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
8/13/2019 Gps Dan Hidrografi 2
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)
8/13/2019 Gps Dan Hidrografi 2
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
Hasanuddin Z. Abidin, 1993
8/13/2019 Gps Dan Hidrografi 2
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
Hasanuddin Z. Abidin, 1993
8/13/2019 Gps Dan Hidrografi 2
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
8/13/2019 Gps Dan Hidrografi 2
6/46
Penentuan Jaring Titik Kontrol di Pantai
Titik kontrol di pantaidigunakan sebagai acuanuntuk penentuan posisititik-titik perum
Umumnya ditentukanmenggunakan metodeSurvei GPS
Titikreferensi
Titikkontrol
Hasanuddin Z. Abidin, 2007
8/13/2019 Gps Dan Hidrografi 2
7/46
Hasanuddin Z. Abidin, 2004
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
8/13/2019 Gps Dan Hidrografi 2
8/46
Geometri Jaring Survei GPS
Hasanuddin Z. Abidin, 1996
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 :
8/13/2019 Gps Dan Hidrografi 2
9/46
Moda Jaring vs. Moda Radial
Hasanuddin Z. Abidin, 2004
MODA JARINGAN MODA RADIAL
(DARI 1 TITIK TETAP)
Ketelitian titikWaktu SurveiBiaya Survei
Moda yang digunakanakan berpengaruh pada:
8/13/2019 Gps Dan Hidrografi 2
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
Hasanuddin Z. Abidin, 2007
8/13/2019 Gps Dan Hidrografi 2
11/46
Sistem DGPS
Hasanuddin Z. Abidin, 1996
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
8/13/2019 Gps Dan Hidrografi 2
12/46
Local & Wide Area DGPS
Hasanuddin Z. Abidin, 1996
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
8/13/2019 Gps Dan Hidrografi 2
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
Hasanuddin Z. Abidin, 2007
8/13/2019 Gps Dan Hidrografi 2
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
Hasanuddin Z. Abidin, 1994
GPS
MonitorStation
8/13/2019 Gps Dan Hidrografi 2
15/46
Sistem RTK
Hasanuddin Z. Abidin, 1996
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
8/13/2019 Gps Dan Hidrografi 2
16/46
Penentuan Posisi Titik Perum(hal yang harus diperhatikan)
Hasanuddin Z. Abidin, 2007
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)
8/13/2019 Gps Dan Hidrografi 2
17/46
Penentuan Posisi Titik Perum(hal yang harus diperhatikan)
Hasanuddin Z. Abidin, 2007
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
8/13/2019 Gps Dan Hidrografi 2
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
8/13/2019 Gps Dan Hidrografi 2
19/46
Aspek-Aspek
Pengolahan DataSurvei GPS
Satelit GPS
Hasanuddin Z. Abidin, 2007
8/13/2019 Gps Dan Hidrografi 2
20/46
Karakteristik Pengolahan Data Survai GPS
Hasanuddin Z. Abidin, 1996
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.
8/13/2019 Gps Dan Hidrografi 2
21/46
8/13/2019 Gps Dan Hidrografi 2
22/46
GPS Data Processing Software
Hasanuddin Z. Abidin, 2006
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
8/13/2019 Gps Dan Hidrografi 2
23/46
Tahapan Pengolahan Data Survai GPS
Hasanuddin Z. Abidin, 1996
PEMROSESANAWAL
PERHITUNGANBASELINE
PERATAANJARINGAN
TRANSFORMASIKOORDINAT
KONTROLKUALITAS
Semua perangkat lunakpengolahan data survei GPSumumnya dapat menangani
semua tahapanpengolahan data ini
ModalRadial
8/13/2019 Gps Dan Hidrografi 2
24/46
Hasanuddin Z. Abidin, 1996
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
8/13/2019 Gps Dan Hidrografi 2
25/46
8/13/2019 Gps Dan Hidrografi 2
26/46
Diagram Alir Pengolahan Baseline GPS
Hasanuddin Z. Abidin, 1995
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
8/13/2019 Gps Dan Hidrografi 2
27/46
Indikator Kualitas Vektor Baseline
Hasanuddin Z. Abidin, 1996
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 :
8/13/2019 Gps Dan Hidrografi 2
28/46
Resolusi Ambiguitas Fase (1)
Hasanuddin Z. Abidin, 1996
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.
8/13/2019 Gps Dan Hidrografi 2
29/46
Resolusi Ambiguitas Fase (2)
Hasanuddin Z. Abidin, 1996
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)
8/13/2019 Gps Dan Hidrografi 2
30/46
8/13/2019 Gps Dan Hidrografi 2
31/46
Bagaiman kita dapat mengetahui
kualitas sebenarnya dari setiap baseline ?
Gabungkan semua baseline
dan lakukan hitung perataan jaringan.
Hasanuddin Z. Abidin, 1996
8/13/2019 Gps Dan Hidrografi 2
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
Hasanuddin Z. Abidin, 1996
8/13/2019 Gps Dan Hidrografi 2
33/46
Perataan Jaringan GPS
Hasanuddin Z. Abidin, 1996
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
8/13/2019 Gps Dan Hidrografi 2
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
Hasanuddin Z. Abidin, 1996
Matrik VCV Baseline
8/13/2019 Gps Dan Hidrografi 2
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
Hasanuddin Z. Abidin, 1996
Metode Kendala Minimal (Minimal Constraint)
Metode Kendala Internal (Inner Constraint)
Metode Generalized Matrix Inverse
8/13/2019 Gps Dan Hidrografi 2
36/46
Perataan Jaring GPS Kendala Minimal
Hasanuddin Z. Abidin, 1996
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.
8/13/2019 Gps Dan Hidrografi 2
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
Hasanuddin Z. Abidin, 1996
8/13/2019 Gps Dan Hidrografi 2
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
Hasanuddin Z. Abidin, 1996
Titik kontrolTitik baru
8/13/2019 Gps Dan Hidrografi 2
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
Hasanuddin Z. Abidin, 1996
Ada beberapa parameter yang dapat digunakan sebagaiindikator dari kualitas hitung perataan jaringan, yaitu :
8/13/2019 Gps Dan Hidrografi 2
40/46
On-line GPS Data Processing Software
Hasanuddin Z. Abidin, 2006
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 :
8/13/2019 Gps Dan Hidrografi 2
41/46
Beberapa Aplikasi Lainnya
Dalam Bidang Hidrografi
8/13/2019 Gps Dan Hidrografi 2
42/46
Pengamatan Pasut di Lepas Pantai
Buoy GPS
Jangkar
Dasar Laut
dh
Waktu
dh
SatelitKomunikasi
Satelit GPS
MonitorStation
pengiriman data
8/13/2019 Gps Dan Hidrografi 2
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
Hasanuddin Z. Abidin, 1993
8/13/2019 Gps Dan Hidrografi 2
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
Hasanuddin Z. Abidin, 1993
8/13/2019 Gps Dan Hidrografi 2
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
Hasanuddin Z. Abidin, 1993
8/13/2019 Gps Dan Hidrografi 2
46/46
PenentuanAttitudeKapal
Hasanuddin Z. Abidin, 1999
rolling
pitching
N
E
h
Satelit GPS
Antena-1
Antena-2
yawing
Antena-3
Top Related