Pemetaan lokasi pada sistem pemetaan dan pengawasan radio FM berbasis Sistem Informasi Geografis (SIG) di wilayah D.I. Yogyakarta - USD Repository
TUGAS AKHIR
PEMETAAN LOKASI
PADA SISTEM PEMETAAN DAN PENGAWASAN RADIO FM
BERBASIS SISTEM INFORMASI GEOGRAFIS (SIG)
DI WILAYAH D.I. YOGYAKARTA
Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
Program Studi Teknik Elektro Oleh:
MATILDA DWI ASUMTA ATMANINGSIH NIM : 065114025
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
2011
FINAL PROJECT
LOCATED MAPPING
SYSTEM FOR MAPPING AND MONITORING RADIO FM
BASED ON GEOGRAPHICAL INFORMATION SYSTEM (SIG)
REGION D.I. YOGYAKARTA
Presented as Partial Fulfillment of the Requirements To Obtain the Sarjana Teknik Degree
In Electrical Engineering Study Program MATILDA DWI ASUMTA ATMANINGSIH
NIM : 065114025
ELECTRICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
2011
HALAMAN PERSEMBAHAN DAN MOTTO HIDUP
MOTTO: Kegagalan adalah awal dari keberhasilan…..
Skripsi ini kupersembahkan untuk……. Tuhan Yesus Kristus yang selalu melindungiku
Bapak, Ibu, Kakakku, dan kekasihku yang selalu
memberiku semangat
INTISARI
Penggunaan alokasi frekuensi radio FM harus diatur karena jumlah stasiun radio FM sangat banyak sedangkan alokasi frekuensi radio FM terbatas. Pengaturan alokasi frekuensi didasarkan pada hasil pengawasan radio. Salah satu informasi penting dalam pengawasan radio adalah data posisi yang digunakan untuk mengetahui lokasi radio tersebut. Penelitian ini bertujuan untuk menghasilkan sebuah pemetaan lokasi pada sistem pengawasan radio FM berbasis sistem informasi geografis (SIG).
Program pemetaan lokasi bekerja untuk melakukan pengambilan data lokasi, konversi data posisi, pemetaan pada peta digital, dan penghitungan jarak antara lokasi pemancar dengan lokasi layanan. Pengambilan data posisi dilakukan dengan perangkat GPS (Global
Positioning System ) yang meliputi data koordinat bujur dan lintang. Data koordinat ini
selanjutnya dikonversi menjadi koordinat x dan y yang akan ditampilkan pada peta digital.Selain tampilan letak radio pada peta digital, program ini juga melakukan perhitungan jarak berdasarkan data koordinat bujur dan lintang.
Program pemetaan lokasi telah digunakan untuk mengambil data posisi dari 20 radio FM dan 3 lokasi layanan yang tersebar di wilayah D.I.Yogyakarta. Berdasarkan hasil pengambilan data posisi, diperoleh selisih rata-rata untuk koordinat bujur sebesar 0,00019 dan untuk koordinat lintang sebesar 0,00009. Hasil perhitungan jarak memiliki selisih rata- rata sebesar 386,64 meter.
Kata kunci : Pemetaan Lokasi, GPS, SIG, Koordinat bujur, Koordinat lintang
ABSTRACT
The use of the allocation of FM radio frequency has to be controlled because the amount of FM radio station is excessively whereas the allocation of FM radio frequency is limited. The control of the frequency allocation is based on the radio controlling result. One of the most important information in the radio monitoring is data position which is used to find the location of the radio. The purpose of this research is to create a location mapping in the system of FM radio monitoring which has as a base of geographical information system (SIG).
The location mapping program works to commit the withdrawal of data location, the conversion of data position, the mapping on the digital map, and the counting of the distance between the transmitter location and the service location. The withdrawal of data position is commited by GPS (Global Positioning System) devices which includes longitude and latitude data coordinates. This data coordinates will be converted become x and y coordinates which is presence in the digital map. Besides the presence of the radio location on the digital map, this program also commits counting the distance between longitude and latitude coordinates.
Location mapping program has been used to take the position data from 20 FM radio and 3 service locations which are spread in D.I.Yogyakarta area. Based on the result of data position withdrawal, the difference of the average for longitude coordinate is 0,00019 and 0,00009 for latitude coordinate. The distance measurement has average difference of 386,64 meter Keywords : Location mapping, GPS, SIG, Longitude coordinates, Latitude coordinates
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL .............................................................................................................. i
HALAMAN JUDUL .............................................................................................................. ii
LEMBAR PENGESAHAN OLEH PEMBIMBING ..................................................... iii
LEMBAR PENGESAHAN OLEH PENGUJI ................................................................. iv
LEMBAR PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ..................................................... v
HALAMAN PERSEMBAHAN DAN MOTO HIDUP............................................... vi
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH
UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS ..................................................................... vii
INTISARI
....................................................................................................................... viii
ABSTRACT ................................................................................................................... ix
KATA PENGANTAR ................................................................................................... x
DAFTAR ISI .................................................................................................................. xi
DAFTAR GAMBAR..................................................................................................... xv
DAFTAR TABEL .......................................................................................................... xvii
BAB I PENDAHULUAN ...........................................................................................1 1.1. Latar Belakang..................................................................................................
