JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) 1-6
1
Perancangan Sistem Kendali Lintasan Kapal pada Alur Pelayaran Sempit dan Dangkal berbasis Kepakaran Agni Rohmana Anggraini (4206 100 054) Dosen Pembimbing Dr. Ir. AA. Masroeri, M.Eng dan Indra Ranu Kusuma. ST. M.Sc Jurusan Teknik Sistem Perkapalan, Fakultas Teknologi Kelautan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 E-mail:
[email protected] Abstrak— Tujuan dari Tugas Akhir ini adalah merancang sebuah sistem kendali lintasan kapal berbasis kepakaran untuk. Dengan menentukan lintasan kapal pada daerah yang sempit dan dangk al diharapkan dapat membantu kapal – kapal yang melintas di area tersebut dengan menggunakan beberapa peralatan misalnya rudder, satelit GPS serta dapat meningkatkan maneuver kapal. Disini menggunakan wilayah Kepulauan Riau, karena 95% wilayahnya adalah lautan dan merupakan jalur padat pelayaran. Perancangan kendali lintasan ini menggunakan 3 masukan yaitu tinggi arus, error yaw, yawrate, dan 1 keluaran yaitu sinyal command rudder. Simulasi dilakukan terhadap kendali lintasan yang telah dirancang dengan dipengaruhi gangguan gelombang sesuai kondisi lautan di Kepulauan Riau. Berdasarkan hasil simulasi, kendali yang telah dirancang mampu memenuhi lintasan sesuai yang diinginkan, Sistem pengendalian yang telah dirancang dapat pula digunakan untuk simulasi dengan berbagai koordinat lintasan, tidak hanya di Kepualaun Riau.
(port entrance). Alur pelayaran harus memperhatikan besar kapal yang akan dilayani (panjang, lebar, berat, dan kecepatan kapal), jumlah jalur lalu lintas, bentuk lengkung alur yang berkaitan dengan besar jari – jari alur tersebut. Karena perbedaan antara perkiraan dan realisasi sering terjadi, maka penyediaan alur perlu dilakukan untuk mengantisipasi kehadiran kapal-kapal besar. Suatu penelitian tentang karakteristik alur perlu di evaluasi terhadap pergerakan trafik yang ada, pengaruh cuaca, operasi dari kapal nelayan, dan karakteristik alur tersebut. Dengan semakin meningkatnya perekonomian dunia maka penggunaan transportasi laut semakin padat, khususnya pada daerah sempit, seperti selat dan kanal, ataupun daerah yang terkonsentrasi seperti pelabuhan dan persilangan lintasan lalu lintas pelayaran yang dapat menimbulkan resiko tinggi untuk terjadinya kecelakaan pelayaran, baik berupa tabrakan sesama kapal ataupun bahaya pelayaran lainnya seperti bangkai kapal atau kandas di kedalaman yang dangkal. Lintasan diasumsikan sudah berdasarkan jalur pelayaran Dinas Pelayaran setempat dan variable yang dikendalikan adalah posisi kapal sehingga mampu memenuhi pencapaian target pemenuhan lintasan (track keeping), selain itu juga berguna untuk meminimalisasi terjadinya kecelakaan kapal, sehingga kedepannya nanti dapat digunakan untuk kemajuan dibidang tekno;ogi terutama pada bidang kemaritiman indonesia.
Kata Kunci—arus,sistem pakar,lintasan kapal,rudder.
I. PENDAHULUAN Alur pelayaran di perairan Indonesia sangat berfariasai ditinjau kedalaman dan lebar alurnya. Kapal yang melewati perairan yang dangkal dan sempit membatasi kemampuan manuver yang baik. Dalam rangka meningkatkan keselamatan kapal khususnya kapal yang berlayar pada area yang dangkal dan sempit. Skripsi ini akan merancang sebuah system kendali lintasan kapal sehingga kapal selalu pada trayeksi yang telah ditentukan. Dengan adanya perkembangan ilmu dan teknologi saat ini maka sangat diperlukan sebuah upaya untuk merancang system kendali dimana system kendali ini dapat beroperasi pada alur pelayaran sempit dan dangkal. Alur pelayaran mempunyai fungsi untuk memberi jalan kepada kapal untuk memasuki wilayah pelabuhan dengan aman dan mudah dalam memasuki kolam pelabuhan. Fungsi lain dari alur pelayaran adalah untuk menghilangkan kesulitan yang akan timbul karena gerakan kapal kearah atas (minimum ships maneuver activity) dan gangguan alam, maka perlu bagi perencanaan untuk memperhatikan keadaan alur pelayaran (ship channel) dan mulut pelabuhan
1.
