PENGEMBANGAN SISTEM MONITORING DAN PENGENDALIAN UNTUK SIMULASI AUTOPILOT PADA KAPAL DI PELABUHAN TANJUNG PERAK (Arief Rakhmad Fajri1), Dr. Ir. Aulia Siti Aisyah, MT. 1), Dr. Ir. A. A. Masroeri, M.Eng. 2)) 1) Jurusan Teknik Fisika, Fakultas Teknologi Industri ITS Surabaya Indonesia 60111, email:
[email protected], email:
[email protected] 2) Jurusan Teknik Sistem Perkapalan, Fakultas Teknologi Kelautan ITS Surabaya Indonesia 60111
Abstrak Kepadatan lalu lintas pada Pelabuhan Tanjung Perak menyebabkan kemungkinan untuk terjadi kecelakaan cukup besar. Pembuatan sistem monitoring dan pengendalian merupakan salah satu solusi untuk mengatasi masalah tersebut. Dengan mengembangkan sistem yang sudah dibuat pada penelitian sebelumnya, dibuat suatu sistem yang dapat mensimulasikan manuver beberapa autopilot kapal yang mendekati kondisi sebenarnya dan dapat saling bertukar data, seperti arah, posisi, dan kecepatan kapal. Sistem ini dibuat dengan menggunakan gambar peta perairan alur barat pelabuhan Tanjung Perak untuk menggambarkan gerak manuver kapal pada perairan tersebut. Pengendalian yang digunakan untuk autopilot pada sistem ini adalah Logika Fuzzy dengan Tipe Sugeno dan menggunakan komunikasi klien server. Empat kapal yang disimulasikan yaitu KM Dewi Samudra XV, MV Sinar Bintan, Sinar Jambi, dan KM Dewi Samudra III. Respon pengendalian terbaik terdapat pada KM Dewi Samudra XV dengan maksimum overshoot 4.44 % dan waktu tempuh stabil 210 detik. Error lintasan pada simulasi ini yaitu 120.51 meter, 249.67 meter, 176.6 meter, 120.35 meter untuk masing – masing kapal. Kata kunci : Autopilot, Logika Fuzzy, Klien server, Sistem monitoring, Tanjung Perak.
(motor vasel). Uni chart dengan KM (kapal motor). Mandiri pada tahun 2003. Kecelakaan lain juga terjadi pada tahun 2009, yaitu tabrakan antara dua kapal kontainer, Tanto Niaga dan Mitra Ocean. Kecelakaan ini terjadi ketika kapal Tanto Niaga bersandar di Berlian Jasa Terminal Indonesia (BJTI) Pelabuhan Tanjung Perak. Usaha yang dilakukan dalam mendukung pengurangan terjadinya kecelakaan laut adalah melengkapi kapal dengan sistem monitoring yang berfungsi untuk memantau kapal – kapal di perairan Selat Madura. Sistem yang diharapkan dari penelitian ini adalah sistem yang dapat menyediakan fasilitas agar tiap – tiap kapal dapat saling bertukar data mengenai posisi, arah gerak kapal dan kecepatan kapal. Sistem tersebut akan mendukung suatu sistem Autopilot kapal yang berlayar di perairan Selat Madura. Pada sistem kendali otomatis (Autopilot), dinamika kapal tidak akan lepas dari pengaruh dari lingkungan. Banyaknya gangguan (disturbance) yang sangat dominan mempengaruhi stabilitas sistem. Beberapa gangguan dari lingkungan yang turut mempengaruhi sistem diantaranya adalah gelombang air laut, angin dan arus laut. Tugas akhir ini dilakukan untuk mengembangkan suatu sistem monitoring dan autopilot yang memperhatikan beberapa gangguan dari lingkungan, seperti yang telah dijelaskan sebelumnya. Sistem monitoring yang dibangun merupakan pengembangan dari sistem serupa yang telah disusun sebelumnyasebelumnya. Keluaran dari penelitian ini diharapkan mampu digunakan untuk mendukung sistem autopilot pada kapal di perairan Selat Madura.
I. Pendahuluan Transportasi laut saat ini merupakan salah satu alat yang berperan cukup besar dalam perkembangan industri dan perdagangan. Hal itu disebabkan sebagian wilayah Indonesia terdiri dari perairan yang menyebabkan Indonesia disebut negara maritim. Jika dilihat dari luas wilayah perairan di Indonesia yaitu sebesar 2/3 dari seluruh wilayah negara Indonesia, berdampak meningkatnya jumlah permintaan akan armada kapal baik secara kualitas maupun kuantitas. Salah satu contoh adalah pada Pelabuhan Tanjung Perak Surabaya. Pelabuhan ini mempunyai tingkat kepadatan lalu lintas tertinggi kedua setelah pelabuhan Tanjung Periok. Dengan kondisi lalu lintas yang padat maka kemungkinan untuk terjadi kecelakaan cukup besar jika koordinasi antara menara pengawas dan awak kapal tidak berjalan dengan baik. Upaya yang dikembangkan untuk membantu pengaturan lalu lintas kapal pada Pelabuhan Tanjung Perak adalah diadakannya beberapa unit kapal pandu. Kapal pandu ini berfungsi untuk membantu kapal yang akan bersandar maupun yang akan berlabuh. Kondisi kapal pandu saat ini tidak dilengkapi dengan data mengenai panjang kapal yang akurat, sehingga dapat mengakibatkan terjadinya kecelakaan. Salah satu contoh adalah kecelakaan yang terjadi antara MV
II.Teori Penunjang 2.1 Spesifikasi Kapal Untuk membuat suatu pemodelan yang dapat merepresentasikan dinamika gerak kapal maka diperlukan data spesifikasi kapal yang didapat dari data sebenarnya. Data – data tersebut antara lain : 1. Displacement Adalah berat kapal, kadang-kadang juga diartikan berat kapal bermuatan. Jadi, berat kapal dan muatan (ton). 2. Deadweight Adalah berat total muatan dimana kapal dapat mengangkut dalam keadaan pelayaran optimal (draft maksimum). 3. Bruto Register Tons (brt) 1
4.
