Global Positioning System (GPS) adalah

 

A.    Global Positioning System (GPS)

GPS adalah singkatan dari Global Positioning System yang merupakan sistem untuk menentukan posisi dan navigasi secara global dengan menggunakan satelit dan metode Triangulasi. Sistem tersebut merupakan sistem yang pertama kali dikembangkan oleh Departemen Pertahanan Amerika yang awalnya di peruntukan bagi kepentingan militer. NAVSTAR GPS (Navigation Satellite Timing and Ranging Global Positioning System) adalah nama asli dari Sistem GPS, yang mempunyai tiga segmen yaitu: satelit (Space Segment), pengendali (Control Segment), dan penerima/pengguna (User Segment).

Satelit GPS yang mengorbit bumi seluruhnya berjumlah 24 buah, 21 buah aktif bekerja dan 3 buah sisanya adalah cadangan. Satelit ini bertugas untuk menerima dan menyimpan data yang ditransmisikan oleh stasiun-stasiun pengendali, menyimpan dan menjaga informasi waktu berketelitian tinggi (jam atom di satelit), dan memancarkan sinyal serta informasi secara kontinyu ke perangkat penerima (receiver). Segmen pengendali bertugas untuk mengendalikan satelit dari bumi yaitu untuk melihat keadaan satelit, penentuan serta prediksi orbit, sinkronisasi waktu antarsatelit, dan mengirimkan data ke satelit. Sedangkan segmen penerima bertugas menerima data dari satelit dan memprosesnya untuk menentukan posisi, arah, jarak dan waktu yang diperlukan oleh pengguna.

Pada proyek akhir ini, digunakan GPS komersial dengan tingkat akurasi posisi sebesar ± 10 meter yang berfungsi untuk menentukan posisi alat tersebut berada agar dapat ditampilkan pada peta google maps.

a.       Cara Kerja GPS

Teknologi GPS memerlukan 24 satelit buatan (mengorbit pada ketinggian 20.200 km), yang disebut juga space segment agar semua titik di permukaan bumi dapat terpantau. Gambar 2.4  mengilustrasikan penempatan 24 satelit GPS yang mengorbit bumi.  Orbit dari satelit tersebut dibagi menjadi 6 bidang orbit yang berjarak 60^o (6 bidang agar memenuhi 360^o), dan setiap bidang orbit ditempatkan 4 buah satelit. Dengan susunan seperti ini, diharapkan semua titik di permukaan bumi dapat dipantau oleh 5-10 satelit dalam waktu bersamaan untuk mendapatkan informasi posisi yang akurat.

Gambar 2.4 GPS Satelit

Jumlah minimal yang dibutuhkan untuk dapat menentukan lokasi (koordinat) obyek yang diamati adalah 4 satelit. Hal ini berhubungan dengan konsep Triangulasi. Triangulasi dapat dianalogikan sebagai berikut: Suatu titik A berada pada jarak a cm dari pengamat X. Dari informasi ini dapat diketahui bahwa X dapat terletak di mana saja sepanjang keliling lingkaran dengan radius a cm(disajikan pada Gambar 2.5). Titik B diketahui berada pada jarak b cm dari X (disajikan pada gambar 2.6). Dari data kedua ini dapat ditentukan dua kemungkinan posisi X (titik merah), yaitu di kedua titik perpotongan kedua lingkaran. Kemudian titik C diketahui berada pada jarak c cm (disajikan pada Gambar 2.7) dari posisi X. Dengan data terakhir ini bisa dengan tepat dipastikan letak X.

Gambar 2.5 Triangulasi satu refrensi

Gambar 2.6 Triangulasi dua refrensi

Gambar 2.7 Triangulasi tiga refrensi

b.      Format Informasi

Informasi GPS akan ditampilkan melalui serial interface. Format  yang biasa ditampilkan yaitu NMEA (The National Marine Electronics  Association) standard. Setiap baris dari NMEA ini disebut sentences.  Setiap sentences mengandung beberapa informasi dari satelit.