Tinjauan Pustaka
1.1. Fungsi Alih dari Dinamika Kapal Dengan 𝑣𝑣 = [𝑢𝑢, 𝑣𝑣, 𝑟𝑟]𝜏𝜏 yang merupakan bentuk vektor kecepatan. M dan D merupakan matrik inersia dan redaman yang diperoleh dari linierisasi persamaan gaya dan momen pada arah surge, sway, dan yaw. Persamaan kecepatan dan system kemudi kapal akan sesuai berdasarkan beberapa asumsi yaitu:
Mν + Dυ = τ L a. b.
(1)
Distribusi masa homogen dan bidang xz simetris (Ixy=Iyz=0) Mode heave, roll and pitch dapat diabaikan (ω = p = q = ω = p = q = 0 )
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) 1-6
2
K=
Kemudian gunakan asumsi diatas ke dalam persamaan : Surge : m( u – νr – xGr2) = X
(2)
Sway : m(ν +ur+ xG r ) = Y
(3)
Yaw : Iz r + mxG(ν + ur) = N
(4)
dari
det (N) = Yv (N r − mxGu ) − N v (mu0 − Yr )
n11= b1 =
(5)
b2 =
− Yv
(6)
n21b1 − n11b2 det( N )
(8)
m21b1 − m11b2 det( N )
(9)
Y b= δ Nδ
(10)
Dimana elemen mij, nij dan bi ( i = 1,2 dan j = 1,2) didapatkan dari matriks berikut:
m − Yv mx G − N v − Yυ Nυ
N(uo)=
(16)
(I z − N r )Yδ − (mxG − Yr )N δ
(17)
(m − Yv )N δ − (mxG − N v )Yδ
(18)
det M
det M
hidrodinamika kapal, dimana m = massa kapal,
n m + n22 m11 − n12 m21 − n21 m12 T1 + T2 = 11 22 det( N ) (7)
M=
, n21= N v
Pada matriks M dan N diatas mengandung parameter
det (M ) T1T2 = det ( N )
K R T3 =
(14)
dt(M)= (m − Yv )(I z − N r ) − (mxG − N v )(mxG − Yr ) (15)
Parameter – parameter dari fungsi alih diatas diperoleh
KR =
(13)
dengan
2.2 Fungsi alih dari kapal Model Plant dari dinamika manuvering kapal didapatkan dari pendekatan yang dilakukan oleh Nomoto (1957) sebagai bentuk matematis orde 1 dan 2. Di bawah ini adalah fungsi alih dari model Nomoto :
( ) ψ (s ) = K R 1 + T3 s s (1 + T1 s )(1 + T2 s ) δR
n21b2 − n11b1 det(N)
mx G − Yr I z − N r
mu 0 − Yr mxG u 0 − N r
(11)
(12)
Dimana elemenParameter dalam penentuan gain kendali yang diturunkan Nomoto berdasarkan linierisasi dari model Davidson dan Schiff (1946), dimana bentuk persamaan gain kendali Nomoto adalah :
Yv = turunan
v , Yr = turunan gaya yaw terhadap r , N r = turunan momen yaw terhadap r , Yv = turunan gaya
gaya arah sway terhadap
arah sway terhadap v, Yr = turunan gaya arah yaw terhadap r,
N v = turunan momen sway terhadap v, N v = turunan momen
sway terhadap v , N r = turunan momen yaw terhadap r, xG = pusat massa. Pada pendekatan teori slender body strip turunan koefirien hidrodinamika dapat dinyatakan sebagai fungsi dari rasio panjang terhadap lebar dari kapal, dengan dikalikan sebuah konstanta 2.4 Model Dinamika Rudder Sebuah actuator yang bekerja berdasarkan perintah dari sinyal kendali, dan aksi dari actuator akan menyebabkan terjadinya gerak sesuai dengan perintah yang diinginkan. Dalam uraian tentang gerakan maneuvering kapal di atas, bahwa actuator yang selama ini digunakan dan terpasang adalah rudder, yang mempunyai kemampuan dalam menjaga arah sesuai dengan perintah. Salah satu yang banyak terpasang di kapal adalah type Van Amorengen, yang mempunyai spesifikasi kemampuan kerja antara -35˚ sampai dengan 35˚, dan laju kerja rudder 21/3 - 7˚/detik 2.5