5.
6.
7.
8.
Persamaan kecepatan dan sistem kemudi kapal akan sesuai berdasarkan beberapa asumsi, yaitu: a. Distribusi massa homogen dan bidang xz simetris (Ixy = Iyz = 0) b. Mode heave, roll dan pitch dapat diabaikan (ω = p = q = ω = p = q = 0 ) Kemudian asumsi diatas dimasukkan ke persamaan : Surge : m(u–νr–xGr2) = X (2.2)
Adalah volume keseluruhan kapal, dimana 1 brt = 2,83 m3 Netto Register Tons Merupakan ruangan yang disediakan untuk muatan dan penumpang, atau kapasitas muatan ekonomi kapal. Sarat (draft) Bagian kapal yang terendam air dalam keadaan muatan maksimum. Atau jarak antara garis air pada beban yang direncanakan (designed load water line) dengan titik terendah kapal. Panjang total (Overall) Panjang kapal yang fihitung dari ujung depan sampai ujung belakang. Panjang aris air (Length between perpendicular) Panjang antara kedua ujung designed load water line. Lebar kapal (Beam) Jarak maksimum antara dua sisi kapal.
Sway : m(ν& + ur + xGr) = Y
Yaw : Izr + mxG(ν& + ur)= N
(2.3) (2.4)
2.3 Fungsi Transfer pada Manuvering Kapal Model dinamika manuvering kapal didapatkan dari pendekatan yang dilakukan oleh Nomoto (1957) sebagai bentuk matematis orde 1 dan 2. Di bawah ini adalah fungsi transfer dari model Nomoto: ( ) ψ (2.5) (s ) = K R 1 + T3 s δR s (1 + T1 s )(1 + T2 s ) Parameter – parameter dari fungsi transfer diatas diperoleh dari : det(M ) (2.6) TT =
2.2 Model Dinamika Kapal Secara umum gerakan yang dialami sebuah kapal ketika melaju di lautan ada 2 macam, yaitu gerakan translasi dan rotasi. Gerak translasi kapal dibagi menjadi tiga, yaitu heave, surge, dan sway. Gerakan yaw adalah gerakan memutar ke samping, gerakan heave adalah gerakan ke atas, gerakan roll adalah gerakan memutar ke bawah, gerakan surge adalah gerakan maju, gerakan sway adalah gerakan ke samping, dan gerakan pitch adalah gerakan memutar ke depan. Secara keseluruhan, gerakan kapal diilustrasikan pada Gambar 1.
det( N )
1 2
T1 + T2 = KR =
n11m22 + n22 m11 − n12 m21 − n21m12 det( N )
n 21b1 − n11b2 det( N )
K R T3 =
m 21b1 − m11b2 det( N )
(2.7) (2.8) (2.9)
Dimana elemen mij, nij dan bi ( i = 1,2 dan j = 1,2) didapatkan dari matriks berikut: M= m−Yv& mxG −Yr& ,N(uo)= − Yυ mu0 − Yr (2.10) mx − N I − N N mx u − N r& G 0 r G v& z υ b1 =
(I z − N r& )Yδ − (mxG − Yr& )N δ
det M (m − Yv& )N δ − (mxG − N v& )Yδ b2 = det M
(2.14) (2.15)
Pada matriks M dan N diatas mengandung parameter hidrodinamika kapal, dimana m = massa kapal, Yv& = turunan gaya arah sway terhadap v& , Yr& = turunan gaya yaw terhadap r& , N r& = turunan momen yaw terhadap r& , Yv = turunan gaya arah sway terhadap v, Yr = turunan gaya arah yaw terhadap r, N v = turunan
Gambar 1 Gerakan pada Kapal
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 koefisien hidrodinamika dapat dinyatakan sebagai fungsi dari rasio panjang terhadap lebar dari kapal, dengan dikalikan sebuah konstanta tertentu. Smitt (1970), Norrbin (1971) dan Inoue (1981) mengembangkan suatu rumusan secara empiris dari beberapa persamaan turunan koefisien hidrodinamika yang dikemukakan oleh Clarke (1982).
Bentuk umum persamaan kendali manuvering kapal dinyatakan dalam bentuk : (2.1) M ν& + Dυ = τ L T dengan ν = [u, v, r] merupakan vektor kecepatan, yang nantinya akan diturunkan dalam bentuk pemodelan kedalam dua range frekuensi, yaitu frekuensi rendah dan frekuensi tinggi, dan τL merupakan vektor kendali gaya dan momen. M dan D merupakan matrik inersia dan redaman yang diperoleh dari linierisasi persamaan gaya dan momen pada arah surge, sway dan yaw. 2
Fuzzifikasi berfungsi untuk mentransformasikan sinyal masukan yang bersifat crisp ke himpunan fuzzy dengan menggunakan operator fuzzifikasi. Dalam fuzzifikasi terdapat fungsi keanggotaan himpunan fuzzy, merupakan sebuah kurva yang menggambarkan pemetaan dari masukan ke derajat keanggotaan antara 0 dan 1. Basis Pengetahuan berisi basis data dan aturan dasar yang mendefinisikan himpunan fuzzy atas daerah–daerah masukan dan keluaran dan menyusunnya dalam perangkat aturan kendali. Logika Pengambil Keputusan merupakan inti dari logika fuzzy yang mempunyai kemampuan seperti manusia dalam mengambil keputusan. Aksi atur fuzzy disimpulkan dengan menggunakan implikasi fuzzy dan mekanisme inferensi fuzzy. (2.29) Defuzzifikasi berfungsi untuk mentransformasikan kembali nilai yang bersifat fuzzy menjadi nilai sebenarnya yang bersifat crisp dengan menggunakan operator defuzzifikasi.