1 1.2. Tujuan dan Manfaat..........................................................................................
2 1.3. Batasan Masalah ...............................................................................................
2 1.4. Metodologi Penelitian.......................................................................................
2 BAB II DASAR TEORI ..............................................................................................
4 2.1. GPS (Global Positioning System).....................................................................
4 2.1.1. Segmen Penyusun Sistem GPS ..............................................................
4 2.1.1.1. Segmen Kontrol........................................................................
4 2.1.1.2. Segmen Satelit ..........................................................................
5 2.1.1.3. Segmen Pengguna atau Pemakai ..............................................
5 2.1.2. Sinyal .....................................................................................................
5 2.1.2.1. Informasi Jarak .........................................................................
6 2.1.2.2. Informasi Posisi ........................................................................
8 2.1.2.2.1. Metode Penentuan secara Absolut...........................
9 2.1.2.2.2. Metode Penentuan secara Diferensial......................
9
2.1.2.3. Gelombang Pembawa ...............................................................
9 2.1.3. Kesalahan dan Bias Pengamatan ............................................................
9 2.1.3.1. Kesalahan Orbit ........................................................................
10 2.1.3.2. Bias Ionosfer.............................................................................
10 2.1.3.3. Bias Troposfer ..........................................................................
10 2.1.3.4. Multipath ..................................................................................
10 2.1.3.5. Cycle slip ..................................................................................
10 2.1.3.6. Selective Availability ...............................................................
11 2.1.3.7. Anti Spoofing ...........................................................................
11 2.1.3.8. Ambiguitas Fase .......................................................................
11 2.1.4. Ketelitian Posisi GPS .............................................................................
11 2.1.5. Format data GPS ....................................................................................
12 2.2. Sistem Informasi Geografis ..............................................................................
14 2.3. Peta ...................................................................................................................
15 2.3.1 Peta Khusus atau Tematik......................................................................
15 2.3.2 Fungsi Peta.............................................................................................
16 2.4. Peta Digital .......................................................................................................
16 2.4.1. Data Peta Digital ....................................................................................
17 2.4.1.1. Data Spasial ..............................................................................
17 2.4.1.2. Image Data................................................................................
18 2.4.1.3. Sistem Tampilan data ...............................................................
19 2.5. Sistem Koordinat dan Proyeksi .........................................................................
20 2.5.1. Sistem Koordinat Bujur-Lintang (Longitude - Latitude) .......................
20 2.5.2. Sistem koordinat Universal Transverse Mercator (UTM) ....................
21
2.5.3. Sistem Konversi satuan Geodasi ke UTM (Universa Tranverse Mercator ) ..............................................................................................
23 2.6. Universal Serial Bus (USB) .............................................................................
24 2.7. Driver USB untuk Pemograman Visual ...........................................................
25 2.8. Pemograman Visual..........................................................................................
25 BAB III RANCANGAN PENELITIAN ......................................................................
27 3.1. Algoritma Sistem Keseluruhan.........................................................................
28 3.2. Prosedur Pengawasan Posisi.............................................................................
29 3.2.1. Diagram Alir Koneksi ............................................................................
29
3.2.2. Diagram Alir Pengambilan Data Posisi dari GPS..................................
30 3.2.3. Diagram Alir Konversi...........................................................................
31 3.2.4. Diagram Alir Penyimpanan Basis Data .................................................
32 3.2.5. Diagram Alir Penampil Peta Digital.......................................................
32 3.3. Perancangan Basis Data....................................................................................
33 3.4. Diagram Alir Tampilan Program......................................................................
34 3.4.1. Tampilan Lokasi Pemancar....................................................................
35 3.4.2. Tampilan Lokasi Pengukuran ...............................................................
37 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN .......................................................................
40 4.1. Tampilan Program ............................................................................................
40 4.1.1. Splash Screen .........................................................................................
40 4.1.2. Tampilan Form Lokasi Pemancar..........................................................
40 4.1.3. Tampilan Form Lokasi Pengukuran .....................................................
43 4.2. Pengujian Program ...........................................................................................
45 4.2.1. Pengujian Program Pada Form Lokasi Pemancar..................................
45 4.2.1.1. Pengujian Pengambilan Data Posisi .........................................
45 4.2.1.1.1. Pengujian Pencarian Data.......................................
46 4.2.1.1.2. Pengujian Ambil Data ............................................
47 4.2.1.2. Pengujian Pemberian Nomor....................................................
49 4.2.1.3. Pengujian Konversi...................................................................
51 4.2.1.4. Pengujian Penyimpanan Data...................................................
54 4.2.1.5. Pengujian Tampilan Peta Digital ..............................................
54 4.2.1.6. Pengujian Tampilann Titik Lokasi Pemancar ..........................
