STUDI KINERJA SOFTWARE ON-LINE PPP (PRECISE POINT POSITIONING) DALAM PENGOLAHAN DATA SURVEY GPS

Adi Putra¹, Dr. Ir. Dina Anggreni S., M.T², Irwan Gumilar, S.T, M.Si²

¹Mahasiswa S1 Teknik Geodesi dan Geomatika

² Dosen Teknik Geodesi dan Geomatika

Teknik Geodesi dan Geomatika, Institut Teknologi Bandung

Jalan Ganesha no. 10, Bandung, Indonesia

adiputra07025@yahoo.com

ABSTRAK

GPS adalah sistem satelit navigasi dan penentuan posisi menggunakan satelit. Sistem yang dapat digunakan oleh banyak orang sekaligus dalam segala cuaca ini, didesain untuk memberikan posisi dan kecepatan tiga dimensi yang teliti, dan juga informasi mengenai waktu, secara teliti di seluruh dunia (Abidin, 2007).  Banyak aplikasi dalam navigasi, survei tanah, definisi tanah dan sejumlah pemetaan telah dibuat lebih sederhana dan lebih tepat karena aksesibilitas data Global Positioning System (GPS), dan dengan demikian permintaan untuk menggunakan teknik-teknik canggih GPS di survei aplikasi telah menjadi penting Teknik diferensial adalah satu-satunya sumber posisi yang akurat selama bertahun-tahun, dan tetap digunakan meskipun biaya. Posisi titik yang tepat (PPP) adalah teknik alternative untuk metode penentuan posisi diferensial yang pengguna dengan penerima tunggal dapat mencapai akurasi posisi pada skala sentimeter atau decimeter. Belakangan ini banyak website yang menawarkan penglahan data PPP secara online dan gratis. Sehubungan dengan itu maka perlu dilakukan penelitian tentang kinerja dan hasil dari beberapa website yang memberikan layanan tersebut. Penelitian ini melakukan pencaritahuan tentang parameter yang digunakan dan koordinat yang dihasikan pada website tersebut. Dengan mengirimkan data CORS dengan lama pengamatan 2, 4, 6, 12, 24 jam dan menghasilkan koordinat yang selanjutnya dibandingkan dari hasil masing-masing website.

Kata kunci: GPS, PPP, CORS, online, dibandingkan.

1.      PENDAHULUAN

Kebutuhan akan posisi di zaman sekarang sangat lah tinggi, dari instansi pemerintah, insitusi pendidikan, komersil, maupun perorangan. GPS adalah salah satu solusi yang sangat membantu akan kebutuhan tersebut. GPS memberikan  ketelitian akan posisi yang cukup beragam. Mulai dari ketelitian yang hitungannya meter hingga ketelitan millimeter. Ketelitan meter biasanya digunakan untuk navigasi yang cukup metode absolut menggunakan perhtitungan data  pseudorange. Kebutuhkan akan ketelitian yang lebih tinggi dapat dihasilkan dari beberapa metode dan stategi pengolahan data yang telah di rumuskan. Sebagian besar pengguna data GPS menggunakan teknik diferensial yang keakurasian sangat tinggi. Namun ada beberapa keterbatasan dalam teknik GPS relatif. Teknik GPS relatif membutuhkan dua atau lebih reciver, dan koordinat sebenarnya dari stasiun referensi haruslah diketahui. Selain itu jarak dari stasiun referensi dan pengguna mempengaruhi dari kualitas posisi yang dihasilkan. Keterbatasan akan teknik tersebut dapat terjawab oleh metode yang lebih praktis dengan ketelitian yang mendekati yaitu Precise Point Positioning, lebih sering disingkat dengan (PPP). Precise Point Positioning Metode ini pada dasarnya adalah metode penentuan posisi absolut yang menggunakan data one-way fase dan psedorange dalam bentuk kombinasi bebas ionosfer. Metode ini umumnya dioperasionalkan dalam metode stastik dan memerlukan data GPS dua frekuensi yang diamati menggunakan reciver GPS tipe geodetik.  Metode ini dapat memberikan ketelitian decimeter hingga sentimeter kepada pengguna hanya dengan satu reciver GPS. Hal tersebut membuktikan teknik PPP sangat hemat biaya dibandingkan teknik penentuan relatif.