2.4 Konsep Untuk Mengikuti Lintasan Kapal memasuki maneuver dengan melintas dari satu garis menuju garis lain sepanjang busur lengkung di sekitar titik lintasan. Pada akhir maneuver ini heading yang diharapkan berikutnya harus diketahui untuk segmen garis lurus berikutnya. Apabila P menjadi sebuah set titik alur yang ditentukan P={P1,P2,P3…Pi…, Pn} dan kapal bergerak pada segmen Pi-1Pi. Posisi kapal dinotasikan dengan pasangan (x(t),y(t)), dihitung dari persamaan kinematika kapal. Titik alur yang diharapkan adalah (xd,yd) = (xi,yi). Heading yang diharapkan dapat diperoleh dari
Harus diperhatikan bahwa persamaan tersebut untuk memilih quadran yang tepat untuk Ψd.
2.6 Sistem Monitoring Sistem monitoring merupakan sistem yang berfungsi sebagai monitoring dari posisi, kecepatan, arah dan lintasan kapal pada daerah pelayaran tertentu. Informasi dari data diperoleh dari stasiun monitor berdasarkan pengumpulan data mengenai transportasi kapal. Data tersebut memberikan informasi tentang posisi, dan waktu. Dari dua data ini dapat dihitung kecepatan dan arah kapal, sehingga dapat diinformasikan ke stasiun monitor di darat mengenai posisi, arah dan kecepatan kapal. Data yang tersimpan dalam stasiun monitor digunakan untuk proses dalam penentuan kinerja pengendali. Teknologi client server muncul untuk menjawab semakin besarnya jumlah masalah dan data yang harus diselesaikan. Clientserver mengoptimalkan jaringan dan resource komputer yang ada.
Gambar 2 Konsep Belok dalam Pemenuhan Lintasan 2.5 Konsep Logika Fuzzy Logika fuzzy pertama kali dikenalkan oleh Lotfi A. Zadeh, professor ilmu pengetahuan komputer dari Universitas California, Barkeley. Pada tahun 1965, Zadeh memodifikasi teori himpunan dimana setiap anggotanya memiliki derajat keanggotaan yang bernilai kontinu antara 0 sampai 1. Himpunan ini disebut himpunan kabur (Fuzzy Set). Beberapa kelebihan yang dimiliki oleh logika fuzzy sehingga dunia ilmu pengetahuan memahami mengapa menerapkan penggunaan logika fuzzy, yaitu : a. Konsep logika fuzzy mudah dimengerti, dimana konsep matematis yang mendasari fuzzy sangat sederhana dan mudah dimengerti. b. Logika fuzzy bekerja didasarkan pada bahasa alami. c. Logika fuzzy memiliki toleransi terhadap data-data yang tidak tepat. d. Logika fuzzy mampu memodelkan fungsi-fungsi nonlinier yang sangat kompleks. e. Logika fuzzy dapat bekerja sama dengan teknikteknik kendali secara konventional.
Gambar 3 Arsitektur Sistem Client Server 2.7 Hasil Penelitian Sistem Monitoring dan Control Kapal di Pelabuhan Tanjung Perak Sebelumnya.
Fungsi dari struktur dasar logika fuzzy adalah :
Gambar 4 Data Sistem Monitoring yang Dibangun Tahun 2008 3
Nama Kapal
Tipe Kapal Lpp U B T Xg M Cb
Gambar 5 Sistem M&C yang Dibangun Tahun 2008[2] Pada sistem M&C terdahulu yang dibangun adalah dialur barat pelayaran Tanjung Perak Surabaya, kapal yang ditunjukkan adalah kapal acak, atau kapal campuran sebanyak 4 jenis kapal antara lain: KM Tidar, Tirta Samudra-XVI, MT. Cendrawasih P.3005, KT. Waruna Jaya. Pada sistem ini komputer server hanya difungsikan sebagai penyimpan data (database) saja. Sedangkan pada penelitian tugas akhir ini fungsi client server merupakan sistem komunikasi data antara komputer klien dan server. Selain itu simulasi dinamika kapal pada sistem yang terdahulu masih kurang nyata, karena tidak memasukkan fungsi pemodelan dinamika kapal. Untuk mengatasi masalah ini maka pada Tugas Akhir ini akan dilakukan koneksi dengan Matlab untuk mengahasilkan dinamika kapal yang mendekati keadaan sebenarnya.
Tabel 1 Data Spesifikasi Fisik Kapal KM MV Sinar Sinar KM Dewi Bintan Jambi Dewi Samudra Samudra XV III Kapal Kontainer Kontainer Kapal Barang Carrier Deckship Barang 64.25 84.573 82.74 69.35 10 8 8 8 11.5 20 20 10.5 6.1 5.7 5.7 5.1 4.7 4.4 4.45 3.8 2888 5787 5787 7026.96 0.625 0.58558 0.07268 0.09409 0.69 0.69 0.69 0.69
Keterangan : a. Lpp : Panjang kapal (meter) b. U : Kecepatan servis (Knot) c. B : Lebar kapal (meter) d. T : Kedalaman (meter) e. Xg : Center of grafity terhadap sumbu x kapal f. M : Massa kapal (Ton) g. Cb : Koefisien Blok h. : Luas area rudder Untuk mendapatkan model maneuver kapal digunakan pendekatan yang dilakukan oleh Nomoto (1957) sebagai bentuk matematis orde 2. Dan menggunakan regresi Clarke utuk mendapatkan koefisien Hidrodinamika. Berikut adalah tahapan untuk mendapatkan model manuver keempat kapal di atas.
