10 April, 2010

GPS (Global Position System)

Pengenalan Umum
Saat ini GPS sudah bukanlah hal yang menjadi barang mewah lagi. Banyak handphone yang sudah dilengkapi dengan GPS Receiver dan built-in GPS Receiver sudah banyak dijual dipasaran dengan harga terjangkau.GPS atau Global Positioning System adalah suatu konstelasi yang terdiri dari 24 satelit (plus 5 satelit cadangan). Ke-24 satelit itu mengorbit bumi pada jarak 20.200 km sebanyak 2 kali sehari, sambil memancarkan sinyal berita gelombang radio.
Sistem ini pertama kali dibuat oleh militer Amerika Serikat yang ditujukan untuk kepentingan navigasi militer namun sekarang sudah dapat digunakan untuk umum. Departemen Pertahanan AS yang mengoperasikan sistem GPS telah mengatur konfigurasi satelit sedemikian rupa, sehingga semua tempat di bumi dapat menerima sinyal dari 4 sampai 10 satelit. Sebagai penunjuk waktu, masing-masing satelit dibekali dengan 4 buah jam atom yang dapat mengukur waktu dengan ketelitian sepersemilyar detik. Teknologi GPS sanggup menentukan lokasi manapun di muka bumi dengan kesalahan kurang dari 1 meter. Sistem yang serupa dengan GPS antara lain GLONASS Rusia, Galileo Uni Eropa, IRNSS India. Kumpulan satelit ini diurus oleh 50th Space Wing Angkatan Udara Amerika Serikat. Biaya perawatan sistem ini sekitar US$750 juta per tahun, termasuk penggantian satelit lama, serta riset dan pengembangan.
cara kerja gps
cara kerja gps

Kegunaan

Militer
GPS digunakan untuk keperluan perang, seperti menuntun arah bom, atau mengetahui posisi pasukan berada. Dengan cara ini maka kita bisa mengetahui mana teman mana lawan untuk menghindari salah target, ataupun menetukan pergerakan pasukan.
Navigasi
GPS banyak juga digunakan sebagai alat navigasi seperti kompas. Beberapa jenis kendaraan telah dilengkapi dengan GPS untuk alat bantu nivigasi, dengan menambahkan peta, maka bisa digunakan untuk memandu pengendara, sehingga pengendara bisa mengetahui jalur mana yang sebaiknya dipilih untuk mencapai tujuan yang diinginkan.
Sistem Informasi Geografis
Untuk keperluan Sistem Informasi Geografis, GPS sering juga diikutsertakan dalam pembuatan peta, seperti mengukur jarak perbatasan, ataupun sebagai referensi pengukuran.
Sistem pelacakan kendaraan
Kegunaan lain GPS adalah sebagai pelacak kendaraan, dengan bamtuan GPS pemilik kendaraan/pengelola armada bisa mengetahui ada dimana saja kendaraannya/aset bergeraknya berada saat ini.
Pemantau gempa
Bahkan saat ini, GPS dengan ketelitian tinggi bisa digunakan untuk memantau pergerakan tanah, yang ordenya hanya mm dalam setahun. Pemantauan pergerakan tanah berguna untuk memperkirakan terjadinya gempa, baik pergerakan vulkanik ataupun tektonik.
gps-receiver
gps-receiver
Untuk memanfaatkan GPS, kita harus menggunakan alat penerima GPS (GPS receiver). Tugas alat penerima sinyal GPS adalah mencari tiga atau lebih satelit-satelit ini (dengan cara mendeteksi sinyal yang dipancarkan dari satelit-satelit itu),  untuk menentukan jarak  setiap satelit dari penerima, dan menggunakan informasi ini untuk menentukan lokasi pengamat yang membawa penerima ini (berdasarkan garis lintang dan bujurnya). Sebagai informasi, sinya GPS ini ditransmisikan dalam frekuensi L Band, yakni pada angka 1575,42 dan 1227,60 Mhz.
Alat ini akan menunjukkan lokasi kita dalam format koordinat, seperti pada peta biasa. Jika kita perhatikan, setiap peta selalu dilengkapi dengan garis-garis melintang dan membujur. Berdasarkan koordinat garis lintang dan garis bujur itulah kita menentukan letak suatu tempat. Nah, GPS juga memiliki koordinat serupa yang disebut waypoint. Tentu saja, waypoint pada GPS lebih teliti dan lebih akurat ketimbang koordinat peta.

