Global Positioning System (GPS)

II. 1 Pengertian
Saat ini GPS adalah sistem satelit navigasi yang paling populer dan paling banyak diaplikasikan di dunia, baik di darat, laut, udara, maupun angkasa. Disamping aplikasi-aplikasi militer, bidang-bidang aplikasi GPS yang cukup marak saat ini antara lain meliputi survai pemetaan, geodinamika, geodesi, geologi, geofisik, transportasi dan navigasi, pemantauan deformasi, pertanian, kehutanan, dan bahkan juga bidang olahraga dan rekreasi.
GPS (Global Positioning System) adalah sebuah sistem navigasi berbasiskan radio yang menyediakan informasi koordinat posisi, kecepatan, dan waktu kepada pengguna di seluruh dunia. Jasa penggunaan satelit GPS tidak dikenakan biaya. Pengguna hanya membutuhkan GPS receiver untuk dapat mengetahui koordinat lokasi. Keakuratan koordinat lokasi tergantung pada tipe GPS receiver. Global Positioning System (GPS) merupakan satu-satunya sistem navigasi satelit yang berfungsi dengan baik. Sistem ini menggunakan 24 satelit yang mengirimkan sinyal gelombang mikro ke Bumi. Sinyal ini diterima oleh alat penerima di permukaan, dan digunakan untuk menentukan posisi, kecepatan, arah, dan waktu. Sistem yang serupa dengan GPS antara lain GLONASS Rusia, Galileo Uni Eropa, IRNSS India.


Gambar 2.1 Satelit GPS di Orbit Bumi
Sistem ini dikembangkan oleh Departemen Pertahanan Amerika Serikat, dengan nama lengkapnya adalah NAVSTAR GPS. 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. Di bawah departemen pertahanan AS. GPS sesungguhnya digunakan oleh militer, tetapi pada tahun 1980, pemerintah AS menggunakannya untuk kepentingan sipil. GPS berfungsi pada semua cuaca, dimanapun di dunia 24 jam sehari. Tidak ada keahlian khusus atau pengguanaan cadangan energi yang signifikan dalam pengoperasiaan GPS.
Beberapa kemampuan GPS antara lain dapat memberikan informasi tentang posisi, kecepatan, dan waktu secara cepat, akurat, murah, dimana saja di bumi ini tanpa tergantung cuaca. Hal yang perlu dicatat bahwa GPS adalah satu-satunya sistem navigasi ataupun sistem penentuan posisi dalam beberapa abad ini yang memiliki kemampuan handal seperti itu. Ketelitian dari GPS dapat mencapai beberapa mm untuk ketelitian posisinya, beberapa cm/s untuk ketelitian kecepatannya dan beberapa nanodetik untuk ketelitian waktunya. Ketelitian posisi yang diperoleh akan tergantung pada beberapa faktor yaitu metode penentuan posisi, geometri satelit, tingkat ketelitian data, dan metode pengolahan datanya.
Akurasi atau ketepatan perlu mendapat perhatian bagi penentuan koordinat sebuah titik/lokasi. Koordinat posisi ini akan selalu mempunyai ‘faktor kesalahan’, yang lebih dikenal dengan ‘tingkat akurasi’. Misalnya, alat tersebut menunjukkan sebuah titik koordinat dengan akurasi 3 meter, artinya posisi sebenarnya bisa berada dimana saja dalam radius 3 meter dari titik koordinat (lokasi) tersebut. Makin kecil angka akurasi (artinya akurasi makin tinggi), maka posisi alat akan menjadi semakin tepat. Harga alat juga akan meningkat seiring dengan kenaikan tingkat akurasi yang bisa dicapainya.
Pada pemakaian sehari-hari, tingkat akurasi ini lebih sering dipengaruhi oleh faktor sekeliling yang mengurangi kekuatan sinyal satelit. Karena sinyal satelit tidak dapat menembus benda padat dengan baik, maka ketika menggunakan alat, penting sekali untuk memperhatikan luas langit yang dapat dilihat.
Ketika alat berada disebuah lembah yang dalam (misal, akurasi 15 meter), maka tingkat akurasinya akan jauh lebih rendah daripada di padang rumput (misal, akurasi 3 meter). Di padang rumput atau puncak gunung, jumlah satelit yang dapat dijangkau oleh alat akan jauh lebih banyak daripada dari sebuah lembah gunung. Jadi, jangan berharap dapat menggunakan alat navigasi ini didalam sebuah gua.
Prinsip penentuan posisi dengan GPS yaitu menggunakan metode reseksi jarak, dimana pengukuran jarak dilakukan secara simultan ke beberapa satelit yang telah diketahui koordinatnya. Pada pengukuran GPS, setiap epoknya memiliki empat parameter yang harus ditentukan : yaitu 3 parameter koordinat X,Y,Z atau L,B,h dan satu parameter kesalahan waktu akibat ketidaksinkronan jam osilator di satelit dengan jam di receiver GPS. Oleh karena diperlukan minimal pengukuran jarak ke empat satelit.
Metoda penentuan posisi dengan GPS pertama-tama terbagi dua, yaitu metoda absolut, dan metoda diferensial. Masing-masing metoda kemudian dapat dilakukan dengan cara real time dan atau post-processing. Apabila obyek yang ditentukan posisinya diam maka metodenya disebut Statik. Sebaliknya apabila obyek yang ditentukan posisinya bergerak, maka metodenya disebut kinematik. Selanjutnya lebih detail lagi kita akan menemukan metoda-metoda seperti SPP, DGPS, RTK, Survei GPS, Rapid statik, pseudo kinematik, dan stop and go, serta masih ada beberapa metode lainnya.
Pada saat ini, GPS sudah banyak diaplikasikan di dunia , baik di darat, laut, udara, maupun angkasa. Disamping aplikasi-aplikasi militer, bidang-bidang aplikasi GPS yang cukup marak saat ini antara lain meliputi survai pemetaan, geodinamika, geodesi, geologi, geofisik, transportasi dan navigasi, pemantauan deformasi, pertanian, kehutanan, dan bahkan juga bidang olahraga dan rekreasi. Di Indonesia sendiri penggunaan GPS sudah dimulai sejak beberapa tahun yang lalu dan terus berkembang sampai saat ini baik dalam volume maupun jenis aplikasinya.



