Jurnal Litek Volume 7 Nomor 1, Maret 2010: hal. 32-37
ESTIMATOR PENENTUAN KOORDINAT LOKASI PADA PETA DIGITAL KOTA LHOKSEUMAWE BERBASIS GPS (GLOBAL POSITIONING SYSTEM) Yusman1 1
Dosen Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Lhokseumawe ABSTRAK
Menentukan koordinat pada banyak lokasi dengan penerima GPS akan memerlukan pengamatan luar yang lebih sering dan menyita waktu yang lebih banyak. Estimator posisi dapat menetukan koordinat lokasi di setiap tempat suatu kota/wilayah dalam peta digital. Tujuan dari penelitian ini adalah membangun suatu aplikasi perangkat lunak sebagai sebuah estimator posisi yang dapat menentukan koordinat suatu lokasi dalam peta digital berdasarkan titik koordinat referensi yang telah diisi. Dari hasil penelitian menunjukkan bahwa estimasi posisi memiliki kesalahan yang rendah dalam melakukan pendekatan koordinat lokasi dalam peta digital (dalam orde detik), Kesalahan estimasi rata-rata dalam lintang adalah 0,00020 derajat dan kesalahan estimasi rata-rata dalam bujur adalah 0,00024 derajat atau 0,012 detik LU (lintang utara) dan 0,0144 BT (bujur timur). Kesalahan dapat terjadi karena akurasi GPS receiver Garmin Etrex sebesar 15 meter, kesalahan juga bisa terjadi karena kesalahan titik koordinat kalibrasi peta digital. Kata Kunci: Estimator, Peta Digital, GPS GUI (Graphical User Interface), dimana dalam penelitian ini Aplikasi Estimator dibangun dengan Program Visual Basic 6.0. Dari aplikasi yang direalisasikan ini dapat menjadi suatu estimator posisi (memperkirakan suatu nilai koordinat) di lokasi lain dalam peta. Ketika suatu peta telah dikalibrasi, maka seluruh lokasi dalam peta dapat diketahui koordinat posisinya tanpa perlu user pergi ke lokasi yang dimaksud untuk mengambil koordinat dengan GPS receiver. Sehingga saat notebook dalam kondisi off line (tidak terhubung) dengan perangkat penerima GPS, maka notebook itu sendiri dapat menjadi sebuah GPS receiver untuk cakupan area yang ada dalam peta digital. Sistem pelacak posisi menggunakan GPS telah dikembangkan oleh Ahmed .Z (2005), perangkat yang dirancang dikombinasikan dengan sistem security yang dipasang di kendaraan. Pergerakan kendaraan dapat dipantau di peta digital yang ada di server, namun sistem tidak dirancang untuk memantau posisi sendiri dan juga tidak dirancang untuk mengetahui koordinat di sembarang tempat dalam peta. Stefanus .A (2004) telah melakukan hal yang sama, yaitu sistem penentuan posisi absolut mode kinematik memanfaatkan GPS dan aplikasi SMS. Pemantauan posisi tidak melalui server, tapi langsung diamati melalui user pemakai handphone. Kedua penelitian ini tidak diarahkan untuk mengetahui nilai koordinat pada lokasi lain dalam peta (estimator posisi).