Bagaimana cara alat penerima GPS bisa menampilkan koordinat kita? Metode yang digunakan sebenarnya sangat sederhana. Jika penerima GPS di tangan kita mengetahui jarak antara lokasi kita dan 3 buah satelit GPS, serta mempunyai informasi tentang posisi satelit-satelit tersebut, maka lokasi kita dengan gampang dapat dihitung. Karena bersifat tiga dimensi, bukan hanya letak atau lokasi pasti alat penerima yang bisa ditentukan, melainkan juga ketinggiannya dari permukaan bumi. Ini membuat sistem GPS sesuai dipakai oleh dunia penerbangan untuk menentukan lokasi pesawat saati berada diudara.

Saat satelit GPS mengirimkan sinyal kepada GPS penerima, sinyal tersebut  berisi informasi posisi satelit dan waktu pengiriman sinyal tersebut. Dengan adanya jarak antara satelit dengan GPS penerima tentunya akan ada perbedaan waktu saat pertama kali sinyal dipancarkan dengan saat diterima oleh perangkat GPS. Kecepatan sinyal yang dipancarkan tersebut adalah setara dengan kecepatan cahaya pada ruang hampa. Namun dengan adanya lapisan atmosfir tentunya kecepatannya ini mengalami perlambatan, tapi dengan suatu metode tertentu kelemahan ini bisa diminimalkan. Anggaplah bahwa ruang antara pemancar dan penerima sinyal berada dalam ruang hampa, sehingga kecepatannya sama dengan kecepatan cahaya. Dengan beda waktu sebesar T, maka diperoleh jarak.

Hal lain yang perlu diperhatikan adalah bahwa GPS penerima tidak memiliki pembangkit waktu (time generator) secanggih yang dimiliki satelit.

Saat ini, navigasi berbasis GPS dipakai oleh banyak orang, baik sipil maupun militer. Selain untuk aneka keperluan yang sudah diuraikan, navigasi berbasis GPS juga digunakan untuk penentuan lokasi di lautan, penentuan lokasi lepas pantai, atau untuk pemetaan muka bumi.

Ilustrasi Kumpulan Satelit Pada GPS
Sebuah GPS Receiver bekerja untuk menemukan 4 atau lebih dari satelit tersebut untuk kemudian memproses informasi yang didapat dari satelit-satelit tersebut untuk dapat menentukan lokasi dari receiver tersebut. Operasi ini menggunakan prinsip matematika yang disebut dengan trilateration. Untuk penjelasan trilateration akan dijelaskan pada artikel berikutnya.
Penjelasan Triliteration
cara kerja GPS
cara kerja GPS
Bayangkan saja misalnya anda sedang berada di suatu tempat dan sedang kebingungan mengenai lokasi saat ini. Lalu anda bertanya dengan teman anda yang berada di Kampus UIN Panam dan memberikan informasi bahwa lokasi anda berada pada 10 km dari Kampus UIN Panam.
Tentu saja dengan informasi itu belum cukup untuk menentukan lokasi anda, karena lokasi anda bisa berada dimana saja pada radius 10 km dari Kampus UIN Panam. Lalu anda bertanya dengan teman anda yang berada di Kampus UIN Sukajadi dan teman anda memberikan informasi bahwa lokasi anda 7 km dari posisinya.
Dari sini anda akan melihat 2 titik perpotongan dari radius lingkaran posisi 2 teman anda dengan posisi anda. Hal ini masih kurang karena anda membutuhkan posisi absolut anda, oleh karena itu satu acuan diperlukan lagi dan anda mendapatkan informasi dari teman anda bahwa lokasi anda berada pada 3 km dari jalan Riau.
Sekarang anda sudah dapat mengetahui posisi anda yaitu pada interseksi ketiga lingkaran yang merupakan representasi dari jarak lokasi teman-teman anda dengan anda. Untuk mengetahui ketinggian anda saat ini dibutuhkan satu satelit lagi yang dapat memberikan informasi yang diperlukan untuk mengkalkulasikan ketinggian saat ini.
Pada waktu-waktu tertentu, satelit GPS memancarkan suatu kode digital. Di saat bersamaan, alat penerima menjalankan kode yang sama. Karena harus merambat cukup jauh, kode dari satelit akan tertunda dibanding kode yang dijalankan alat penerima. Waktu tunda itu dianggap sebagai waktu perjalanan sinyal. Selanjutnya mudah. Jarak sama dengan selang waktu kali kecepatan. Dengan mengalikan waktu perjalanan sinyal dan cepat rambat sinyal (sama dengan kecepatan cahaya), penerima GPS dapat mengetahui jaraknya dengan satelit. Setelah mengetahui jarak antara alat penerima dengan tiap satelit, komputer dalam alat penerima mulai menghitung. Untuk menentukan posisi dalam 2 dimensi (garis lintang dan garis bujur), penerima GPS minimal harus mendeteksi sinyal dari 3 buah satelit. Koordinat 3 dimensi yang mencakup ketinggian lokasi bisa ditentukan jika alat penerima mendapat sinyal dari 4 buah satelit atau lebih.