II. 2 Cara Kerja
Sistem ini menggunakan sejumlah satelit yang berada di orbit bumi, yang memancarkan sinyalnya ke bumi dan ditangkap oleh sebuah alat penerima. GPS terdiri dari tiga segmen utama, segmen angkasa (space segmen), segmen sistem kontrol (control segment), dan segmen pemakai (user segment).
a. Segmen angkasa (space segmen)
Bagian ini terdiri dari kumpulan satelit-satelit yang berada di orbit bumi, sekitar 12.000 mil diatas permukaan bumi. Kumpulan satelit-satelit ini diatur sedemikian rupa sehingga alat navigasi setiap saat dapat menerima paling sedikit sinyal dari empat buah satelit. Sinyal satelit ini dapat melewati awan, kaca, atau plastik, tetapi tidak dapat melewati gedung atau gunung. Satelit mempunyai jam atom, dan juga akan memancarkan informasi ‘waktu/jam’ ini. Data ini dipancarkan dengan kode ‘pseudo-random’. Masing-masing satelit memiliki kodenya sendiri-sendiri. Nomor kode ini biasanya akan ditampilkan di alat navigasi, maka kita bisa melakukan identifikasi sinyal satelit yang sedang diterima alat tersebut. Data ini berguna bagi alat navigasi untuk mengukur jarak antara alat navigasi dengan satelit, yang akan digunakan untuk mengukur koordinat lokasi. Kekuatan sinyal satelit juga akan membantu alat dalam penghitungan. Kekuatan sinyal ini lebih dipengaruhi oleh lokasi satelit, sebuah alat akan menerima sinyal lebih kuat dari satelit yang berada tepat diatasnya (bayangkan lokasi satelit seperti posisi matahari ketika jam 12 siang) dibandingkan dengan satelit yang berada di garis cakrawala (bayangkan lokasi satelit seperti posisi matahari terbenam/terbit).
Ada dua jenis gelombang yang saat ini dipakai untuk alat navigasi berbasis satelit pada umumnya, yang pertama lebih dikenal dengan sebutan L1 pada 1575.42 MHz. Sinyal L1 ini yang akan diterima oleh alat navigasi. Satelit juga mengeluarkan gelombang L2 pada frekuensi 1227.6 Mhz. Gelombang L2 ini digunakan untuk tujuan militer dan bukan untuk umum.