Dalam beberapa tahun terakhir, banyak situs website yang menyediakan pengolahan data GPS online secara gratis yang lebih dikenal dengan kata web-base GPS data processing service. Layanan ini tersedia untuk akses tak terbatas dan tidak memerlukan pengetahuan rinci tentang perangkat lunak pengolah. Hal ini membuat pengguna yang tidak memiliki pengalaman dalam pengolahan data GPS menggunakan perangkat lunak tertentu menjadi terbantu. Penulisan penelitian ini tergerak dari makin banyaknya situs yang menyediakan web-base GPS data processing service ini maka dibutuhkan pengetahuan tentang kinerja dari setiap perangkat lunak yang digunakan oleh situs tersebut dan posisi yang dihasilkannya. Penelitian ini bertujuan untuk menilai kinerja dari GPS Analysis and Positioning Software (GAPS) dari University of New Brunswick Canada, Online Processing User Service (OPUS) dari  National Geodetic Survey, USA, dan  Automatic Precise Positioning Service (APPS) dari NASA, mengunakan data pengamatan GPS secara statik. Data yang digunakan adalah pengamatan yang diperoleh dari  beberapa stasiun CORS dengan perekaman per-30 detik. Data perhari dari setiap stasiun CORS dibagi menjadi perekaman 2,4,6,12,24 jam. Hasil dari setiap web-base GPS data processing service kemudian dibandingkan antara satu sama lainnya. Penelitian ini menunjukkan kinerja dari setiap web-base GPS data processing service dan posisi yang dihasilkannya.

2.      METODE PENENTUAN POSISI

Secara garis besar metode penentuan posisi menggunakan GPS dapat dikategorikan dalam dua mode: metode absolute dan relatif. Penentuan posisi relatif menggunakan dua reciver yang melacak satellite yang sama secara bersamaan, satu sebagai stasiun referensi dan yang lainnya sebagai rover. Beberapa kesalahan dapat dihilangkan dengan menghitung perbedaan antara titik perkiraan dan koordinat yang diketahui yang kemudian menjadi koreksi untuk rover. Metode ini biasanya digunakan untuk kebutuhan akurasi yang tinggi. Namun penentuan posisi relatif ini yang lebih sering dikenal metode diferensial ini memiliki keterbatan, seperti ketergantungan akurasi pada jarak antara referensi dan stasiun refernsi. Selain itu kedua reciver melakukan perekaman data pada waktu bersamaan.

Absolute posisitioning, juga dikenal sebagai penentuan mandiri, otonom, atau single point positioning, menggunakan reciver GPS tunggal, tidak terdiferensial ke titik manapun. Reciver ini melacak empat atau lebih satelit GPS untuk menentukan posisinya terhadap kerangka acuan orbit satelit dikenal sebagai GPS broadcast frame WGS84. Hal ini dimungkinkan untuk meningkatkan akurasi dari single point positioning dengan ketersediannya precise ephemeris dan produk ketelitian jam satelit dari International GPS Service (IGS) dan organisasi lain yang menghasilkan hal tersebut. Penggunaan kedua kode pseudorange dan gelombang fase yang membawa data pengukuran dan koreksi lainnya seperti satellite antenna offset, ocean tide loading, atmosphere loading dan site displacement effect disebut dengan Precise Point Positioning (PPP) yang dapat menghasilkan ketelitian desimeter hinggal sentimeter.

3.      ELEMEN PRECISE POINT POSITIONING

Pada dasarnya perhitungan data pseudorange dan fase dalah sebagai berikut:

P_i = ρ + dρ + dtrop + dion_i + ( dt – dT ) + MP₁ +  ϑP_i                                                     

L_i = ρ + dρ + dtrop + dion_i + ( dt – dT ) + MC_i – λ_i ­– ϑC_i                                              

Dimana:

P_i =  c. ∆t

    = pseudorenge pada frekuensi fi ( m ), ( i = 1 , 2 ),

L_i = λ_i . φ_i

    = jarak fase (carrier range) pada frekuensi fi (m),  ( i = 1, 2 ),

ρ =  jarak geometris antara pengamat (x,y,z) dengan satelit (m),

c = kecepatan cahaya dalam vakum (m),

λ = panjang gelombang dari sinyal (m)

   = c / f (f adalah frekuensi),

dρ=kesalahan jarak yang disebabkan oleh kesalahan ephimeris,

dtrop  = bias yang disebabkan oleh refraksi troposfer (m),

dion_i­     = bias yang disebabkan oleh refraksi ionosfer (m) pada frekuensi f_i,

dt, dT = kesalahan dan offset dari jam receiver dan jam satelit (m),

MP_i, MC_i =efek multipath pada hasil pengamatan P_i dan L_i (m),

Hal-hal tersebut adalah faktor utama yang mempengaruhi kualitas posisi yang di hasilkan dari precise point positioning (PPP).

