Pendeteksian Lokasi Pengguna Perangkat Mobile Computing dengan Global Positioning System

Pendeteksian Lokasi Pengguna Perangkat Mobile Computing dengan Global Positioning System. Global Positioning System (GPS) adalah suatu sistem radio navigasi penentu posisi menggunakan satelit. GPS dapat memberikan posisi suatu objek di permukaan bumi dengan akurat dan cepat (koordinat tiga dimensi x, y, z) dan memberikan informasi waktu serta kecepatan bergerak continues di seluruh dunia. GPS merupakan sebuah alat atau sistem yang dapat digunakan untuk menginformasikan penggunanya berada (secara global) di permukaan bumi yang berbasiskan satelit. Data dikirim dari satelit berupa sinyal radio dengan data digital. Sistem ini menggunakan 24 satelit yang mengirimkan sinyal gelombang mikro ke bumi. Sinyal ini akan di terima di permukaan bumi dengan alat yang biasa disebut dengan GPS receiver, yang digunakan untuk menentukan posisi, kecepatan,arah dan waktu. (Pandapotan M.T, 2010).

a. Pengertian Global Positioning System (GPS)

GPS receiver adalah sebuat alat yang terdiri dari beberapa integrated circuit (IC). Berikut contoh perangkat GPS Receiver:

GPS berfungsi dalam segala kondisi cuaca, di mana pun di dunia, 24 jam sehari, tanpa biaya berlangganan. Departemen Pertahanan AS (USDOD) awalnya menempatkan satelit ke orbit untuk penggunaan militer, tetapi mereka dibuat tersedia untuk digunakan sipil pada 1980-an. Sistem yang serupa dengan GPS antara lain GLONASS Rusia, Galileo Uni Eropa, IRNSS India.

Sistem GPS, yang nama aslinya adalah NAVSTAR GPS (Navigation Satellite Timing and Ranging Global Positioning System), mempunyai tiga segmen yaitu :

Segmen Angkasa (Space Segment)

Segmen Angkasa bertugas untuk menerima dan menyimpan data yang ditransmisikan oleh stasiun pengontrol, menyimpan dan menjaga informasi waktu berketelitian tinggi (ditentukan menggunakan jam atomic di satelit), dan memancarkan sinyal dan informasi secara kontinyu ke pesawat penerima (receiver) dan pengguna. Segmen angkasa terdiri dari satelit-satelit GPS yang terdiri dari 24 satelit yang mempunyai 6 bidang orbit berbentuk seperti lingkaran, dengan masing-masing bidang orbit ditempati 4 buah satelit. Orbit satelit berinklinasi 55 derajat terhadap bidang khatulistiwa dan bergerak dengan periode 12 jam.(Abidin H. Z :1995)

- Segment Kontrol (Control Segment)

Segmen Kontrol bertugas untuk mengendalikan dan mengontrol satelit dari bumi untuk mengecek “kesehatan” satelit, penentuan dan prediksi orbit dan waktu, sinkronisasi waktu antar satelit, dan mengirim data ke satelit. Segment kontrol ini terdiri dari Ground Control Station (GCS), Monitor Station (MS), Pre-launch Compatibility Station (PCS), dan Master Control Station (MCS). MS bertugas mengamati secara kontinyu seluruh satelit GPS. Seluruh data yang dikumpulkan oleh MS ini kemudian dikirim ke MCS untuk diproses guna memperoleh parameter-parameter penting lainya. Hasil perhitungan tersebut dikirim ke GCS untuk selanjutnya dikirimkan ke satelit-satelit GPS.(Abidin H. Z :1995)

- Segment Pengguna (User Segment)

Segmen Pengguna/Penerima bertugas menerima data dari satelit dan memprosesnya untuk menentukan posisi (posisi tiga dimensi, yaitu koordinat di bumi plus ketinggian), arah, jarak dan waktu yang diperlukan oleh pengguna (militer dan sipil). Ada dua macam tipe penerimaan (receiver): Navigasi dan Geodetic.

Dalam menentukan posisi/ titik lokasi, satelit GPS mengelilingi Bumi dua kali sehari dalam orbit yang tepat. Setiap satelit mengirimkan sinyal unik dan parameter orbital yang memungkinkan perangkat GPS untuk memecahkan kode dan menghitung lokasi tepat dari satelit. Terdapat beberapa signal satelit GPS:

- Carriers

Satelite GPS mengirim sinyal dalam dua frekuensi:

- L1 dengan 1575.42 Mhz dengan membawa dua status pesan dan pseudo-random code untuk keperluan perhitungan waktu.