b. Segmen control (control segmen)
Seperti namanya, bagian ini untuk mengontrol. Setiap satelit dapat berada sedikit diluar orbit, sehingga bagian ini melacak orbit satelit, lokasi, ketinggian, dan kecepatan. Sinyal-sinyal sari satelit diterima oleh bagian kontrol, dikoreksi, dan dikirimkan kembali ke satelit. Koreksi data lokasi yang tepat dari satelit ini disebut dengan data ephemeris, yang nantinya akan di kirimkan kepada alat navigasi kita.

c. Segmen pemakai (user segmen)
Bagian ini terdiri dari alat navigasi yang digunakan. Satelit akan memancarkan data almanak dan ephemeris yang akan diterima oleh alat navigasi secara teratur. Data almanak berisikan perkiraan lokasi (approximate location) satelit yang dipancarkan terus menerus oleh satelit. Data ephemeris dipancarkan oleh satelit, dan valid untuk sekitar 4-6 jam. Untuk menunjukkan koordinat sebuah titik (dua dimensi), alat navigasi memerlukan paling sedikit sinyal dari 3 buah satelit. Untuk menunjukkan data ketinggian sebuah titik (tiga dimensi), diperlukan tambahan sinyal dari 1 buah satelit lagi.

Dari sinyal-sinyal yang dipancarkan oleh kumpulan satelit tersebut, alat navigasi akan melakukan perhitungan-perhitungan, dan hasil akhirnya adalah koordinat posisi alat tersebut. Makin banyak jumlah sinyal satelit yang diterima oleh sebuah alat, akan membuat alat tersebut menghitung koordinat posisinya dengan lebih tepat.
Karena alat navigasi ini bergantung penuh pada satelit, maka sinyal satelit menjadi sangat penting. Alat navigasi berbasis satelit ini tidak dapat bekerja maksimal ketika ada gangguan pada sinyal satelit. Ada banyak hal yang dapat mengurangi kekuatan sinyal satelit:
1. Kondisi geografis, seperti yang diterangkan diatas. Selama kita masih dapat melihat langit yang cukup luas, alat ini masih dapat berfungsi.
2. Hutan. Makin lebat hutannya, maka makin berkurang sinyal yang dapat diterima.
3. Air. Jangan berharap dapat menggunakan alat ini ketika menyelam.
4. Kaca film mobil, terutama yang mengandung metal.
5. Alat-alat elektronik yang dapat mengeluarkan gelombang elektromagnetik.
6. Gedung-gedung. Tidak hanya ketika didalam gedung, berada diantara 2 buah gedung tinggi juga akan menyebabkan efek seperti berada di dalam lembah.
7. Sinyal yang memantul, misal bila berada diantara gedung-gedung tinggi, dapat mengacaukan perhitungan alat navigasi sehingga alat navigasi dapat menunjukkan posisi yang salah atau tidak akurat.

II. 3 Pemanfaatan GPS
a . Survei dan Pengukuran
Dalam bidang survei dan pemetaan, teknologi GPS telah digunakan secara luas dalam survei geodesi, penjelajahan sumber daya, gerakan krustal, kadastral dan bidang lainnya. Teknologi ini menggunakan pemosisian kinematik waktu nyata (RTK) untuk mencapai pemrosesan waktu nyata dari dua stasiun observasi fase pembawa, dengan presisi mencapai level sentimeter. Teknologi GPS secara nyata telah memberikan keuntungan: akurasi tinggi, mudah dioperasikan, perangkat praktis, mudah dibawa-bawa, pengoperasian 24 jam untuk segala iklim; tidak diperlukan untuk garis pandang antara titik observasi; pengukuran integrasikan di bawah sistem koordinat WGS84; informasi secara otomatis diterima dan disimpan, sehingga mengurangi kebutuhan proses kerja yang membosankan.

b . Transportasi
Penerbangan : Dalam penerbangan umum, pilot dapat menyesuaikan pesawat dengan jalur terbang secara akurat melalui alat penerima GPS, dan memungkinkan pesawat berhenti dalam mode solid, meningkatkan pemanfaatan bandara serta membantu pendekatan dan keberangkatan pesawat secara aman.
Navigasi: Sekarang ini, sulit sekali membayangkan sebuah kapal tidak dilengkapi dengan sistem dan alat navigasi GPS. Aplikasi kelautan telah benar-benar menjadi kalangan pengguna terbesar aplikasi navigasi GPS. Hal ini tidak sejalan dengan domain aplikasi lainnya. GPS digunakan untuk navigasi otomatis, pengaturan dan panduan pengelolaan pelabuhan, manajemen rute navigasi serta pengawasan dan pemantauan.
Terestrial : GPS telah memainkan peran penting dalam navigasi kendaraan. Perangkat yang terpasang memperoleh informasi posisi yang akurat melalui GPS. Jika dipadukan dengan peta elektronik dan kondisi trafik waktu nyata, jalur optimal dapat diplotkan secara otomatis, yang dapat digunakan untuk navigasi kendaraan otomatis, sehingga membantu mengurangi pemakaian energi dan menghemat biaya.