I. PENDAHULUAN Penentuan posisi pada suatu lokasi (kota) yang belum pernah dikunjungi atau lokasi baru menjadi penting untuk menghindari kesalahan rute perjalanan, untuk survey lokasi, untuk kegiatan penelitian atau pun bagi yang sedang melakukan trevelling dan berpetualang. Pada saat ini penentuan posisi diri lazim memanfaatkan teknologi GPS (Global Positioning System). GPS adalah sistem radio navigasi dan penentuan posisi menggunakan satelit untuk menentukan posisi dan waktu yang akurat. Penerima GPS dengan berbagai fitur yang ada di dalamnya dapat digunakan untuk mengetahui posisi user berada, dalam bentuk koordinat latitude dan longitude, juga dalam bentuk peta digital (digital map). Pada sejumlah GPS receiver dengan layar warna (high end) atau pada beberapa smartphone dan PDA dengan fitur GPS, umumnya peta digital yang ada di dalamnya dapat di-upload (diisi) dengan peta baru yang sesuai. Namun pada GPS receiver dengan tipe yang lebih rendah dengan layar monokrom (tipe low end), tidak memiliki peta-peta khusus suatu lokasi/wilayah dan juga tidak dapat di-upload. Sehingga tampilan peta suatu lokasi pada penerima GPS tersebut tidak detil. kondisi ini akan menyebabkan penggunaan GPS receiver tersebut menjadi tidak efektif, karena data yang ditampilkan tidak lengkap. GPS receiver juga tidak mempunyai kemampuan untuk mengetahui atau memperkirakan nilai koordinat di tempat lain, kecuali nilai-nilai koordinat dari suatu rute tracking yang direkam dan disimpan dalam memori GPS receiver. Penelitian ini dimaksudkan untuk merancang dan merealisasikan sistem yang mampu menampilkan peta digital di layar notebook dan mampu mengkonversi data GPRMC ke layar peta, maka perlu dibangun suatu aplikasi yang berbasis
Global Position System (GPS) Global Positioning System (GPS) adalah sistem radio navigasi berbasis satelit yang memberikan pengukuran berdasarkan satelit GPS untuk penentuan posisi dan waktu yang akurat di mana pun di bumi ini selama 24 jam per hari dalam segala waktu, tempat, dan cuaca. Satelit GPS sendiri
32
Jurnal Litek Volume 7 Nomor 1, Maret 2010: hal. 32-37 berjumlah 24 satelit yang terbagi dalam 6 bidang orbit sehingga masing masing orbit ditempati 4 satelit dengan interval yang tidak sama. Hal ini bertujuan untuk menghasilkan probabilitas penampakan satelit secara maksimal di setiap tempat di permukaan bumi. Orbit satelit GPS sendiri berinklinasi 55 derajat terhadap bidang ekuator dengan ketinggian rata-rata dari permukaan bumi 20.200 km, dan dengan berat 800 kg maka satelit akan bergerak dengan kecepatan kira-kira 4 km/det dengan periode 11 jam 58 menit atau 2 kali dalam sehari dalam suatu orbit yang sangat presisi dan mentransmisikan sinyal informasi ke bumi. GPS receiver mengambil informasi ini dan menggunakan triangulation untuk menghitung lokasi user. Seperti yang terlihat pada Gambar 1.
yang akurat, GPS receiver kemudian mengambil referensi satelit yang keempat.
Gambar 2. GPS dengan prinsip trianguler
Alat Penerima Sinyal GPS Alat penerima sinyal GPS merupakan suatu peralatan yang akan menerima, memproses dan menyajikan data yang diinginkan oleh pengguna. Data berupa koordinat sebagai penentu posisi, kecepatan, dan waktu akan ditampilkan pada layar tampilan dalam bentuk teks maupun grafis. Adapun parameter–parameter data pendukung sepeti kecepatan vertikal, suhu ataupun jarak tujuan merupakan kelengkapan tambahan dari produsen dan sangat bergantung pada harga, kualitas komponen, dan tentunya juga berpengaruh terhadap ketelitian data yang diinginkan. Gambar 3 menunjukkan salah satu contoh GPS receiver untuk sipil.
