Aplikasi GPS untuk survei pemetaan laut

APLIKASI GPS UNTUK SURVEI PEMETAAN LAUT

Disusun Untuk Memenuhi Tugas Mata Kuliah Geologi

Disusun oleh :

AFIYAN WIDYASTOMO

D0E 008 002

PROGRAM STUDI DIII PERTANAHAN

FAKULTAS ILMU SOSIAL DAN ILMU POLITIK

UNIVERSITAS DIPONEGORO

2010

APLIKASI GPS UNTUK SURVEI PEMETAAN LAUT

Sesuai dengan tujuan pembangunannya, teknologi satelit navigasi GPS telah menjadi satu teknologi yang relatif mudah dan murah untuk mewujudkan posisi geografis dan waktu. Walaupun, tentu ada suatu keterbatasan antara biaya yang diinvestasikan dengan ketelitian (presisi, precision, internal accuracy) dan ketepatan (akurasi, accuracy, reliability) yang akan diperoleh. Faktor-faktor yang mempengaruhi kualitas hasil survai GPS terutama adalah jenis peralatan dan metoda pengukuran serta metoda pengolahan data yang digunakan.

Peralatan penerima sinyal GPS (receiver) bervariasi dari kelas rakitan sendiri, kelas navigasi dengan ketelitian 20 meteran, sampai kelas geodetik yang mampu mengukur sampai ketelitian milimeter. Variasi receiver ini terutama berkaitan dengan jenis jam atom (clock) yang dipakai dan jenis data (kode dan gelombang pembawa) yang bisa direkam.

Dari sisi metoda pengukuran dapat dibedakan antara metoda pengukuran statik dengan pengukuran kinematik. Metoda pengukuran statik mengasumsikan bahwa antenna receiver tidak bergerak terhadap kerangka referensi, sedangkan metoda pengukuran kinematik menggunakan asumsi bahwa antena receiver bergerak terhadap titik referensi. Sedangkan dari sisi metoda pengolahan data, dapat dibedakan antara pengolahan satu titik (single point positioning – SPS, absolute positioning) dan pengolahan baseline (differential positioning, relative positioning) tunggal maupun dalam bentuk jaring.

Berdasarkan variasi-variasi kemungkinan penggunaan teknologi di atas, dapat diurutkan sejumlah kemungkinan aplikasi GPS mulai dari yang paling teliti (dan paling mahal) untuk keperluan ilmiah sampai yang paling seadanya (dan paling murah) untuk keperluan hiburan. Dalam rangka pembangunan informasi spasial, GPS dapat berperan mulai dari realisasi referensi koordinat dengan survai yang sangat teliti sampai pada kegiatan pematokan yang merupakan aplikasi hasil analisis informasi spasial.

Salah satu kegunaan GPS untuk umum adalah Studi oseanografi dengan GPS buoy system digunakan diantaranya untuk penentuan pasut lepas pantai, pasut pantai, studi pola arus, tsunami EWS, dan lain-lain. GPS mampu memberikan ketelitian posisi sampai dengan ketelitian sentimeter bahkan milimeter. Untuk mencapai ketelitian yang tinggi dengan menggunakan GPS dalam studi GPS Buoy digunakan metoda kinematik diferensial baik itu secara real time (RTK) maupun cinematic post processing. Untuk beberapa kasus biasa digunakan Differential GPS (DGPS).

A. STUDI SISTEM GPS BUOY

GPS adalah sistem radio navigasi dan penentuan posisi yang berbasiskan satelit yang dapat digunakan oleh banyak orang sekaligus dalam segala cuaca, serta didesain untuk memberikan posisi dan kecepatan tiga dimensi yang teliti, dan juga informasi mengenai waktu, secara kontinyu di seluruh dunia (Abidin, 1995). Teknologi GPS mulai dikembangkan sekitar tahun 70-an oleh pihak militer Amerika Serikat melalui Departemen pertahanan USA yang digunakan untuk kepentingan militer negaranya. Seiring dengan perkembangan system ini, GPS telah digunakan secara luas di pelbagai bidang di luar kepentingan militer, dan dikembangkan tidak hanya di negara Amerika Serikat saja, melainkan di seluruh dunia.