c . Operasi Penyelamatan Darurat
Penggunaan teknologi pemosisian GPS membantu keadaan kebakaran darurat, pengiriman ambulan dan polisi, dan meningkatkan waktu respons departemen manajemen darurat untuk berbagai kejadian seperti kebakaran, tindak kejahatan, kecelakaan lalulintas, kemacetan lalulintas, dan situasi darurat lainnya. Kendaraan khusus (seperti mobil berlapis baja), dll., seketika itu juga diberi peringatan atas segala kejadian tak terduga, sehingga membantu meminimalkan kerugian. Dengan bantuan GPS, petugas penyelamatan dapat menjalankan misi pencarian dan penyelamatan di lokasi yang tidak dapat diakses dengan kondisi yang sangat buruk, misalnya, laut, gunung dan padang pasir. Kapal nelayan yang dilengkapi alat GPS dapat dengan cepat mengidentifikasi lokasi mereka dan melaporkannya ke polisi, sehingga penyelamatan dapat dilakukan lebih cepat dan tepat waktu.

d. Pertanian
Saat ini, negara-negara berkembang telah mulai memanfaatkan teknologi GPS dalam bidang produksi pertanian. Disebut dengan "pertanian presisi." Dengan metode ini, penggunaan GPS untuk memperoleh informasi pemosisian lahan pertanian, termasuk memantau hasil panen, mengumpulkan sampel tanah, dan sebagainya. Sistem komputer menganalisis, memroses data, dan membuat keputusan melalui pendekatan manajemen untuk lahan pertanian. Informasi status hasil panen dan tanah diintegrasikan ke dalam alat GPS yang dipasang pada alat penyiram, yang akan digunakan untuk melakukan pemupukan presisi dan penyemprotan pestisida. Melalui penerapan pertanian presisi, biaya produksi pertanian dapat berkurang, limbah material dapat dihindarkan, dan polusi lingkungan karena pupuk dan insektisida menjadi minim.

e . Hiburan
Dengan miniaturisasi yang terus menerus pada unit penerima GPS dan harganya yang kian menurun, GPS secara berangsur-angsur telah menembus kehidupan sehari-hari kita, dan telah menjadi teman yang hebat bagi para pelancong dan petualang. Dengan GPS, siapapun yang asing dengan suatu lokasi tertentu dapat mencari target lokasi di suatu kota dengan cepat dan menentukan rute navigasi terbaik. Pemanjat gunung yang dilengkapi dengan unit penerima GPS dapat dengan cepat mencari lokasi kemah yang sesuai tanpa harus khawatir tersesat. Bahkan ada beberapa permainan video berteknologi mutakhir yang menggunakan teknologi simulasi GPS.

f. 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.

g. 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.

II.4 Kelebihan dan Kekurangan
A. Kelebihan dari GPS adalah sebagai berikut :
1. GPS untuk Navigasi
Aplikasi GPS di bidang militer pada umumnya dapat dibagi menjadi beberapa bagian misalnya, pemetaan (penentuan posisi titik-titik target terutama pada masalah topografi angkatan darat, pencitraan, foto udara, dan beberapa analisis spasial yang ditujukan untuk mendukung perencanaan operasi), navigasi, tracking (monitoring atau pemantauan), atau bahkan sebagai tools penuntun posisi-posisi sasaran peluru kendali, Rover, UAV, dan AUV. Navigasi sering kali dilakukan oleh personel militer yang sedang menempuh perjalanan dari suatu tempat ke tempat-tempat lain yang menjadi targetnya. Oleh karena itu, dengan mengkombinasikan peta, kompas, dan GPS (receiver), maka proses navigasi menjadi lebih mudah dan menyenangkan bagi siapapun.
Demikian pula bagi personel militer yang bergerak dengan menggunakan platform (kendaraan), bila menggunakan peta (terutama dijital) dan GPS (receiver), navigasinya menjadi jauh lebih mudah, menyenangkan, dan cepat.