III. Metodologi Penelitian Dalam memenuhi tujuan pada penelitian ini, dilakukan beberapa tahapan pengerjaan sehingga didapatkan suatu sistem pendukung Autopilot pada suatu kapal. Pada penelitian ini ada beberapa tahap pengerjaan utama, yaitu pengolahan data penelitian, perancangan sistem autopilot, perancangan pengendalian menggunakan Fuzzy, pengembangan software sistem monitoring, dan pengujian sistem yang telah dibuat pada penelitian ini. 3.1. Pengolahan Data Penelitian Data yang diperoleh dari PT. Pelindo III adalah data spesifikasi kapal yang berupa panjang (L), lebar (B), kedalaman (T), koefisien blok (Cb), kecepatan servis (U), center of gravity (dalam sumbu X kapal / Xg), dan massa (M). Untuk kapal yang digunakan dalam penelitian ini ada empat buah kapal yaitu KM Dewi Samudra XV, MV Sinar Bintan, Sinar Jambi, dan KM Dewi Samudra III. Pada Tabel 3.1 ditampilkan data – data spesifikasi fisik keempat kapal tersebut. Yang nantinya akan dimodelkan agar dapat rancangan pengendalian yang dibuat dapat disimulasikan dengan baik.
Sehingga didapatkan model matematis untuk tiap – tiap kapal adalah sebagai berikut : a. KM Dewi Samudra XV 0.023191 0.313013s 588.1209 ! 56.80288 # b. MV Sinar Bintan 0.033936 0.764981s 3522.669 ! 177.1827 # c. Sinar Jambi 0.069883 1.807861s 7787.16 ! 326.69.59 # d. KM Dewi Samudra III 0.10885 3.293998s 18697.92 ! 651.0991 # Rudder yang digunakan pada keempat kapal tersebut adalah rudder tipe Van Amorengen dimana, berfungsi sebagai penggerak atau aktuator pada sistem kendali. Memiliki kemampuan kerja dengan range -35o sampai dengan 35o dan laju kerja rudder antara -2.33o sampai dengan 7o. Pada Gambar 6 terdapat dua blok saturasi yang berfungsi untuk membatasi nilai dari setpoin rudder yang merupakan output dari pengendali 4
antara -35 dan 35 sesuai dengan spesifikasi rudder tipe Van Amorengen. Blok yang kedua berfungsi untuk membatasi nilai dari kecepatan gerak rudder yaitu -7 dan 7.
Gambar 6 Diagram Blok Rudder Tipe Van Amorengen Gambar 8 Diagram Blok Sistem Pengendalian Manuver Kapal
Untuk mendapatkan posisi kapal dibutuhkan data kecepatan dan sudut arah kapal. Sehingga dengan menggunakan persamaan kecepatan sebagai berikut akan didapatkan posisi dari kapal. & '. (pers 3.1) Untuk mendapatkan posisi X dan posisi Y maka perlu dicari kecepatan pada sumbu X dan sumbu Y. Yaitu dengan mengalikan kecepatan dengan nilai sinus dari sudut arah untuk mendapatkan nilai kecepatan dalam sumbu X. Dan dikalikan dengan nilai kosinus dari sudut arah kapal untuk mendapatkan nilai kecepatan dalam sumbu Y. untuk lebih jelasnya dapat dilihat ilustrasi pada Gambar 7. ( (& ') *. (pers 3.2) + +& ', *. (pers 3.3)
Pada Gambar 8 ditunjukkan bahwa nilai setpoin didapatkan dari posisi kapal dan posisi titik target tujuan. Yaitu dengan cara membandingkan nilai antara selisih Xtarget dan Xkapal dengan selisih Ytarget dan Ykapal. Dari hasil pembagian tersebut dicari anti tangennya sehingga didapatkan setpoin sudut. Kemudian dari selisih setpoin sudut dan sudut aktual diperoleh error sudut yang merupakan masukan pengendalian. Untuk mencari jarak digunakan persamaan pitagoras. Yaitu dengan menjumlahkan hasil kuadrat dari selisih Xtarget dan Xkapal dengan selisih Ytarget dan Ykapal. Kemudian hasilnya di akar. Selanjutnya nilai jarak digunakan sebagai masukan pengendalian kecepatan. Secara sederhana sistem autopilot yang bertujuan untuk mengendalikan kapal agar dapat melalui target yang diinginkan, dijelaskan dengan flowchart pada Gambar 9 dimana sistem akan terus looping jika jarak antara kapal dan titik target lintasan belum mencapai 100 meter.
Gambar 7 Ilustrasi Kecepatan pada Sumbu X dan Sumbu Y
xSp − xA arctan ySp − yA
d (Yaw ) dt
Nilai * merupakan output dari fungsi transfer dinamika kapal dan V adalah kecepatan yang merupakan output dari kendali Fuzzy untuk kecepatan. Waktu (t) adalah selisih waktu pada saat simulasi.
Jarak =
3.2. Perancangan Sistem Pengendalian Manuver Kapal Kecepatan kapal agar dapat berlayar sesuai dengan lintasan yang ditetapkan. Oleh karena itu pada sistem pengendalian ini terdapat dua sistem pengendalian utama, yaitu sistem pengendalian arah dan pengendalian kecepatan. Kedua pengendalian ini menggunakan logika fuzzy. Untuk pengendalian arah mempunyai masukan berupa error arah dan kecepatan perubahan arah. Dan pengendalian kecepatan mempunyai masukan berupa error arah dan jarak antara kapal dan titik target pada lintasan yang diinginkan.
(xSp − xA)2 + (ySp − yA)2
Gambar 8 Flowchart Autopilot Kapal 3.3. Perancangan Logika Pengendali 5
rudder akan dibuat positif pula agar arah kapal dapat mendekati setpoin. Sebaliknya ketika error kapal negatif maka nilai rudder dibuat negatif sehingga arah kapal akan menurun. Sedangkan variabel “YawRate” berfungsi untuk mengoptimalkan pengendalian ini. Karena kapal memiliki respon yang cukup lambat. Solusinya ketika error arah positif dan kecepatan arah positif pula maka nilai rudder akan dikurangi hingga mendekati nol. Hal ini digunakan untuk mengantisipasi agar arah kapal tidak terlalu jauh melampaui setpoin. Pengendali kecepaan kapal mempunyai masukan berupa error arah (yawError) dan jarak antara kapal dan posisi target tujuan. Basis aturan yang digunakan disini hanya ada enam. Dan konsepnya adalah kecepatan akan dikurangi ketika error arah cukup besar atau jarak antara kapal dan target sudah kecil. Dan untuk basis aturan selengkapnya terdapat pada Gambar 9.