3.1  EPHIMERISE DAN JAM SATELIT

Kualitas orbit GPS dan informasi jam mempengaruhi diturunkanperkiraan PPP. GPS tepat orbit dan produk jam adalah tersedia dalam format SP3 dari IGS setelah 13 hari, dan dikenal sebagai IGS final.

3.2  KUALITAS GEOMETRIK

Faktor-faktor yang mempengaruhi kualitas geometri adalah jumlah akses- penerimaan satelit, distribusi satelit diakses, masker elevasi sudut dan panjang rentang waktu pengamatan fase pembawa.

3.3  INFORMASI ANTENA

PPP dapat menentukan ketinggian, lintang dan bujur dari pusat fase antena (PFA) diwujudkan dengan pengolahan pengamatan. Untuk menghitung posisi titik tanah, jarak vertikal antara titik dasar dan titik pusat antena (tinggi antena) serta jarak antara PFA dan tinggi antena harus diketahui.

1.      Tinggi antena:
Ini adalah jarak vertikal antara titik tanah dan referensi antena titik (ARP), yang relevan untuk instalasi antena. Jarak ini harus masuk dalam komponen H dari antena delta H / E / N di yang RINEX header.

2.      Pusat fase antenna dan tinggi antena:
Jarak antara Pusat fase antenna dan tinggi antena adalah fungsi dari sifat elektronik dari antena serta elevasi dan azimut dari sinyal satelit yang masuk. Jarak ini ditentukan oleh kalibrasi laboratorium atau lapangan dan nilainya tetap konstan untuk setiap model yang diberikan.

3.4  BIAS IONOSFER

Ionosfer adalah lapisan atmosfer terionisasi sekitar bumi membentang dari 50 km sampai 1000 km di atas permukaan. Ionosfer adalah media yang membuat gelombang merambat lebih cepat yang dilalui oleh sinyal Gobal Navigasi Satelite System (GNSS). Untuk menghilangkan bias ionosfer, dengan menggunakan kode ionosfer bebas dan fase pembawa kombinasi dengan menggunakan pengamatan dual frekuensi

3.5  . BIAS TROPOSFER

Troposfer adalah lapisan bawah atmosfer bumi. Ketebalan bervariasi 8-16 km antara kutub dan khatulistiwa. Penundaan troposfer adalah berdasarkan suhu, tekanan, kelembaban, dan uap air dan merupakan fungsi dari ketinggian dan lintang penerima. Model troposfer digunakan untuk mengurangi itu efek troposfer sekitar 92% sampai 95% dan sisa bagian dapat dihapus dengan menggunakan teknik dasar diferensial pendek [Wells et al, 1999.].

4.      LAYANAN PENGOLAHAN DATA GPS SECARA ONLINE

Dalam beberapa tahun terakhir banyak organisasi telah memperkenalkan GPS secara online alat yang memberikan jumlah tak terbatas estimasi GPS pengolahan kepada pengguna secara gratis. Pengguna mengirimkan data pengamatan dalam format Receiver Independent Exchange (RINEX) ke website tersebut dan member informasi alamat email penerima dari pengguna untuk dikirim kembali hasil pengolahan dalam waktu singkat jangka waktu tidak lebih dari beberapa menit. Perbandingan dari beberapa website tersebut di sajikan pada penelitian ini.

4.1  DATA PENGAMATAN

Data yang digunakan dalam penelitian ini berupa data CORS yang di simpan dalam format RINEX 2.11. Pengamatan CORS ITB, UPI, Gn.Ceremai, Alsaka, Pago pago, ini dibagi menjadi beberapa jam pengamatan yaitu 2, 4, 6, 12, 24 jam setiap stasiunnya. Lebih jelasnya data tersebut dapat dilihat pada Tabel 4.1 .

Tabel 4.1 Data pengamatan.