2. Solusi Tracking System di Bidang Militer
Penggunaan receiver GPS sangat bermanfaat bagi individu atau kelompok individu (termasuk kelompok individu yang tergabung di dalam satu platform kendaraan militer) yang bernavigasi (baik melalui medan dengan topografi yang sulit ditempuh seperti hutan tropis yang rapat, perbukitan, gurun pasir, hingga medan yang penuh dengan blok-blok bangunan dan gedung seperti pada saat terjadinya perang di perkotaan) untuk mencapai targetnya. Walaupun demikian, jika dikaitkan dengan kepentingan-kepentingan aktivitas-aktivitas di bidang militer yang lebih luas lagi dimana masalah koordinasi dan kerja sama antar-individu menjadi sangat penting, sistem navigasi semata nampaknya sudah tidak memadai. Pada sistem navigasi, setiap individu tidak dapat mengetahui posisi individu-individu yang lain yang berada di luar jangkauan visualnya.
Oleh karena itu, kemudian dikembangkan suatu tracking system (sistem monitoring atau pemantauan) sebagai salah satu solusi untuk permasalahan di bidang militer. Dengan sistem ini, setiap individu atau kelompok individu (baik yang berkendaraan maupun yang tidak) yang terlibat di dalam aktivitas militer dilengkapi dengan sebuah receiver GPS yang sudah terintegrasi dengan fasilitas komunikasi (dua arah) dan sebuah processor. Perangkat-perangkat ini dikemas kompak sedemikian rupa sehingga menjadi sebuah sub-sistem mobile unit. Setiap mobile unit ini akan mengirimkan (baik secara periodik setiap interval waktu tertentu maupun berdasarkan permintaan atau interrogate) pesan, posisi, dan waktu ke base-station-nya. Sebelum dikirimkan, informasi (items) pesan, posisi, dan waktu (berikut informasi lain yang diambil dari sensor-sensor terpasang) ini terlebih dahulu diintegrasikan hingga menjadi suatu stream data.
Dengan demikian, sub-sistem base-station akan menerima banyak stream data dari berbagai sub-sistem mobile unit yang telah terdaftar. Setiap stream data yang diterima kemudian akan diekstrak hingga menjadi informasi (items) nomor pengenal (Id) individu atau kelompok, posisi, dan waktunya. Kemudian, posisi-posisi (berikut perubahannya) ini ditampilkan di atas peta dijital dalam bentuk simbol-simbol (manusia atau kendaraan) yang bergerak dari waktu-ke-waktu. Berdasarkan informasi inilah pengambil keputusan (misalnya seorang ‘Komandan’) dapat mengkoordinasikan setiap sub-sistem mobile unit-nya secara efektif, efisien, realtime, dan kemudian dapat melakukan rekonstruksi gerakan atau progress operasi militer yang telah dilakukan (mode replay atau playback). Sementara itu, hasil rekonstruksi berikut evaluasi gerakan operasi militer ini dapat dijadikan sebagai bahan pertimbangan yang sangat penting bagi perencanaan operasi berikutnya.
Dengan sistem seperti ini, diharapkan, beberapa permasalahan yang berhubungan dengan aktivitas-aktivitas militer seperti: (1) pemantauan pergerakan kendaraan-kendaraan (armada) militer (terutama yang mengalami masalah), (2) pemantauan personil-personil (terutama di garis depan), (3) pemantauan logistik, dan (4) koordinasi dan kerjasama team dapat diatasi dengan baik.

B. Kelemahan dari GPS adalah sebagai berikut :
1. Penggunaan GPS untuk mengetahui posisi yang mengandalkan setidaknya tiga satelit ini tidak selamanya akurat.
2. Terkadang, dibutuhkan satu satelit untuk memperbaiki sinyal yang diterima. Ketidakakuratan posisi yang ditunjukkan.
3. GPS ini dipengaruhi oleh posisi satelit yang berubah dan adanya proses sinyal yang ditunda. Kecepatan sinyal GPS ini juga seringkali berubah karena dipengaruhi oleh kondisi atmosfer yang ada. Selain itu, sinyal GPS juga mudah berinteferensi dengan gelombang elektromagnetik lainnya.

Related Posts by Categories

Posted in: Teknologi