Perhitungan Heading Kapal System autopilot dapat dinyatakan dalam dua system automatic yaitu course keeping dan track keeping (fossen,1994). Kedua pengendali tersebut sangat berperan pada saat menghindari adanya tumbukan dengan kapal atau benda lain. Kendali autopilot klasik meliputi pengendalian pada course angel φ. Untuk perhitungan sudut heading antara dua titik yaitu didekati dengan rumus:
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) 1-6
Ψd (23)
= arctan
3
𝑦𝑦(𝑡𝑡)−𝑦𝑦 (0) 𝑥𝑥(𝑡𝑡)−𝑥𝑥(0)
Persamaan di atas memerlukan sign test untuk memastikan bahwa φ𝑑𝑑 proper quadrant. Sudut heading hanya dapat diubah dalam tiap-tiap point. Oleh karena itu overshoot harus diamati ketika terjadi perubahan titik poin. pada rancangan penelitian ini penentuan lintasan dilakuakan dengan mengkonversi satuan derajat menjadi jarak. Untuk mengkonversi derajat ke jarak dapat dinyatakan sebagai berikut:
2.
Metodologi Penelitian STAR
STUDI LITERATUR PENGAMBILAN DATA
1˚= 111,322 km = 111,322 m 1˚= 60 menit 1˚= 3600 detik 2.6 Sistem Pakar Sistem pakar adalah suatu program komputer yang dirancang untuk memodelkan kemampuan penyelesaian masalah dari seorang pakar. Sistem pakar dirancang agar dapat menyelesaikan suatu permasalahan tertentu dengan meniru kerja dari para ahli, sehingga hasil dari implementasi dapat digunakan orang banyak. Sistem pakar bekerja dengan pengetahuan (knowledge) yang diadopsi dari seorang pakar yang sesuai dengan bidang keahliannya. Pengetahuan-pengetahuan tersebut disimpan dalam domain pengetahuan yang selanjutnya digunakan untuk menyelesaikan suatu masalah (Durkin, 1994). Sistem pakar telah banyak diaplikasikan dalam berbagai bidang, misalnya bidang kedokteran, ilmu komputer, hukum, teknik, bisnis, dan hukum. Tipe-tipe permasalahan yang diselesaikan mencakup kontrol, diagnosis, prediksi, analisis, dan perencanaan. Sistem ini banyak ditemui di problem domain yang spesifik dan aplikasi tradisional dan/atau subfield dari Artificial Intelligence (AI). Proses penyelesaian masalah pada sistem pakar hampir sama dengan proses yang dilakukan oleh seorang pakar. Seorang pakar menyimpan domain pengetahuannya di dalam long term memori-nya (LTM). Ketika memberikan konsultasi pada orang lain, seorang pakar akan mengumpulkan fakta-fakta yang terkait tentang permasalahan yang dikonsultasikan dan menyimpannya pada short term memory (STM). Kemudian fakta-fakta tersebut dikombinasikan dengan domain pengetahuan, selama konsultasi berlangsung seorang pakar akan mendapatkan informasi-informasi baru tentang permasalahan yang pada akhirnya didapatkan suatu kesimpulan (Durkin, 1994).
PEMODELAN DINAMIKA KAPAL DAN GANGGUAN PENENTUAN LINTASAN KAPAL PERANCANGAN KENDALI
PENGUJIAN DAN ANALISA Yes SIMULASI
No
KESIMPULAN SELESAI
3.1 Pendahuluan Metodologi penelitian merupakan langkah-langkah yang dilakukan dalam pengerjaan skripsi hingga tujuan dari skripsi dapat tercapai. Metodologi. Dalam pengerjaan skripsi ini terdapat beberapa langkah yang akan diterangkan pada sub bab selanjutnya. 3.2 Tahapan Pengerjaan Skripsi Selama pengerjaantugasakhirini, penulis membagi pengerjaan tugas ini dalam beberapa tahapan pengerjaan. Tahapan pengerjaan tugas akhir ini antara lain : a.