Pada lingkup penelitian, GPS dapat digunakan untuk studi Geodinamika, deformasi, studi oseanografi, dan lain-lain. Salah satu hal yang menarik dari penggunaan GPS ini dalam keperluan oseanografi yaitu GPS Buoy System. GPS buoy System digunakan diantaranya untuk penentuan pasut lepas pantai, pasut pantai, studi pola arus, Tsunami EWS, dan lain-lain. GPS mampu memberikan ketelitian posisi sampai dengan ketelitian sentimeter bahkan milimeter. Untuk mencapai ketelitian yang tinggi dengan menggunakan GPS dalam studi GPS Buoy digunakan metoda kinematik diferensial baik itu secara real time (RTK) maupun kinematic post processing. Untuk beberapa kasus biasa digunakan Differential GPS (DGPS).

B. KONSEP DARI GPS BUOY

Konsep dari GPS buoy System yaitu menyimpan receiver GPS dan antenna ketika pada saat pengamatan pada sebuah pelampung. Dengan menggunakan metoda diferensial, yaitu satu receiver GPS berada pada pelampung dan satu lagi di titik referensi (di darat) yang letaknya beberapa kilometer dari buoy, kemudian (untuk kasus real time) titik referensi tersebut memberikan koreksi ke receiver di Buoy, maka posisi teliti dari Buoy dapat ditentukan.

Ketelitian dari posisi Buoy sangat bergantung pada system dan desain pengukuran, selain itu ada beberapa hal yang harus diperhatikan sebelum buoy di coba. Kriteria utama untuk pengukuran GPS buoy yaitu menentukan syarat ketelitian posisi buoy dan peralatan yang menghasilkan data yang bagus untuk ketelitian yang diinginkan. Dari hal tersebut memunculkan pertanyaan Receiver GPS jenis apa yang harus digunakan, bagaimana metode pengambilan datanya, dan bagaimana cara mengolah datanya. Tipe Receiver GPS sangat penting dalam pengukuran ini karena receiver ini lah yang menghasilkan data untuk diolah, demikian juga ketelitian pengukuran akan bergantung pada bagaimana strategi pengambilan dan pengolahan datanya. Sebagai contoh, jika ketelitian yang diinginkan pada level sentimeter, maka GPS dual frequency dengan metoda diferensial akan memenuhi sarat ketelitian yang diinginkan tersebut. Pada sisi lain, jika ketelitian posisi yang diinginkan pada level 1-2 meter, maka kira-kira Receiver GPS dual frequency dengan metoda DGPS akan memenuhi ketelitian yang diinginkan.

Secara umum, untuk keperluan sistem GPS buoy, metode penentuan posisi yang biasa digunakan adalah RTK (yang dapat memberikan ketelitian dalam level sentimeter secara real time), kinematik diferensial post procesing apabila kita tidak memerlukan data real time (contoh pemodelan pasut), atau metode DGPS apabila untuk kasus-kasus tertentu hanya diperlukan ketelitian dalam level 1-2 meter saja.

C. TEKNIK PENENTUAN POSISI PADA SISTEM GPS BUOY

Seperti yang telah disebutkan si atas untuk GPS Buoy, metode penentuan posisinya bisa RTK (Real Time Kinematic), kinematik diferensial post proccesing, dan bisa juga DGPS (Differential Global Positioning System), tergantung kebutuhannya.