Maret 1994, Satelit GPS NAVSTAR 24 unit serta 3 unit cadangan telah siap diorbit beroperasi untuk pengembangan teknologi navigasi diantaranya dapat dipergunakan untuk bahan penelitian, Sport, Pertanian, Militer, Pilot, Surveyor, Pendaki Gunung, Pengemudi, Nakhoda pelayaran, dan masih banyak lagi kegunaan alat ini. GPS adalah system navigasi berbasis satelit, terdiri dari jaringan 27 satelit (24 beroperasi, 3 cadangan) yang di tempatkan di orbit bumi oleh US Department of Defense (US DoD). Awalnya GPS diperuntukan bagi kepentingan militer (NavStar, nama yang diberi US DoD untuk GPS).
gps navigational satellites
gps navigational satellites
Pengembangan sistem GPS ini memakan biaya kurang lebih $ 12 Bilion secara khusus dibuat untuk US Military dengan saluran transmisi band “L.2″ .(1227.60 MHz). Selanjutnya sekitar tahun 1983-1984, pemerintah AS mengijinkan system yang dikembangkan untuk pertama kali dipergunakan oleh sipil. GPS dapat bekerja di segala cuaca, di manapun di seluruh belahan dunia, 24 jam perhari 7 hari selama seminggu, tanpa harus membayar biaya berlangganan atau pemasangan untuk penggunaan umum.