Identifikasi Permasalahan Merupakan hasil identifikasi terhadap permasalahan yang diangkat dalam pengerjaan skripsi. Dari hasil identifikasi masalah dapat ditentukan beberapa langkah yang harus dilakukan dalam
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) 1-6
4
pengerjaan skripsi beserta metode yang diterapkan dalam menyelesaikan masalah yang ada. b.
c.
d.
Studi Literatur Pada tahap ini dilakukan studi literatur terhadap berbagai referensi terkait dengan topik penelitian. Studi pustaka ini dimaksudkan untuk mencari konsep dan metode yang tepat untuk menyelesaikan masalah yang telah dirumuskan pada tahap sebelumnya dan untuk mewujudkan tujuan yang dimaksudkan. Studi pustaka ini termasuk mencari referensi atas teori-teori terkait atau hasil penelitian yang pernah dilakukan sebelumnya.
menentukan alur lintasan kapal yang sesuai dengan keadaan lingkungan tersebut.
e.
Perancangan Kendali Perancangan kendali dengan perekaman data posisi dan kedalaman dilakukan secara otomatis dan simulatan dalam bentuk digital sehingga terhindar dari kesalahan-kesalahan akibat sinkronisasi data posisi dan kedalaman secara manual. Setiap satu lajur ukuran akan disimpan dalam satu file dengan pemberian nama file yang unik sehingga memudahkan untuk pengecekan, pencarian dan pemrosesan data. Semua kegiatan survey pada tahap pelaksanaan ini terintegrasi dan dikendalikan oleh software sehingga terhindar dari human error.. Pada daerah yang cukup terbuka, pengukuran dilakukan menggunakan GPS dengan metode stop and go dan untuk daerah yang relatif tertutup oleh tumbuhan (hutan bakau) pengukuran dilakukan menggunakan total station. Ada 3(tiga) kriteria dalam penetapan garis pantai untuk acuan pengukuran yaitu : * Untuk daerah pantai yang landai maka garis pantai ditetapkan sebagai posisi air pada kondisi pasang tertinggi. * Untuk daerah pantai yang mempunyai hutan bakau garis pantai ditetapkan pada ujung terluar dari hutan bakau tersebut. * Untuk daerah pantai berbentuk tebing garis pantai diambil pada garis batas tebing tersebut. Kerapatan pengukuran untuk garis pantai adalah maksimum 50 m untuk pantai yang relatif lurus (teratur) dan lebih rapat untuk bentuk garis pantai yang tidak teratur. Selain posisi, keterangan mengenai kondisi pantai juga merupakan hal penting yang akan direkam. Pengolahan data dilakukan dengan cara post processing dan selanjutnya data posisi dan keterangan obyek akan menjadi input pada proses penggambaran final. g. Pemrosesan data Tahap pengolahan data merupakan bagian terintegrasi dari rangkaian pekerjaan survey hydrografi secara keseluruhan dengan tujuan untuk mendapatkan data kedalaman yang benar. Beberapa koreksi yang harus dilakukan pada data hasil ukuran kedalaman terjadi akibat kesalahan-kesalahan sebagai berikut: 1). Kesalahan akibat gerakan kapal (sattlement dan squat) 2). Kesalahan akibat draft tranduser 3). Kesalahan akibat perubahan kecepatan gelombang suara, dan 4). Kesalahan lainnya yang perlu untuk diperhitungkan.
f.
Pengujian dan Analisa Pengujian dan analisa data telah dilakukan dengan menggunakan soft ware visual basic dengan rute yang telah ditentukan menjadi 4 region, yang masingmasing region mempunyai arah aliran yang jika kita menginput besar arus, maka rute yang telah ditentukan akan keluar hasilnya.
Pengambilan data Selama penulisan tugas akhir ini, penulis melakukan pengumpulan data untuk pengerjaan skripsi. Data yang didapat untuk menunjang pengerjaan skripsi ini di dapat baik dari internet maupun pengambilan data seacara langsung. Data yang diambil pada pengerjaan skripsi ini adalah pengasumsian lintasan sudah berdasarkan jalur pelayaran Dinas Pelayaran setempat dan variable yang dikendalikan adalah posisi kapal.
