8

BAB 2

DASAR TEORI

2.1 Sistem Satelit Navigasi Global

GNSS (Global Satellite Navigation System) merupakan suatu istilah yang digunakan

untuk mencakup seluruh sistem satelit navigasi global yang sudah beroperasi ataupun

sedang dalam perencanaan. Sistem satelit navigasi GPS (Global Positioning System)

milik negara Amerika Serikat merupakan yang paling terkenal dan saat telah

beroperasi penuh. Satelit GPS pertama kali diluncurkan pada tahun 1978 dan

konfigurasinya selesai pada tahun 1994. Sampai dengan bulan Mei 2012 ada 31

satelit GPS yang mengorbit dan dalam kondisi baik. Sementara GLONASS

merupakan sistem satelit navigasi yang diluncurkan oleh Rusia yang dimulai pada

tahun 1982 dan pada bulan Oktober 2011 telah beroperasi penuh pada skala global.

GLONASS memiliki 24 satelit yang mengorbit dan dalam kondisi baik. Saat ini

sistem satelit GLONASS terus dikembangkan di Rusia dan menjadi proyek utama

pemerintah dengan pendanaan yang terus ditingkatkan. Selain itu, negara-negara di

Eropa juga mulai mengembangkan sistem satelit navigasi GALILEO. Satelit

GALILEO sendiri pertama kali diluncurkan pada tahun 2006 dan diperkirakan

konfigurasinya akan selesai dan dapat beroperasi penuh pada tahun 2015. Selain itu,

beberapa negara lain seperti juga mengembangkan sistem satelit navigasi, seperti

Cina dengan Compass, India dengan IRNSS (Indian Regional Navigation Satellite

System) dan Jepang dengan QZSS (Quasi-Zenith Satellite System). Walaupun

demikian, sinyal-sinyal yang ditransmisikan oleh satelit GNSS tersebut masih

memiliki kesalahan dan tidak selalu sesuai dengan kenyetaan yang ada. Sehingga

harus dilakukan monitoring dari akurasi, ketersediaan, kontinuitas, dan integritas dari

sinyal-sinyal tersebut menggunakan titik-titik referensi yang terdapat di permukaan

bumi.

Teknologi GNSS dapat digunakan untuk berbagai macam aplikasi seperti penentuan

posisi akurat, survey dan pemetaan, dan berbagai macam aplikasi lainnya. Industri

survey dan pemetaan telah mengalami revolusi dengan penggunaan GNSS yang

menggunakan teknologi satelit, dimana sebagai refensi dalam pengukuran,

digunakan receiver GNSS yang dapat mendukung berbagai macam aplikasi

9

penentuan posisi baik itu untuk ketelitian tinggi seperti pemantauan lempeng

tektonik, survey deformasi, pemantauan gempa bumi, pemodelan ionosfer dan

troposfer maupun aplikasi – aplikasi praktis seperti navigasi. Banyaknya berbagai

macam aplikasi penentuan posisi yang menggunakan receiver GNSS sebagai

referensi membuat stasiun referensi permanen atau disebut CORS (Continuously

Operating Reference Station). Sistem CORS ini digunakan untuk berbagai macam

aplikasi berbasis GNSS seperti Network RTK, Differential GPS maupun post-

processing positioning.

2.2 Sistem CORS

Perkembangan GPS saat ini telah memungkinkan beroperasinya sistem CORS,

sebuah alat yang dapat menerima sinyal – sinyal GPS tanpa adanya gangguan. CORS

harus dapat menyimpan data dan dalam keadaan tertentu melakukan pengolahan data

dan kemudian mengirimkan data tersebut ke rover untuk kepentingan pengguna.

Tiap – tiap jaringan CORS terdiri dari beberapa stasiun CORS yang saling terhubung

dengan komunikasi yang memungkinkan perhitungan secara real time. Tiap stasiun,

paling tidak terdiri dari satu receiver geodetik, satu antena, saluran komunikasi data

dan power supply. Jaringan CORS yang baik dan dilengkapi dengan sistem

komunikasi data yang lancar akan memungkinkan stasiun – stasiun CORS tersebut

untuk mengirimkan raw data ke server pusat.

Layanan penggunaan CORS secara umum terbagi menjadi 2, yaitu untuk pengolahan

data post-processing dan untuk real time processing. Pada jaringan offline yang

menyediakan informasi data – data pada user untuk post-processing data, file data

disimpan menggunakan format data RINEX ( receiver independent exchange format

). RINEX sendiri merupakan format data yang menjadi standar internasional untuk

mengubah raw data yang diterima dari receiver stasiun - stasiun CORS untuk

kemudian diolah menggunakan software post-processing GNSS. Sementara untuk

kepentingan online network, aplikasi yang digunakan adalah real time kinematic

(RTK) dengan format RTCM (Radio Technical Commission for Maritime Services)

yang biasa digunakan untuk transmisi data. Format RTCM adalah format data

standar internasional yang digunakan dalam transmisi real time data untuk koreksi

diferensial GPS dari stasiun – stasiun CORS ke rover yang digunakan oleh user.

10

Perkembangan jaringan CORS secara global terus berlanjut sehingga perlu adanya

sebuah pengklasifikasian hirarki jaringan CORS. Teori mengenai hal ini sudah

dikembangankan oleh Rizos (2008), dimana teori ini menjadi salah satu bahan

pertimbangan dalam pengembangan jaringan CORS atau pembangunan infrastruktur

penentuan posisi. Rizos menjelaskan hirarki infrastruktur CORS menjadi beberapa

tingkat.