56 4.2.1.7. Pengujian Tampilan Peta .........................................................
58 4.2.2. Tampilan Form Lokasi Pengukuran ....................................................
59 4.2.2.1. Pengujian Pengambilan Data Posisi .........................................
60 4.2.2.1.1. Pengujian Pencarian Data ......................................
60 4.2.2.1.2. Pengujian Ambil Data ............................................
60 4.2.2.2. Pengujian Pemberian Nomor....................................................
60 4.2.2.3 Pengujian Konversi...................................................................
61 4.2.2.4. Pengujian Penyimpanan Data...................................................
62 4.2.2.5. Pengujian Titik Lokasi Pengukuran .........................................
63 4.2.2.6. Pengujian Perhitungan Jarak ....................................................
64
4.3. Pengujian Menu Bantuan..................................................................................
67 4.4. Pengujian Menu Cetak......................................................................................
68 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN .........................................................................
69 5.1. Kesimpulan ........................................................................................................
69 5.2. Saran...................................................................................................................
69 DAFTAR PUSTAKA ....................................................................................................
70 LAMPIRAN
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1. Model sistem...............................................................................................25 Gambar 2.16. Komponen standar dalam toolbox ............................................................
37 Gambar 3.12. Tampilan Lokasi Pengukuran ...................................................................
36 Gambar 3.11. Diagram Alir Lokasi Pengukuran .............................................................
35 Gambar 3.10. Tampilan Lokasi Pemancar ......................................................................
35 Gambar 3.9. Diagram Alir Tampilan Lokasi Pemancar..................................................
33 Gambar 3.8. Diagram Alir Tampilan Program................................................................
32 Gambar 3.7. Diagram Alir Penampil Peta Digital...........................................................
31 Gambar 3.6. Diagram Alir Penyimpanan Basis Data......................................................
31 Gambar 3.5. Diagram Alir konversi ................................................................................
30 Gambar 3.4. Diagram Alir Pengambilan Data posisi dari GPS.......................................
29 Gambar 3.3. Diagram Alir koneksi .................................................................................
27 Gambar 3.2. Diagram Alir pengawasan Posisi................................................................
26 Gambar 3.1. Diagram Blok Sistem Keseluruhan ............................................................
24 Gambar 2.15. Interface visual .........................................................................................
3 Gambar 2.1. Segmen penyusun GPS...............................................................................
22 Gambar 2.14. Konektor tipe A dan konektor tipe B........................................................
22 Gambar 2.13. Zone UTM ................................................................................................
21 Gambar 2.12. Proyeksi UTM WGS 1984 zone 48S........................................................
21 Gambar 2.11. Zona lintang ..............................................................................................
20 Gambar 2.10. Zona bujur.................................................................................................
19 Gambar 2.9. Koordinat Bujur-Lintang ............................................................................
18 Gambar 2.8. Konsep layer...............................................................................................
17 Gambar 2.7. Data Raster..................................................................................................
16 Gambar 2.6. Data Vektor.................................................................................................
15 Gambar 2.5. Proses digitasi .............................................................................................
7 Gambar 2.4. Peta tematik ................................................................................................
7 Gambar 2.3. Skema jarak ukuran dari pengamat ke satelit pada gelombang dalam waktu t. .......................................................................................................
4 Gambar 2.2. Penentuan jarak dengan kode .....................................................................
38
Gambar 4.1. Tampilan Splash Screen .............................................................................56 Gambar 4.14.(a) Tampilan peta skala normal .................................................................
68 Gambar 4.22. Tampilan hasil cetak .................................................................................
65 Gambar 4.21. Tampilan menu bantuan ...........................................................................
64 Gambar 4.20. Tampilan hasil perhitungan jarak .............................................................
63 Gambar 4.19. Tampilan dua titik yang akan diukur jaraknya .........................................
62 Gambar 4.18. Tampilan letak pengukuran layanan .........................................................
61 Gambar 4.17. Tampilan tabel data query FSM ...............................................................
61 Gambar 4.16. Proses konversi pada pengukuran layanan ...............................................
59 Gambar 4.15. Tampilan pemberian nomor lokasi pengukuran layanan..........................
59 Gambar 4.14.(c) Tampilan peta pengecilan 1 kali...........................................................
58 Gambar 4.14.(b) Tampilan peta perbesaran 3 kali ..........................................................
56 Gambar 4.13. Tampilan titik lokasi radio pemancar radio FM .......................................
40 Gambar 4.2. Tampilan program lokasi pemancar ...........................................................
55 Gambar 4.12. Tampilan peta digital pada map................................................................
54 Gambar 4.11. File peta yang ditampilkan pada kotak dialog..........................................
52 Gambar 4.10. Tampilan tabel data query SPA ...............................................................
50 Gambar 4.9. Konversi koordinat x dan y peta Yogyakarta .............................................
50 Gambar 4.8. Tampilan proses pencarian nama radio dari nomor radio ..........................
49 Gambar 4.7. Tampilan proses pencarian nomor radio dari nama radio ..........................
48 Gambar 4.6. Kutipan data posisi radio Q dari GPS.........................................................
46 Gambar 4.5. Tampilan pengambilan data posisi yang ditampilkan pada frame posisi ...
44 Gambar 4.4. Proses pencarian letak file dalam memory card GPS .................................
41 Gambar 4.3. Tampilan program lokasi pengukuran layanan...........................................
68
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1. Ketelitian dari metode penentuan posisi secara absolut dan diferensial .......12 Tabel 2.2. Jenis - jenis informasi (sentence ID) .............................................................