Penentuan Lintasan Kapal Lintasan Kapal yang digunakan yaitu pada perairan antara pulau Batam dan Bintan dimana perairan tersebut merupakan salah satu perairan yang sempit dan dangkal sehingga sangat penting unruk
Berikut ini merupakan nilai masukan dari Koordinat lintasan target pelayaran di Kepulauan Riau dengan nilai arus sebesar nol derajat.
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) 1-6
Adanya Rute pelayaran dengan arus sebesar nol atau arus dianggap tidak ada, maka rute akan tampak pada garis berwarna hijau, dimana rute tersebut d ianggap sebagai acuan kapal-kapal berlayar, jika kapal keluar dari rute tersebut maka harus kembali menyesuikan pada alur yang berwarna hijau. Pada alur yang dibuat dibagi menjadi empat region, yang mana masing-masing region memiliki besar arus yang dapat diatur sesuai dengan besar arus yang mungkin terjadi, pada wilayah tersebut. Juga dapat diatur sesuai dengan arah arus. Untuk lebih detailnya dapat dilihat pada lampiran. g.
Simulasi Simulasi dilakukan dengan menggunakan software dimana dengan meninput tinggi arus pada salah satu region yang telah ditentukan maka akan tampak rute kapal yang harus dilalui. Simulasinya menggunakan trayektori yang menghubungkan pulau Batam dan Bintan. Dengan tinggi arus sebagai masukannya untuk menentukan arah alur pelayaran yang harus dilewati.
Gambar diatas menunjukkan arus sebesar 1 m/s pada region 1 dan 2
5
gambar diatas menunjukkan arus 2,5 pada region 1 dan -2,5 pada region 3
gambar diatas menunjukkan arsu -4 pada region 2 dan 4 pada region 4
Gambar diatas menunjukkan arus sebesar 2,5 m/s pada region 1 dan -2 pada region 3
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) 1-6
h.
Kesimpulan Kesimpulan yang dapat diambil dari simulasi yang telah dilaksanakan yaitu :
1. Dengan adanya pembagian lintasan menjadi empat region, memudahkan kapal untuk melintasi wilayah yang sempit dan dangkal. 2. Dengan menggunakan system pakar ini, meminimalisir terjadinya kecelakaan kapal akibat perairan yang dangkal dan sempit. 3. Adanya arus sebagai input data untuk menentukan alur pelayaran pada tiap region, maka didapat alur sesuai dengan besar arus yang telah ditentukan. 4. Arus sebesar 0 m/s sebagai acuan lintasan kapal dimana alur tersebut telah ditentukan sehingga menjadi sebuah lintasan yang menjadi track keeping dinas pelayaran kepulauan Riau. 5. Penambahan kecepatan dapat menggeser koordinat dari jalur semula. Hal tersebut hasil dari uji coba pemrograman. 6. Untuk setiap penambahan kecepatan arus 0.1 m/s positif akan menggeser koordinat dari jalur semula sebesar 12.8km ke selatan 7. Untuk kecepatan arus 0.1m/s negatif, jalur bergeser sekitar 12.8km ke utara. 3.
Ucapan Terimakasih Puji syukur kepada Alloh SWT atas limpahan rahmat, taufik dan hidayahnya sehingga saya dapat mengerjakan tugas akhir ini. Tak lupa pula diucapkan terimakasih kepada seluruh pihak yang telah membantu dan mendukung.
4. Daftar Pustaka a. www.kaskus.us / www.sciencebuddies.org / wikipedia.org b. Fossen, T.I.,“Guidance And Control Of Ocean Vehicles”. c. http://en.wikipedia.org/wiki/Computational_fluid_dynamics d http://wikimapia.org/country/Indonesia/Riau_Kepulauan e. rizianiza, Illa. 2006. Perancangan Sistem Kendali Lintasan Kapal Berbasis Logika Fuzzy : Studi Kasus Kepulauan Riau, Teknik Fisika, ITS Surabaya (TA) f. publisher, andi. “Sistem Pakar dengan Visual Basic”
6
