METODE PENGAMATAN DAN PENGOLAHAN DATA KA
Metode Pengamatan dan Pengolahan....(Dyah Rahayu Martiningrum et al.)
METODE PENGAMATAN DAN PENGOLAHAN DATA KANDUNGAN
ELEKTRON TOTAL DARI JARINGAN PENERIMA SATELIT GLOBAL
POSITIONING SYSTEM UNTUK PENELITIAN LAPISAN IONOSFER
(OBSERVATIONS AND DATA PROCESSING METHOD OF TOTAL
ELECTRON CONTENT FROM GLOBAL POSITIONING SYSTEM
SATELLITE RECEIVER NETWORK FOR IONOSPHERIC RESEARCH)
Dyah Rahayu Martiningrum dan Dessi Marlia
Peneliti Pusat Sains Antariksa, Lapan
email: [email protected], [email protected]
ABSTRACT
An important parameter to understand the ionosphere layer is electron density.
Many tools are used to derive the value of the electron density and give description of
the electron density in the ionosphere region. Besides ionosonde and various others
such as radar, radar MF (Medium Frequency), radar VHF (Very High Frequency), MWR
(Meteor Wind Radar), and EAR (Equatorial Atmosphere Radar), there is another
important tool to study ionospheric region, namely satellite receiver GPS/TEC meter. As
the name implies, this GPS satellite receiver can provide information about the total of
electron content along a straight line between the transmitter and receiver. This paper
presents a step-by-step data processing Total Electron Content (TEC), particularly from
stations belonging to the Scripps Orbit and Permanent Array Center (SOPAC) research
project, including the Sumatran GPS Array (SuGAr) network. The result can be used to
determine the density of the ionosphere region or for further research on the
characteristics of the ionosphere layers are both theoretical and modeling.
Keywords: TEC, Sumatran GPS Array (SuGAr) network, ionosphere region
ABSTRAK
Parameter yang penting dipahami untuk penelitian lapisan ionosfer adalah
kerapatan elektronnya. Banyak peralatan digunakan untuk menurunkan nilai
kerapatan elektron dan memberi gambaran kondisi kerapatan elektron lapisan
ionosfer. Selain ionosonda dan berbagai macam radar lain seperti, radar Medium
Frequency (MF), radar Very High Frequency (VHF), Meteor Wind Radar (MWR), serta
Equatorial Atmosphere Radar (EAR), ada satu lagi alat yang diperlukan dalam penelitian
lapisan ionosfer yaitu alat penerima satelit GPS/TEC. Sesuai dengan namanya,
penerima satelit GPS ini dapat memberi informasi tentang kandungan elektron total
sepanjang garis lurus yang dibentuk antara pemancar dan penerimanya. Tulisan ini
menyajikan langkah demi langkah dalam pengolahan data Total Electron Content (TEC),
khususnya dari stasiun-stasiun yang tergabung dalam proyek penelitian Scripps Orbit
and Permanent Array Center (SOPAC), termasuk jaringan penerima GPS Sumatran GPS
Array (SUGAR). Hasilnya dapat digunakan untuk mengetahui kondisi kerapatan
lapisan ionosfer ataupun untuk penelitian lebih lanjut mengenai karakteristik lapisan
ionosfer baik bersifat teori maupun pemodelan.
Kata Kunci : TEC, SUGAR, lapisan ionosfer
9
Majalah Sains dan Teknologi Dirgantara Vol. 8 No. 1
1
Maret 2013 :9-16
PENDAHULUAN
Salah satu data yang digunakan
dalam kegiatan penelitian tahun 2012
adalah Total Electron Content (TEC) yang
diperoleh dari SUGAR yang merupakan
bagian dari proyek SOPAC dan hasil
kerjasama antara Earth Observing
System (EOS) Singapura dan Lembaga
Ilmu Pengetahuan Indonesia (LIPI).
SOPAC berlokasi di Cecil H. and
Ida M. Green Institute of Geophysics and
Planetary Physics (IGPP), Scripps Institution
of Oceanography (SIO), University of
California, San Diego (UCSD) in La Jolla,
California, Amerika Serikat. Proyek SOPAC
ditujukan untuk memberikan dukungan
terhadap pengukuran geodetik dan
geofisika menggunakan satelit-satelit
Global Positioning System (GPS) yang
presisi, terutama untuk penelitian gempa
bumi, pergerakan lempeng tektonik,
deformasi batas lempeng, dan prosesproses meteorologi.
Dalam International GPS Service
(IGS), SOPAC adalah penyumbang utama
yang berperan penting sebagai Pusat
Data Global dan Pusat Analisis Global.
SOPAC menyimpan data 250 jaringan
stasiun GPS di California Selatan
(SCIGN). SOPAC juga melaksanakan
penelitian dan menyediakan data yang
mendukung
operasional
Forecast
Applications Branch (FAB) dari NOAA
untuk keperluan ramalan cuaca. Data
yang disediakan oleh SOPAC adalah
data yang akurat, cepat, dan mengorbit
setiap jam untuk IGS dan NOAA. Format
data berupa format RINEX dari 800 titik
GPS kontinu 20 jaringan saintifik di
dunia.