2.2.1 Jaringan CORS tingkat 1

Dapat dikatakan sebagai ultra-high accuracy jaringan CORS yang dilengkap dengan

receiver tipe geodetik yang dapat melakukan tracking semua sinyal GPS,

monumentasi antena yang stabil dan kuat, memenuhi standar stasiun IGS, dan

dibangun untuk tingkat ketelitian sangat tinggi yang mendukung kegiatan penelitian

ilmiah dan pendefinisian kerangka referensi global.

2.2.2 Jaringan CORS tingkat 2

Jaringan CORS ini merupakan jaringan high accuracy yang dilengkapi dengan

receiver tipe geodetik, dapat melakukan tracking seluruh sinyal GPS, monumentasi

antena yang stabil dan kuat, dan memenuhi standar stasiun yang di miliki IGS.

Jaringan ini biasanya dioperasikan oleh pemerintah atau instansi nasional yang

berkaitan dengan geodesi, yang bertujuan untuk menjaga datum geodetik nasional

dan dapat menyediakan kerangka referensi geospasial nasional.

2.2.3 Jaringan CORS tingkat 3

Jaringan CORS ini dilengkapi dengan receiver spesifikasi minimum yang dapat

melakuukan tracking sinyal GPS pada frekuensi L1-L5. Stasiun – stasiun tersebut

merupakan perapatan dari jaringan CORS tingkat 2 dan dioperasikan oleh instansi –

instansi swasta untuk kepentingan komersial. Jasa yang diberikan biasanya untuk

kegiatan yang membutuhkan penentuan posisi secara real time. Tingkat akurasi dari

jaringan ini biasanya bergantung pada aplikasi yang ingin digunakan. Pembangunan

stasiun dan monumentasi yang dibutuhkan untuk jaringan CORS ini tidak seketat

yang dibutuhkan untuk jaringan tingkat 1 dan tingkat 2, tetapi tetap dibutuhkan

komunikasi data yang baik dan stabil serta dan power yang baik untuk menjaga

infrastruktur CORS tetap dapat beroperasi untuk kepentingan komersial.

11

2.3 Sistem Referensi Koordinat Jaringan CORS

Secara umum, sistem referensi koordinat pada jaringan CORS mengacu pada

kerangka referensi global ITRF (International Terrestrial Reference Frame). ITRF

sendiri merupakan suatu kerangka referensi dengan tingkat akurasi yang tinggi

dimana koordinat yang didapatkan merupakan koordinat yang tetap terhadap waktu.

Nilai koordinat yang didapatkan dari ITRF ini digunakan sebagai acuan relatif untuk

realisasi terbaru dari ITRF dimana saat ini versi terbarunya adalah ITRF 2008.

Walaupun begitu, jaringan di beberapa negara seperti Swedia menggunakan sistem

referensi koordinat lokal yaitu SWEREF 99 yang tetap terikat pada ITRF 2008.

Penggunaan sistem referensi koordinat ini sangatlah penting karena nantinya akan

memudahkan pengambilan, penyimpanan dan penggunaan data – data untuk

kepentingan survey dan pemetaan. Referensi koordinat ini juga akan memastikan

terintegrasinya jaringan CORS pada tingkat lokal, nasional, regional, dan global. Hal

inilah yang membuat jaringan – jaringan CORS yang tersebar didunia tetap

menggunakan ITRF sebagai acuan utama, dimana dari koordinat ITRF yang

didapatkan baru kemudian diturunkan pada kerangka referensi nasional, contohnya

seperti SWEREF 99.

2.4 Kesalahan – kesalahan pada stasiun CORS

Secara umum, kesalahan yang ada pada GNSS dapat dibagi menjadi kesalahan

karena satelit dan kesalahan yang berhubungan dengan receiver. Skema pembagian

kesalahan ini tidak sama dengan kesalahan yang ada pada jaringan CORS, dimana

kesalahan pada jaringan CORS terbagi menjadi 2 yaitu kesalahan pada stasiun dan

kesalahan pada panjang baseline. Kesalahan stasiun CORS tidak dipengaruhi dari

jaringan CORS itu sendiri, dimana kesalahan ini erat kaitannya dengan teknis

pembangunan stasiun CORS. Sementara kesalahan yang berhubungan dengan

baseline diantaranya adalah kesalahan orbit dan jam satelit, bias inosfer, dan bias

troposfer.

Sumber kesalahan yang paling utama adalah kesalahan ionosfer. Kesalahan yang

bergantung pada stasiun – stasiun CORS diantaranya adalah efek multipath,

pergerakan pusat fase antena, dan besar noise, tidak dapat direduksi dengan

melakukan perbaikan pada jaringan CORS.

12

fase antena, dan besar noise, tidak dapat direduksi dengan melakukan perbaikan pada

Gambar 2.1 menunjukan kesalahan – kesalahan yang ada pada jaringan CORS.

Dalam perjalanan sinyal dari satelit hingga mencapai antena CORS di bumi, sinyal –

sinyal CORS akan dipengaruhi oleh beberapa kesalahan dan bias. Kesalahan dan bias

harus diperhitungkan dengan baik dan benar karena besar dan karakteristik dari

kesalahan dan bias tersebut dapat mempengaruhi ketelitian informasi yang dibawa

oleh sinyal tersebut (posisi, kecepatan, percepatan, waktu).

2.4.1 Kesalahan Ephemeris (orbit)

Kesalahan orbit adalah kesalahan dimana orbit satelit yang dilaporkan oleh

ephemeris satelit tidak sama dengan orbit satelit yang sebenarnya. Dapat dikatakan,

posisi satelit yang dilaporkan tidak sama dengan posisi satelit yang sebenernya.