Gambar 1. Konstelasi satelit GPS Konsep Penentuan Posisi Penentuan posisi GPS didasarkan pada satelit ranging, yaitu pengguna dapat mengetahui jarak dari orbit satelit untuk menentukan posisi yang akurat. Secara mudah dapat dijelaskan bahwa setelit GPS memancarkan time signal yang sangat akurat karena time signal ini diterima oleh GPS receiver yang juga mempunyai jam sendiri yang akurat. Dari pengukuran melalui satu satelit akan diperoleh posisi GPS receiver di dalam lingkaran (sphere) dengan titik pusat satelit yang bersangkutan. Dengan menggunakan dua satelit akan diperoleh posisi dalam satu garis yang merupakan perpotongan dua lingkaran. Dengan mempergunakan tiga satelit akan diperoleh dua posisi dari perpotongan dua lingkaran. Jadi dengan tiga satelit akan diperoleh dua posisi, tapi satu posisi bisa ditolak komputer karena menunjukkan posisi yang keliru. Oleh karena itu sistem ini disebut juga sistem triangular, yaitu sistem penggunaan tiga konstelasi satelit sekaligus, sebagaimana ditunjukkan dalam Gambar 2. Dengan sistem tersebut tentunya pengukuran waktu harus sangat tepat dan jam yang digunakan harus sangat akurat. Di dalam teknologi satelit ketepatan jam tersebut bisa diperoleh karena jam yang dipakai adalah jam atom yang dapat mencapai ketepatan hingga nanoseconds (satu per semilyar detik). Untuk memperoleh posisi dan waktu
Gambar 3. Penerima sinyal GPS Standar NMEA 0183 Ide dasar pengiriman data dalam bentuk NMEA 0183 adalah mengirimkan sebaris data karakter yang ditampilkan dalam bentuk format text ASCII (beserta carriage return and line feed) dan dikirimkan dengan salah satu pilihan baudrate 1200 atau 2400 atau 4800 atau 9600 bps sesuai dengan kebutuhan. Setiap data yang dikirim tersebut menggunakan “ kalimat-kalimat” dan tiap kalimat diawali dengan karakter “$” ataupun karakter tertentu, dua huruf “talker ID”, tiga huruf “sentence ID”, diikuti dengan sejumlah data yang dipisahkan oleh koma dan diakhiri dengan optional checksum, carriage/return (CR) and line feed (LF) . Satu
37
Jurnal Litek Volume 7 Nomor 1, Maret 2010: hal. 32-37 kalimat “santence” bisa terdiri atas 82 karakter termasuk “$” dan “CR/LF”. Field checksum optional terdiri atas karakter “*” dan dua digit hexadecimal yang menunjukkan operasi exclusive Or, dan dari semua karakter diantaranya, namun tidak termasuk tanda “$” dan “*”.
Rancangan Perangkat Lunak Perancangan perangkat lunak disini menggunakan bahasa pemrograman Visual Basic 6.0, dimana tampilan menu dalam bentuk form visual yang kompatibel dengan Windows XP. Adapun Flow chart aplikasi estimator dengan GPS ditunjukkan dalam Gambar 6. ketika perangkat GPS telah dihubungkan dengan laptop, dan program estimator posisi telah dijalankan. Maka untuk mendapatkan status terkoneksi antara laptop dan GPS, perlu dipilih port serial yang digunakan. Selanjutnya peta digital dapat buka (load). Dalam hal ini peta digital yang digunakan adalah peta digital kota Lhokseumawe. Berikutnya adalah melakukan kalibrasi peta, yang bertujuan untuk membuat seluruh permukaan (pixel) peta memiliki nilai koordinat lintang dan bujur. Caranya adalah dengan menentukan titik kalibrasi pada peta digital minimal dua titik, kemudian dimasukkan nilai-nilai koordinat acuan yang telah diambil dengan GPS receiver. Setelah dikalibrasi, jika terdapat data koordinat baru yang muncul dari GPS maka titik lokasi user tersebut akan menyesuaikan sebagaimana titik lokasi yang sebenarnya. Jika proses tracking dilakukan, maka data GPRMC dikirim dan ditampilkan pada peta digital. Tracking akan terus dilakukan sampai user melakukan stop tracking dari tampilan program estimator posisi.