Logika pengendali fuzzy yang digunakan pada sistem autopilot ini ada dua macam yaitu pengendalian arah dan pengendalian kecepatan. masing – masing mempunyai masukan dan basis aturan yang berbeda. Untuk pengendali arah kapal digunakan fuzzy dengan tipe Sugeno. Sedangkan pengendali kecepatan menggunakan tipe fuzzy Mamdani. Pengendali arah kapal mempunyai masukan berupa error arah (yawError) dan kecepatan perubahan arah (yawRate) serta mempunyai keluaran berupa setpoin sudut rudder yang dihubungkan dengan steering machine. Fungsi keanggotaan untuk “YawError” terdapat tujuh buah. Yaitu “negSmall”, ”negMed”, ”negSmall”, ”zero”, ”posSmall”, ”posMed” dan ”posBig”. Pada masukan “YawRate” juga terdapat tujuh buah fungsi keanggotaan. Yaitu “negSmall”, ”negMed”, ”negSmall”, ”zero”, ”posSmall”, ”posMed” dan ”posBig”. Bedanya ada pada range pada variable ini yaitu antara -3 sampai 3. Karena pada respon dinamika dari kapal ini termasuk lambat. Jadi untuk perubahan kecepatan mencapai nilai 3 sudah termasuk sangat cepat untuk kapal ini. Sedangkan untuk keluaran dari Pengendali ini (“SpRudder”) menggunakan parameter konstan dengan range -35 sampai 35. Nilai ini disesuaikan dengan batas maksimal dari kerja rudder (tipe Van Amorengen). Ada tujuh fungsi keanggotaan di dalamnya yaitu “negSmall” = -35, ”negMed” = -20, ”negSmall” = -10, ”zero” = 0, ”posSmall” = 10, ”posMed” = 20, dan ”posBig” = 35. Fungsi keanggotaan tersebut digunakan untuk proses fuzzifikasi, yaitu mengubah nilai masukan yang berupa sinyal analog dengan range tertentu menjadi sinyal crisp. Sinyal crisp merupakan hasil konversi yang dilakukan oleh fungsi keanggotaan dan mempunyai range antara nol sampai satu. Setelah nilai masukan diubah menjadi sinyal crisp, maka dilakukan perhitungan oleh basis aturan. Dimana pada pengendalian arah ini mempunyai 49 aturan. Karena pada masukan terdapat dua variabel yang masing-masing mempunyai tujuh fungsi keanggotaan. Adapun basis aturan yang digunakan dapat dilihat pada Tabel 2.
Gambar 9 Basis Aturan Pengendali Kecepatan Gangguan yang sering dialami oleh kapal ketika sedang berlayar adalah gangguan dari arus. Dimana akibat dari arus maka posisi kapal dapat berpindah posisi tergantung dari arah arus dan kecepatan arus itu sendiri. Pada penelitian ini dimasukkan data arus yang sesuai dengan profil perairan di wilayah sekitar Tanjung Perak. Adapun data arus yang digunakan pada penelitian ini dapat dilihat pada Gambar 10. Sedangkan profil arus yang dihasilkan dari data tersebut dapat dilihaat pada Gambar 11
Tabel 2 Basis Aturan Pengendali Fuzzy Arah Kapal \ Gambar 10 Data Arus di Wilayah Sekitar Tanjung Perak
Gambar 11 Gambar Arus yang Terdapat pada Wilayah Perairan Tanjung Perak
Konsep basis aturan dari pengendali fuzzy arah kapal adalah ketika error arah kapal positif (setpoin arah lebih besar daripada arah aktual) maka nilai arah 6
Kendali tambahan yang digunakan untuk mengatasi gangguan ini terdapat dua bagian, yaitu kendali untuk belokan kapal (arah kapal) dan kendali untuk kecepatan. Untuk kendali belokan kapal pada bagian ini masukannya adalah jarak terdekat antara posisi kapal dengan garis lintasan yang diinginkan.. Setelah didapatkan jarak terdekat dengan garis lintasan, maka dibuat logika kendali untuk mengatasi gangguan arus. Konsep kendali tersebut yaitu ketika jarak terdekat dengan garis lintasan lebih dari 100 atau kurang dari 100 maka terdapat penambahan pada setpoin arah kapal sehingga kapal akan berbelok mendekati garis lintasan. ErrorLintasan adalah jarak terdekat dengan garis lintasan. Jika kapal berada di sebelah kanan garis lintasan maka nilainya adalah positif, sehingga ketika errorLintasan lebih dari 100 meter maka akan terjadi penambahan setpoin arah kapal dengan rumus nilai negatif dari errorLintasan dibagi 300 dikali 30. Nilai penambahan ini dibatasi tidak bisa lebih dari 30. Sebaliknya jika kapal berada di sebelah kiri garis lintasan maka nilainya menjadi negatif sehingga terjadi pengurangan setpoin dengan rumus yang sama, dan memiliki nilai penambahan minimum adalah -30.
