Software pengolah data GPS Komersial dan Ilmiah (TTC, TBC, Gamit, Bernesse)

Sepdian Syafikri 23 2014 028 @fikriflux

I.     TRIMBLE TOTAL CONTROL ( TTC )

1.      Masukkan data pengukuran GPS (disini yang pertama kali data*rover/ juga bisa juga data base terlebih dahulu.

2.      Jenis data yang dipakai disini adalah format *RINEX dimana tipe datanya berekstensi .n, .o, dan .g.

3.      Dalam proses pengolahan data jumlah titik yang dimasukkan dalam sekali proses tergantung dari metode yang dipakai, apakah metode radial atau metode jaring.

4.      Pengamatan yang digunakan (radial / jaring) proses beberapa settingan yang harus dilakukan:

a.    Pilih tipe pengkuran tinggi alat, apakah pas / dibawah / diatas antena sesuai GPS yang digunakan.

b.    Masukkan tinggi alat (dalam satuan meter) dimana decimal dipisahkan dengan tanda koma (,) .

c.    Setting proyeksi koordinatnya.

d.   Melakukan perataan apabila melakukan pengukuran dengan metode jarring.

e.    Mengatur parameter dari GPS, misal jenis sinyal yang digunakan, interval processing, orbit type, dan pengaturan lain yang mungkin dibutuhkan.

II.   TRIMBLE BUSSINES CENTRE ( TTC )

1.      Membuat Project Baru

Pilih satuan metric.

2.      Tentukan satuan Koordinat

a.       Masuk menu project , kemudian pilih change coordinate system.

b.      Ganti sistem koordinat dengan pengaturan sebagai berikut :

-    Coordinat System Group           : UTM

-    Zone                                           : Sesuai dengan zona lokasi kerja

-    Datum Transformation              : WGS 84

-    Geoid Model                             : Disesuaikan.

c.       Jika telah selesai klik Finish.

3.      Simpan project baru dengan masuk menu File pilih Save Project

4.      Import data lapangan

a.       Masuk menu file pilih import.

b.      Cari data lapangan base di older yang telah di download sebelumnya, sehingga tampil lokasi direktori penyimpanan.

c.       Klik import, kemudian tampil tabel receiver raw data check in.

d.      Jika tahapan diatas sudah selesai maka lakukan juga import data lapangan untuk alat rover.

5.      Prosesing Baseline

a.       Pilih menu survey pilih process baseline maka akan tampil tabel hasil proses.

b.      Klik save untuk menyimpan data hasil prosessing.

6.      Konversi report hasil prosessing

a.       Masuk menu report pilih point list

b.      Maka akan muncul laporan daftar titik yang telah di proses berupa koordinat X Y Z, nama titik dan keterangan yang lainnya.

c.       Jika sudah muncul tabel tersebut kemudian pilih save to excell pada report point list tersebut,  Simpan difolder yang diinginkan.

III.   TOPCON TOOLS

Topcon Tools V.7 adalah perangkat lunak untuk mengolah data secara post-processing, analisa jaringan dan perataan yang dikeluarkan oleh salah satu perusahaan alat pengukuran Topcon. Pada penelitian ini modul yangdigunakan pada perangkat lunak Topcon Tools V.7 adalah PostProcessing. Pada modul ini diperlukan data masukan berupa data pengukuran yang diperoleh dari penggunaan alat TopcoSurv atau dapat menggunakan data RINEX (Receiver Independent Exchange Format). Perangkat lunak Topcon memiliki standar kualitas hasil pengukuran yang terbaik dengan panjang baseline di bawah 5 km + 5ppm. Oleh karena itu dalam penelitian ini dilakukan penelitian baseline dengan panjang lebih dari 5 km.

IV.   GAMMIT

GAMIT adalah paket analisis GPS komprehensif yang dikembangkan di MIT (Massachusetts Institute of Technology) dan SIO ( Scripps Institution of Oceanography). Perangkat lunak ini digunakan untuk mengestimasi tiga-dimensi posisi relatif stasiun bumi dan orbit satelit. Perangkat lunak ini dirancang untuk berjalan di bawah sistem operasi UNIX mendukung XWindows; sejauh ini MIT telah menerapkanversi untuk Sun (OS/4 dan Solaris2), HP, IBM / RISC, DEC, dan LINUX berbasis Intel workstation. Jumlah maksimum Stasiun dan sesidisesuaikan oleh dimensi yang ditetapkan pada waktu kompilasi dan dapat disesuaikan dengan kebutuhan dan kemampuan komputasinya. Hasil komputasi RINEX juga dipengaruhi modifikasi dari TEQC. Hasil modifikasi TEQC bisa untuk penggabungan data RINEX, pemotongan data RINEX, cek kualitas hasil RINEX, dll. Hasil dari GAMIT adalah solusi parameterestimasi dan covariances yang dapat diolah di GLOBK untuk memperkirakan posisi stasiun, kecepatan, parameter orbital dan rotasi bumi. Dengan Rilisnya GAMIT 9,9 dan GLOBK dapat dijalankan dengan sedikitkemudahan karena adanya inovasi baru [Documentation for the GAMIT GPS Analysis Software,2000].