13 Tabel 3.1. Tabel kolom dalam basis data .......................................................................
34 Tabel 4.1. Keterangan gambar tampilan program lokasi pemancar ...............................
41 Tabel 4.2. Keterangan gambar tampilan program lokasi pengukuran layanan ..............
44 Tabel 4.3. Data posisi 20 stasiun radio di Yogyakarta ...................................................
48 Tabel 4.4. Perbandingan nilai X dan Y antara perhitungan rumus dan perhitungan Program ........................................................................................................
53 Tabel 4.5. Perbandingan data koordinat yang diperoleh dari program pemetaan dengan data koordinat yang diperoleh dari balai monitoring (Balmon).....
57 Tabel 4.6. Data posisi di 3 lokasi layanan ......................................................................
60 Tabel 4.7. Data posisi hasil pengukuran layanan ...........................................................
63 Tabel 4.8. Perhitungan jarak dengan program dan hasil dari Google Earth ..................
66
BAB I PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Kehadiran stasiun siaran radio menjadi sangat penting karena memberikan informasi berupa audio. Alokasi frekuensi stasiun radio FM adalah 88 – 108 MHz [1] dan AM adalah 530 – 1700 kHz. Rentang frekuensi radio FM jauh lebih lebar dibandingkan radio AM. Radio FM memiliki keunggulan, yaitu lebih menghemat daya, lebih tahan terhadap interferensi, dan kualitas audio yang dihasilkan lebih baik sehingga radio FM lebih banyak digunakan. Karena banyaknya jumlah stasiun radio FM serta keterbatasan alokasi frekuensi radio FM, penggunaan alokasi frekuensi radio tersebut harus diatur sesuai dengan aturan yang berlaku dari International Telecommunication Union (ITU) [2]. Dengan adanya aturan dari ITU tersebut, spektrum frekuensi radio membutuhkan pengawasan spektrum frekuensi radio dengan pengukuran secara periodik sekaligus untuk penertiban supaya penggunaan spektrum frekuensi tetap sesuai dengan aturan yang berlaku.
Penelitian yang telah dilakukan merupakan sebuah web SIG (Sistem Informasi Geografis) yang diaplikasikan untuk manajemen informasi stasiun radio. Data spasial untuk web SIG ini diperoleh dari laporan pihak swasta stasiun radio ke kantor pusat informasi untuk diolah menjadi suatu peta digital yang menginformasikan status siar tiap stasiun radio baik dilihat dari aktif atau tidak stasiun radio tersebut melakukan siaran, perpindahan lokasi pemancar maupun lainya [3]. Salah satu contoh web SIG ini telah lama digunakan di Cina untuk membantu proses pendirian stasiun radio siaran sehingga efisien dalam proses administrasi dan pengawasan.
Suatu sistem lokasi radio membutuhkan data lintang dan bujur dari stasiun radio dalam peta digital SIG, sehingga diperlukan perangkat (Global Positioning System) GPS untuk memberikan data dan informasi posisi. Data dan informasi posisi lokasi radio, berisi data lintang dan bujur yang diubah menjadi koordinat X dan Y. Informasi posisi yang diperoleh dari perangkat GPS dikonversi menjadi koordinat X dan Y agar dapat ditampilkan dalam peta digital. Koneksi antara GPS dan komputer menggunakan USB. Hasil pengukuran lokasi membentuk satu kesatuan informasi pada sistem pemetaan dan pengawasan pemancar berbasis SIG yang ditampilkan dalam peta digital.
1.2.Tujuan dan Manfaat Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah menghasilkan perangkat lunak konversi data GPS yang diubah ke dalam SIG serta peta digital yang memberikan informasi lokasi (sistem koordinat geografis) yang terdiri dari peta dasar, peta pemancar, dan peta pengukur. Sistem informasi digabungkan dengan data dari SPA (Spectrum Analyzer) dan FSM (Field
Strength Meter ).
Manfaat Penelitian:
a. Memberikan koordinat lokasi suatu stasiun radio yang digunakan dalam pengukuran, pengawasan, pengaturan, dan penggunaan frekuensi radio bagi pihak yang berkepentingan (stasiun radio maupun dinas pengawasan frekuensi radio).
b. Memberi tambahan informasi pada masyarakat tentang penggunaan frekuensi radio di wilayah D.I. Yogyakarta.
c. Menjadi sarana pembelajaran bagi sivitas akademik untuk analisa informasi telekomunikasi yang menggunakan frekuensi radio, khususnya radio FM, dan cara kerja dari GPS.
