GPS (Global Positioning System)

GPS adalah singkatan dari Global Positioning System yang merupakan sistem untuk menentukan posisi dan navigasi secara global dengan menggunakan satelit. Sistem yang pertama kali dikembangkan      oleh Departemen Pertahanan  Amerika ini digunakan  untuk kepentingan militer maupun sipil (survei dan pemetaan).  

Sistem GPS, yang nama aslinya adalah NAVSTAR GPS (Navigation Satellite Timing and Ranging Global Positioning System), mempunyai tiga segmen yaitu : satelit, pengontrol, dan penerima / pengguna. Satelit GPS yang mengorbit  bumi, dengan orbit dan kedudukan yang tetap (koordinatnya pasti), seluruhnya berjumlah 24 buah dimana 21 buah aktip bekerja dan 3 buah sisanya adalah cadangan.

•   Satelit bertugas untuk menerima dan menyimpan data yang ditransmisikan oleh stasiun-stasiun pengontrol, menyimpan dan menjaga informasi waktu berketelitian tinggi (ditentukan dengan jam atomic di satelit), dan memancarkan sinyal dan informasi secara kontinyu ke pesawat penerima  (receiver) dari pengguna.

• Pengontrol bertugas untuk mengendalikan dan mengontrol satelit dari bumi baik untuk mengecek kesehatan satelit, penentuan dan prediksi orbit dan waktu, sinkronisasi waktu antar satelit, dan mengirim data ke satelit.

• Penerima  bertugas menerima data dari satelit dan meprosesnya untuk menentukan posisi (posisi tiga dimensi yaitu koordinat di bumi plus ketinggian), arah, jarak dan waktu yang diperlukan oleh pengguna. Ada dua macam tipe penerima yaitu tipe NAVIGASI dan tipe GEODETIC.  Yang termasuk receiver tipe NAVIGASI antara lain : Trimble Ensign, Trimble Pathfinder, Garmin, Sony dan lain sebagainya. Sedangkan tipe GEODETIC antara lain : Topcon, Leica, Astech, Trimble seri 4000 dan lain-lain.

 

Pada dasarnya penentuan posisi dengan GPS adalah pengukuran jarak secara bersama-sama ke beberapa satelit (yang koordinatnya telah diketahui) sekaligus. Untuk menentukan koordinat suatu titik di bumi, receiver   setidaknya membutuhkan 4 satelit yang dapat ditangkap sinyalnya dengan baik. Secara default posisi atau koordinat yang diperoleh bereferensi ke global datum yaitu World  Geodetic System 1984 atau disingkat WGS'84.  

GPS type Handheld

    GPS type Geodetic

   

      Secara garis besar penentuan posisi dengan GPS ini dibagi menjadi dua metode yaitu metode absolut dan metode relatif.  

• Metode absolut atau juga dikenal sebagai point positioning, menentukan posisi hanya berdasarkan pada 1 pesawat penerima (receiver) saja.  Ketelitian posisi dalam beberapa meter (tidak berketelitian tinggi) dan umumnya hanya diperuntukkan bagi keperluan NAVIGASI.(more info)

• Metode relatif atau sering disebut differential positioning, menetukan posisi dengan menggunakan lebih dari sebuah receiver. Satu GPS dipasang pada lokasi tertentu dimuka bumi dan secara terus menerus menerima sinyal  dari satelit dalam jangka waktu tertentu dijadikan sebagai referensi bagi yang lainnya. Metode ini menghasilkan posisi berketelitian tinggi (umumnya kurang dari 1 meter) dan diaplikasikan untuk keperluan survey GEODESI ataupun pemetaan yang memerlukan ketelitian tinggi.(more info)

          Pengenalan tentang sistem koordinat sangat penting agar dapat menggunakan GPS secara optimum. Setidaknya ada dua klasifikasi tentang sistem  koordinat yang dipakai oleh GPS maupun dalam pemetaan yaitu : sistem koordinat global yang biasa disebut sebagai koordinat GEOGRAFI dan sistem koordinat di

dalam bidang proyeksi. 