Sistem RTK (Real Time Kinematic) adalah suatu akronim yang sudah umum digunakan untuk Penentuan posisi real time secara diferensial yang menggunakan data fase. Sistem ini umumnya digunakan untuk Penentuan posisi obyek-obyek yang bergerak. Untuk merealisasikan tuntuan real-time nya, maka monitor station harus mengirimkan koreksi diferensial (fase) ke pengguna secara real time dengan menggunakan system komunikasi data tertentu.

Sistem kinematik diferensial post processing prinsipnya sama dengan RTK, hanya beda dalam hal sisi real time-nya. Pada sistem kinematik diferensial post processing sesuai dengan namanya (post processing) maka data dikumpulkan terlebih dahulu untuk kemudian diolah (secara manual) menggunakan software pengolahan data GPS.

Sistem DGPS adalah suatu akronim yang sudah umum digunakan untuk Penentuan posisi real time secara diferensial yang menggunakan data pseudorange. Sistem ini umumnya juga digunakan untuk penentuan posisi obyek-obyek yang bergerak. Untuk merelisasikan tuntuan real-time nya, maka monitor station harus mengirimkan koreksi diferensial ke pengguna secara real time dengan menggunakan system komunikasi data tertentu. Koreksi diferensial ini dapat berupa koreksi jarak (pseudorange) maupun koreksi koordinat. Dalam hal ini, yang umum digunakan adalah koreksi pseudorange. Koreksi koordinat jarang digunakan, karena koreksi ini menuntut bahwa stasiun referensi pengirim koreksi serta pengamat mengamati satelit-satelit yang sama, dimana hal ini tidak selalu dapat direalisasikan dalam operasional lapangannya.

D. FAKTOR PENGARUH KESALAHAN SIGNIFIKAN PADA SISTEM GPS BUOY

Kesalahan yang cukup signifikan pada GPS Buoy, salah satunya adalah efek ayunan antena. Efek ayunan antena merupakan kesalahan tinggi yang diakibatklan perubahan-perubahan posisi antena relatif terhadap permukaan laut. Untuk memperoleh tinggi muka air laut yang benar atau diasumsikan benar maka data sudut ayunan antenna harus diperoleh bersamaan dengan saat-saat pengamatan GPS dilakukan. Untuk menangani kesalahan ini maka alat GPS dapat ditambahkan dengan komponen lain yaitu tilt meter, atau GPS Buoy disusun oleh Receiver GPS lebih dari satu.

Dalam perjalanannya dari satelit GPS ke receiver pengamat, sinyal GPS akan dipengaruhi oleh beberapa kesalahan dan bias. Pada dasarnya kesalahan dan bias GPS dapat dikelompokan atas kesalahan dan bias yang terkait dengan satelit (berupa kesalahan jam satelit, ephemeris, dan selective availability), medium propagasi (berupa bias ionosfer dan bias troposfer ), Receiver GPS (meliputi kesalahan jam receiver, kesalahan yang terkait dengan antenna, dan noise), data pengamatan (seperti ambiguitas fase dan cycle slip), dan lingkungan sekitar receiver gps (multipath dan imaging). Terkait dengan sistem GPS Buoy, hal yang dapat mencolok dari jenis kesalahan dan bias ini (termasuk dalam kesalahan signifikan) adalah kesalahan multipath, karena air (laut) bersifat reflektif. Untuk menangani kesalahan multipath ini maka alat antena GPS disusun sedemikian rupa sehingga dapat menangkal efek multipath tersebut.

E. APLIKASI GPS BUOY SYSTEM

Aplikasi dari GPS Buoy System yang sekarang ini banyak kita jumpai, yaitu diantaranya untuk pengamatan pasut lepas pantai, pengamatan pasut pantai, GPS Buoy untuk koreksi radar altimetry, penentuan pola arus laut, Tsunami EWS, dan lain-lain.

