning (off-line) : 1 5 cm

Sistem RTK : 1 5 cmHasanuddin Z. Abidin, 2007


19/46

Aspek-Aspek

Pengolahan DataSurvei GPS

Satelit GPS



20/46

Karakteristik Pengolahan Data Survai GPS


Pengolahan data umumnya bertumpu pada hitung perataankuadrat terkecil (least-squares adjustment).

Koordinat dihitung umumnya dalam sistem Kartesian 3-D(X,Y,Z) yang geosentrik.

Pengolahan data dilakukan umumnya secara bertahap, baseline perbaseline, untuk kemudian setelah membentuk jaringan dilakukanperataan jaringan.

Perhitungan vektor baseline dapat dilakukan setelah data darireceiver-receiver GPS yang terkait secara fisik kesemuanya dibawa kesuatu komputer pengolah data.

Ketelitian koordinatyang diinginkan akan mempengaruhi tingkat

kecanggihan dari proses pengolahan data yang dituntut.

Ketelitian koordinatyang diperoleh akan dipengaruhi oleh jugafaktor ketelitian data serta geometri dan strategi pengamatan.


21/46


22/46

GPS Data Processing Software


SKIPro

GPSurvey

Pinnacle

BERNESSE University of Berne, Swiss

DIPOP University of New Brunswick, Kanada

GAMIT Massachussets Institute of Technology, USA

GIPSY Jet Propulsion Laboratory, USATOPAS University of Federal Armed Forces, Jerman

Leica

Trimble

Topcon

Commercial Software Author

Scientific Software Author


23/46

Tahapan Pengolahan Data Survai GPS


PEMROSESANAWAL

PERHITUNGANBASELINE

PERATAANJARINGAN

TRANSFORMASIKOORDINAT

KONTROLKUALITAS

Semua perangkat lunakpengolahan data survei GPSumumnya dapat menangani

semua tahapanpengolahan data ini

ModalRadial


24/46


Tahapan Pengolahan Data Survai GPS

Koordinat Titik (Sistem Pengguna)

Koordinat Titik (Sistem WGS-84)

Transformasi Datum & Koordinat

Perataan Jaringan

Titik-1 Titik-2 Titik-3 .......... Titik-k

Pengolahan Baseline

Baseline-1 Baseline-2 ................. Baseline-n

Pengolahan Baseline Pengolahan Baseline

Modal Radial


25/46


26/46

Diagram Alir Pengolahan Baseline GPS


Solusi Baseline

Pemrosesan Awal

Penetapan/penentuan koordinat dari satu titik ujung baselineuntuk berfungsi sebagai titik tetap

Penentuan posisi secara deferensial(menggunakantriple-difference fase)

Pendeteksian dan pengkoreksian cycle slips

Penentuan posisi secara diferensial(menggunakandouble-difference fase, ambiguity-float)

Penentuan posisi secara diferensial

(menggunakandouble-difference fase, ambiguity-fixed)

Solusi final dari baseline

Penentuan ambiguitas fase(searching dan fixing)

Solusi Baseline

Input untukPerataan Jaringan


27/46

Indikator Kualitas Vektor Baseline


Jumlah data pengamatan yang ditolak.

Sukses tidaknya resolusi ambiguitas.

Nilai rms dari residual pengamatan.

Hasil uji statistik terhadap nilai residual maupun

nilai parameter (vektor baseline maupun ambiguitas)

Nilai faktor variansi aposteriori.Matriks VKV dari vektor baseline.

Pada pengolahan baseline, ada beberapa indikator kualitasyang dapat digunakan untuk mengetahui kualitas darivektor baseline yang diperoleh, yaitu :


28/46

Resolusi Ambiguitas Fase (1)


Proses penentuan nilai dari ambiguitas faseyang merupakan bilangan bulat (integer)

Seandainya nilai ambiguitas fase dapat ditentukan secara benarmaka jarak fase yangambiguousdapat dikonversikan menjadi

jarak geometrik yang sebenarnya dan mempunyai tingkat presisibeberapa mm.

Dalam pengolahan data survai GPS, resolusi ambiguitas iniumumnya merupakanproses pengkonversiannilai ambiguitas(pecahan) hasil estimasi ke nilai ambiguitas (integer) yangdianggap benar.


29/46

Resolusi Ambiguitas Fase (2)


Penetapan semua ataupun beberapa ambiguitas fase DD kenilai yang salah akan menghasilkan solusi yang kurang baik(lebih buruk dari solusi DD ambiguity-free atau solusi TD).

Resolusi ambiguitas fase yang andal diperlukan, karena

Kesuksesannya tergantung pada banyak faktor. Sulit untuk mengetahui sebelum pengukuran apakah nantinya

ambiguitas fase dapat ditentukan dengan benar atau tidak. Tapi untukpengamatan selama 1 jam,panjang baseline yang

relatif pendek(< 20 km),jumlah satelit yang memadai(> 4 satelit),sertaperubahan PDOP yang relatif besar, umumnya dapatdiharapkan bahwa ambiguitas akan dapat ditentukan dengan baik.

Resolusi ambiguitas fase bukanlah suatu hal yangmudah

Ref. : Rizos (1996)


30/46


31/46

Bagaiman kita dapat mengetahui

kualitas sebenarnya dari setiap baseline ?

Gabungkan semua baseline

dan lakukan hitung perataan jaringan.



32/46

Perataan Jaringan GPS

PerataanJaringan

Baseline-baseline belum terintegrasisecara benar dan konsisten

Koordinat titik-titik belum unik

Baseline-baseline telah terintegrasisecara benar dan konsisten

Koordinat titik-titik unik



33/46

Perataan Jaringan GPS


Cek kembaliPengolahan

Baseline

Perataan Jaring Bebas

Data Vektor Baseline

Perataan Jaring Terikat

OK ?Tidak

Ya

OK ?