II. METODE PENELITIAN Metode penelitian yang digunakan adalah mengkonfigurasikan komunikasi dua perangkat keras dan membangun (men-develop) aplikasi perangkat lunak untuk tracking GPS dan estimator posisi. Setelah aplikasi software dapat diselesaikan, maka untuk selanjutnya juga diperlukan beberapa input data posisi sebagai referensi untuk kalibrasi peta digital. Untuk menunjang proses ini maka pada penelitian ini juga melibatkan metode pengambilan sampel data di lapangan (daerah yang di-tracking) berupa data posisi dengan menggunakan perangkat GPS receiver. Pada penelitian ini, data koordinat diambil di kota Lhokseumawe dan sekitarnya. Konfigurasi Perangkat Keras Konfigurasi dari dua perangkat keras, dalam hal ini adalah notebook dan GPS receiver adalah sebagaimana yang ditunjukkan dalam Gambar 4. Sedangkan algoritma dari aplikasi yang dibuat adalah sebagaimana flow chart yang ditunjukkan dalam Gambar 5. Pada saat estimator posisi berbasis GPS mulai dijalankan, maka sistem akan melakukan inisialisasi atau deteksi port serial. Karena perangkat penerima GPS dihubungkan dengan laptop menggunakan kabel serial, sehingga dalam hal ini notebook harus diatur sedemikian rupa hingga dapat mengenali “new device” yang berupa GPS receiver. Disini metode pembacaan peta geografis adalah metode piksel, sehingga semua peta digital dengan format gambar yang umum dapat kompatibel dengan aplikasi yang ingin dibuat, seperti format gambar bmp, gif dan jpeg. Setelah kalibrasi selesai dilakukan, maka estimator posisi telah siap untuk dipakai. Selanjutnya user dapat membuat keputusan untuk melakukan tracking atau tidak. Jika dilakukan tracking, maka GPS receiver akan mengirimkan data gprmc secara terus menerus, kemudian ditampilkan titik posisi/pergerakan user atau kendaraan ke peta digital, Proses ini akan terus dilakukan hingga user menghentikan tracking.
Mulai
Inisialisasi Port Serial
Load Peta Digital Pilih titik kalibrasi peta Masukkan nilai koordinat
Kalibrasi Peta
Estimator Ready
Tracking? T Y Kirim data GPRMC
Tampilkan ke Peta
Kabel serial
Stop tracking?
GPS
T
Laptop Y
Gambar 4. Konfigurasi hubungan perangkat GPS receiver dengan Laptop
selesai
Gambar 5. Flow chart aplikasi tracking dan estimator dengan GPS
36
Jurnal Litek Volume 7 Nomor 1, Maret 2010: hal. 32-37 III.
pada sebelah kanan peta menunjukkan nilai-nilai lokasi piksel titik yang di-klik dalam peta pada sumbu X dan sumbu Y.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Kalibrasi Peta Peta dikalibrasi dengan cara memasukkan beberapa titik koordinat lintang dan bujur (minimal dua titik) dalam peta sebagai titik acuan kalibrasi, peta yang digunakan adalah peta dengan format gambar seperti GIF, JPEG, atau bitmap. Langkah awal sebelum kalibrasi peta adalah mengambil beberapa titik koordinat dengan GPS receiver. Pada penelitian ini data koordinat diambil dalam wilayah Kota Lhokseumawe. Beberapa titik koordinat acuan yang telah diambil yaitu: Simpang Polantas Cunda Lhokseumawe dengan koordinat N: 05o10.388 dan E: 97o07.858, simpang IV Masjid Baiturrahman Lhokseumawe dengan koordinat: N: 05o10.814 dan E: 97o08.694 dan Kantor Pos dengan koordinat N: 05o10.741 dan E:97o08.893. Setelah port COM dipilih, maka muncul menu utama Program Pemetaan Data GPS untuk monitoring kendaraan, jika port yang dipilih sudah sesuai dan kabel serial terkoneksi dengan baik, maka akan muncul tampilan utama seperti ditunjukkan dalam Gambar 6.
Gambar 7 Tampilan hasil load peta Gambar 8 menunjukkan form kalibrasi peta yang telah diisi dengan nilai koordinat di sekitar Bundaran Cunda Lhokseumawe, titik kalibrasi harus dimasukkan minimal dua titik koordinat. Titik kalibrasi kedua pada pengujian ini diambil di sekitar Kantor Pos Lhokseumawe dengan koordinat N: 05o10.741 dan E:97o08.893, kemudian klik “Map Calibration” untuk dikalibrasi petanya oleh program. Gambar 9 menunjukkan hasil peta yang telah dikalibrasi.