1.3. Batasan Masalah
a. GPS yang digunakan menggunakan port serial b. Menentukan data bujur dan lintang yang dikonversi ke X dan Y dari peta digital.
c. Area pengawasan dan pengukuran dilakukan di daerah Yogyakarta.
d. Format data yang digunakan GPS adalah text
e. Peta digital terdiri dari tiga layer yaitu peta dasar, peta pemancar, dan peta pengukur.
1.4. Metodologi Penelitian
a. Pengumpulan bahan-bahan referensi berupa buku, jurnal, dan informasi dari internet.
b. Menentukan model sistem Tahap ini bertujuan untuk mencari model yang optimal dari sistem yang akan dibuat dengan mempertimbangkan dari berbagai faktor-faktor permasalahan dan kebutuhan yang telah ditentukan. Model sistem untuk perancangan ditunjukkan pada Gambar 1.1 .
Gambar 1.1. Model Sistemc. Pembuatan subsistem dan software Berdasarkan Gambar 1.1, GPS menerima sinyal dari satelit dan memberikan data ke komputer. Data dari stasiun radio sudah terdapat di dalam komputer.
Komputer akan mengolah kedua data dan menggabungkan data dengan peta digital yang ada di dalam komputer. Hasil pengolahan komputer akan memberikan informasi posisi yang akurat.
d. Menentukan Parameter yang akan diukur Parameter yang diukur berkaitan dengan bujur dan lintang dari lokasi pemancar dan lokasi pengukuran.
e. Menguji perangkat Perangkat diuji secara bergerak di luar gedung untuk mendapatkan sinyal satelit. Pengambilan data posisi dilakukan di stasiun pemancar dan daerah layanan atau pengukuran di berbagai wilayah di Yogyakarta. Data hasil informasi posisi dari GPS harus dapat disimpan untuk ditampilkan kapanpun diinginkan.
f. Analisa dan pengambilan kesimpulan Analisa data dilakukan dengan mengecek, apakah program yang dibuat dapat menghubungkan GPS dengan komputer. Membandingkan data antara data di komputer dengan GPS. Pengambilan kesimpulan, dengan mengukur titik keberhasilan atau gagal program yang telah dibuat.
BAB II DASAR TEORI
2.1. GPS (Global Positioning System)
GPS adalah teknologi yang memberikan informasi posisi koordinat dan dengan nama resminya NAVSTAR GPS (Navigation Satellite Timing and Ranging
Global Positioning System ). Sistem ini digunakan untuk menentukan posisi,
arah, dan [4]. Satelit GPS pertama kali diluncurkan pada tahun 1978. Sistem GPS dinyatakan operasional pada tahun 1994.
2.1.1. Segmen Penyusun Sistem GPS
Sistem GPS tediri atas tiga segmen utama, yaitu segmen sistem kontrol (control system
segment ), segmen satelit (space segment), dan segmen pengguna (user segment) [4], [6].
Gambar 2.1. menunjukkan segmen penyusun GPS.Gambar 2.1. Segmen Penyusun GPS [5]2.1.1.1. Segmen Kontrol
Segmen kontrol adalah otak dari GPS [4]. Segmen kontrol ini bertugas untuk mengatur semua satelit agar berfungsi sebagaimana mestinya serta mengirimkan beberapa informasi seperti sinkronisasi waktu, prediksi orbit satelit, informasi cuaca di angkasa, dan monitor kesehatan satelit. Pihak Amerika Serikat mengoperasikan sistem ini dari sistem utama di Falcon Air Force Base di Colorado Springs, Amerika Serikat. Sistem kontrol ini juga termasuk 4 stasiun monitor yang berlokasi menyebar di seluruh dunia.
2.1.1.2. Segmen Satelit Segmen satelit adalah satelit GPS yang mengorbit di angkasa sebagai stasiun radio [4].
Satelit GPS dilengkapi antena untuk mengirim dan menerima gelombang. Gelombang dipancarkan ke bumi dan diterima oleh receiver GPS yang ada di bumi dan digunakan untuk menentukan informasi posisi, kecepatan, dan waktu.
Satelit GPS terdiri dari 24 satelit yang menempati 6 bidang orbit dengan periode orbit 12 jam, pada ketinggian ± 20.200 km di atas permukaan bumi [4]. Pada setiap waktu, paling sedikit 4 satelit dapat diamati di setiap lokasi di permukaan bumi. Hal ini memungkinkan pengguna GPS untuk dapat menghitung posisi mereka di permukaan bumi.
2.1.1.3. Segmen Pengguna atau Pemakai
Segmen pengguna adalah para pengguna satelit GPS, dalam hal ini receiver GPS yang dapat menerima dan memproses sinyal yang dipancarkan oleh satelit GPS [3]. Receiver GPS yang dijual di pasaran saat ini cukup bervariasi, baik dari segi jenis, merek, harga, ketelitian yang diberikan, berat, ukuran maupun bentuknya. Ada beberapa cara yang dapat digunakan untuk mengklasifikasikan receiver GPS, yaitu antara lain berdasarkan fungsi, data yang direkam, jumlah kanal, ataupun penggunaannya.