- L2 membawa 1227.60 MHz dengan menggunakan presesi yang lebih akurat karena untuk keperluan militer.

Daya sinyal radio yang dipancarkan hanya berkisar antara 20- 50 Watts. Ini tergolong sangat rendah mengingat jarak antara GPS dan satelit sampai 12.000 mil. Sinyal dipancarkan secara line of sight (LOS), dapat melewati awan, kaca tapi tidak dapat benda padat seperti gedung, gunung.

- Pseudo-Random Codes

GPS yang digunakan untuk publik akan memantau frekuensi L1 pada UHF (Ultra High Frequency) 1575,42 MHz. Sinyal L1 yang dikirimkan akan memiliki pola-pola kode digital tertentu yang disebut sebagai pseudorandom. Sinyal yang dikirimkan terdiri dari dua bagian yaitu kode Protected (P) dan Coarse/Acquisition (C/A). Kode yang dikirim juga unik antar satelit, sehingga memungkinkan setiap receiver untuk membedakan sinyal yang dikirim oleh satu satelit dengan satelit lainnya. Beberapa kode Protected (P) juga ada yang diacak, agar tidak dapat diterima oleh GPS biasa. Sinyal yang diacak ini dikenal dengan istilah Anti Spoofing, yang biasanya digunakan oleh GPS khusus untuk keperluan tertentu seperti militer.

- Navigation Message

Ada sinyal frekuensi berkekuatan lemah yang ditambahkan pada kode L1 yang memberikan informasi tentang orbit satelit, clock correction -nya dan status sistem lainnya

Pada sinyal GPS berisi 3 jenis informasi berbeda:

- Kode pseudorandom adalah I.D. kode yang mengidentifikasi satelit mana yang mengirimkan informasi. Anda dapat melihat satelit mana yang menerima sinyal dari pada halaman satelit perangkat Anda.

- Data Ephemeris diperlukan untuk menentukan posisi satelit dan memberikan informasi penting tentang kesehatan satelit, tanggal dan waktu saat ini.

- Data Almanac memberitahu penerima GPS di mana setiap satelit GPS harus setiap saat sepanjang hari dan menunjukkan informasi orbit untuk satelit itu dan setiap satelit lain dalam sistem.

Penerima GPS menggunakan informasi dan trilaterasi ini untuk menghitung lokasi pasti pengguna. Pada dasarnya, penerima GPS mengukur jarak ke masing-masing satelit dengan jumlah waktu yang diperlukan untuk menerima sinyal yang dikirimkan. Dengan pengukuran jarak dari beberapa satelit lagi, penerima dapat menentukan posisi pengguna dan menampilkannya secara elektronik untuk rute, memetakan track, dan menentukan direction.

Tampilan Informasi yang diberikan GPS

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.

Faktor-faktor yang dapat mempengaruhi sinyal dan akurasi GPS meliputi hal-hal berikut:

- Penundaan ionosfer dan troposfer

Sinyal satelit lambat saat melewati atmosfer. Sistem GPS menggunakan model built-in untuk sebagian benar untuk jenis kesalahan ini.

- Signal multipath

Sinyal GPS dapat memantulkan objek seperti gedung tinggi atau permukaan batu besar sebelum mencapai penerima, yang akan meningkatkan waktu perjalanan sinyal dan menyebabkan kesalahan.

- Kesalahan clock receiver

Jam built-in receiver mungkin memiliki sedikit kesalahan pengaturan waktu karena kurang akurat dibandingkan jam atom pada satelit GPS.

- Kesalahan orbital

Lokasi yang dilaporkan satelit mungkin tidak akurat.

- Jumlah satelit yang terlihat

Semakin banyak satelit, penerima GPS dapat "melihat", semakin baik akurasinya. Ketika sinyal diblokir, Anda mungkin mendapatkan kesalahan posisi atau mungkin tidak ada posisi

membaca sama sekali. Unit GPS biasanya tidak akan bekerja di bawah air atau di bawah tanah, tetapi penerima sensitivitas tinggi baru dapat melacak beberapa sinyal ketika berada di dalam gedung atau di bawah penutup pohon.

- Geometri satelit / bayangan

Sinyal satelit lebih efektif ketika satelit berada pada sudut lebar relatif satu sama lain, bukan dalam garis atau pengelompokan yang ketat.