Gambar Contoh Aplikasi GPS Buoy

Sumber : www.google.com, diunduh tanggal 24 Desember 2010 Pukul 24.00

Baru baru ini setelah terjadinya tsunami akibat gempa Aceh 2004, sistem GPS Buoy untuk Tsunami EWS banyak diperbincangkan, kemudian setelah itu juga bahkan banyak dibangun dibeberapa tempat sebagai bagian komponen system dari keseluruhan sistem EWS (Early Warning System). GPS Buoy menurut hasil percobaan, dapat mendeteksi sinyal gelombang tsunami yang muncul akibat terjadinya suatu gempa bumi di laut.

F. APLIKASI GPS BUOY PADA PENGAMATAN PASUT LEPAS PANTAI

Pengamatan pasang surut (pasut) laut umumnya dilakukan dipinggir pantai dengan menggunakan palem pasut ataupun peralatan tide gaug lainnya. Patut diingat disini bahwa karakteristik pasut yang diamati ditepi pantai umumnya hanya valid untuk kawasan dengan radius tertentu dari titik pengamatan. Diluar kawasan tersebut, seperti dilepas pantai, karakteristik pasut biasanya ditentukan secara tidak langsung, yaitu dengan melakukan prediksi menggunakan cotidal chart.

Dengan menggunakan GPS Buoy, pengamatan pasut dapat dilakukan secara langsung. Dalam hal ini, satu receiver GPS ditempatkan di pelampung yang dijangkarkan di dasar laut, dan satu reveiver lainnya ditempatkan di satu titik (bench mark) dipinggir pantai. Pada metoda ini, GPS digunakan untuk menentukan beda tinggi antara pelampung dengan benchmark tersebut dari waktu kewaktu.

G. APLIKASI GPS BUOY PADA PENGAMATAN PASUT PANTAI

Pengamatan pasang surut dengan tide gaug biasanya dilakukan dalam selang waktu tertentu (menit atau jam). Dalam selang waktu pengamatan tersebut mungkin saja dapat terjadi kehilangan informasi dari komponen high frekuensi-nya. GPS mampu mengamati posisi secara high rate (1 Hz), (posisi ditentukan tiap detik) sehingga dapat mengakomodasi sinyal high frekuensi yang mungkin ada di dalam komponen pasut yang akan kita amati, kemudian selanjutnya kita buatkan bentuk model pasutnya.

Dengan menggunakan GPS Buoy dalam pengamatan pasut yang dapat dilakukan secara high rate, dan bahkan secara real time, mungkin merupakan keunggulan dari sistem GPS Buoy ini apabila dibandingkan dengan pengamatan pasut biasa, atau setidaknya menjadi alat pelengkap (complementary) dari sistem pengamatan pasut yang ada, sehingga pemodelan pasut nantinya yang akan kita cari, akan lebih baik lagi kita dapatkan model akhirnya.

H. APLIKASI GPS BUOY UNTUK KOREKSI RADAR ALTIMETER

GPS Buoy dapat diaplikasikan untuk koreksi radar altimeter. Contohnya dibawah ini adalah koreksi radar altimeter yang dilakukan di Crosica. Radar yang akan dikoreksi/dikalibrasi yaitu TOPEX/Poseidon altimeter. Sejak februari 2000, untuk setiap T/P overflight (seharian) sebuah GPS buoy berada pada track sekitar 10 km di lepas pantai. Perbandingan tinggi muka laut dengan GPS dan altimetry menghasilkan kesalahan altimetry. Dengan adanya GPS Buoy ini maka kesalahan nantinya dapat dikoreksi. Kontrol yang sistematik juga dilakukan dengan pengukuran menggunakan 3 tide guage sebelum dan sesudah overflight.

Contoh kalibrasi absolut yang terdapat di croscia, disitu mereka bisa melakukan perhitungan dengan GPS buoy dan membandingkannya dengan suatu pendekatan klasik. Di dalam study tersebut, data GPS telah diperoleh dengan receiver Sercel dan diolah dengan menggunakan software Geogenius, GDR dari PODAAC digunakan untuk pengolahan data altimetry.