Ya

Selesai

Tidak

Cek kembaliKualitas dari setiap

Titik Kontrol

(dX,dY,dZ)Matriks VCV


34/46

Setiap vektor baseline GPS padadasarnya memberikan tiga (3)

data ukuran, yaitu (dX,dY,dZ).

Ketiga data ukuran tersebutberkorelasi karena prosespenentuanya yang padadasarnya simultan.

Ketelitian dari vektor baselinediekspresikan oleh matrik

Varian-Kovariansi (VCV) nya.

Komponen dari vektor baselineberikut matrik VCV nya dilibatkandalam hitung perataan jaringan.

V V

, ,

,C

dX dX dY dX dZ

dY dY dZ

dZsimetri

2

2

2

dX dY

dZba

selin

e


Matrik VCV Baseline


35/46

Perataan jaring bebas dimaksudkan untuk mengecekkualitas dan konsistensi dari data vektor baseline.

Perataan jaring bebas dapat dilakukan dengan

menggunakan beberapa metode :

Yang umum digunakan oleh perangkat lunak komersialuntuk pengolahan data survai GPS adalah metodekendala minimal.

Perataan Jaring Bebas


Metode Kendala Minimal (Minimal Constraint)

Metode Kendala Internal (Inner Constraint)

Metode Generalized Matrix Inverse


36/46

Perataan Jaring GPS Kendala Minimal


Satu titik dianggap sebagai titik tetap yang diketahuikoordinatnya dalam hitung perataan.

Dalam hal ini vektor-vektor baseline bebas berinteraksi antarsesamanya untuk membentuk suatu jaring GPS yang optimal.

Dalam hal ini tidak ada kendala dari luar yang mempengaruhi.

Nilai residual yang diperoleh merefleksikan konsistensi internaldari data vektor baseline, atau dengan kata lain jugamerefleksikan tingkat presisi dari data vektor baseline.

Nilai residual maupun bentuk dan ukuran dari ellips kesalahanrelatif, tidak akan terpengaruh oleh lokasi titik dalam jaringan

yang dianggap sebagai titik tetap.


37/46

Perataan jaring terikat akan mengikutsertakansemua data ukuran yang valid serta akan menggunakansemua titik kontrol sebagai titik tetap atau terkendala.

Perangkat lunak komersial GPS umumnyamenganggap

titik kontrol sebagai titik tetap (tidak mempunyaikesalahan).

Perataan jaring terikatakan memberikankoordinat

definitifuntuk semuatitik-titik yang baru.

Perataan Jaring Terikat

Titik kontrolTitik baru



38/46

Mengecek konsistensi data ukuran dengan titik-titikkontrol yang telah ada (suatu mekanisme kontrolkualitas).

Mengintegrasikan titik-titik dalam jaringan baru kejaringan titik yang telah ada yang tingkatketelitiannya lebih tinggiatau setidaknya sama(kepastian datum dan

sistem koordinat)

Fungsi Perataan Jaring Terikat


Titik kontrolTitik baru


39/46

Jumlah outlier.

Besarnya residual serta nilai standar deviasinya.

Standar deviasi dari komponen-komponen koordinat.

Nilai dari faktor variansi aposteriori.

Hasil dari uji-uji statistik.

Bentuk, ukuran, dan orientasi dari ellips kesalahan(titik dan garis)

Indikator Kualitas


Ada beberapa parameter yang dapat digunakan sebagaiindikator dari kualitas hitung perataan jaringan, yaitu :


40/46

On-line GPS Data Processing Software


AUSPOS : http://www.ga.gov.au/geodesy/sgc/wwwgps/CSRS-PPP : http://www.geod.nrcan.gc.ca/ppp_e.phpSCOUT : http://sopac.ucsd.edu/cgi-bin/SCOUT.cgiAUTO GIPSY : http://milhouse.jpl.nasa.gov/ag/OPUS : http://www.ngs.noaa.gov/OPUS/

It provides users with the facility to submit dual frequency geodeticquality GPS RINEX data observed in a 'static' mode, to website-basedGPS processing system and the user receive rapid turn-around ITRFcoordinates.

It is a FREE service.

This service takes advantage of both the IGS Stations Network andthe IGS product range, and works with data collected anywhere on Earth.

Examples :


41/46

Beberapa Aplikasi Lainnya

Dalam Bidang Hidrografi


42/46

Pengamatan Pasut di Lepas Pantai

Buoy GPS

Jangkar

Dasar Laut

dh

Waktu

dh

SatelitKomunikasi

Satelit GPS

MonitorStation

pengiriman data


43/46

Unifikasi Datum Tinggi

1. TinggiEllipsoid

2. TinggiSipat Datar

3. UndulasiGeoid

4.Sea SurfaceTopography

GPS Satellites

MSL-A

Ellipsoid Referensi

A

B

MSL-B

Geoid

1

2

3

4



44/46

GPS dan Transfer MSL

Satelit GPS

HAdiketahui HB = ?

MSL (Mean Sea Level)

hBh

AN

A N

B

Ellipsoid Referensi

Geoid

H = tinggi orthometrikh = tinggi ellipsoidN = undulasi geoid

A

B



45/46

GPS dan Studi Pola Arus

Satelit GPS

Receiver GPS padapelampung yangbergerak bebas

MonitorStation

Trayektori pelampung

mewakili arah arus

Posisi GPS dariwaktu ke waktu

Pengiriman data

SatelitKomunikasi

DaratanGaris Pantai



46/46

PenentuanAttitudeKapal


rolling

pitching

N

E

h

Satelit GPS

Antena-1

Antena-2

yawing

Antena-3

gps dan hidrografi 2

Documents