Berikut merupakan contoh NMEA sentences dari GPS receiver dengan  status lock or fix :

Dari sentence tersebut didapatkan nilai latitude dan longitude. Kemudian diubah kedalam bentuk sudut dan menit :

Latitude           = 7+(43.958004/60)

                        = 7+0,73226334=7.7326334

Longitude        = 110+(20.721747/60)

                        = 110+0.3453624= 110.3453624

c.       Faktor-faktor yang dapat mempengaruhi tingkat akurasi GPS

GPS yang merupakan alat penentu posisi dan menerima sinyal berupa gelombang elektromagnetik dari satelit tentunya tidak terlepas dari pengaruh faktor-faktor lingkungan maupun faktor-faktor teknis instrumen satelit itu sendiri. Oleh karena itu perlu diketahui beberapa faktor yang mungkin dapat menghambat ataupun mempengaruhi kinerja GPS terutama menyangkut tingkat akurasi GPS. Adapun faktor-faktor yang dapat mempengaruhi tingkat akurasi GPS adalah sebagai berikut :

1.      Adanya awan/mendung yang sangat tebal di atmosfir sehingga sinyal satelit mengalami gangguan atau terhambat sehingga sinyal dari satelit tidak dapat diterima oleh GPS dengan sempurna.

2.      Adanya kerusakan pada GPS itu sendiri karena terhempas ataupun karena kerusakan instrumennya sehingga tidak dapat dipergunakan sebagaimana mestinya.

3.      Sinyal satelit terpantulkan oleh panjang gelombang/bahan yang menghambat kinerja GPS, seperti : pangkalan militer, istana kepresidenan (gedung putih), NASA, CIA dan lain-lain. Tempat-tempat tersebut biasanya memiliki tameng atau pelindung terhadap pancaran gelombang elektromagnetik sehingga keberadaannya sulit untuk dideteksi.

4.      Orbital satelit mengalami gangguan/perubahan jadwal perputaran satelit. Biasanya hal ini dikarenakan adanya kepentingan lain yang lebih mendesak sehingga penyedia jasa satelit mengalihkan rutenya.

5.      Adanya faktor-faktor lain misalnya, terjadi perang bintang/perang spionase udara (USSR-USA) ataupun terjadinya kebangkrutan suatu perusahaan penyedia jasa peralatan GPS.

6.      Kepekaan atau kemampuan GPS untuk menerima sinyal dari satelit serta fitur yang ada pada GPS tersebut. Kemampuan GPS dalam menerima sinyal dari satelit akan mempengaruhi tingkat akurasi dari GPS tersebut.

7.      Kapasitas GPS dalam merekam (recordable) sekaligus menyimpan data yang dihasilkan dari pengukuran dan ploting di lapangan. Pada GPS tipe terbaru memiliki memori eksternal sehingga dapat merekam  dan menyimpan data dalam jumlah yang besar sebelum data tersebut kemudian dipindahkan ke komputer.

8.      GPS memerlukan sumber tenaga berupa baterai, oleh karena waktu itu efektifitas dalam pemakaian GPS juga harus diperhatikan. GPS yang memiliki kemampuan tinggi dalam menerima sinyal dari satelit pada umumnya lebih efisien dalam hal sumber tenaga, karena GPS yang tidak stabil dalam menerima sinyal satelit akan membutuhkan tenaga yang lebih besar.

d.      Perhitugan distance/interval (jarak) anatara 2 titik koordinat

Perhitungan interval dilakukan melalui laman www.movable-type.co.uk/scripts/latlong.html. Metode perhitungan interval/jarak antara 2 koordinat dapat menggunakan Spherial Law of Cosines. Spherial Law of Cosines dalam hal ini digunakan untuk menghitung jarak antara dua point pada permukaan berbentuk bola (permukaan bumi) berdasarkan koordinat latitude dan longitude.

Law of Cosines

d = acos ( sin φ1 . sinφ2 + cosφ1 . cos φ2 . cos Δλ) . R   (1.1)

φ = latitude, λ = longitude, d= distance(interval/jarak), R=radius bumi ( mean radius =6371 km)