Secara sederhana receiver GPS untuk penentuan posisi dapat dibedakan tiga jenis, yaitu tipe navigasi, tipe pemetaan, dan tipe geodetik [3]. Receiver GPS tipe navigasi yang sering juga disebut tipe genggam (handheld receiver) mempunyai ketelitian yang lebih rendah dibandingkan tipe pemetaan dan geodetik (sampai orde 10m – 100m). Receiver tipe pemetaan dapat memberikan ketelitian posisi hingga orde 1m – 5m. Sedangkan receiver tipe geodetik adalah tipe yang paling dapat memberikan ketelitian posisi yang lebih tinggi hingga orde mm.
2.1.2. Sinyal
Sinyal GPS yang dipancarkan oleh satelit-satelit GPS menggunakan band frekuensi L pada spektrum gelombang elektromagnetik [4]. Setiap satelit GPS memancarkan dua (2) gelombang pembawa, yaitu L1 (1575.42 Mhz) dengan panjang gelombang ± 1,75cm, dan L2 (1227.60 Mhz) dengan panjang gelombang ± 2,25cm, berisi data kode, dan pesan navigasi [4], [6]. Pada dasarnya, sinyal GPS terdiri dari tiga komponen, yaitu pemberi informasi jarak (kode), pemberi informasi posisi satelit (navigation message), dan gelombang pembawa (carrier wave).
2.1.2.1. Informasi Jarak
Informasi jarak yang dikirimkan oleh satelit GPS berupa kode PRN (Pseudo Random
Noise
) [4]. Kode PRN itu terdiri dari dua buah, masing – masing terdiri dari kode-C/A (Coarse Acquisition/Clear Access) yang dimodulasikan pada gelombang pembawa L1 dan kode-P(Y) (Private) yang dimodulasikan baik pada gelombang pembawa L1 maupun L2.
Kode P mempunyai beberapa kelebihan dibandingkan dengan kode C/A yaitu : 1. Presisi jarak yang diberikan lebih tinggi yaitu kode P = 0,3 m dan kode C/A = 3 m.
2. Efek multipath untuk kode P lebih kecil daripada kode C/A.
3. Kode P dimodulasikan pada dua gelombang pembawa L1 dan L2 sehingga efek bias ionosfer pada jarak hasil pengukuran dari satelit ke pengamat dapat diestimasi. Kedua kode tersebut disusun oleh rangkaian kombinasi bilangan-bilangan biner (0 dan
1). Setiap satelit GPS mempunyai struktur kode yang unik dan berbeda antara satu satelit dengan satelit lainnya yang memungkinkan receiver GPS untuk membedakan sinyal-sinyal yang datang dari satelit-satelit GPS yang berbeda. Sinyal - sinyal tersebut dapat dibedakan oleh receiver dengan menggunakan teknik yang dinamakan CDMA (Code Division
Multiple Accsess) .
Informasi jarak didapatkan dari dua besaran dasar yaitu pseudorange dan carrier beat
phase. Pseudorange adalah jarak hasil perhitungan oleh receiver GPS terhadap data ukuran
waktu rambat sinyal satelit ke receiver. Pengukuran dilakukan dengan membandingkan kode yang diterima dari satelit dengan replika kode yang diformulasikan dalam receiver. Waktu yang digunakan untuk sinkronisasi kedua kode tersebut adalah waktu yang diperlukan oleh kode tersebut untuk menempuh jarak dari satelit ke pengamat. Gambar 2.2. menunjukkan cara penentuan jarak dengan kode. Jarak dari satelit ke pengamat dapat dihitung dengan persamaan [4] :
Jarak = C × dt (2.1) dengan C adalah kecepatan cahaya dan dt adalah waktu yang ditempuh kode dari satelit untuk mencapai pengamat.
Gambar 2.2. Penentuan jarak dengan kode [4]Karena jam receiver tidak sinkron dengan jam satelit, jarak di atas masih terkontaminasi oleh kesalahan waktu. Oleh karena itu, jarak tersebut dinamakan
pseudorange . Gambar 2.3. menunjukkan skema penentuan jarak dari pengamat ke satelit.
Gambar 2.3. Skema jarak ukuran dari pengamat ke satelit pada gelombang dalam waktu t[4]
Carrier beat phase adalah beda fase yang diukur oleh receiver GPS dengan cara
mengurangkan fase sinyal pembawa yang datang dari satelit dengan sinyal serupa yang dibangkitkan dalam receiver. Jadi data fase pengamatan satelit GPS adalah jumlah gelombang penuh yang terhitung sejak saat pengamatan dimulai. Jarak dari satelit ke pengamat dapat dihitung dengan persamaan [4] :
Jarak = λ × (φ+N) (2.2) dengan λ adalah panjang gelombang, Φ adalah jumlah fase sepanjang gelombang dalam waktu t, dan N jumlah gelombang penuh yang tidak teramati.