Kesalahan ephemeris tersebut kemudian akan mempengaruhi ketelitian dari

koordinat titik – titik yang ditentukan. Harus dicatat bahwa dalam penentuan posisi

secara relatif, semakin panjang baseline yang diamati, maka efek kesalahan

ephemeris satelit akan semakin besar, sehingga dalam aplikasi jaringan CORS, jarak

antar stasiun CORS harus benar – benar rapat sehingga efek kesalahan ephemeris

dapat direduksi.

2.4.2 Kesalahan Jam Satelit dan Receiver

Kesalahan dari jam satelit ataupun receiver, baik itu dalam bentuk offset waktu offset

frekuensi ataunpun frequency drift akan langsung mempengaruhi ukuran jarak, baik

Gambar 2.1 Sumber kesalahan pada CORS dan klasifikasinya [Schwieger, 2010]

13

untuk data pseudorange maupun jarak fase. Kesalahan jam satelit dapat dieliminasi

dengan melakukan pengurangan dua jarak ukuran yang diamati pada saat yang sama

dari dua receiver pada stasiun CORS ke satelit tersebut.

Untuk mengatasi kesalahan pada jam receiver, dapat dilakukan 2 cara, yaitu dengan

mengestimasi parameter – parameter kesalahan jam receiver (offset, drift, dan drift

rate) dalam proses pengestimasian posisi. Selain itu, seperti halnya pengeliminasian

efek kesalahan jam satelit, efek kesalahan jam receiver pada ukuran jarak juga dapat

dieliminasi dengan melakukan pengurangan jarak ukuran. Dalam hal ini, yang perlu

dikurangi adalah jarak ukuran yang idamati pada saat yang sama oleh receiver

stasiun CORS ke dua satelit yang berbeda.

2.4.3 Bias Ionosfer

Ionosfer adalah bagian dari lapisan atas atmosfer dimana terdapat sejumlah elekrton

dan ion bebas yang mempengaruhi perambatan gelombang radio. Lapisan Ionosfer

terletak kira – kira antara 60 sampai 1000 km diatas permukaan Bumi. Jumlah

elektron dan ion bebas pada lapisan ionosfer tergantung pada besarnya intensitas

radiasi matahari serta densitas gas pada lapisan tersebut [Davies, 1990].

Sinyal dari satelit GPS, yang teletak kira – kira 20.000 km di atas permukaan bumi,

harus melalui lapisan ionosfer untuk sampai ke antena di permukaan bumi. Ion - ion

bebas (elektron) dalam lapisan ionosfer akan mempengaruhi arah, polarisasi, dan

kekuatan sinyal GPS yang melaluinya.

Pengaruh efek ionosfer terbesar adalah pada kecepatan sinyal, dimana akan

mempengaruhi nilai ukuran jarak dari pengamat ke satelit. Ionosfer akan

memperlambat pseudorange (ukuran jarak menjadi lebih panjang) dan

mempercepata fase ( ukuran jarak menjadi lebih pendek), dengan biasa jarak (dalam

unit panjang ) yang sama besarnya. Besarnya bias jarak karena efek ionosfer akan

tegantung pada konsentrasi elektron sepanjang lintasan sinyal serta frekuensi sinyal

yang bersangkutan. Sedangkan konsentrasi elektron sendiri akan tergantung pada

beberapa faktor, terutama aktivitas matahari dan medan magnetik bumi, dimana

keduanya juga akan bergantung pada lokasi geografis, musim, dan waktu.

14

2.4.4 Bias Troposfer

Sinyal dari satelit GNSS untuk sampai ke antena harus melalu lapisan troposfer,

yaitu lapisan atmosfer netral yang berbatasan dengan permukaan bumi dimana

temperatur menurun dengan membsarnya ketinggian. Lapisan troposfr mempunyai

ketebalan sekitar 9 sampai 16 km, tergantung dengan tempat dan waktu. Ketika

melalui troposfer sinyal GNSS akan mengalami refraksi yang akan menyebabkan

perubahan pada kecepatan dan arah sinyal GNSS, seperti diilustrasikan pada

Gambar 2.2. Efek utama pada troposfer berpengaruh pada kecepatan, atau dengan

kata lain terhadap haisl ukuran jarak.

Gambar 2.2 Efek Troposfer terhadap sinyal GPS [Abidin, 2000]

Pada frekuensi sinyal GNSS ( dibawah 30 GHz ), magnitude dari bias troposfer tidak

tergantung pada frekuensi dan oleh sebab itu besarnya tidak dapat diestimasi dengan

pengamatan pada dua frekuensi. Patut dicatat bahwa pseudorange dan fase kedua –

duanya diperlambat oleh troposfer, dan besar magnitude bias troposfer pada kedua

data pengamatan tersebut adalah sama.

2.4.5 Efek Multipath

Multipath adalah fenomena dimaan sinyal dari satelit tiba di antena GPS melalui dua

tau lebih lintasan yang berbeda. Dalam hal ini satu sinyal merupakan sinyal langsung

dari satelit ke antena, sedangkan yang lainnya merupakan sinyal – sinyal tidak

langsung yang dipantulkan oleh benda – benda di sekitar antena sebelum tiba di

antena. Beberapa benda yang bisa memantulkan sinyal GNSS antara lain adalah jalan

raya, gedung, danau, dan kendaraan. Bidang – bidang pantulan bisa merupakan

15

bidang horizontal, vertikal, maupun bidang miring. Perbedaan panjang lintasan

menyebabkan sinyal – sinyal tersebut berinterferensi ketika tiba di antena yang pada

akhirnya menyebabkan kesalahan pada hasil pengamatan.

Multipath mempengaruhi hasil ukuran pseudorange maupun fase. Besarnya efek

multipah tersebut akan bergantung pada beberapa faktor diantaranya jenis dan posisi

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

dan kekuatan sinyal. Multipath diilustrakan pada Gambar 2.3, menunjukan sinyal

yang dipantulkan oleh reflektor sebelum sampai ke receiver. Efek multipath pada

data pseudorange jauh lebih besar dibandingkan efeknya pada data fase.