Gambar 12 Diagram Alir Komunikasi Sistem Monitoring dan Pengendalian Kapal Karena data yang dikirim terdiri dari beberapa variabel, maka data – data tersebut harus dipaketkan menjadi satu data. Sehingga hanya memerlukan satu kali pengiriman untuk dapat mengirimkan semua data tersebut. Data – data yang dipaketkan adalah nomer indeks kapal, posisi X kapal, posisi Y kapal, sudut heading (arah), dan keceptan kapal. Format paket data – data tersebut adalah sebagai berikut. “S01X 2222222 Y 3333333 S 444 K 5555” Dua huruf paling depan (“S01”) menunjukkan indeks kapal pengirim data adalah satu. 9 huruf selanjutnya menunjukkan posisi X kapal. Berdasarkan data tersebut, posisi X kapal adalah 2222222. 9 huruf di belakangnya menunjukkan posisi Y kapal, dengan format sama seperti posisi X kapal. Sehingga nilai Y kapal berdasarkan data tersebut adalah 3333333. 5 huruf selanjutnya adalah data sudut arah kapal dan 444 menunjukkan nilai sudut arah kapal. Data kecepatan kapal terdapat pada 4 karakter terakhir yaitu 5555. Koneksi antara software yang berbahasa “visual basic” dengan software Matlab dilakukan dengan menggunakan object. Adapun object yang digunakan untuk melakukan koneksi ini adalah “Matlab.Application”. Untuk memanggil object tersebut digunakan perintah sebagai berikut.
3.4. Pengembangan Sistem Monitoring dan Pengendalian Kapal di Tanjung Perak. Seperti yang sudah dijelaskan pada Bab II, sistem monitoring ini dibuat dengan menggunakan Ms. Visual basic 6.0. Dan diperlukan penambahan fungsi dari sistem ini yaitu fungsi client-server yang digunakan untuk komunikasi antara kapal dan pelabuhan, maupun kapal dengan kapal lain. Penambahan selanjutnya adalah menghubungkan dengan software Matlab untuk menghasilkan simulasi dinamika kapal yang mendekati keadaan dinamika kapal yang sebenarnya. Koneksi dengan software Matlab juga berfungsi untuk memasukkan pengendalian fuzzy ke dalam system ini. Untuk memenuhi rancangan pengembangan software pada sistem ini yang sudah dijelaskan sebelumnya, maka terdapat beberapa tahapan. Yaitu pembuatan system komunikasi antara server dan klien, pembuatan koneksi dengan software Matlab, memasukkan program pembuatan model kapal berdasarkan data spesifikasi kapal, perbaikan pada simulasi tampilan dinamika kapal dengan tampilan peta perairan sekitar Pelabuhan Tanjung Perak. Konsep dari sistem ini adalah tiap-tiap kapal mengirimkan data berupa posisi kapal, sudut, dan kecepatan ke server, dimana server ditempatkan pada pelabuhan Tanjung Perak. Kemudian oleh server, data tersebut dikirimkan kembali ke semua kapal yang sedang terhubung dengan sistem. Konsep tersebut digambarkan pada diagram alir pada Gambar 12. Kemudian data-data tersebut divisualisasikan dalam gambar lingkaran dan garis yang mewakili kapal yang mengirim data tersebut.
“Set MatLab = CreateObject("Matlab.Application")”
Setelah obyek dibuat fungsi – fungsi pada Matlab dapat digunakan. Fungsi – fungsi tersebut harus berbentuk teks. Untuk memanggil perintah Matlab dari software ini digunakan perintah “Call MatLab.Execute("perintah;") “. Kata “perintah” di dalam tanda petik merupakan isi perintah yang akan dikerjakan oleh Matlab. Contohnya yaitu “Call MatLab.Execute("x=3;") “. Dengan memasukkan perintah tersebut maka Matlab akan memasukkan nilai 3 pada variabel “x”. Selain dapat menjalankan perintah di dalam ini dapat Matlab, dengan menggunakan object dilakukan juga pengambilan nilai dari variabel yang terdapat di dalam Matlab. Caranya adalah dengan memanggil perintah sebagai berikut. “Call MatLab.GetFullMatrix("variabel", "base", Real, Imaj)”
Kata “variabel” merupakan nama variabel di dalam Matlab yang akan diambil nilainya. Dan kata “base” menunjukkan lokasi workspace tempat variabel tersebut berada. Selanjutnya kata “Real” merupakan nama variabel di dalam VB, di mana nilai real dari
7
variabel “variabel” di Matlab akan diletakkan. Sedangkan Kata “Imaj” menunjukkan nama variabel di VB yang akan diisi dengan nilai imajiner dari variabel yang diambil. Untuk masalah tampilan terjadi beberapa perubahan, di antaranya adalah penambahan fungsi perbesaran pada tampilan simulasi, sehingga ketika kapal akan terjadi tabrakan akan lebih dapat dilihat dengan jelas. Pada fasilitas ini gambar diperbesar dan difokuskan pada kapal yang disimulasikan, jadi jika pada gambar peta yang utama kapal yang akan bergerak dan gambar petanya diam tetapi pada gambar perbesaran gambar kapal yang disimulasikan terlihat tidak berubah posisinya (tetap di tengah gambar) dan gambar petanya yang akan bergerak sekaligus gambar dari kapal-kapal lainnya. Fasilitas perbesaran tersebut dapat dilihat pada Gambar 13 di gambar sebelah kanan, sedangkan gambar sebelah kiri adalah tampilan utamanya.