Tulisan ini dimaksudkan untuk
memberikan gambaran tentang metode
pengamatan dan pengolahan data TEC
dengan memanfaatkan jaringan penerima
GPS global yang mencakup lapisan
ionosfer wilayah Indonesia bagian barat
sehingga diperoleh informasi kondisi
kerapatan elektron di wilayah yang
diamati.
10
2
JARINGAN GPS SUGAR (SUMATRAN
GPS ARRAY)
Jaringan GPS SUGAR berada di
sepanjang pantai barat Sumatera (1300
km). Pada jaringan SUGAR terdapat
hampir 40 stasiun pemantau yang
secara periodik mengoleksi data TEC
kontinu dengan akurasi tinggi, yang
kemudian data tersebut dikumpulkan
pada suatu server pusat di Singapura
(Gambar 2-1).
Gambar 2-1: Jaringan stasiun GPS SUGAR
(http://www.tectonics.caltech.edu/)
Sistem komunikasi dalam SUGAR
dirancang menggunakan komunikasi
satelit (Garuda-1, yang menyediakan
layanan komunikasi The Asian Cellular
Satellite System). Hanya dua titik
stasiun yang berada dekat dengan
pemukiman, dan hanya satu titik yang
berjarak
beberapa
kilometer
dari
jaringan telepon. Asian Cellular Satellite
System (ACeS) melayani sebagian besar
wilayah Asia Tenggara. Modem radio
yang telah dimodifikasi digunakan untuk
keperluan komunikasi data dalam
SUGAR. ACeS tidak memerlukan antena
yang rumit.
Sejak
tahun 2008
jaringan
komunikasi data seperti pada Gambar
2-2 dikembangkan lagi dengan tambahan
beberapa alat seperti terlihat pada
Gambar 2-3.
Metode Pengamatan dan Pengolahan....(Dyah Rahayu Martiningrum et al.)
Gambar 2-2: Komunikasi data dalam SUGAR dengan sampling data setiap 2 menit (McLoughlin, 2011)
Gambar 2-3: Arsitektur terbaru komunikasi data dalam SUGAR (McLoughlin, 2011)
3
FORMAT
HATANAKA
DALAM
PENGOLAHAN DATA GPS SUGAR
Format data standar adalah kunci
untuk
manajemen,
analisis,
dan
pertukaran
data
pada
jaringan
pengamatan Global Navigation Satellite
System (GNSS) tanpa dibatasi oleh
format data tertentu pada penerima
GPS. Format Receiver Independent
Exchange (RINEX) telah lama digunakan
secara luas di komunitas pengguna GPS
(Gurtner dan Mader, 1990), termasuk
IGS dan kemudian mengakomodasi juga
data GLONASS tanpa mengubah struktur
dasar format RINEX. Seiring berjalannya
waktu, format RINEX dikembangkan
menjadi lebih fleksibel untuk menangani
sinyal-sinyal GNSS (RINEX versi 3.0).
Walaupun dikembangkan untuk lebih
fleksibel, namun format RINEX versi 3.0
masih memiliki sedikit masalah yaitu
berkaitan dengan ukuran file yang
dihasilkan. Ukuran file hasil pengamatan
dalam format RINEX menjadi lebih besar
dibandingkan dengan format binary dari
penerima
GPS-nya,
meskipun
file
tersebut dimampatkan (compress). Oleh
karena itu seorang peneliti Geographical
Survey Institute, Jepang, Yuki Hatanaka,
membuat suatu perangkat lunak untuk
menangani masalah tersebut. Dengan
memanfaatkan perangkat lunak hasil
karya Yuki Hatanaka, maka file data
dapat dimampatkan sampai berkurang
38% dari file format RINEX-nya (Hatanaka,
1996).
4
DATA DAN METODE
Teknik yang digunakan untuk
kompresi RINEX versi 3.00, pada dasarnya
sama dengan versi sebelumnya. Beberapa
hal yang harus diperhatikan dalam
konversi ke format Hatanaka ini antara
lain:
11
Majalah Sains dan Teknologi Dirgantara Vol. 8 No. 1
Maret 2013 :9-16
a. Definisi data series yang akan
digunakan dalam operasi diferensial.
b. Format data perangkat pengamatan
GNSS yang akan dikonversi harus
terdiri dari 21 rangkaian/series data.
c. Data series didefinisikan sebagai data
kontinu dari epoch ke epoch untuk
kategori yang sama.
Kemudian ikuti langkah-langkah
seperti yang terdapat pada Gambar 4-1.
Tabel 4-1, menunjukkan kategori
data series yang digunakan dalam
operasi diferensial dan tipe operasinya.
Diferensial dikerjakan untuk keempat
kategori, dengan header data RINEX tidak
dimasukkan dalam operasi tersebut.