2.4.6 Pegerakan dari Pusat Fase Antena

Pusat fase antena adalah sumber radiasi yang sebenarnya dan dalam GNSS

merupakan titik refernsi yang sebenarnya digunakan dalam pengukuran sinyal secara

elektroni. Titik sumber radiasi yang ideal akan memunyai muka fase gelombang

berbentuk bola serta pusat fase yang tetap. Dalam realitanya, karena sumber radiasi

yang ideal tersebut sulit direalisasikan pada antena CORS, maka pusat fase antena

GPS umumnya akan berubah – ubah bergantung pada elevasi dan azimuth satelit

serta intensitas sinyal, dan lokasinya akan berbeda untuk sinyal L1 dan L2

[Tranquilla dkk, 1987]. Satelit GPS yang selau bergerak pada orbitnya akan

mengakibatkan pusat fase antena yang terus berubah dari waktu ke waktu.

Melihat nilai perbedaan antara pusat fase dan pusat geometris antena yang berada

pada level beberapa cm, maka dapat disimpulkan bahwa efek dari adanya pergerakan

pusat fase antena GNSS hanya perlu diperhitungkan untuk aplikasi penentuan posisi

Gambar 2.3 Efek multipath pada GNSS [Abidin, 2000]

16

yang menuntut ketelitian posisi yang relatif tinggi, seperti halnya untuk studi

geodinamika dan pemantauan deformasi yang teliti.

2.5 Metode Penentuan Posisi Jaringan CORS

Jaringan CORS dapat digunakan untuk berbagai macam metode penentuan posisi

secara real – time maupun post-processing. Metode yang digunakan dalam

penentuan posisi tersebut erat kaitannya dengan kebutuhan pada aplikasi penggunaan

jaringan CORS. Metode – metode tersebut diantaranya Differential GPS, single base

RTK, Network RTK, dan post – processing.

2.5.1 Sistem DGPS (Differential GPS)

Sistem DGPS adalah suatu sistem penentuan posisi real time secara diferensial

menggunakan data pseudorange. Sistem ini umumnya digunakan untuk penentuan

objek – objek yang bergerak. Stasiun referensi harus mengirimkan koreksi diferensial

ke pengguna secara real time menggunakan sistem komunikasi data tertentu, seperti

yang diilustrasikan Gambar 2.4.

Ketelilitian tipikal poisis yang diberikan oleh sistem DGPS adalah berkisar sekitar 1

sampai 3 m, sehingga umumnya sistem DGPS ini digunkaan pada survei – survei

kelautan.

2.5.2 Sistem RTK ( Real time Kinematic)

Sistem RTK ( Real time kinematic) adalah suatu sistem penentuan posisi real time

secara differensial menggunakan data fase. Dalam hubungannya untuk memberikan

Gambar 2.4 Sistem DGPS [Abidin, 2000]

17

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

kepada pengguna secara realtime menggunakan sistem komunikasi data. Stasiun

referensi dan pengguna harus dilengkapi dengan suatu sistem pemancar dan

penerima data yang dapat berfungsi dengan baik sehingga komunikasi data dapat

berjalan dengan baik.

Ketelitian posisi yang diberikan oleh sistem RTK sekitar 1-5 cm, dengan syarat

bahwa ambiguitas fase dapat ditentukan secara benar. Salah satu hal yang harus

diatasi adalah penentuan ambiguitas fase dengan menggunakan jumlah data yang

terbatas dan juga dengan receiver yang bergerak merupakan hal yang cukup susah.

Mekanisme penentuan ambiguitas fase pada metode RTK dinamakan on fly

ambiguity.

Sistem RTK dapat digunakan untuk penentuan posisi objek – objek yang diam

ataupun objek yang bergerak, sehingga sistem RTK tidak hanya dapat melaksanakan

survey GPS real time tetapi juga dapat melakukan navigasi dengan ketelitian yang

tinggi. Cakupan aplikasi dari sistem RTK ini cukup beragam, antara lain staking out,

penentuan dan rekonstruksi batas persil tanah, survei pertambangan, survey rekayasa

dan utilitas dan juga berbagai macam aplikasi yang lain yang memerlukan ketelitian

dalam orde cm.

2.5.2.1 Single Base RTK

Merupakan suatu pengamatan diferensial dengan menggunakan dua receiver GNSS

yang bekerja secara simultan dengan menggunakan data fase. Koreksi yang diberikan

dikirimkan satu arah dari base station kepada rover 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 refernsi denga receiver sulit untuk dilakukan.

2.5.2.2 Network RTK

Metode ini biasa disebut NRTK adalah suatu metode penentuan posisi secara

diferensial yang merupakan pengembangan dari single base RTK (Martin & Herring,

2009). Prinsip kerja NRTK adalah dengan perekaman data yang dilakukan oleh

stasiun – stasiun referensi dari satelit GNSS secara kontinyu yang kemudian

18

disimpan dan dikirim ke server NRTK melalu 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 atapun dalam bentuk RTCM yang dikirimkan kepada receiver yang

membutuhkan koreksi data dari stasiun referensi. Komunikasi antara rover dengan

server NRTK dilakukan dengan menggunakan jaringan GSM/GPRS/CDMA,

sehingga dapat memperoleh koreksi hasil itungan dengan metode Area Correction

Parameter (ACP/FKP) atau Master Auxiliary Concept (MAC) atau Virtual Reference

Station (VRS) melalui jaringan internet.