- Ketersediaan selektif

Departemen Pertahanan AS sekali menerapkan Selective Availability (SA) untuk satelit, membuat sinyal kurang akurat untuk menjaga 'musuh' dari menggunakan sinyal GPS yang sangat akurat. Pemerintah mematikan SA pada Mei 2000, yang meningkatkan akurasi penerima GPS sipil.

b. Cara Kerja GPS

Setiap daerah di atas permukaan bumi ini minimal terjangkau oleh 3- 4 satelit. Pada prakteknya, setiap GPS terbaru bisa menerima sampai dengan 12 chanel satelit sekaligus. Kondisi langit yang cerah dan bebas dari halangan membuat GPS dapat dengan mudah menangkap sinyal yang dikirimkan oleh satelit. Semakin banyak satelit yang diterima oleh GPS, maka akurasi yang diberikan juga akan semakin tinggi.

Dalam prakteknya, berikut cara kerja GPS:

- Memakai perhitungan “triangulation” dari satelit.

- Untuk perhitungan “triangulation”, GPS mengukur jarak menggunakan travel time sinyal radio.

- Untuk mengukur travel time, GPS memerlukan memerlukan akurasi waktu yang tinggi.

- Untuk perhitungan jarak, harus tahu dengan pasti posisi satelit dan ketinggian pada orbitnya.

- Terakhir harus mengoreksi delay sinyal waktu perjalanan di atmosfer sampai diterima receiver.

Dalam menentukan lokasi, GPS menggunakan 3 metode:

1. Time of Arrival (TOA)

Satelit GPS berputar mengelilingi bumi selama 12 jam di dalam orbit yang akurat dia dan mengirimkan sinyal informasi ke bumi. GPS receiver mengambil informasi itu dan dengan menggunakan perhitungan “triangulation” menghitung lokasi user dengan tepat. GPS receiver membandingkan waktu sinyal dikirim dengan waktu sinyal tersebut diterima. Dari informasi itu didapat diketahui berapa jarak satelit. Dengan perhitungan jarak jarak GPS receiver dapat melakukan perhitungan dan menentukan posisi user dan menampilkan dalam peta elektronik.

Untuk menghitung posisi 2-D Anda (garis lintang dan garis bujur) dan gerakan lintasan, penerima GPS harus dikunci pada sinyal minimal 3 satelit. Dengan 4 atau lebih satelit dalam pandangan, penerima dapat menentukan posisi 3-D Anda (garis lintang, garis bujur dan ketinggian). Umumnya, penerima GPS akan melacak 8 atau lebih satelit, tetapi itu tergantung pada waktu dan di mana Anda berada di bumi. Setelah posisi Anda ditentukan, unit GPS dapat menghitung informasi lain, seperti: Kecepatan Arah, Jalur, Jarak Perjalanan, Jarak ke Tujuan.

Keakuratan perhitungan Satelit GPS ditentukan oleh:

- Perhitungan waktu yang akurat akan menentukan akurasi perhitungan untuk menentukan informasi lokasi kita. Satelit GPS dalam mengirim informasi waktu sangat presesi karena Satelit tersebut memakai jam atom. Jam atom yang ada pada satelit jalan dengan partikel atom yang diisolasi, sehingga dapat

menghasilkan jam yang akurat dibandingkan dengan jam biasa.

- Semakin banyak sinyal satelit yang dapat diterima, semakin presesi data yang diterima karena ketiga satelit mengirim pseudo- random code dan waktu yang sama.

- Ketinggian menimbulkan keuntungan dalam mendukung proses kerja GPS, semakin tinggi maka semakin bersih atmosfer, sehingga gangguan semakin sedikit. Satelit harus tetap pada posisi yang tepat sehingga stasiun di bumi harus terus memonitor setiap pergerakan satelit, dengan bantuan radar yang presesi selalu dicek tentang altitude, posisi dan kecepatannya.

2. Sistem Koordinat (ECI, ECEF)

Pengenalan tentang sistem koordinat sangat penting agar dapat menggunakan GPS secara optimum. Setidaknya ada dua klasifikasi tentang sistem koordinat yang dipakai oleh GPS maupun dalam pemetaan yaitu :

- Sistem koordinat global/ koordinat geografi

Koordinat geografi diukur dalam lintang dan bujur dalam besaran derajat desimal, derajat menit desimal, atau derajat menit detik Lintang diukur terhadap equator sebagai titik nol (0° sampai 90° positif ke arah utara dan 0° sampai 90° negatif ke arah selatan). Bujur diukur berdasarkan titik nol di Greenwich 0° sampai 180° ke arah timur dan 0° sampai 180° ke arah barat.