Tabel 4-1: KATEGORI DATA SERIES DAN
TIPENYA (http://www.gsi.go.jp/)
Kategori A dan B dengan mudah
diidentifikasi karena elemennya yang
unik dalam setiap data epoch. Data
pengamatan (kategori C) ditentukan
untuk masing-masing tipe data dan
satelit. Data dari satelit yang sama
untuk epoch yang berdekatan menjadi
data series yang sama, bahkan jika
satelit yang ada berubah dari epoch ke
epoch pada file RINEX. Loss of Lock
Indicator (LLI) dan kuat sinyal (kategori D)
ditentukan untuk masing-masing satelit,
tetapi tidak untuk masing-masing tipe
data. Kumpulan kategori D untuk semua
tipe data menjadi satu data text yang
kemudian digunakan untuk data awal
operasi diferensial. Operasi diferensial
diawali oleh epoch pertama dan diakhiri
oleh epoch terakhir.
Secara praktis, cara membaca data
format RINEX dan mengkonversikannya
ke dalam format Hatanaka dapat dilihat
pada Gambar 4-1. Pertama harus
disiapkan data yang dapat diperoleh dari
web SOPAC atau SUGAR (http:// sopac.
ucsd.edu/cgi-bin/dbDataBySite.cgi).
12
Gambar 4-1: Diagram alir pengolahan data
TEC dari SUGAR (Muslim, 2009)
5
HASIL PENGOLAHAN DATA DAN
PEMBAHASAN
Pada tahap awal, harus ditentukan
lebih dahulu stasiun yang akan diolah
datanya. Secara keseluruhan, jaringan
stasiun GPS SUGAR memiliki 11 stasiun
penerima yang lokasinya masing-masing
dapat dilihat pada Tabel 5-1. Tulisan ini
hanya
akan
membahas
hasil
pengolahan stasiun penerima ABGS dan
TIKU bulan Januari 2008 dan stasiun
penerima milik Badan Koordinasi Survei
dan Pemetaan Nasional (Bakosurtanal)
untuk bulan Oktober 2003, yang
keduanya termasuk dalam jaringan
SOPAC.
Metode Pengamatan dan Pengolahan....(Dyah Rahayu Martiningrum et al.)
(Gambar 5-1) dan file yang sudah
dikonversi ke format Hatanaka (Gambar
5-2).
Dari Gambar 5-2 terlihat bahwa
setelah format RINEX dikonversi ke
dalam format Hatanaka, maka susunan
datanya akan lebih teratur dan jelas,
sehingga akan memudahkan pengolahan
lebih lanjut. Satu hal yang perlu diingat
bahwa format file data raw mempunyai
ekstensi *.xxD sementara file format
Hatanaka ber-ekstensi *.xxO.
Dengan
mengikuti
tahapan
pengolahan data seperti telah dijelaskan
pada bab 4, maka akan diperoleh tabel
format RINEX, tabel format Hatanaka,
dan data diferensial slant TEC (dSTEC).
Setelah data mentah (raw) diunduh
dari web SUGAR dengan alamat http:
//sopac.ucsd.edu/projects/sugar.html,
maka dilakukan konversi dari format
RINEX ke format Hatanaka. Gambar 5-1
dan Gambar 5-2 menunjukkan contoh
file yang masih dalam format RINEX
TABEL 5-1: LOKASI STASIUN-STASIUN PENERIMA GPS SUGAR (http://sopac.ucsd.edu/)
No.
Nama Stasiun
Lokasi GPS
Koordinat
1.
ABGS
Air Bangis Sumatera
0.22 LU-99.39 BT
2.
BSAT
Busalat-Sumatera Barat
3.08 LS-100.28 BT
3.
BTET
Betaet-Sumatera Barat
1.28 LS-98.64 BT
4.
LNNG
Lunang-Sumatera Barat
2.29 LS-101.16 BT
5.
MSAI
Muarasaubi-Sumatera Barat
1.33 LS-99.09 BT
6.
PKRT
Pukarakyat-Sumatera Barat
2.15 LS-99.60 BT
7.
PRKB
Parak batu-Sumatera Barat
2.97 LS-100.40 BT
8.
PSKI
P.Sekuai-Sumatera Barat
1.12 LS-100.35 BT
9.
SLBU
Silabu-Sumatera Barat
2.77 LS-100.01 BT
10.
TIKU
Tiku-Sumatera Barat
0.40 LS-99.94 BT
11.
TLLU
Taileleu-Sumatera Barat
1.80
S-99.13 BT
(a)
13
Majalah Sains dan Teknologi Dirgantara Vol. 8 No. 1
Maret 2013 :9-16
(b)
Gambar 5-1: Format data RINEX dari stasiun ABGS (a) dan stasiun Tiku (b)
(a)
(b)
Gambar 5-2: Format Hatanaka dari Stasiun ABGS (a) dan Stasiun TIKU (b) bulan Januari 2008
14
Metode Pengamatan dan Pengolahan....(Dyah Rahayu Martiningrum et al.)