Nama Titik	Lokasi	Waktu Pengamatan
ITB1	ITB	29 Juni 2010
UPI1	UPI	29 Juni 2010
POSC	Gn. Ceremai	29 Juni 2010
BRW1	Alaska , USA	16 Januari 2011
ASPA	Pago Pago, USA	16 Januari 2012

4.2  GAPS (GPS Analysis and Positioning Software) dari University of New Brunswick Canada

Situs website yang dikelola oleh University of New Brunswick Canada ini memberikan layanan kepada penggunanya yang menggunakan single GNSS receiver  metode statik dan kinematik secara presisian dan akurasi. Layanan ini manggunakan precise orbit dan clock products dari Insternational GNSS Service (IGS) dan memungkinkan ketelitian hingga sentimeter pada metode statik dan desimeter pada metode kinematik. Layanan ini dapat di akses pada: http://gaps.gge.unb.ca/

4.3  OPUS ( Online Positioning User Service ) dari National Geodetic Survey, USA

Situs website ini dikelola oleh National Geodetic Survey, USA ini menyediakan layana dengan ke akurasian tinggi dengan metode statik dan rapid-statik. . UPOS menggunakan koreksi dari 3 CORS terdekat demi meningkatkan kepresisan dari pengolahan data. Jika pengguna bersedia dia bisa menampilkan kepada public hasil pengolahan datanya pada situs NGS. Layanan ini dapat di akses pada: http://www.ngs.noaa.gov/OPUS/opus.jsp

4.4  APPS (Automatic Precise Positioning Service) dari NASA

Situs website yang dikelola oleh NASA ini memberikan pelayanan merupa statik dan kinematik. Hasil dari pengolahan data tersebut di cantumkan pada website tersebut. Ada beberapa layanan yang di batasi oleh situs ini, jika pengguna mendaftar menjadi anggota pada situs ini akan diberikan layanan pemilihan gelombang L1 yang digunakan P code atau C/A code, dan dapat menentukan sendiri apriori pengamatan. Layanan ini dapat diakses pada: http://apps.gdgps.net/apps_file_upload.php

5.      PERBANDINGAN ANTARA WEBSITE

Ada beberapa aspek-aspek umum yang harus dipertimbangkan dalam penilaian setiap layanan seperti pendekatan pengiriman dan penerimaan data, waktu tunda dalam hasil menerima, pilihan diakses dan layanan keterbatasan. Selain itu aspek khusus yang harus juga di pertimbangkan adalah koreksi yang digunakan pada masing-masing website yang berdampak pada hasil koordianat dan kepresisiannya.

5.1  PERBANDINGAN PILIHAN ANTAR WEBSITE

Pebandingan secara umum dapat dilhat dari setiap website adalah pilihan yang diberikan kepada pengguna dan karakteristik data yang dapat diolah serta berapa lama penerimaan hasil dari olahan data tersebut. Lebih jelas dapat dilihat pada Tabel 5.1.

Tabel 5.1 Perbandingan pilihan website

Nama servis	Metode Transfer Data	Pilihan yang Tersedia	Penerimaan hasil Pengolahan	Panjang Data yang bisa di olah	Frekuensi yang di pergunakan	Institusi
OPUS	Unggah	Tinggi antena Tipe Antena Static atau Rapid-Static	<5menit	Minimum 2 jam Maksimum 24 jam	Dual frekuensi static, hanya untuk  Amerika Tengah dan Utara	NOAA, USA
Auto - GIPSY	Unggah	P code atau C/A code	<3 menit	Minimal 1 jam Maksimal Size data 5Mb	Dual Frekuensi	NASA, USA
GAPS	Unggah	Apriori koordinat Mengunggah tinggi muka laut	<5 menit	Minimum 2 jam	Dual frekuensi	UNB, Canada

5.2  PERBANDINGAN PARAMETER

Setiap website mengunakan software yang berbeda-beda, begitu juga parameter yang digunakannya. Perbedaan tersebut berpengaruh pada koordinat yang dihasilkan. Persamaan dari ketiga website ini adalah sama-sama hanya mengolah perekaman data GPS. Perbedaan paremeter yang digunakan pada setiap websitenya dapat dilihat pada Tabel 5.2. yang disediakan pada halaman terakhir pada paper ini.