Nilai N (cycle ambiguity) harus ditentukan terlebih dahulu untuk merubah data fase menjadi data jarak. Secara umum ketelitian pengukuran fase adalah 1 % x panjang gelombang. Jadi ketelitian jarak jika dihitung dengan menggunakan gelombang adalah sebagai berikut :
1. L1 = 1 % x 19 cm = 1,9 mm
2. L2 = 1 % x 24,4 cm = 2,4 mm
2.1.2.2. Informasi Posisi
Posisi yang diperoleh dari pengamatan GPS akan mengacu ke suatu datum global yang dinamakan World Geodetic System 1984 (WGS-84) [4]. WGS-84 adalah sistem informasi koordinat yang didefinisikan, direalisasikan, dan dipantau oleh National Imagery and
Mapping (NIMA) Amerika Serikat, saat ini digunakan oleh sistem satelit navigasi GPS.
Jadi setiap penentuan posisi di permukaan bumi akan menghasilkan koordinat pada satu sistem koordinat/datum.
Pesan navigasi yang dibawa oleh sinyal GPS terdiri dari informasi ephemeris (orbit) satelit, yang biasa disebut broadcast ephemeris. Broadcast ephemeris terdiri dari parameter waktu, parameter orbit satelit, dan parameter perturbasi atau gangguan yang terjadi pada orbit satelit. Parameter – parameter tersebut digunakan untuk menentukan koordinat dari satelit [4], [5]. Selain broadcast ephemeris, pesan navigasi juga berisi alamat satelit yang memberikan informasi tentang orbit nominal satelit yang berguna bagi receiver dalam proses akuisasi awal data satelit maupun bagi para pengguna dalam perencanaan waktu pengamatan yang optimal [4]. Informasi lain yang dibawa oleh pesan navigasi adalah koefisien koreksi jam satelit, parameter koreksi ionosfer, status konstelasi satelit, dan informasi kesehatan satelit.
Penentuan posisi receiver GPS dapat dihitung dengan cara pengamatan ke belakang. Dalam hal ini, receiver GPS harus mempunyai 2 data utama, yaitu : 1. Jarak antara receiver GPS dengan setiap satelit GPS yang diamati.
2. Posisi / koordinat dari setiap satelit GPS yang diamati.
Jarak dari receiver GPS ke satelit GPS dapat dihitung dari sinyal yang diterima dari satelit GPS baik dari data kode (pseudorange) maupun dengan data fase (carrier beat
phase ). Sedangkan koordinat satelit GPS diperoleh dari informasi yang dikirimkan oleh
satelit GPS tersebut bersama dengan sinyal yang diterima oleh receiver GPS.Untuk dapat menghitung koordinat receiver GPS, paling sedikit harus ada 4 satelit yang teramati [4]. Posisi yang diberikan oleh GPS adalah posisi 3 dimensi (x, y, z ataupun
ϑ, λ, h). Terdapat 2 metode penentuan posisi pada GPS, yaitu metode penentuan posisi secara Diferensial dan metode penentuan posisi secara Absolut.
2.1.2.2.1. Metode Penentuan Posisi secara Absolut
Penentuan posisi secara absolut adalah metode penentuan posisi yang paling mendasar dari GPS [4]. Metode ini hanya menggunakan satu receiver GPS untuk suatu posisi dan biasanya menggunakan receiver tipe navigasi. Prinsip penentuan posisi adalah pengukuran jarak receiver GPS dengan beberapa satelit yang telah diketahui koordinatnya (minimal 4 satelit). Data yang digunakan adalah data pseudorange.
2.1.2.2.2. Metode Penentuan Posisi secara Diferensial
Pada penentuan posisi secara diferensial, posisi suatu titik ditentukan relatif terhadap titik lainnya yang telah diketahui koordinatnya [4]. Metode penentuan posisi secara diferensial menggunakan 2 buah receiver. Dengan mengurangkan data yang diamati oleh 2
receiver
GPS pada waktu yang bersamaan, beberapa jenis kesalahan dan bias pengamatan dapat dieliminasi atau direduksi. Hal ini akan meningkatkan akurasi dan presisi dari koordinat yang diperoleh dibandingkan pada metode absolut.
2.1.2.3. Gelombang Pembawa
Kode dan pesan navigasi harus dimodulasikan terlebih dahulu pada gelombang pembawa (gelombang L1 dan L2), agar dapat mencapai pengamat. Teknik modulasi yang digunakan dalam sinyal GPS adalah BPSK (Binary Phase Shift Keying) [4].
2.1.3. Kesalahan dan Bias Pengamatan
Pengamatan satelit GPS tidak terlepas dari kesalahan dan bias yang disebabkan oleh beberapa faktor alam, alat, dan manusia [4]. Ada beberapa macam cara yang dapat dilakukan untuk menghilangkan atau mengurangi efek kesalahan dan bias pengamatan. Beberapa cara tersebut antara lain melakukan estimasi parameter dari kesalahan dan bias dalam proses hitung perataan, pengurangan data pengamatan, menghitung besar kesalahan dan bias secara langsung atau dari model, menggunakan strategi pengamatan, dan pengolahan data yang tepat dan mengabaikan kesalahan dan bias itu sendiri.