Grafik 1 Uji kinerja pengendalian terhadap KM Dewi Samudra XV dengan menggunakan setpoin 10o KM Dewi Samudra XV memiliki respon yang cukup baik ketika diberikan pengendalian berupa kendali Fuzzy, hal ini dapat diperhatikan pada Grafik 4.5. pada grafik tersebut maksimum overshoot dari hasil respon pengendalian pada KM Dewi Samudra XV tidak besar yaitu sekitar 10 %. Maksudnya yaitu untuk merubah sudut sebesar 10 derajat, maka akan terjadi lonjakan perubahan sudut sebesar 10 % dari besarnya setpoinnya yaitu 11 derajat. Ketika ditinjau dari waktu yang dibutuhkan untuk mencapai kestabilan yaitu sekitar 210 detik, maka kapal ini termasuk memiliki respon yang cukup lambat, tetapi jika dilihat dari respon natural dari kapal itu sendiri waktu tersebut tidak terlalu lambat. Sehingga dapat disimpulkan bahwa pengendalian untuk mengendalikan arah dengan setpoin 10 derajat pada kapal ini sudah berhasil dengan baik. b. MV Sinar Bintan
Gambar 13 Gambar Perbesaran Sistem Monitoring Kapal IV. Analisa Data dan Pembahasan Setelah sistem autopilot berhasil dibuat diperlukan pengujian untuk mengetahui kinerja sistem yang telah dibuat. Pengujian sistem dilakukan dengan beberapa tahap, di antaranya adalah pengujian open loop fungsi transfer dinamika kapal, pengujian kendali Fuzzy arah kapal, pengujian tracking lintasan tanpa gangguan arus, pengujian tracking lintasan dengan gangguan arus, Uji simulasi dengan menggunakan 4 kapal yang terhubung dengan server (online), dan yang terakhir adalah pengujian Sistem Monitoring ketika ada kejadian tabrakan kapal dan kejadian kapal kandas di suatu daratan. Pada pengujian ini sistem sudah dipasang logika pengendalian yang dibuat dengan logika Fuzzy, dengan algoritma sesuai dengan yang telah diteragkan sebelumnya. Kemudian diberikan setpoin berupa sinyal setpoin, dimana setpoin adalah nilai sudut arah yang diharapkan(target). Selanjutnya simulasi dijalankan sehingga diperoleh hubungan antara waktu dan arah kapal yang sebenarnya. Untuk masing – masing kapal dilakukan pengujian sebanyak 3 kali, dengan metode pengujian yang sama dan yang membedakan adalah sudut setpoinnya, yaitu 10, 45, dan 90 derajat. a. KM Dewi Samudra XV
Grafik 2 Uji kinerja pengendalian terhadap MV Sinar Bintan dengan menggunakan setpoin 10o Berbeda dengan respon yang dihasilkan oleh KM Dewi Samudra XV, pada kapal ini respon yang dihasilkan terjadi osilasi, dan maksimum overshoot-nya juga cukup besar, yaitu sekitar 40 %. Nilai ini jauh lebih besar jika dibandingkan dengan milik KM Dewi Samudra XV. Kejadian ini disebabkan oleh respon dinamika dari kapal ini terhadap sudut ruddernya tidak sebagus milik kapal sebelumnya. Sehingga terjadi osilasi dan maksimum overshoot yang besar. Dan jika diperhatikan dari Grafik 4.8, waktu tempuh yang dibutuhkan untuk mencapai kestabilan yaitu sekitar 820 detik. Sehingga ketika kapal ini dikendalikan responnya terhadap waktu tempuhnya adalah lebih lama daripada KM Dewi Samudra XV.
c. Sinar Jambi
8
Grafik 3 Uji kinerja pengendalian terhadap Sinar Jambi dengan menggunakan setpoin 10o
Grafik 5 Manuver KM Dewi Samudra XV dalam mengatasi gangguan arus
Respon yang dihasilkan pada pengujian ini hampir sama dengan pengujian dengan setpoin yang sama pada MV Sinar Bintan. Hal ini dilihat dari maksimum overshoot pada pengujian ini yaitu 41 %. Nilai ini menunjukkan bahwa simpangan arah kapal yang dihasilkan oleh kapal ini ketika diberikan setpoin sebesar 10 derajat adalah 4,1 derajat, hampir sama dengan simpangan pada MV Sinar Bintan yaitu sebesar 4 derajat. Tetapi untuk waktu tempuh menuju kestabilan lebih lama daripada kapal MV SInar Bintan yaitu 1000 detik. Sehingga dapat disimpulkan bahwa respon kapal ini sedikit lebih buruk daripada respon pada kapal sebelumnya untuk setpoin yang sama. d. KM Dewi Samudra III
b. MV Sinar Bintan Hasil dari pengujian untuk mengatasi adanya gangguan arus pada kapal ini adalah Grafik 4.41. Grafik tersebut adalah grafik manuver MV Sinar Bintan dalam mengikuti lintasan ini. Dilihat dari Grafik 6, maka dapat diketahui bahwa terjadinya dampak karena adanya gangguan arus berada pada lintasan kedua dan pada belokan terakhir. Pada lintasan awal tidak ada lekukan akibat gangguan arus karena arus pada daerah tersebut searah dengan lintasannya sehingga kapal akan terdorong pada arah yang sama.
Grafik 4 Uji kinerja pengendalian terhadap KM Dewi Samudra III dengan menggunakan setpoin 10o
Grafik 6 Manuver MV Sinar Bintan dalam mengatasi gangguan arus c. Sinar Jambi Hasil dari pengujian untuk mengatasi adanya gangguan arus pada kapal ini adalah Grafik 7. Grafik tersebut adalah grafik manuver Sinar Jambi dalam mengikuti lintasan ini. Dilihat dari Grafik 4.45, maka dapat diketahui bahwa terjadinya dampak karena adanya gangguan arus berada pada lintasan kedua dan pada lintasan terakhir. Dari grafik tersebut juga dapat diketahui bahwa arus datang dari atas, hal ini sesuai dengan data arus yang sudah dimasukkan.
Pengujian ini digunakan untuk mengetahui kinerja kendali tambahan untuk mengatasi adanya gangguan arus pada kapal. Dengan menggunakan data arus seperti yang sudah didapatkan, maka simulasi dijalankan sehingga diketahui manuver tiap – tiap kapal dalam menghadapi gangguan arus. Lintasan yang digunakan untuk pengujian ini adalah sama dengan lintasan yang digunakan pada pengujian tanpa gangguan untuk lintasan sebenarnya. a. KM Dewi Samudra XV Hasil dari pengujian untuk mengatasi adanya gangguan arus pada kapal ini adalah Grafik 4.37. Grafik tersebut adalah grafik manuver KM Dewi Samudra III dalam mengikuti lintasan ini. Dilihat dari Grafik 5, terdapat dua garis yaitu garis lintasan yang berbentuk lurus dan garis manuver kapal yang berbentuk melengkung. Berbeda dengan pengujian sebelumnya, ketika diberkan gangguan arus kapal berbelok ke kanan sebab arus datang dari sebelah kiri sesuai dengan data arus yang dimasukkan.