Data dengan format Hatanaka,
meskipun sudah teratur tetapi masih
bercampur antar berbagai nomor satelit
yang terekam oleh penerima GPS. Oleh
karena itu diperlukan suatu perangkat
lunak untuk membaca data sehingga
data yang diperoleh dapat dikelompokkan
menurut nomor satelitnya. Header data
penerima GPS jaringan SOPAC (termasuk
SUGAR) terdiri dari 13 kolom dari 31
satelit. Header data tersebut meliputi
waktu (tahun, hari, jam (UT), menit,
detik), posisi geografis (lintang, bujur),
ketinggian, nomor satelit, TEC Code, TEC
Fase, dSTEC, TEC Fase + Code. Sebagai
contoh, Gambar 5-3 memperlihatkan
kontur hasil pengolahan data berupa
simpangan rata-rata dSTEC selama
bulan Oktober 2003 untuk stasiun
Bakosurtanal.
Parameter dSTEC adalah data
diferensial dari slant TEC, dengan slant
TEC merupakan data kerapatan elektron
total sepanjang garis yang dibentuk
antara satelit dan penerimanya. Gambar
5-3, tentu saja dapat diterapkan untuk
data parameter TEC lainnya seperti
telah disebutkan sebelumnya.
Pengukuran parameter TEC seperti
yang terlihat pada Gambar 5-3 akan
dapat memberikan informasi tentang
dinamika lapisan ionosfer terutama saat
terjadi ketidakteraturan pada lapisannya.
Gradien TEC skala besar akan mempengaruhi kinerja Space Based Augmentation Systems (SBAS) yang berperan
penting dalam akurasi penentuan
posisi. Gradien TEC skala besar juga
berkaitan dengan peristiwa Equatorial
Spread F (ESF). Sementara fluktuasi
TEC dalam skala kecil berkaitan dengan
peristiwa sintilasi (Carrano, 2007). Data
simpangan rata-rata seperti terlihat
pada Gambar 5-3 menjadi indikator
peristiwa ketidakteraturan di lapisan
ionosfer dengan tambahan informasi
periodenya, baik jam-an (untuk gradien
atau fluktuasi skala besar) maupun
kurang dari 1 jam (untuk gradien atau
fluktuasi skala kecil).
Gambar 5-3: Simpangan rata-rata dSTEC stasiun Bakosurtanal bulan Oktober 2003
15
Majalah Sains dan Teknologi Dirgantara Vol. 8 No. 1
6
Maret 2013 :9-16
KESIMPULAN
Sampai saat ini telah banyak
peralatan yang dibuat untuk memahami
karakteristik lapisan ionosfer, terutama
yang berbasis pada penginderaan jauh.
Salah satu di antaranya adalah dengan
suatu penerima GPS. Dengan alat
tersebut, salah satu parameter lapisan
ionosfer yaitu kandungan elektron total
sepanjang
garis
vertikal
antara
pemancar dan penerima (VTEC) dapat
diperoleh. Selain VTEC, parameter lain
yang juga diperoleh adalah data slant
TEC (STEC) yaitu data kandungan
elektron total sepanjang garis lurus
antara pemancar dan penerima satelit.
Tantangan yang dihadapi dengan
perkembangan teknologi penginderaan
jauh untuk mendapatkan parameter
lapisan ionosfer adalah cara menyiapkan
dan mengolah data tersebut sehingga
siap dianalisis. Ketersediaan data hasil
pengolahan data TEC akan membantu
dalam menganalisis kondisi lapisan
ionosfer pada waktu tertentu terutama
dikaitkan
dengan
ketidakteraturan
lapisannya akibat peristiwa ESF (gradien
TEC skala besar) maupun sintilasi
(gradien TEC skala kecil).
Ucapan Terima Kasih
Penulis mengucapkan terima kasih
kepada dewan penyunting Majalah
Sains dan Teknologi Dirgantara atas
saran dan masukan untuk perbaikan
tulisan ini.
16
DAFTAR RUJUKAN
Carrano, C. S., 2007. TEC Gradients and
Fluctuations at Low Latitudes
Measured with High Data Rate
GPS Receivers, ION 63rd Annual
Meeting, April 23-25, 2007,
Cambridge, Massachusetts.
Gurtner, W., Mader, M., 1990. Receiver
Independent Exchange Format
Version 2, GPS Bulletin, Vol.3,
No.3, 1-8.
Hatanaka, Y. 1996. A RINEX Compression
Format and Tools, Proceedings of
ION GPS-96, September 17-20.
1996, 177-183.
McLoughlin, I.V., Kai, J.W., Su, L.T., 2011.
Data Collection, Communications
and Processing in the Sumatran
GPS Array (SuGAr)”, Proceedings
of the World Congress on
Engineering 2011, Vol II WCE
2011, July 6-8, 2011, London, U.K.
Muslim, B., 2009. Pemodelan TEC
Ionosfer di Atas Sumatera dan
Sekitarnya Mendekati Real Time
dari Data GPS NTUS, Prosiding
Seminar
Nasional Revitalisasi
Data, Yogyakarta.
http://sopac.ucsd.edu/cgi-bin/dbData
BySite.cgi, 5 Maret 2012.
http archive: http:// garner.ucsd.eduftp:
//garner.ucsd.edu/pub/rinex/20
03, download 9 Mei 2012.