5.3  PERBANDINGAN HASIL

Hasil dari pengolahan setiap website berbentuk koordinat dalam geodetik dan kartesian, kecuali OPUS memberikan hasil tambahan koordinat proyeksi Universal Transverse Mercator (UTM) sesuai zona titik pengamat. Untuk melihat perbadingan hasil dari setiap solusi pengolahan maka koordinat yang diberikan ditransformasi ke zona UTM masing-masing lokasi pengamat. Perbandianga di lakukan terhadap X, Y, dan H setiap lokasi pada ketiga website, lebih jelasnya dapat dilihat dibawah ini.

5.3.1        PERBANDINGAN HASIL ANTAR LAMA PENGAMATAN

Lama pengamatan yaitu 2, 4, 6, 12, 24 jam menghasilkan perbedaan hasil koordinat. Jauh nya jarak perselisihan yang dihasilkan dan persebarannya dapat dilihat pada tiap-tiap website pada gambar dibawah.dengan keterangan sebagai berikut:

1.   GAPS

·         ITB

·         UPI

·         Ceremai

·         Alaska

·         Pago

2.   OPUS

·         ITB

·         UPI

·         Ceremai

·         Alaska

·         Pago

3.   APPS

·         ITB

·         UPI

·         Ceremai

·         Alaska

·         Pago

5.3.2        KEPRESISIAN KOORDINAT

Perbandingan dari kepresisian dari ketiga website pada setiap lokasi pengamatanya digambarkan dalam bentuk grafik. Koordinat yang diberikan ditransformasi pada zona masing-masing lokasi pengamatan. Lokasi ITB dan UPI terletak pada UTM zona 48S, Ceremai pada zona 49S, lalu Alaska dan Pago terletang pada 04N dan 02S. Pada setiap grafik dapat dilihat perbedaan dari koordinat dari setiap hasil pengolahan setiap website. Lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar-gambar berikut:

Gambar 5.1 CORS ITB

                  Gambar 5.2 CORS UPI

Gambar 5.3 CORS Ceremai

Gambar 5.4 CORS Alaska

                  Gambar 5.5 CORS Pago                                       Gambar 5.4 CORS Pago

Keterangan:

5.3.3        PERBANDINGAN TINGGI

Setiap website menghasilkan nilai tinggi yang berbeda-beda terkait dengan parameter yang digunakannya. Melihat perbedaan tersebut maka ditampilkan dalam bentuk grafik terkait dengan lama pengamatannya. Perbandingan dapat dilihat pada gambar-gambar dibawah.

Gambar 5.6 Nilai tinggi di CORS ITB

Gambar 5.6 Nilai tinggi di CORS UPI

Gambar 5.6 Nilai tinggi di CORS Ceremai

Gambar 5.6 Nilai tinggi di CORS Alaska

Gambar 5.6 Nilai tinggi di CORS Pago

6.      KESIMPULAN

·         Hasil dan metoda pengolahan data masing-masing website memiliki perbedaan

·         OPUS menghasilkan kepresisan yang baik pada CORS UPI dan Ceremai, dan GAPS mengahasilkan kepresisian baik pada dan PAGO

·         APPS kurang baik dalam mengahasilkan koordinat maupun tinggi, maupun dalam kinerja. Karena sering gagal dan hanya menghasilkan beberapa koordinat yang di ulang pada setiap data yang dikirimkan.

·         GAPS sangat tidak presisi dalam penentuan tinggi di daerah Indonesia, dan cukup stabil di Alaska dan Pago

·         OPUS dalam menentukan tinggi cukup stabil, dan menghasilkan kepresisian yang bagus

·         GAPS dan OPUS memilik perbedaan data tinggi yang cukup signifikan

·         Kepresisian pada pengamatan data panjang 24 jam dapat menghasilkan kepresisian hingga sentimeter yang dapat digunakan pada untuk pengukuran orde 3

·         Lama pengamatan mempengaruhi kepresisian hasil pengolahan dari website

7.      SARAN

§  Menambah variasi lama pengamatan

§  Menambah lokasi pengamatan

§  Memperpanjang pengamatan untuk mendapatkan kepersisian yang baik

§  Membandingkan hasil pengolahan online dengan pengolahan manual software komersil lainnya

8.      DAFTAR REFERENSI

Abd-Elazeem, M., Farah, A., & Farrag, F. A. (2011). Assessment Study of Using Online (CSRS) GPS-PPP Service for Mapping Applications in Egypt. Geodetic Science , 233-239.

Abidin, H. Z. (2007). Penentuan Posisi Dengan GPS Dan Aplikasinya. Jakarta : PT. Pradnya Paramita .