Sistem Satelit GPS
Satelit GPS NAVSTAR Produksi dari Rockwell International USA
memiliki bobot ±1.900 Lbs dengan rentang solar panel 5,66 meter, memancarkan
daya maksimal 50 Watt. Tiap satelit dibuat dengan masa kerja 7.5 tahun. Dua
Puluh Empat (24) satelit yang membentuk jaringan itu mengorbit setinggi 17.120
km. Secara konstan bergerak, mengorbit mengelilingi Bumi dua kali per harinya
(Orbit Periode setiap12 Jam) dengan kecepatan ±8.500 km per jam.
Orbit dari satelit-satelit ini didesign sedemikian rupa sehingga kapanpun, dimanapun di permukaan bumi, Receiver GPS akan dapat mengakses paling tidak 4 satelit. Daya listrik untuk satelit GPS dimemakai energi matahari dengan solar panel, selain itu baterai cadangan tersedia agar satelit bisa tetap bekerja saat gerhana matahari atau saat energi matahari tidak tersedia.
Roket kecil berfungsi sebagai booster untuk memastikan dan mengkoreksi lintasan satelit mengorbit bumi secara tepat. Selain SystemGPS di orbit dengan ke 24 satelitnya serta 3 cadangan diperlukan pula stasiun pendukung dipermukaan bumi yang dipergunakan untuk memonitor kondisi dari satelite serta orbit satelit agar sesuai.
Navstar GPS system dikontrol oleh 5 Master ground Stasiun yang secara khusus memonitor satelit satelit GPS di angkasa yang berlokasi : Hawaii, Ascension Island, Diego Garcia, Kwajalein, dan Colorado Spring Satelit GPS mengelilingi bumi dua kali sehari dalam orbit yang amat presisi sambil memancarkan sinyal ke bumi. GPS receiver (kita sebut receiver saja) menerima informasi ini menggunakan metode Triangulasi untuk menghitung secara pasti di mana lokasi receiver. Pada dasarnya, receivermembandingkan timing dalam micro second pulsa waktu dari sinyal yang ditransmisikan oleh satelit dengan timing pulsa waktu, yang diterima pada receiver dengan transmisi pseudo random code.
Perbedaan waktu inilah yang akan memberitahu receiver seberapa jauh dan arah satelit berada darinya. Setelah jarak diukur dengan sejumlah satelit GPS lainnya, receiver bisa. menentukan posisinya dalam koordinat lintang dan bujur derajat. Receiver harus mengunci paling tidak 3 satelit untuk menghitung posisi 2 dimensi (garis lintang dan garis bujur) dan lintasan pergerakan. Dengan 4 atau lebih satelit yang dapat di acess, receiver dapat menentukan posisi 3 dimensi (+ ketinggian).       Sekali posisi dari pengguna dapat ditentukan, receiver GPS dapat juga menentukan informasi lain seperti kecepatan, lintasan yang telah dilewati, jarak perjalanan yang sudah ditempuh, jarak ke tempat tujuan, waktu sunrise dan sunset dan lain sebagainya.
Metode TriangulasiDengan menggunakan 3 Satelite Navstar serta metode triangulasi system GPS dapat menentukan posisi GPS Receiver dipermukaan bumi secara sangat akurat. Untuk pertama kali 3 unit satellite Navstar menentukan jarak antara satelite dan GPS Receiver dipermukaan bumi dengan perhitungan secara matematik. Satu Satelite Navstar mampu menangkap dan menghitung arah dan jarak sinyal dari GPS receiver sejauh 11.000 miles atau 17.600 km.
Satelite ke dua menentukan arah dan jarak sekitar 12.000 Miles (19.200km), dari dua satelite yang menentukan jarak dan arah GPS Receiver sudah terdapat titik temu di permukaan bumi, namun untuk lebih akurat lagi maka tugas Satelit ORARI Daerah Jakarta, 06:25 ke 3 Navstar menentukan arah dan jarak GPS Receiver sejauh 13.000 mil (20.800km) dan masing masing satelit di orbit mempunyai sinyal ID dan selalu di transmisikan guna perhitungan yang lebih kompleks lagi dilakukan oleh Receiver GPS..
Menghitung dengan Atomic Clock Atomic clock berjalan tidak menggunakan atomic energi, tapi itu hanya nama kiasan dari oscillations of a particular atom dengan nama “Metronome” dan dapat bekerja secara akurat sebagai “Clock”, hingga kini masih terus dikembangkan teknologinya.\
Metoda triangulasi digunakan satelit GPS untuk menentukan titik lokasi receiver. Untuk mendukung perhitungan triangulasi, receiver harus mengetahui dua hal:
1. Lokasi dari paling tidak 3 satelit yg dapat di akses
2. Jarak antara Anda dengan satelit-satelit tersebut.

Sinyal GPS
Satelit GPS mengirim dua sinyal transmisi gelombang radio dengan emisi “Code Phase”dan “Carrier-Phase” untuk menghitung jarak Satelite dan GPS Receiver agar lebih akurat, dengan frekuensi L1(1,57542 GHz ) GPS transmisi Signal diperuntukan pengguna sipil dan L,2.(1227.60 MHz) US GPS transmisi Sinyal untuk keperluan militer dengan spesifikasi keakuratan serta Eror Correction lebih baik. Sinyal satelite GPS Navstar memancar menyorot permukaan bumi sesuai dengan karakter signal Microwave pada band sekitar 1.2- 1,5 GHZ, menembus awan, kaca dan plastic namun tidak akan bias menembus benda padat/keras seperti bangunan atau gunung.
Sinyal GPS mengandung tiga informasi yaitu kode pseudorandom, data ephemeris dan data almanak. Sinyal transmisi dari satelit GPS merupakan sinyal identifikasi satelit saat sedang mengirim informasi terhadap GPS Receiver.             Selanjutnya Receiver GPS  menghitung timing waktu rambatan gelombang dari satelite Navstar dengan menghitung selisih timing pulsa antara “pseudo random code” dari Receiver GPS bangkitkan dengan sinyal yang identik dari satelit GPS Navstar. Kelebaran freqwensi (Bandwidth) yang dibutuhkan untuk mentransmisikan pseudo random code sekitar 1 MHz, sehingga transmisi sinyal GPS ditransmisikan pada gelombang 20 cm atau sekitar 1.2 -1.5 GHZ.