METODE PENGAMATAN DAN PENGOLAHAN DATA KANDUNGAN
ELEKTRON TOTAL DARI JARINGAN PENERIMA SATELIT GLOBAL
POSITIONING SYSTEM UNTUK PENELITIAN LAPISAN IONOSFER
(OBSERVATIONS AND DATA PROCESSING METHOD OF TOTAL
ELECTRON CONTENT FROM GLOBAL POSITIONING SYSTEM
SATELLITE RECEIVER NETWORK FOR IONOSPHERIC RESEARCH)
Dyah Rahayu Martiningrum dan Dessi Marlia
Peneliti Pusat Sains Antariksa, Lapan
email: [email protected], [email protected]
ABSTRACT
An important parameter to understand the ionosphere layer is electron density.
Many tools are used to derive the value of the electron density and give description of
the electron density in the ionosphere region. Besides ionosonde and various others
such as radar, radar MF (Medium Frequency), radar VHF (Very High Frequency), MWR
(Meteor Wind Radar), and EAR (Equatorial Atmosphere Radar), there is another
important tool to study ionospheric region, namely satellite receiver GPS/TEC meter. As
the name implies, this GPS satellite receiver can provide information about the total of
electron content along a straight line between the transmitter and receiver. This paper
presents a step-by-step data processing Total Electron Content (TEC), particularly from
stations belonging to the Scripps Orbit and Permanent Array Center (SOPAC) research
project, including the Sumatran GPS Array (SuGAr) network. The result can be used to
determine the density of the ionosphere region or for further research on the
characteristics of the ionosphere layers are both theoretical and modeling.
Keywords: TEC, Sumatran GPS Array (SuGAr) network, ionosphere region
ABSTRAK
Parameter yang penting dipahami untuk penelitian lapisan ionosfer adalah
kerapatan elektronnya. Banyak peralatan digunakan untuk menurunkan nilai
kerapatan elektron dan memberi gambaran kondisi kerapatan elektron lapisan
ionosfer. Selain ionosonda dan berbagai macam radar lain seperti, radar Medium
Frequency (MF), radar Very High Frequency (VHF), Meteor Wind Radar (MWR), serta
Equatorial Atmosphere Radar (EAR), ada satu lagi alat yang diperlukan dalam penelitian
lapisan ionosfer yaitu alat penerima satelit GPS/TEC. Sesuai dengan namanya,
penerima satelit GPS ini dapat memberi informasi tentang kandungan elektron total
sepanjang garis lurus yang dibentuk antara pemancar dan penerimanya. Tulisan ini
menyajikan langkah demi langkah dalam pengolahan data Total Electron Content (TEC),
khususnya dari stasiun-stasiun yang tergabung dalam proyek penelitian Scripps Orbit
and Permanent Array Center (SOPAC), termasuk jaringan penerima GPS Sumatran GPS
Array (SUGAR). Hasilnya dapat digunakan untuk mengetahui kondisi kerapatan
lapisan ionosfer ataupun untuk penelitian lebih lanjut mengenai karakteristik lapisan
ionosfer baik bersifat teori maupun pemodelan.
Kata Kunci : TEC, SUGAR, lapisan ionosfer
9
Majalah Sains dan Teknologi Dirgantara Vol. 8 No. 1
1
Maret 2013 :9-16
PENDAHULUAN
Salah satu data yang digunakan
dalam kegiatan penelitian tahun 2012
adalah Total Electron Content (TEC) yang
diperoleh dari SUGAR yang merupakan
bagian dari proyek SOPAC dan hasil
kerjasama antara Earth Observing
System (EOS) Singapura dan Lembaga
Ilmu Pengetahuan Indonesia (LIPI).
SOPAC berlokasi di Cecil H. and
Ida M. Green Institute of Geophysics and
Planetary Physics (IGPP), Scripps Institution
of Oceanography (SIO), University of
California, San Diego (UCSD) in La Jolla,
California, Amerika Serikat. Proyek SOPAC
ditujukan untuk memberikan dukungan
terhadap pengukuran geodetik dan
geofisika menggunakan satelit-satelit
Global Positioning System (GPS) yang
presisi, terutama untuk penelitian gempa
bumi, pergerakan lempeng tektonik,
deformasi batas lempeng, dan prosesproses meteorologi.
Dalam International GPS Service
(IGS), SOPAC adalah penyumbang utama
yang berperan penting sebagai Pusat
Data Global dan Pusat Analisis Global.
SOPAC menyimpan data 250 jaringan
stasiun GPS di California Selatan
(SCIGN). SOPAC juga melaksanakan
penelitian dan menyediakan data yang
mendukung
operasional
Forecast
Applications Branch (FAB) dari NOAA
untuk keperluan ramalan cuaca. Data
yang disediakan oleh SOPAC adalah
data yang akurat, cepat, dan mengorbit
setiap jam untuk IGS dan NOAA. Format
data berupa format RINEX dari 800 titik
GPS kontinu 20 jaringan saintifik di
dunia.