Gambar 6 Tampilan Menu Utama Langkah selanjutnya adalah membuka (open) peta, dalam hal ini tracking dilakukan di kota Lhokseumawe, jadi peta yang akan dikalibrasi adalah peta Kota Lhokseumawe. Hasil load peta ditunjukkan dalam Gambar 7, peta ini dapat di search dengan GoogleEarth (www.google.com) dengan format gif mencakup wilayah kota Lhokseumawe dan sekitarnya. Setelah peta di-open, akan muncul pesan “Anda Harus Mengkalibrasi Peta Sebelum Peta ini Digunakan”, klik OK untuk mengkalibrasi peta. Kalibrasi dilakukan dengan cara meng-klik pada suatu titik di peta yang telah diambil koordinatnya dengan GPS receiver. Pada pengujian ini diambil salah satu titik koordinat acuan untuk kalibrasi adalah Simpang Polantas Cunda dengan koordinat N: 05o10.388’ dan E: 97o07.858’. Maka akan muncul kolom-kolom untuk pengisian nilai-nilai koordinat posisi dalam derajat, menit dan detik, baik dalam posisi lintang maupun bujur. Pada sebagian perangkat GPS receiver, nilai detik tidak ditampilkan, tapi telah dikonversi ke dalam menit. Nilai X dan Y
Gambar 8 Form kalibrasi peta telah diisi dengan nilai koordinat
Gambar 9 Peta yang telah dikalibrasi
37
Jurnal Litek Volume 7 Nomor 1, Maret 2010: hal. 32-37 dengan perangkat GPS receiver, data dari perangkat GPS ini menjadi data acuan utama untuk menguji tingkat validitas hasil yang diperoleh terhadap data estimasi dalam penelitian ini. Sementara kolom keempat menunjukkan data koordinat lokasi hasil estimasi dengan jumlah data pengujian keseluruhan yang diestimasi sebanyak 15 lokasi
Estimator Posisi Suatu peta digital yang telah dikalibrasi akan menjadi estimator posisi untuk setiap titik lokasi yang ada dalam peta tersebut (Gambar 10). Artinya setelah menjadi suatu estimator posisi, maka setiap lokasi (píxel) dalam peta dapat diketahui koordinat lintang dan bujurnya tanpa memerlukan perangkat GPS receiver lagi. Titik merah dalam peta dapat dipindahkan dengan cursor ke setiap píxel peta, dan dengan sendirinya nilai-nilai koordinat akan berubah sesuai dengan titik lokasi koordinat yang ditempatkan.
Gambar 11 Estimasi posisi di Simpang Masjid Raya Baiturrahman .Tabel 1 Data Pengujian Estimasi Posisi di Kota Lhokseumawe Gambar 10 Estimasi posisi di Simpang Jln PaseSukaramai Lhokseumawe Gambar 10 menunjukkan estimasi nilai koordinat di sekitar Persimpangan Jalan PaseSukaramai Lhokseumawe, koordinat yang terlihat pada sisi kanan peta adalah 97,14909o BT (bujur timur) dan 5,17478o LS (lintang selatan). Nilai koordinat yang ditampilkan ini adalah nilai pendekatan berdasarkan dua titik koordinat referensi yang dilakukan untuk kalibrasi. Hasil pengamatan dengan GPS Receiver pada titik yang sama diketahui nilai koordinatnya adalah 97o 08.941 BT dan 05o 10.504 LS. Jika diubah ke dalam derajat menjadi 97,14902o BT dan 5,17507o. Disini terdapat perbedaan sebesar 0,00007o BT dan 0,00029o LS. Dengan cara yang sama, jika titik merah (titik lokasi) dipindahkan ke lokasi yang lain, misalnya Simpang Masjid Raya Baiturrahman Lhokseumawe dalam Gambar 11, diperoleh koordinat estimasi sebesar 97,14483 BT o dan 5,18042o LS. Pengamatan koordinat pada titik yang sama dengan perangkat GPS Receiver diketahui 97 o 08.694 BT dan 5o 10.814 LS. Jika diubah ke dalam derajat menjadi 97,1449o BT dan 5,18023o LS. Terdapat perbedaan sebesar 0,00007o BT dan 0,00019o LS. Kesalahan dan perbedaan pembacaan dapat terjadi karena akurasi GPS Receiver yang terbatas. GPS Receiver Garmin Etrex memiliki akurasi sekitar 15 meter. Penyimpangan juga dapat terjadi akibat kesalahan penempatan titik koordinat kalibrasi peta digital. Data pengujian selengkapnya ditunjukkan dalam Tabel 1, dimana data pada kolom ketiga adalah data koordinat lokasi yang diamati