Perhitungan Sinyal pseudo random code
-        Data ephemeris adalah data yang selalu dikirim satelit, berisi informasi penting mengenai status satelit, data dan waktu terkini dari jam atom yang ada di satelit GPS, Bagian inilah yang sangat penting untuk menentukan posisi. Data almanak memberitahu receiver di manakah orbit setiap satelit seharusnya berada setiap waktu sepanjang hari. Faktor yang mengakibatkan error pada receiver sehingga menurunkan keakuratan informasi antara lain:
-        Delay di ionosphere dan troposphere: sinyal satelit
terganggu saat melewati atmosfir bumi lapisan ini terdapat di permukaan bumi pada ketinggian 50 – 500 km. Partikel partikel yang terionisasi pada lapisan ini membuat pengaruh pada GPS sinyal sehingga mengakibatkan salah satu penyebab eror tertinggi dalam penentuan jarak dan lokasi pada ORARI Daerah Jakarta GPSReceiver. Sedangangkan lapisan Troposphere berada ketinggian 50 Km kebawah sampai dengan permukaan bumi yang selalu mengalami perubahan temperature tekanan awan ,debu, hanya relatif sedikit sebagai mengganggu sinyal transmisi dari Satelit GPS yang menjadi penyebab eror atau kesalahan perhitungan dari GPS Receiver.
-        Signal multipath: terjadi ketika sinyal GPS dipantulkan oleh gedung tinggi atau permukaan padat seperti pegunungan sebelum sinyal mencapai receiver. Hal Ini menambah lama waktu perjalanan sinyal (timing), karena itu menyebabkan error pada perhitungan Receiver GPS.
-        Error pada clock di receiver. Built-in Clock di receiver tidak
seakurat atomic clock yang ada di satelit GPS. Maka dari itu, akan mudah
terjadi error dalam penentuan waktu.
-        Orbital (ephemeris) error, hal ini terjadi akibat ketidakakuratan laporan lokasi satelit. Jumlah satelit terlihat: Semakin banyak satelit yang bisa Acess oleh receiver, semakin akurat informasi yang didapat. Bangunan, kontur bumi, interferensi peralatan elektronika atau bahkan rimbun dedaunan, dapat mengganggu penerimaan sinyal yang menyebabkan kesalahan posisi. Receiver biasanya tidak bisa bekerja di dalam ruangan, di dalam air atau di bawah tanah.
-        Geometri satelit: Ini merujuk pada posisi relatif satelit di suatu waktu tertentu. Geometri satelit ideal terjadi ketika satelit berada di sudut yang lebar relatif terhadap satellite lainnya. Geometry yang buruk terjadi ketika satelit berada satu garis atau jarak yang terlalu dekat dengan yang lainnya mengakibatkan melesetnya perhitungan yang dilakukan receiver GPS.
Teknologi GPS di Eropa telah trend sejak tahun 2000 lalu, semua jenis kendaraan telah dilengkapi dengan GPS Receiver sebagai alat Navigator Otomatis. Perkembangan GPS juga telah melibatkan negara Rusia, yang akhitr-akhir ini mencapai kata kesepakatan dengan Amerika untuk mensinergikan system GPS yang telah beroperasi penuh sejak 1994.
Selain dua system satelite tersebut Uni Eropa juga merencanakan System Navigasi dengan nama Galileo. Peluncuran pertama akan dilaksanakan akhir tahun 2006, Peluncuran Galileo terdiri dari 30 satelit mengorbit bumi dan diperkirakan akan beroperasi pada tahun 2012, System GPS Galileo merupakan penyempurnaan dari teknologi terdahulu dengan kelebihan kemampuan di operasikan di celah celah gedung bertingkat dan juga di dalam ruangan sekalipun dan tidak menutup kemungkinan suatu saat nanti GPS Receiver dapat beroperasi di dalam tanah dan air.
berikut ini (download dengan klik link di bawah ini) adalah tulisan mengenai  :
memantau apa saja dengan GPS *.pdf file,
pengenalan GPS & penggunaannya *.pdf file
pengolahan data peta perspektif *.ppt file  
DOWNLOAD SIG part 5
download juga peta geologi pulau jawa dalam format shapefile (*.shp) yang telah di compress dalam zip file.
semoga bermanfaat,,,,!
selalu belajar dalam situasi, kondisi dan keadaan bagaimana pun di mana pun, kapan pun, bersama siapa pun, serta tentang apa pun yang tergolong ke dalam hal yang baik.....
belajar sampai mampus, semangat sampai mampus dan berjuang sampai mampus....!

Tidak ada komentar:

Poskan Komentar