Tulisan ini dimaksudkan untuk
memberikan gambaran tentang metode
pengamatan dan pengolahan data TEC
dengan memanfaatkan jaringan penerima
GPS global yang mencakup lapisan
ionosfer wilayah Indonesia bagian barat
sehingga diperoleh informasi kondisi
kerapatan elektron di wilayah yang
diamati.
10
2
JARINGAN GPS SUGAR (SUMATRAN
GPS ARRAY)
Jaringan GPS SUGAR berada di
sepanjang pantai barat Sumatera (1300
km). Pada jaringan SUGAR terdapat
hampir 40 stasiun pemantau yang
secara periodik mengoleksi data TEC
kontinu dengan akurasi tinggi, yang
kemudian data tersebut dikumpulkan
pada suatu server pusat di Singapura
(Gambar 2-1).
Gambar 2-1: Jaringan stasiun GPS SUGAR
(http://www.tectonics.caltech.edu/)
Sistem komunikasi dalam SUGAR
dirancang menggunakan komunikasi
satelit (Garuda-1, yang menyediakan
layanan komunikasi The Asian Cellular
Satellite System). Hanya dua titik
stasiun yang berada dekat dengan
pemukiman, dan hanya satu titik yang
berjarak
beberapa
kilometer
dari
jaringan telepon. Asian Cellular Satellite
System (ACeS) melayani sebagian besar
wilayah Asia Tenggara. Modem radio
yang telah dimodifikasi digunakan untuk
keperluan komunikasi data dalam
SUGAR. ACeS tidak memerlukan antena
yang rumit.
Sejak
tahun 2008
jaringan
komunikasi data seperti pada Gambar
2-2 dikembangkan lagi dengan tambahan
beberapa alat seperti terlihat pada
Gambar 2-3.
Metode Pengamatan dan Pengolahan....(Dyah Rahayu Martiningrum et al.)
Gambar 2-2: Komunikasi data dalam SUGAR dengan sampling data setiap 2 menit (McLoughlin, 2011)
Gambar 2-3: Arsitektur terbaru komunikasi data dalam SUGAR (McLoughlin, 2011)
3
FORMAT
HATANAKA
DALAM
PENGOLAHAN DATA GPS SUGAR
Format data standar adalah kunci
untuk
manajemen,
analisis,
dan
pertukaran
data
pada
jaringan
pengamatan Global Navigation Satellite
System (GNSS) tanpa dibatasi oleh
format data tertentu pada penerima
GPS. Format Receiver Independent
Exchange (RINEX) telah lama digunakan
secara luas di komunitas pengguna GPS
(Gurtner dan Mader, 1990), termasuk
IGS dan kemudian mengakomodasi juga
data GLONASS tanpa mengubah struktur
dasar format RINEX. Seiring berjalannya
waktu, format RINEX dikembangkan
menjadi lebih fleksibel untuk menangani
sinyal-sinyal GNSS (RINEX versi 3.0).
Walaupun dikembangkan untuk lebih
fleksibel, namun format RINEX versi 3.0
masih memiliki sedikit masalah yaitu
berkaitan dengan ukuran file yang
dihasilkan. Ukuran file hasil pengamatan
dalam format RINEX menjadi lebih besar
dibandingkan dengan format binary dari
penerima
GPS-nya,
meskipun
file
tersebut dimampatkan (compress). Oleh
karena itu seorang peneliti Geographical
Survey Institute, Jepang, Yuki Hatanaka,
membuat suatu perangkat lunak untuk
menangani masalah tersebut. Dengan
memanfaatkan perangkat lunak hasil
karya Yuki Hatanaka, maka file data
dapat dimampatkan sampai berkurang
38% dari file format RINEX-nya (Hatanaka,
1996).
4
DATA DAN METODE
Teknik yang digunakan untuk
kompresi RINEX versi 3.00, pada dasarnya
sama dengan versi sebelumnya. Beberapa
hal yang harus diperhatikan dalam
konversi ke format Hatanaka ini antara
lain:
11
Majalah Sains dan Teknologi Dirgantara Vol. 8 No. 1
Maret 2013 :9-16
a. Definisi data series yang akan
digunakan dalam operasi diferensial.
b. Format data perangkat pengamatan
GNSS yang akan dikonversi harus
terdiri dari 21 rangkaian/series data.
c. Data series didefinisikan sebagai data
kontinu dari epoch ke epoch untuk
kategori yang sama.
Kemudian ikuti langkah-langkah
seperti yang terdapat pada Gambar 4-1.
Tabel 4-1, menunjukkan kategori
data series yang digunakan dalam
operasi diferensial dan tipe operasinya.
Diferensial dikerjakan untuk keempat
kategori, dengan header data RINEX tidak
dimasukkan dalam operasi tersebut.