I. APLIKASI GPS BUOY UNTUK STUDI POLA ARUS LAUT

Sistem GPS Buoy dapat digunakan untuk menentukan pola arus laut di suatu kawasan perairan. Caranya yaitu dengan menempatkan Receiver GPS pada suatu buoy (alat pelampung) yang bergerak bebas, bersama dengan perangkat pemancar data (transmiter) yang berfungsi mengirimkan data posisi. Karena adanya arus laut maka pelampung yang membawa receiver GPS, dan transmiter akan bergerak mengikuti arah pergerakan arus yang bersangkutan ( Ilustrasi dapat dilihat pada gambar disamping.

Dengan menentukan posisi pelampung dari waktu ke waktu menggunakan GPS, maka trajektori pelampung, yang mewakili arah pergerakan arus laut dalam selang waktu tertentu dapat di ketahui. Untuk menentukan arah pergerakan arus laut yang relatif teliti dan memadai untuk keperluan praktis, yaitu dengan orde ketelitian posisi titik-titik sepanjang trajektori sebesar 1 – 5 meter, maka metoda penentuan posisi secara diferensial dengan menggunakan data pseudorange dapat digunakan. Seandainya ketelitian yang lebih tinggi diinginkan maka data fase-lah yang harus digunakan.

J. GPS UNTUK MENGUKUR MUKA LAUT

Pemanfaatan teknologi Global Positioning System (GPS) untuk mengukur tinggi muka laut, dinilai memberikan hasil yang lebih baik dibandingkan teknologi lainnya. Sejumlah cara digunakan untuk mengukur tinggi muka laut. Di antaranya dengan memanfaatkan satelit altimetri. Namun, altimetri ternyata memiliki resolusi rendah sebab pengukuran dilakukan secara global. Apalagi jika telah mendekati pantai maka ketelitiannya semakin berkurang.

Selain itu, pengukuran melalui stasiun pasang surut yang dilengkapi sumur atau pipa yang terhubung ke laut. Pasang surut air dapat terukur melalui sensor yang ada di dalam stasiun tersebut. Teknik ini memiliki keterbatasan karena hanya mampu melakukan pengukuran di sekitar lokasi pasang surut saja.

Jika pengukuran tinggi muka laut di lokasi yang agak jauh dari pantai maka ketelitiannya akan berkurang. Pasalnya kita harus membuat pemodelan lagi, sedangkan seperti kita ketahui selama ini, pengkuran pasang surut air sifatnya time dependent dan spatial dependent. Melalui penggunaan teknologi Global Positioning System (GPS) ini, keterbatasan dari kedua teknik pengukuran dapat tertutupi. Ini Karena GPS mampu mengukur baik di daerah pantai maupun di bagian laut yang bergelombang sekalipun.

Meski demikian, isu yang paling penting sekarang adalah pembangunan infrastruktur database yang lebih baik. Sebab, selama ini di Indonesia, infrastruktur tak terbangun dengan baik. Pembangunan infrastruktur yang lebih baik akan memberikan referensi untuk mengetahui tinggi muka laut lebih baik pula. Selama ini memang ada stasiun pasang surut yang berada di sejumlah wilayah tetapi setiap tempat itu memiliki karakter pasang surut yang berbeda.

Di samping itu, teknologi GPS memungkinkan untuk mencegah kerugian negara dalam menentukan batas wilayah. Perbatasan wilayah laut suatu negara biasanya ditentukan dengan menghitung garis pantai, berdasarkan air pasang yang paling tinggi atau keadaan air yang paling surut, melalui stasiun pasang surut.

Padahal, stasiun tersebut kerap memiliki karakter yang berbeda-beda di setiap wilayah. Akibatnya hasil pengukuran pun berbeda. Tak heran jika banyak nelayan dari negara asing yang dengan tenangnya mengeruk kekayaan laut kita, seakan dianggap wilayah laut negaranya.