- Sistem koordinat di dalam bidang proyeksi

Sistem koordinat dalam bidang proyeksi tidak dapat terlepas dari datum yang digunakan. Ada dua macam datum yang umum digunakan dalam perpetaan yaitu datum horizontal dan datum vertikal. Datum horizontal dipakai untuk menentukan koordinat peta (X,Y), sedangkan datum vertikal untuk menentukan elevasi (peta topografi) ataupun kedalaman (peta batimetri).

Perhitungan dilakukan dengan transformasi matematis tertentu. Dengan demikian transformasi antar datum, antar sistem proyeksi, dan antar sistem koordinat dapat dilakukan. Untuk datum horizontal, peta umumnya menggunakan datum Padang (ID-74) untuk peta-peta Bakosurtanal, dan menggunakan datum Jakarta (Batavia) untuk peta-peta Dishidros.

3. Kalman Filter

Kalman filter adalah sebuah algoritma untuk mengkombinasikan berbagai macam data sensor. Ketika kendaraan memasuki terowongan, GPS tidak dapat bekerja, dikarenakan GPS tidak menerima informasi satelit yang mengorbit di bumi. Telepon seluler tidak dapat bekerja karena lemahnya penetrasi sinyal ke dalam terowongan. Masalah mulai muncul beberapa saat ketika memasuki terowongan, bagaimana GPS dapat melakukan navigasi di dalam terowongan? Bagaimana cara GPS dapat menentukan posisi kendaraan secara akurat?

Salah satu pendekatan untuk menyelesaikan masalah tersebut dapat menggunakan kalman filter, dimana anda menemukan sebuah masalah dengan informasi yang tidak pasti dalam keadaan dinamis, sehingga harus membuat tebakan mengenai keadaan sekitar. Walaupun tebakan seringkali tidak akurat dan berantakan, ditambah dengan keadaan yang dinamis dan sering kali berubah. Untuk membantu agar lebih akurat maka dapat menggunakan algoritma kalman filter. Kalman filter mempunyai kemampuan untuk memprediksi apa yang akan terjadi, dan melakukan analisa korelasi antara berbagai macam data yang mungkin tidak berhubungan. Kalman filter ideal digunakan di dalam sistem yang berubah terus menerus dalam kondisi dinamis.

Metode penentuan posisi yang dilakukan GPS dibagi dua, yaitu

a. Metode absolut

Metode absolut atau juga dikenal sebagai point positioning, menentukan posisi hanya berdasarkan pada 1 pesawat penerima (receiver) saja. Ketelitian posisi  dalam  beberapa meter (tidak 21 berketelitian tinggi) dan umumnya hanya diperuntukkan bagi keperluan navigasi.

Beberapa kesalahan dalam penentuan posisi dengan metode absolut ini antara lain disebabkan oleh : efek multipath, efek selective availability (SA), maupun kesalahan karena ketidaksinkronan antara peta kerja dan setting yang dilakukan saat menggunakan GPS.

b. Metode diferensial

Metode diferensial atau sering disebut differential positioning, menentukan posisi dengan menggunakan lebih dari sebuah receiver. Satu GPS dipasang pada lokasi  tertentu  dimuka  bumi dan secara terus menerus menerima sinyal dari satelit dalam jangka waktu tertentu dijadikan sebagai referensi bagi yang lainnya. Metode ini menghasilkan posisi berketelitian tinggi (umumnya kurang dari 1 meter)  dan  diaplikasikan untuk keperluan survei geodesi ataupun pemetaan yang memerlukan ketelitian tinggi.

Masing-masing metoda kemudian dapat dilakukan dengan cara real time atau post-processing. Selain itu juga terdapat metode yang ditentukan oleh posisi obyek:

- Posisi Diam disebut Statik

- Posisi Bergerak disebut Kinematik

- Selain itu juga terdapat metode lain seperti: SPP, DGPS, RTK, Survei GPS, Rapid Statik, Pseudo Kinematik, dan Stop and Go, serta beberapa metode lainnya. (Abidin H. Z :1995)

GPS memberikan nilai ketelitian posisi dalam spektrum yang cukup luas, mulai dari meter sampai dengan milimeter.