NRTK dianggap lebih memberikan keuntungan dalam penentuan posisi dengan

menggunakan GNSS dibandingkan dengan metode single base RTK (Rizos & Han,

2002). Hal ini dikarenakan pada singe base RTK hanya terdapat satu stasiun 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.

Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya, jaringan CORS dapat digunakan untuk

mengeliminasi kesalahan pada baseline. Dalam aplikasi penggunaan RTK, dapat

dilakukan beberapa koreksi untuk menghilangkan kesalahan – kesalahan tersebut,

yaitu FKP ( flächen-korrektur parameter), VRS ( virtual reference station), dan

MAC ( master auxiliary concept).

Area correction parameters (FKP) adalah suatu metode yang telah dikembangkan

untuk implementasi penentuan posisi menggunakan NRTK GPS [Wubenna dkk,

1996]. Teknik FKP menggunakan informasi yang didapatkan dari stasiun – stasiun

pada jaringan untuk mendapatkan parameter linear yang akan menjelaskan pengaruh

kesalahan atmosfir dan orbit. Parameter ini kemudian akan diberikan kepada

pengguna yang nantinya akan digunakan untuk melakukan interpolasi kesalahan

jaringan sehingga nantinya didapatkan posisi sebenernya dari stasiun – stasiun

tersebut.

19

Virtual reference station (VRS) 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 men-

download data pada sebuah stasiun referensi virtual yang ditentukan oleh user itu

sendiri. Data virtual tersebut dihitung dengan central processing facility (CPF) dan

digunakan khusus untuk kepentingan user. Penggunaan dari konsep VRS ini telah

diusulkan dan diteliti oleh berbagai kelompok penilitian. Konsep dari VRS

diilustrasikan pada Gambar 2.5.

Master Auxiliary Concept (MAC) pertama kali diusulkan oleh Euler pada tahun 2001

untuk digunakan sebaga standar dalam melakukan koreksi pada jaringan. Pada

dasarnya konsep MAC didesain untuk mengirimkan semua data koreksi dari jaringan

CORS ke rover milik user dalam bentuk format yang ringkas yang mewakili tingkat

ambiguitas fase data pengamatan sebagai koreksi diferensial. Dua stasiun referensi

dapat dikatakan berada pada tingkat ambiguitas fase umum jika bilangan ambiguitas

fase untuk tiap rentang telah direduksi sehingga bilangan ambiguitas fase dapat

dihilangkan ketika dilakukan koreksi double-differences selama pengolahan data

[Brown dkk, 2005].

2.5.2.3 Prosedur penentuan posisi RTK pada jaringan CORS

Metode - metode ini diaplikasian secara bersama dalam langkah – langkah penentuan

posisi real time. Prosedur penentuan posisi real time pada jaringan CORS dijelaskan

pada Gambar 2.6.

Gambar 2.5 Ilustrasi VRS pada sebuah jaringan [Wilson

dkk, 2002; Ktimatologio S.A, 2005] [

20

Langkah – langkah yang dilakukan pada prosedur penentuan posisi RTK pada

jaringan CORS adalah :

- Akuisisi data pengamatan di dalam jaringan CORS

- Melakukan koreksi ambiguitas fase dalam jaringan CORS

- Menentukan parameter koreksi wilayah atau FKP

- Pengukuran posisi untuk satu stasiun referensi

- Penentuan nilai pendekatan untuk stasiun referensi virtual (VRS) dengan

menggunakan perkiraan posisi dari rover

- Penentuan panjang baseline

- Penentuan posisi rover menggunakan pengukuran posisi rover

Pada umumnya, jarak antar stasiun idealnya berada pada jarak 50 – 100 km [Rizos,

2003], akan tetapi hal tersebut bergantung pada kondisi geografis jaringan CORS dan

tingkat aktivitas ionosfer di daerah tersebut. Sebagai contoh, pada daerah

khatulistitwa dan kutub, tingginya aktifitas ionosfer mengharuskan jarak antar

receiver harus lebih padat dibandingkan jarak antar stasiun pada daerah lintang

pertengahan. Sebagai tambahan, jaringan- jaringan seperti itu biasanya hanya

mencakup daerah dengan kepadatan populasi yang tinggi atau daerah dengan

Gambar 2.6 Prosedur penentuan posisi pada jaringan CORS [Seeber, 2003]

21

perkembangan ekonomi yang baik [Willgalis dkk, 2002]. Hal ini erat kaitannya

dengan mahalnya biaya pembangunan infrastruktur CORS.

2.5.3 Post-processing pada jaringan CORS

Pada aplikasi post-processing, hal yang paling utama adalah user dapat men-

download data pengamatan dari stasiun CORS dalam bentuk format file RINEX dan

melakukan pengolahan data menggunakan software yang tersedia untuk masing-

masing user. Metode post-processing ini digunakan untuk aplikasi yang

membutuhkan tingkat akurasi yang tinggi, karena pada metode ini, koordinat yang

didapatkan akan lebih baik dibandingkan dengan metode penentuan posisi secara

real time. Kualitas hasil data koordinat yang didapatkan bergantung pada software

yang tersedia untuk melakukan pengolahan data dan juga kemampuan dari user

tentang teori – teori dalam melakukan pengolahan data GPS.