• Koordinat GEOGRAFI diukur dalam lintang dan bujur dalam besaran derajad desimal, derajad menit desimal, atau derajad menit detik. Lintang  diukur terhadap equator sebagai titik NOL (0^o sampai 90^o  positif kearah utara dan 0^o sampai  90^o negatif kearah selatan). Bujur diukur berdasarkan titik NOL di Greenwich 0^o sampai 180^o kearah timur dan 0⁰ sampai 180^o kearah barat. 

• Koordinat di dalam bidang proyeksi merupakan koordinat yang dipakai pada sistem proyeksi tertentu. Umumnya berkait erat dengan system  proyeksinya, walaupun adakalanya (karena itu  memungkinkan) digunakan

Leia Mais…

Penentuan Posisi Relatif (Differensial) GPS

 Penentuan posisi relatif adalah penentuan vektor jarak antara dua buah stasiun pengamatan, yang dikenal sebagai jarak basis (baseline). Penentuan posisi relatif melibatkan pengamatan simultan dari m satelit dengan minimum dua rceiver GPS. Model matematik penentuan posisi relatif didapatkan dari kombinasi linear pengamatan single-difference.

Penentuan posisi relatif dengan pseudorange

Diasumsikan dua receiver GPS i dan j, mengamat pseudorange L1 ke m satelit secara simultan. Akan tersedia pseudorange berikut: Pki,1 dan Pki,2 untuk k=1,.....m. linearisasi persamaan pengamatan pseudorange m single-difference menjadi:

ΔPk_ij,1(ti) = -[u_kj (ti)]^T Δr_ij (ti) + cΔdt_ij (ti), k = 1,...........m

P_kij,1    : hasil single-difference tunggal pengamatan pseudorange

r_ij          : vektor jarak basis

dalam bentuk matrik vektor, persamaan di atas menjadi :

Penentuan relatif dengan carrier phase

Struktur dari persamaan pengamatan carrier phase sangat mirip dengan persamaan pengamatan pseudorange. Persamaa pengamatan carrier phase untuk L1 pada pengamatan epok tI mengikuti analogi persamaan berikut:

Dengan Δϕ_ij.1(ti) = (^Δϕ1_ij.1(ti), Δϕ²_ij.1(ti),......... Δϕ^m_ij.1(ti))^T

 aij.1= (λ₁M¹_ij.1, λ₁M²_ij.1,......... λ₁M^m_ij.1)^T

Di sini ϕ_ij adalah hasil single difference fase pembawa.

Dengan GPS, titik yang akan ditentukan posisinya pada kedudukan diam (static positioning) ataupun bergerak (kinematic positioning). Posisi titik dapat ditentukan dengan menggunakan metode absolut (point positioning) ataupun terhadap titik lainnya yang telah diketahui koordinatnya (monitor station) dengan mengguakan metode differensial (relative positioning) yang menggunakan minimal dua receiver GPS. GPS dapat memberikan posisi secara instan (real time) ataupun sesudah pengamatan setelah data pengamatannya diproses secara lebih ekstentif (post positioning) yang biasanya dilakukan untuk mendapatkan ketelitian yang lebih baik.

Metode differential global positioning system sering juga disebut dengan penentuan posisi secara relatif. Pada penentuan posisi differensial ini, posisi suatu titik ditentukan relatif terhadap titik lainnya yang telah diketahui koordinatnya. Pada metode ini, dengan mengurangkan data yang diamati oleh  dua receiver GPS pada waktu yang bersamaan, maka beberapa jeis kesalahan dan bias dari data dapat dihilangkan. Dalam hal ini, kesalahan jam receiver dan jam satelit dapat dihilangkan, kesalahan bias dan ionosfer, troposfer, dan efemeris dapat direduksi, sedangkan  kesalahan  multipath  yang  bersifat lokal tidak dapat dieliminir maupun direduksi. Perlu dicatat, bahwa efektivitas pengurangan ini sangat bergantung pada jarak antara titik yang diketahui koordinatnya dengan titik yang akan ditentuka koordinatnya. Semakin pendek jarak tersebut, maka akan semakin efektif dan sebaliknya.