Grafik 7Manuver Sinar Jambi dalam mengatasi gangguan arus
9
d. KM Dewi Samudra III Hasil dari pengujian untuk mengatasi adanya gangguan arus pada kapal ini adalah Grafik 4.49. Grafik tersebut adalah grafik manuver KM Dewi Samudra III dalam mengikuti lintasan ini. Dilihat dari Grafik 4.49, maka dapat diketahui bahwa terjadinya dampak karena adanya gangguan arus berada pada daerah pada lintasan yang mendekati tujuan. Dari grafik tersebut juga dapat diketahui bahwa arus datang dari kiri, sehingga manuver kapal berbelok ke sebelah kanan..
3.6. Saran Saran yang perlu disampaikan untuk pengembangan penelitian ini adalah menambahkan pengendalian tabrakan pada simulasi autopilot sehingga kapal dapat menghindari tabrakan secara otomatis. Kemudian diperlukan fasilitas jadwal pemberangkatan kapal untuk mengatasi kepadatan lalu lintas kapal di perairan sekitar Tanjung Perak. DAFTAR PUSTAKA
[1] [2]
[3]
Grafik 8 Manuver KM Dewi Samudra III dalam mengatasi gangguan arus [4]
V. Kesimpulan 3.5. Kesimpulan Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, diperoleh kesimpulan sebagai berikut : 1. Pada pengujian open loop didapatkan hasil bahwa KM Dewi Samudra XV memiliki respon yang paling baik jika dibandingkan dengan MV Sinar Bintan, Sinar Jambi, dan KM Dewi Samudra III. Hal ini dilihat dari respon kapal tersebut yang lebih cepat linear yaitu dalam waktu 300 detik. Dan keempat kapal tersebut termasuk kapal yang memiliki respon yang lambat. 2. Pengendalian yang telah dibuat paling cocok jika diaplikasikan pada KM Dewi Samudra XV. Yaitu dengan maksimum overshoot 4.44 % dan waktu tempuh stabil 210 detik untuk setpoin sebesar 45 derajat. 3. Masing – masing kapal dapat dikendalikan dengan baik untuk mengikuti lintasan, meskipun pada jarak 1000 meter lintasan Zig-Zag untuk MV Sinar Bintan, Sinar Jambi, dan KM Dewi Samudra III terdapat osilasi. 4. Pengendalian tambahan dapat mengatasi adanya gangguan arus pada kapal, dengan error lintasan maksimal untuk masing – masing kapal adalah sebagai berikut. Error KM Dewi Samudra XV adalah 120.51 meter, MV Sinar Bintan adalah 249.67 meter, Sinar Jambi adalah 176.6 meter, KM Dewi Samudra III adalah 120.35 meter. 5. Sistem komunikasi antara klien (kapal) dan server dapat berjalan dengan baik. Dan dapat menginformasikan data – data tiap – tiap kapal, berupa posisi, arah, kecepatan. Sehingga dapat diketahui kondisi – kondisi bahaya pada kapal, seperti peringatan sebelum tabrakan antar kapal dan informasi ketika terdapat kapal yang sandar atau kandas.
[5]
[6] [7] [8] [9] [10]
Nama NRP TTL Alamat
Aisjah, AS. “Pengembangan Sistem Monitoring dan Kontrol Cerdas pada Kapal Untuk Peningkatan Kualitas Manajemen transportasi Laut”. 201. Rahmad, Arif Hidayat. Tugas Akhir : Perancangan Sistem Monitoring Pada Alur Pelayaran Kapal di Pelabuhan Tanjung Perak Surabaya. Teknik Fisika-FTI-ITS Surabaya. 2010. Efendi, Aries. Tugas Akhir: Perancangan Kendali Otomatis Haluan dan Kecepatan Kapal pada Jalur Pelayaran Karang Jamuang – Tanjung Perak Berbasis Logika Fuzzy Untuk Peningkatan Transportasi laut. Teknik Fisika-FTI-ITS Surabaya. 2010. Puspita, Devina, Aisjah, A.S. Tugas Akhir:, Perancangan Sistem Pengendalian dan Monitoring untuk Menghindari Tabrakan antar Kapal di Alur Barat Pelayaran Tanjung Perak Surabaya. Teknik Fisika-FTI-ITS Surabaya. 2010. Anitasari, Ruri. Tugas Akhir: Perancangan Sistem Kendali Manuver untuk Menghindari Tabrakan pada Kapal Tangki Berbasis Logika Fuzzy. Teknik Fisika-FTI-ITS Surabaya. 2010. Fossen, Thor. I., 1994, “Guidance and Control of Ocean Vehicle”, John Willy & Son. Distrik Navigasi kelas I Surabaya dan VTS Pelabuhan Tanjung Perak Surabaya. PT. Pelindo III bagian Komersial / PPSA: Lampiran Ship Particular. 2010. Jasmin Velagic, 2001, “Adaptive fuzzy ship autopilot for track-keeping”, Science-Direct, Bosnia. Adil, Ratna. Tugas Akhir: Sistem Informasi Via SMS Gateway antara Pihak Kepolisian dengan Pengemudi. Politeknik Elektronika Negeri Surabaya-ITS Surabaya. 2007.
: Arief Rakhmad Fajri : 2407 100 055 : 5 Januari 1989 : Jl. Cimanuk 61 Randuagung Gresik
Riwayat Pendidikan • 2007 – sekarang : Teknik Fisika ITS, Surabaya • 2004 – 2007 : SMA Negeri 1 Gresik • 2001 – 2004 : SMP Negeri 3 Gresik • 1995 – 2001 : SDNU 1 Gresik
10