Dalam post-processing menggunakan data CORS, jika user bukan ahli dalam bidang

GPS maka ditawarkan cara lain yang dapat dilakukan untuk melakukan processing

data yaitu melalui layanan online-processing. User dapat melakukan pengambilan

data dilapangan dan memilih stasiun – stasiun CORS tertentu sebagai referensi dalam

pengukuran. Setelah pengukuran, raw data yang didapatkan dari pengukuran diubah

menjadi format data RINEX untuk kemudian di-upload oleh user ke layanan post-

processing online, dimana proses upload dapat menggunakan fasilitas email atau

website. Nantinya penyedia layanan tersebut akan melakukan pengolahan data yang

didapat oleh user bersama dengan data stasiun – stasiun CORS yang dipilih oleh user

sebagai referensi. Hasil perhitungan koordinat yang didapatkan oleh penyedia

layanan akan dikirimkan kembali kepada user. Proses pengolahan dan hasil yang

didapatkan nantinya tentu saja tidak dapat dikontrol oleh user, tetapi bagi user yang

tidak terlalu mengerti konsep penentuan posisi GPS, layanan online post-processing

akan sangat membantu karena user akan mendapatkan hasil koordinat yang

diinginkan hanya beberapa jam setelah pengukuran dilakukan dilapangan.

2.6 Komponen - Komponen Pembentuk stasiun CORS

Infrastruktur dari stasiun CORS terbentuk dari 4 komponen utama yaitu

monumentasi , receiver , antena, dan radome. Selain itu, dalam pembangunan stasiun

CORS juga harus memperhatikan sistem keamanan, jangkauan pelayanan, sistem

elektrikal dan jaringan komunikasi dari sistem tersebut.

22

2.6.1 Monumentasi Stasiun CORS

Monumen antena adalah suatu struktur bangunan yang digunakan untuk menjaga

antena GNSS agar berada pada posisi yang stabil baik idiatas tanah maupun gedung.

Berdasarkan strukturnya, monumen besi bertulang yang ditanam kedalam tanah,

merupakan jenis monumentasi stasiun yang paling stabil. Monumentasi ini

digunakan pada stasiun tingkat 1 dan 2 jaringan CORSnet-NSW di Australia. Jenis

monumentasi besi bertulang tersebut ditunjukan pada Gambar 2.7.

Gambar 2.7 Monumentasi CORS tipe pilar besi bertulang jaringan CORSnet-NSW [

Guideline for CORSnet-NSW,2012]

Selain monumentasi pilar besi bertulang, terdapat juga beberapa jenis monumentasi

lainnya, yang digunakan pada jaringan CORS tingkat 3 dan lebih rendah di Australia

yang ditunjukan pada Gambar 2.8.

Gambar 2.8 beberapa jenis monumentasi stasiun CORS : (a) monumentasi tiang

berdiri bebas (b) monumentasi clamp style (c) monumentasi terikat dinding (d)

monumen tipe pad style dan (e) monumentasi rooftop [Guideline for CORSnet-

NSW,2012]

23

Selain beberapa tipe monumentasi milik jaringan CORSnet-NSW, UNAVCO juga

memiliki beberapa standar monumentasi stasiun yang digunakan sebagai acuan

dalam pembangunan stasiun – stasiun CORS. UNAVCO memiliki beberapa tipe

monumentasi diantaranya deep drilled braced, shallow drill braced, shallow brace

(non-drilled), dan concrette pillar.

2.6.1.1 Monumentasi Deep Drilled Braced

Deep drilled braced monument atau biasa disebut UNAVCO DDBM merupakan

jenis monumentasi yang paling stabil dan tahan lama serta dapat juga dibangun

diatas batuan dasar maupun diatas material yang relatif tidak stabil. DDBM

berbentuk tripod, yang tiap kakinya dapat ditanam hingga kedalaman 12 meter

dibawah permukaan tanah dan dilas pada bagian atasnya. Contoh dari monumentasi

tipe ini ditunjukan pada Gambar 2.9.

Gambar 2.9 UNAVCO DDBM di Nevada, Amerika Serikat [Situs Unavco, 2012]

Material yang digunakan dalam pembangunan UNAVCO DDBM diantaranya adalah

Pipa baja berulir dengan diameter 1.25 inci, yang ditutupi dengan pipa PVC dengan

diameter 2.5 inci. Selain itu, untuk memperkokoh struktur dari kaki-kaki penyangga,

maka bagian atas kaki dilas dengan batangan besi. Penggunaan monumen tipe ini

membutuhkan biaya yang besar dibandingkan dengan monumentasi lainnya dengan

biaya monumentasi berkisar antara $7.500 hingga $15.000.

24

2.6.1.2 Monumentasi Shallow Drill Braced

Shallow drilled braced monument atau disebut SDBM merupakan tipe monumentasi

stasiun CORS yang terdiri dari 4 sampai 5 kaki baja berdiameter 1 inci yang

dibangun dengan konfigurasi tripod dan dibor lalu kemudian dilem menggunakan

epoxy diatas lapisan batuan dengan kedalaman sekitar 1.5 hingga 2 meter. SDBM

digunakan pada lokasi dimana terdapat lapisan batuan diatas atau didalam 0.5 meter

dari permukaan tanah. SDBM idealnya diletakan diatas batuan yang keras dan hanya

terjadi sedikit pelapukan atau retakan. Jika terjadi pelapukan ataupun retakan pada

sebagian besar lapisan batuan tersebut, maka lapisan tersebut tidak dapat digunakan

untuk monumentasi tipe ini. Contoh monumentasi SDBM ditunjukan pada Gambar

2.10. Jika dibandingkan dengan DDBM, maka biaya monumentasi dari SDBM jauh

lebih rendah yaitu sekitar $800.