 Tujuan dari penentuan posisi relatif adalah untuk menentukan koordinat sebuah titi yang belum diketahui dari sebuah titik yang sudah diketahui koordinatnya. Misalnya A adalah titik yang sudah diketahui koordinatnya, dan B titik yang belum diketahui koordinatnya, dan b_AB adalah  vektor baseline. Maka dapat diformulasikan:

Aplikasi metode diferensial statik kebanyakan pada pembuatan jaringan atau kerangka pemetaan. Terdapat tiga tahapan utama dalam perhitungan untuk mendapatkan koordinat titik-titik dalam kerangka peta, yaitu:

1.   Pengolahan data dari setiap baseline dalam jaringan

2.   Perataan jaringan yang melibatkan semua baseline untuk menentukan koordinat titik-titik dalam jaringan.

3.   Transformasi koordinat titik-titik tersebut dari datum WGS 84 ke datum dan sistem proyeksi peta yang diperlukan oleh pengguna.

Leia Mais…

Penentuan Posisi Absolut GPS

Penentuan posisi absolut:

 Prinsip dasar penentuan posisi dengan GPS adalah reseksi (pengikatan ke belakang) dengan jarak, dengan pengamatan simultan ke minimal 4 satelit yang koordinatnya diketahui. Pengamatan simultan ke 4 satelit dibutuhkan untuk mendapatkan solusi 3 parameter posisi dan satu parameter koreksi waktu. Koordinat satelit diketahui dari informasi orbit (broadcast ephemeris atau broadcast orbit) yang terkandung dalam pesan navigasi (navigation massage). Pesan navigasi merupakan bagian dari sinyal satelit GPS.

Penentuan posisi absolut adalah metode penentuan posisi yag paling mendasar dari GPS. Posisi suatu titik direferensikan terhadap pusat dari sistem koordinat, dalam hal ini adalah geocenter untukGPS. Data yang digunakan adalah pseudorange, dengan demikian ketelitia yang dihasilkan tidak begitu tinggi.

 

      Ketelitian yang didapat adalah sesuai spesifikasi untuk ketelitian SPS (Standard Positioning Service). Terdapat dua level ketelitia posisi pada pengamatan secaraN absolute, yaitu SPS dan PPS (Precise Positioning Service). Pada level SPS terdapat penurunan tingkat ketelitian dari yang mampu diberikan oleh GPS, dengan penerapan selective available (SA). Pada tingkat kepercayaan 95%, secara tipikal ketelitian posisi horizontal yang diperoleh adalah 100m.

Ketelitian posisi yang diperoleh merupakan fungsi dari geometri satelit dan ketelitian pseudorange. Ketelitian pseudorange dinyatakan dengan bilangan DOP (dilution of precision). Ditinjau dari parameter yang ditentukan, dikenal beberapa jenis DOP yaitu Geometrical DOP (posisi 3D waktu), Positional DOP (posisi 3D), Horizontal DOP (posisi horizontal), Vertikal DOP (tinggi), dan Time DOP (waktu).

Penentuan absolut adalah penentuan posisi suatu titik secara mandiri dengan mengguakan 1 buah receiver yang dapat dilihat pada gambar berikut:

                                                                            

 

Secara matematis penentuan posisi 3 dimensi dengan metode pseudorange dapat digunakan rumus sebagai berikut. Persamaan jarak dengan pseudorange adalah:

P_1k = _√ ((u₁ – uk)² + (v₁ – vk)² + ( w₁ – wk)²)- cdt_k

P_2k = _√((u₂ – uk)² + (v2 – vk)² + ( w₂ – wk)²)- cdt_k

P_3k = _√((u₃ – uk)² + (v3₁ – vk)² + ( w₃ – wk)²)- cdt_k

Keterangan:

c            : kecepatan gelombang di dalam medium hampa (3x10⁸ m/s)

dt           : beda waktu antara gelombang satelit GPS saat dipancarkan  dan  saat diterima

(u,v,w)i  : posisi koordinat satelit GPS (earth fix coordinate) dalam sistem kartesi 3D.

(u,v,w)k : posisi koordinat receiver dalam sistem koordinat kartesi 3D.

Pik         : jarak antara satelit GPS ke receiver.

Leia Mais…