Tabel 4-1: KATEGORI DATA SERIES DAN
TIPENYA (http://www.gsi.go.jp/)
Kategori A dan B dengan mudah
diidentifikasi karena elemennya yang
unik dalam setiap data epoch. Data
pengamatan (kategori C) ditentukan
untuk masing-masing tipe data dan
satelit. Data dari satelit yang sama
untuk epoch yang berdekatan menjadi
data series yang sama, bahkan jika
satelit yang ada berubah dari epoch ke
epoch pada file RINEX. Loss of Lock
Indicator (LLI) dan kuat sinyal (kategori D)
ditentukan untuk masing-masing satelit,
tetapi tidak untuk masing-masing tipe
data. Kumpulan kategori D untuk semua
tipe data menjadi satu data text yang
kemudian digunakan untuk data awal
operasi diferensial. Operasi diferensial
diawali oleh epoch pertama dan diakhiri
oleh epoch terakhir.
Secara praktis, cara membaca data
format RINEX dan mengkonversikannya
ke dalam format Hatanaka dapat dilihat
pada Gambar 4-1. Pertama harus
disiapkan data yang dapat diperoleh dari
web SOPAC atau SUGAR (http:// sopac.
ucsd.edu/cgi-bin/dbDataBySite.cgi).
12
Gambar 4-1: Diagram alir pengolahan data
TEC dari SUGAR (Muslim, 2009)
5
HASIL PENGOLAHAN DATA DAN
PEMBAHASAN
Pada tahap awal, harus ditentukan
lebih dahulu stasiun yang akan diolah
datanya. Secara keseluruhan, jaringan
stasiun GPS SUGAR memiliki 11 stasiun
penerima yang lokasinya masing-masing
dapat dilihat pada Tabel 5-1. Tulisan ini
hanya
akan
membahas
hasil
pengolahan stasiun penerima ABGS dan
TIKU bulan Januari 2008 dan stasiun
penerima milik Badan Koordinasi Survei
dan Pemetaan Nasional (Bakosurtanal)
untuk bulan Oktober 2003, yang
keduanya termasuk dalam jaringan
SOPAC.
Metode Pengamatan dan Pengolahan....(Dyah Rahayu Martiningrum et al.)
(Gambar 5-1) dan file yang sudah
dikonversi ke format Hatanaka (Gambar
5-2).
Dari Gambar 5-2 terlihat bahwa
setelah format RINEX dikonversi ke
dalam format Hatanaka, maka susunan
datanya akan lebih teratur dan jelas,
sehingga akan memudahkan pengolahan
lebih lanjut. Satu hal yang perlu diingat
bahwa format file data raw mempunyai
ekstensi *.xxD sementara file format
Hatanaka ber-ekstensi *.xxO.
Dengan
mengikuti
tahapan
pengolahan data seperti telah dijelaskan
pada bab 4, maka akan diperoleh tabel
format RINEX, tabel format Hatanaka,
dan data diferensial slant TEC (dSTEC).
Setelah data mentah (raw) diunduh
dari web SUGAR dengan alamat http:
//sopac.ucsd.edu/projects/sugar.html,
maka dilakukan konversi dari format
RINEX ke format Hatanaka. Gambar 5-1
dan Gambar 5-2 menunjukkan contoh
file yang masih dalam format RINEX
TABEL 5-1: LOKASI STASIUN-STASIUN PENERIMA GPS SUGAR (http://sopac.ucsd.edu/)
No.
Nama Stasiun
Lokasi GPS
Koordinat
1.
ABGS
Air Bangis Sumatera
0.22 LU-99.39 BT
2.
BSAT
Busalat-Sumatera Barat
3.08 LS-100.28 BT
3.
BTET
Betaet-Sumatera Barat
1.28 LS-98.64 BT
4.
LNNG
Lunang-Sumatera Barat
2.29 LS-101.16 BT
5.
MSAI
Muarasaubi-Sumatera Barat
1.33 LS-99.09 BT
6.
PKRT
Pukarakyat-Sumatera Barat
2.15 LS-99.60 BT
7.
PRKB
Parak batu-Sumatera Barat
2.97 LS-100.40 BT
8.
PSKI
P.Sekuai-Sumatera Barat
1.12 LS-100.35 BT
9.
SLBU
Silabu-Sumatera Barat
2.77 LS-100.01 BT
10.
TIKU
Tiku-Sumatera Barat
0.40 LS-99.94 BT
11.
TLLU
Taileleu-Sumatera Barat
1.80
S-99.13 BT
(a)
13
Majalah Sains dan Teknologi Dirgantara Vol. 8 No. 1
Maret 2013 :9-16
(b)
Gambar 5-1: Format data RINEX dari stasiun ABGS (a) dan stasiun Tiku (b)
(a)
(b)
Gambar 5-2: Format Hatanaka dari Stasiun ABGS (a) dan Stasiun TIKU (b) bulan Januari 2008
14
Metode Pengamatan dan Pengolahan....(Dyah Rahayu Martiningrum et al.)