Gambar 2.10 Monumentasi SDBM pada jaringan CORS di Arab Saudi [Situs

UNAVCO, 2012]

2.6.1.3 Monumentasi shallow brace (non-drilled)

Shallow brace (non-drilled) monument atau disingkat SBM terdiri dari 4 hingga 5

kaki baja dengan diameter ari tiap kaki tersebut sebesar1 inci dan dibangun dalam

konfigurasi tripod dan ditanam kedalam substrat tertentu sampai dengan kedalaman

25

1.5-2 meter. Kaki-kaki baja tersebut dilas pada bagian atas guna memperkuat dan

menstabilkan posisi antena. Monumen tipe SBM hampir sama dengan SDBM,

dengan perbedaan kaki-kaki baja ditanam ke dalam tanah dan tidak dilem

menggunakan epoixed. Monumen SBM ini biasanya didirikan pada di lokasi di

mana tidak ada lapisan batuan yang memungkinkan untuk didirikan SDBM, seperti

ditunjukan pada Gambar 2.11. Biaya yang diperlukan untuk membangun monumen

SBM sekitar $800. Meskipun demikian, SBM lebih tidak stabil jika dibandingkan

dengan DDBM.

Gambar 2.11 Monumen tipe SBM pada Plate Boundary Observatory (PBO) di

Amerika Serikat [Situs UNAVCO, 2012]

2.6.1.4 Monumen concrette pillar (Pilar Beton)

Monumen concrette pillar atau pilar beton bertulang dapat bervariasi jenisnya, tetapi

pada umumnya merupakan suatu bentuk monumentasi yang terdiri dari beton

bertulang didalam bentuk tabung yang kongkrit. Antena GNSS diletakan pada suatu

pin baja yang ditanam pada bagian teratas dari pilar beton. Desain dari pilar

monumen ini bergantuk pada ketersediaan material pembentuk, lokasi, kondisi

stasiun, dan kebutuhan. Biasanya monumen pilar beton ini mudah untuk dibangun

dan dapat digunakan dimana saja dengan material pembentuk yang mudah

didapatkan dimana saja dan relatif murah.

26

Gambar 2.12 Concrette pillar di Dar es Saalam, Tanzania [Situs UNAVCO, 2012]

Kelemahan dari pilar beton bertulang adalah pilar yang dapat mengalami penurunan

seiring berjalannya waktu dan juga tidak dapat menjamin kestabilan monumen dalam

jangka waktu yang panjang jika dibandingkan dengan DDBM. Biaya pembuatan

monumen ini berkisar antara$500-$2000 bergantung pada material yang dipilih.

Selain monumen-monumen tersebut, tipe monumentasi UNAVCO yang lain

diantaranya adalah thermophile, polar mast, shallow foundation mast, shallow

foundation mast, stainless steel pin, dan 5/8” all thread. Pemilihan tipe monumen

yang digunakan untuk instalasi antena CORS sangat bergantung pada lokasi, biaya,

dan juga kegunaan dari stasiun CORS itu sendiri. Dalam melakukan monumentasi

stasiun CORS, beberapa karakteristik dari monumen yang harus diperhatikan

diantaranya adalah :

- Monumen yang tahan lama

- Elevasi yang cukup dari antena untuk meminimalkan obstruksi,

- Stabil dalam menahan getaran dan deformasi dalam jangka waktu yang lama

- Mudah dipelihara serta anti karat

- Dapat meminimalkan efek multipath

- Desain yang sederhana untuk memudahkan fabrikasi, instalasi, dan

pemeliharaan

27

- Material yang ringan agar tidak membebani struktur bangunan dibawahnya (

pada stasiun diatas gedung)

- Estetika bangunan

- Ada standar keamanan pada monumen yang dibangun diatas gedung atau

struktur lainnya

Dalam pembangunan stasiun CORS, harus dihindari penggunaan monumen

menggunakan alumunium karena sifat alumunium yang mudah memuai jika terkena

panas. Pada praktek pembangunan monumen pada stasiun CORS, tiap – tiap jaringan

memiliki standar sendiri dalam pembangunan monumen stasiun. Monumentasi

stasiun merupakan hal paling mendasar dalam pembangunan stasiun CORS,

sehingga sebelum membangun stasiun CORS, harus benar-benar diperhatikan

karakteristik dari monumentasi tersebut agar dapat menjaga stabilitas dari antena

CORS.

2.6.2 Receiver Stasiun CORS

Banyak operator CORS memilih untuk menggunakan receiver CORS yang berbeda –

beda, walaupun begitu, pemilihan receiver GPS yang digunakan di stasiun CORS

harus memenuhi ketentuan – ketentuan sebagai berikut :

- Melakukan tracking kode dan fase pada sinyal L1 dan L2 dalam kondisi

ada ataupun tidak ada AS (anti-spoofing).

- Dapat melakukan perekaman data dari 8 satelit yang tampak pada orbit

secara bersamaan dan dapat dilakukan pada sudut 10o dari garis

horizontal.

- Dapat melakukan pengamatan data pada interval 30 detik atau lebih kecil

- Sinkronisasi waktu pengamatan sebenarnya dengan waktu yang ada pada

GPS dengan perbedaan kurang lebih 1 ms.

2.6.3 Antena Stasiun CORS

Beberapa ketentuan dalam pemasangan antena stasiun CORS :

- Memiliki pola fase antena yang baik sehingga dapat digunakan bersama

antena yang lainnya dengan kesalahan yang dapat diabaikan dan antena

tersebu harus memiliki pola fase yang identik. Pusat fase antena absolut

harus stabil dengan perbedaan sumbu horisontal tidak lebih dari 2 mm

28

dan sumbu vertikal tidak lebih dari 4 mm, relatif terhadap tipe antena

Dorne Margolin choke ring antenna, yang ditunjukan pada Gambar 2.7.

- Mengacu pada True North dengan menggunakan acuan arah utara atau

menggunakan kabel connector antena.

- Terpasang stabil dengan toleransi pergeseran antena sebesar 0.1 mm dari

titik tempat antena tersebut diletakkan.

2.6.4 Radomes Stasiun CORS

Radomes (merupakan gabungan dari kata radar dan dome) adalah sebuah struktur

yang tahan terhadap segala jenis cuaca dan melindungi antena yang ada didalamnya.