2.1.3.1. Kesalahan Orbit
Kesalahan orbit adalah kesalahan yang terjadi pada saat data posisi orbit yang dilaporkan berbeda dengan posisi orbit satelit yang sebenarnya [4]. Data mengenai orbit satelit disebut ephemeris. Kesalahan orbit akan mempengaruhi ketelitian posisi titik-titik yang ditentukan.
2.1.3.2. Bias Ionosfer
Ionosfer akan mempengaruhi kecepatan, arah, dan polarisasi sinyal GPS [4]. Efek ionosfer yang terbesar adalah pada kecepatan sinyal. Dengan berubahnya kecepatan sinyal pada saat melewati ionosfer, jarak dari satelit ke pengamat yang diukur akan ikut berubah. Ionosfer akan memperbesar perbedaan fase gelombang dan memperlambat datangnya kode (pseudorange) yang dibawa oleh sinyal dari satelit ke pengamat.
2.1.3.3. Bias Troposfer
Ketika melewati troposfer, sinyal GPS akan mengalami refraksi yang menyebabkan perubahan kecepatan dan arah [4]. Hampir sama dengan yang terjadi pada bias ionosfer, bias ini mempengaruhi kecepatan sinyal, sehingga hasil pengukuran jarak juga akan mengalami kesalahan.
2.1.3.4. Multipath Multipath adalah fenomena yang terjadi karena sinyal dari satelit tiba di antena GPS
melalui dua atau lebih lintasan yang berbeda [4]. Perbedaan jarak tempuh menyebabkan sinyal yang ada saling berinterferensi. Bidang reflektor yang menyebabkan multipath bisa berupa bidang horisontal, vertikal atau miring, seperti jalan, gedung, permukaan air, dan kendaraan.
2.1.3.5. Cycle slip Cycle slip adalah terputusnya jumlah gelombang penuh dari fase gelombang pembawa
yang diamati, karena receiver mengalami kerusakan teknis seperti kabel putus, antena tercabut, atau rusak, dan lain sebagainya, yang menyebabkan terputusnya pengamatan sinyal [5].
2.1.3.6. Selective Availability Selective availability
adalah metode yang diaplikasikan oleh pihak militer Amerika Serikat agar ketelitian posisi yang relatif tinggi dari GPS hanya dapat diperoleh pihak – pihak yang diijinkan [4]. Selective availability diimplementasikan dengan menerapkan secara sengaja kesalahan ephemeris satelit dan jam satelit. Koreksi kesalahan tersebut hanya diketahui oleh pihak militer Amerika Serikat dan pihak yang diijinkan. Kebijakan
selective availability dihapuskan oleh pihak militer Amerika Serikat sejak tahun 2000.
2.1.3.7. Anti Spoofing Anti spoofing adalah suatu kebijaksanaan dari pihak militer Amerika Serikat untuk
mencegah penggunaan kode P dari sinyal GPS yang telah diubah menjadi kode Y yang bersifat rahasia oleh pihak-pihak yang tidak dikehendaki [4]. Struktur kode Y hanya diketahui oleh pihak militer Amerika Serikat dan pihak - pihak yang diijinkan. Adanya anti spoofing menyebabkan pihak pengguna biasa hanya dapat menerima kode C/A.
2.1.3.8. Ambiguitas Fase
Ambiguitas fase atau cycle ambiguity adalah jumlah gelombang (N) yang tidak teramati oleh receiver GPS [4]. Ambiguitas fase terjadi karena adanya gangguan pada sinyal dan dapat diketahui dengan pengamatan satelit GPS dengan menggunakan data fase.
2.1.4. Ketelitian Posisi GPS
Ketelitian posisi yang didapat dengan pengamatan GPS secara umum bergantung pada beberapa faktor [4]:
1. Ketelitian data yang digunakan (tergantung dari tipe data, kualitas/ tipe receiver serta tingkat kesalahan, dan bias pengamatan).
2. Geometri satelit yang diamati.
3. Metode penentuan posisi yang digunakan.
4. Strategi pemrosesan data.
Dari faktor–faktor tersebut, GPS dapat memberikan ketelitian posisi dengan spektrum yang cukup luas, yaitu dari orde mm sampai dengan orde puluhan meter seperti yang ditunjukkan dalam Tabel 2.1. [4].
Tabel 2.1. Ketelitian dari metode penentuan posisi secara absolut dan diferensial [4]
Absolut Diferensial
Tipe data dan ketelitian Tipe data dan Ketelitian keadaan keaadanData kode C/A ± 50 m Kode C/A ± 5 m dengan selective
availability .
Kode C/A tanpa ± 20 m Data fase ± 1 m
selective availability .