- SA ON ketelitian posisi GPS metode absolut dengan data Pseudorange mencapai 30 – 100 meter.

- SA OFF ketelitian membaik menjadi 3 – 6 meter.

- Teknik DGPS memberikan ketelitian 1-2 meter

- Teknik RTK memberikan ketelitian 1-5 sentimeter.

- Untuk posisi dengan ketelitian milimeter diberikan oleh teknik survey GPS dengan peralatan GPS tipe geodetik dual frekuensi dan strategi pengolahan data tertentu (Abidin H. Z :1995).

Satelit GPS mengirimkan setidaknya 2 sinyal radio berdaya rendah. Sinyal perjalanan dengan saling berhadapan, yang berarti mereka akan melewati awan, kaca dan plastik tetapi tidak akan melalui objek yang paling padat, seperti bangunan dan pegunungan. Namun, penerima modern lebih sensitif dan biasanya dapat melacak melalui rumah- rumah.

c. Pengertian A-GPS dan Cara Kerja -nya

Selain GPS, ada juga istilah lainnya yaitu A-GPS. A-GPS merupakan sebuah singkatan dari Assisted Global Positioning System. Perbedaan dengan GPS biasa adalah A-GPS menggunakan bantuan operator telekomunikasi yang digunakan untuk mempercepat pembacaan lokasi dimana perangkat berada. Kekurangan dari fitur GPS yang disematkan di smartphone adalah chip atau perangkat yang bekerja menangkap sinyal GPS dari satelit tidak terlalu peka, sehingga untuk menangkap sinyal informasi yang dikirimkan oleh satelit membutuhkan waktu yang agak sedikit lama. Di dalam fitur A-GPS, operator yang digunakan membantu menambahkan informasi yang kurang, sehingga waktu untuk menentukan lokasi perangkat berada

menjadi lebih cepat. Menara BTS yang mengeluarkan sinyal memiliki fitur GPS juga yang dapat menentukan lokasi perangkat dengan tepat. Namun, kekurangan dari A-GPS ini adalah untuk menggunakan fitur ini perangkat akan dikenai biaya tambahan untuk aksesnya. Namun fitur A-GPS ini dapat di-nonaktifkan sehingga hanya akan menerima informasi dari satelit. Tapi dengan menonaktifkan fitur ini, perangkat akan membutuhkan waktu yang sedikit agak lama untuk menentukan lokasi kamu.

D. Pendeteksian lokasi sumber, lokasi target, dan jalur terpendek antara keduanya pada mobile navigation perangkat mobile computing.

a. Pengertian Mobile Navigation dan Cara Kerja -nya

Mobile Navigation adalah sistem navigasi berbasis mobile yang memanfaatkan teknologi Global Positioning System (GPS) dan sering digunakan sebagai pemandu perjalanan bagi pengguna aplikasi di dalam menentukkan rute perjalanan menuju lokasi tujuan yang diharapkan. Proses navigasi ini pada prinsipnya dapat menuntun pengguna untuk memilih jalur yang akan diambil ketika melakukan suatu perjalanan agar perjalanan menjadi lebih cepat dengan jarak tempuh perjalanan yang paling dekat.

Dalam mendeteksi lokasi, Maps Service bekerja dengan mengandalkan sensor GPS/ GPS Receiver yang ada dalam perangkat mobile computing. Dengan metode inilah Maps Service mampu menentukan lokasi dalam rentan jarak 20 meter. Hal ini disebut menjadi cara yang paling akurat untuk mengetahui sebuah lokasi baik jalan maupun tempat, seperti Gambar Proses Perangkat Mobile Computing mencari Kuliner Bogor. Jika dilihat pada Gambar, sebuah perangkat mobile computing meminta informasi kuliner bogor melalui aplikasi mobile computing yang terinstall. Aplikasi mobile computing akan menampilkan informasi kuliner beserta informasi titik lokasi dan jarak yang akan ditempuh pada peta, google maps.

Proses Perangkat Mobile Computing mencari Kuliner Bogor

Dalam prakteknya, mobile navigation merupakan kolaborasi dari mobile location based service, GPS, dan Geographic Information System/ GIS (Google Maps). Perkembangan ketiga teknologi ini akan berpengaruh langsung kepada perkembangan teknologi mobile navigation

Download Materi

Modul selengkapnya dapat anda download pada link berikut

1. Buku Materi.docx.pdf

3. Silabus.docx.pdf
2. Buku Asesmen.docx.pdf
4. PPT.pdf