Radome dibuat dari bahan – bahan yang tidak menganggu transmisi dan penerimaan

sinyal – sinyal elektromagnetik pada antena, dengan kata lain radome tersebut dapat

dilewati oleh gelombang radio. Radome diperlukan untuk mencegah terjadinya

kerusakan pada antena CORS karena adanya pengaruh cuaca dan juga untuk menjaga

keamanan dari receiver tersebut.

2.6.5 Power Stasiun CORS

Pada umumnya stasiun CORS menggunakan tenaga listrik yang terhubung dengan

receiver. walaupun demikian, untuk stasiun yang berada pada daerah yang tidak

terjangkau dengan listrik, dapat digunakan batu baterai ataupun aki kering, dimana

besar voltase dari masing – masing sumber tersebut bergantung pada kebutuhan daya

dari tiap stasiun yang berbeda – beda.

Gambar 2.13 Receiver GPS Dorne Margolin choke ring antenna

[Situs Trimble, 2012]

29

2.7 Sistem komunikasi data CORS

Guna melakukan pengiriman data koreksi secara real time ataupun post-processing,

diperlukan komunikas antara stasiun CORS dengan data center. Dalam aplikasinya,

terdapat beberapa sistem komunikasi data yang dapat digunakan guna mendukung

kinerja dari jaringan CORS.

2.7.1 Koneksi VPN

Virtual Private Network (VPN) merupakan suatu koneksi antar dua jaringan yang

dibuat untuk mengkoneksikan stasiun – stasiun CORS dengan data center ke dalam

suatu jaringan dengan menggunakan infrastruktur telekomunikasi umum

danmenggunakan metode enkripsi tertentu sebagaimedia pengamanannya (Kevin,

2001). VPN merupakan sebuah jaringan private yang menghubungkan satu node

jaringan ke node jaringan lainnya dengan menggunakan jaringan publik seperti

Internet. Data yang dilewatkanakan di-encapsulation (dibungkus) dan dienkripsi

seperti pada Gambar 2.8, supaya data tersebut terjamin kerahasiaannya. Tunnel

mengambarkan paket data yang di-encapsulation (dibungkus) melewati interkoneksi

jaringan.

Dengan menggunakan VPN, seakan-akan dibuatjaringan khusus dengan melewati

jaringan publik seperti Internet, teknologi ini memungkinkan dapat mereduksi biaya

dan aman karena menggunakan metode enkripsi. Selain itu, keuntungan

menggunakan VPN adalah, lebih ekonomis dan lebih murah jika dibandingkan

dengan solusi lain karena interkoneksi dilewatkan di jaringan internet dan tidak

memerlukan perangkat khusus jika infrastruktur yang telah ada mendukungjaringan

VPN.

Gambar 2.14 Tunelling VPN

30

2.7.2 Komunikasi point to point wireless radio

Konsep dasar dari komunikasi radio adalah transmisi sinyal antara dua antena yang

berada pada line of sight. Line of sight adalah suatu teknik pentransmisian sinyal

dimana antara dua terminal yang saling berhubungan benar-benar tidak ada obstacle

yang menghalanginya (bebas pandang) sehingga sinyal dari pengirim dapat langsung

mengarah dan diterima di sisi penerima.

Pada sistem komunikasi data CORS menggunakan radio, tiap stasiun CORS yang

telah dilengkapi dengan antena radio akan mengirimkan sinyal berisi data ke stasiun

lain yang berada pada line of sight stasiun tersebut. Untuk dapat membuat stasiun-

stasiun CORS tersebut berada pada line of sight, pembangunan stasiun CORS harus

memperhatikan berbagai macam faktor yang nantinya dapat menganggu transmisi

sinyal stasiun CORS yaitu diantaranya adalah kondisi topografi wilayah,

kelengkungan bumi, dan cuaca. Sistem komunikasi radio ini digunakan pada jaringan

CORS di California, Amerika Serikat, dan dapat mencapai interval jarak 150 km.

Keunggulan dari sistem komunikasi radio ini adalah harganya yang murah dan dapat

digunakan pada daerah-daerah terpencil yang tidak memilii insfrastruktur

komunikasi yang baik, sehingga sering digunakan pada jaringan CORS yang

biasanya merupakan jaringan skala besar dan berada pada remote area. Kelemahan

sistem ini terletak pada ketahanannya menghadapi kondisi alam, karena sistem ini

dapat saja mati secara keseluruhan meskipun hanya satu antena yang mati. Tidak

berfungsinya satu antena radio pada sistem ini akan mengakibatkan putusnya

hubungan antar stasiun CORS yang menggunakan sistem komunikasi ini, karena

sistem ini saling menghubungkan satu stasiun ke lainnya.

2.7.3 Komunikasi internet

Internet merupakan sistem global dari seluruh jaringan komputer yang saling

terhubung menggunakan standar Internet Protocol Suite (TCP/IP) untuk melayani

miliaran pengguna di seluruh dunia. Penggunaan sistem internet juga digunakan pada

stasiun CORS, dimana tiap – tiap stasiun akan dilengkapi dengan modem yang

berguna untuk melakukan koneksi data dari stasiun ke server data.

31

Penggunaan internet ini relatif murah tetapi harus didukung dengan cakupan area

yang dapat melakukan koneksi internet. Luasnya jaringan CORS membuat

penggunaan internet terkadang tidak dapat digunakan pada daerah – daerah terpencil

yang tidak memiliki akses internet yang baik. Selain itu, tidak semua daerah yang

memiliki koneksi internet dapat menyediakan akses internet stabil yang tidak

terputus, sehingga terkadang penggunaan akses internet tidak dipilih pada daerah –

daerah tertentu.