Data dengan format Hatanaka,
meskipun sudah teratur tetapi masih
bercampur antar berbagai nomor satelit
yang terekam oleh penerima GPS. Oleh
karena itu diperlukan suatu perangkat
lunak untuk membaca data sehingga
data yang diperoleh dapat dikelompokkan
menurut nomor satelitnya. Header data
penerima GPS jaringan SOPAC (termasuk
SUGAR) terdiri dari 13 kolom dari 31
satelit. Header data tersebut meliputi
waktu (tahun, hari, jam (UT), menit,
detik), posisi geografis (lintang, bujur),
ketinggian, nomor satelit, TEC Code, TEC
Fase, dSTEC, TEC Fase + Code. Sebagai
contoh, Gambar 5-3 memperlihatkan
kontur hasil pengolahan data berupa
simpangan rata-rata dSTEC selama
bulan Oktober 2003 untuk stasiun
Bakosurtanal.
Parameter dSTEC adalah data
diferensial dari slant TEC, dengan slant
TEC merupakan data kerapatan elektron
total sepanjang garis yang dibentuk
antara satelit dan penerimanya. Gambar
5-3, tentu saja dapat diterapkan untuk
data parameter TEC lainnya seperti
telah disebutkan sebelumnya.
Pengukuran parameter TEC seperti
yang terlihat pada Gambar 5-3 akan
dapat memberikan informasi tentang
dinamika lapisan ionosfer terutama saat
terjadi ketidakteraturan pada lapisannya.
Gradien TEC skala besar akan mempengaruhi kinerja Space Based Augmentation Systems (SBAS) yang berperan
penting dalam akurasi penentuan
posisi. Gradien TEC skala besar juga
berkaitan dengan peristiwa Equatorial
Spread F (ESF). Sementara fluktuasi
TEC dalam skala kecil berkaitan dengan
peristiwa sintilasi (Carrano, 2007). Data
simpangan rata-rata seperti terlihat
pada Gambar 5-3 menjadi indikator
peristiwa ketidakteraturan di lapisan
ionosfer dengan tambahan informasi
periodenya, baik jam-an (untuk gradien
atau fluktuasi skala besar) maupun
kurang dari 1 jam (untuk gradien atau
fluktuasi skala kecil).
Gambar 5-3: Simpangan rata-rata dSTEC stasiun Bakosurtanal bulan Oktober 2003
15
Majalah Sains dan Teknologi Dirgantara Vol. 8 No. 1
6
Maret 2013 :9-16
KESIMPULAN
Sampai saat ini telah banyak
peralatan yang dibuat untuk memahami
karakteristik lapisan ionosfer, terutama
yang berbasis pada penginderaan jauh.
Salah satu di antaranya adalah dengan
suatu penerima GPS. Dengan alat
tersebut, salah satu parameter lapisan
ionosfer yaitu kandungan elektron total
sepanjang
garis
vertikal
antara
pemancar dan penerima (VTEC) dapat
diperoleh. Selain VTEC, parameter lain
yang juga diperoleh adalah data slant
TEC (STEC) yaitu data kandungan
elektron total sepanjang garis lurus
antara pemancar dan penerima satelit.
Tantangan yang dihadapi dengan
perkembangan teknologi penginderaan
jauh untuk mendapatkan parameter
lapisan ionosfer adalah cara menyiapkan
dan mengolah data tersebut sehingga
siap dianalisis. Ketersediaan data hasil
pengolahan data TEC akan membantu
dalam menganalisis kondisi lapisan
ionosfer pada waktu tertentu terutama
dikaitkan
dengan
ketidakteraturan
lapisannya akibat peristiwa ESF (gradien
TEC skala besar) maupun sintilasi
(gradien TEC skala kecil).
Ucapan Terima Kasih
Penulis mengucapkan terima kasih
kepada dewan penyunting Majalah
Sains dan Teknologi Dirgantara atas
saran dan masukan untuk perbaikan
tulisan ini.
16
DAFTAR RUJUKAN
Carrano, C. S., 2007. TEC Gradients and
Fluctuations at Low Latitudes
Measured with High Data Rate
GPS Receivers, ION 63rd Annual
Meeting, April 23-25, 2007,
Cambridge, Massachusetts.
Gurtner, W., Mader, M., 1990. Receiver
Independent Exchange Format
Version 2, GPS Bulletin, Vol.3,
No.3, 1-8.
Hatanaka, Y. 1996. A RINEX Compression
Format and Tools, Proceedings of
ION GPS-96, September 17-20.
1996, 177-183.
McLoughlin, I.V., Kai, J.W., Su, L.T., 2011.
Data Collection, Communications
and Processing in the Sumatran
GPS Array (SuGAr)”, Proceedings
of the World Congress on
Engineering 2011, Vol II WCE
2011, July 6-8, 2011, London, U.K.
Muslim, B., 2009. Pemodelan TEC
Ionosfer di Atas Sumatera dan
Sekitarnya Mendekati Real Time
dari Data GPS NTUS, Prosiding
Seminar
Nasional Revitalisasi
Data, Yogyakarta.
http://sopac.ucsd.edu/cgi-bin/dbData
BySite.cgi, 5 Maret 2012.
http archive: http:// garner.ucsd.eduftp:
//garner.ucsd.edu/pub/rinex/20
03, download 9 Mei 2012.