No
Lokasi Pengujian di Lhokseumawe
Data Koordinat dengan GPS
1
Wisma Selat Malaka
2
Terminal Bus
3
Sp. Kuta Blang
4
Bank Indonesia
5
Sp. Jln Chik Di Tiro
6
Mercusuar
7
Lestari
8
Terminal Baru
9
Kantor Bupati
10
Depo Pertamina
11
Kantor BKD
5,17508o LU ; 97,12828o BT 5,17870o LU ; 97,13230o BT 5,18273o LU ; 97,13843o BT 5,18165o LU ; 97,14167o BT 5,17962o LU ; 97,14650o BT 5,17748o LU ; 97,15337o BT 5,17762o LU ; 97,15098o BT 5, 17435o LU ; 97,14647o BT 5,17822o LU ; 97,14082o BT 5,19235o LU ; 97,14675o BT 5,18390o LU ; 97,15005o BT 5,17347o LU ; 97,15098o BT 5,17507o LU ; 97,14902o BT 5,18023o LU ; 97,14490o BT 5,17400o LU ; 97,13712 BT
12 13 14 15
Pojok Terminal Lama Sp. Jln PaseSukaramai Masjid Baiturrahman Stadion Tunas Bangsa
Data Koordinat Hasil Estimasi 5,17536o LU; 97,12838o BT 5,17831o LU; 97,13256o BT 5,18298 LU; 97,13884o BT 5,18199 LU; 97,14171o BT 5,17986 LU; 97,14645o BT 5,17787 LU; 97,15298o BT 5,17784 LU; 97,15016o BT 5,17431 LU; 97,14656o BT 5,17831 LU; 97,14087o BT 5,19230 LU; 97,14683o BT 5,18375 LU; 97,15026o BT 5,17332 LU; 97,15018o BT 5,17499 LU; 97,14880o BT 5,18047 LU; 97,14479o BT 5,17403 LU; 97,13715o BT
Dari data pengujian dalam Tabel 1 dapat diketahui bahwa kesalahan estimasi tertinggi dalam
36
Jurnal Litek Volume 7 Nomor 1, Maret 2010: hal. 32-37 lintang adalah 0,00039o (Mercusuar) dan kesalahan terendah adalah 0,00003o (Stadion Tunas Bangsa), sementara kesalahan estimasi tertinggi dalam bujur adalah 0,00082o (Lestari) dan kesalahan estimasi terendah adalah 0,00003o (Stadion Tunas Bangsa). Jika dilihat hasil secara keseluruhan, maka kesalahan estimasi rata-rata dalam lintang adalah 0,00020 derajat dan kesalahan estimasi rata-rata dalam bujur adalah 0,00024 derajat atau 0,012 detik LU dan 0,0144 BT. Ini artinya bahwa kesalahan yang terjadi masih dalam skala yang kecil dalam orde detik. IV. KESIMPULAN Dengan tingkat validitas yang telah diperoleh, maka sistem estimator yang dibangun disini dapat digunakan untuk memperkirakan koordinat suatu lokasi dalam peta digital. Selisih hasil estimasi dengan data koordinat dengan penerima GPS dapat terjadi karena penempatan titik estimasi pada peta digital tidak tepat sebagaimana titik pengambilan yang sebenarnya, dan GPS receiver yang digunakan disini juga memiliki akurasi yang terbatas sekitar 15 meter. DAFTAR PUSTAKA Agung,
Stefanus. 2004. Penentuan Posisi Absolut Mode Kinematik Memanfaatkan GPS dan Aplikasi SMS Berbasis Mikrokontroler AT- 89S8252. Teknik Elektro Universitas Gadjah Mada. Yogyakarta
Barrett, Mike. 2005, Garmin eTrex GPS Receiver Review. http://www.pocketgps world.com/garminetrex.php. Laudi. H. 2005. Perancangan dan Pembuatan Sistem Informasi dengan Menggunakan Teknologi GPS Berbasis G2 MEXML-RPC. ITS: Surabaya Zaini, Ahmed. 2005. Pelacak Posisi dan Sistem Keamanan Kendaraan Menggunaan GPS, Microkontroler 89C51, GSM, dan PC Melalui SMS. IES 2005. PENS-ITS, Surabaya NMEA
Protocols, http://nmeatool.nmea2000.de/download/018 3.pdf
37