GLOBK (Global Kalman filter VLBI and GPS analysis program) Globk adalah perangkat lunak pemfilter data dengan metode kalman filter, yang bertujuan untuk menggabungkan solusi dari pengolahan data primer dari geodesi satelit atau pengukuran terestris. pengolahan diterima sebagai data (quasi observation ) yang terkait dengan matriks kovarian untuk koordinat titik, parameter rotasi bumi parameter orbit, dan posisi titik yang dihasilkan dari analisis observasi. Data masukan berupa h-file dari hasil pengolahan GAMIT atau GIPSY atau Bernesse. Ada tiga fungsi yangbiasa dijalankan didalam GLOBK(GLOBK refference manual, 2011) yaitu :

a.    Mengkombinasikan hasil pengolahan harian untuk menghasilkan koordinat stasiun rata-rata dari penmgamatan yang dilakukan lebih dari satu hari.

b.    Melakukan estimasi koordinat stasiun dari pengamatan harian yang digunakan untuk menggeneralisasikan data runut waktu (time series) dari pengamatan teliti harian atau tahunan.

c.    Mengkombinasikan sesi pengamatan individu dengan koordinat stasiun dianggap stokastik, hasilnya adalah coordinate repeatibilities untuk mengevaluasi tingkat ketelitian pengukuran harian atau tahunan.

Proses pengolahan GAMIT dan GLOBK merupakan faktor penting dalan strategi pengolahan GPS, berikut merupakan tahapan pengolahan GAMIT. Nilai RMS pada penggunaan software GAMIT untuk penelitian land subsidence berada pada orde 4,9 milimeter – 5.0002 milimeter.

Untuk melakukan sesuatu yang berhubungan dengan dinamika bumi diperlukan tingkat ketelitian yang sangat tinggi, dari pengukuran yang relatif lama (6–12 jam) untuk menunjang ketelitian data hingga membutuhkan variabel-variabel pemrosesan pendukung seperti geometri satelit dan tingkat kepadatan atmosfer. Perangkat lunak komersial hanya mampu memberikan vaiabel-variabel pemrosesan yang terbatas, Untuk memecahkan masalahtersebut maka diperlukan perangkat lunak ilmiah untuk memproses data dinamika bumi.

Penurunan muka tanah didefinisikan sebagai penurunan tanah relatif terhadap suatu bidang referensi tertentu yang dianggap stabil. Penurunan muka tanah dapat terjadi secara perlahan, atau juga terjadi secara mendadak. Dalam banyak kejadian penurunan muka tanah berkisar dalam beberapa sentimeter per tahun. Perubahan muka tanah yang bersifat mendadak biasanya diikuti dengan perubahan fisik yang nyata dan dapat diketahui secara langsung besar dan kecepatan penurunannya. Namun untuk penurunan muka tanah yang bersifat secara perlahan diketahui setelah kejadian yang berlangsung lama, besar penurunannya bisa ditentukan dengan mekanisme secara periodik. Penurunan tanah alami terjadi secara regional yaitu meliputi daerah yang luas atau terjadi secaralokal yaitu hanya sebagian kecil permukaan tanah. Hal ini biasanya disebabkan oleh adanya rongga di bawah permukaan tanah,biasanya terjadi didaerah yang berkapur (Whittaker and Reddish, 1989). Berbagai penyebab terjadinya penurunan tanah alami bisa digolongkan menjadi:

1.    Penurunan muka tanah alami ( natural sunsidence )yang disebabkan oleh proses-proses geologi, seperti aktyifitas vulkanik dan tektonik, siklus geologi, adanya rongga di bawah permukaan tanah dan sebagainya.

2.    Penurunan muka tanah yang disebabkan pengambilan bahan cair yang ada di perut bumi seperti air dan minyak bumi.

3.    Penurunan muka tanah yang diakibatkan oleh beban berat yang ada diatas bumiseperti struktur bangunan yang membuat lapisan tanah di bawahnya mengalami kompaksi/konsolidasi. Penurunan ini juga sering disebut settlement.

4.    Penurunan muka tanah akibat pengambilan bahan padat dari dalam bumi (aktifitas penambangan)

5.    Sedimentasi daerah cekungan (sedimentary basin). Adanya rongga dibawah permukaan tanah sehingga ataprongga runtuh dan hasil runtuhan atap rongga membentuk lubang yang disebut sink hole.

V.      RTKLIB

Pada perangkat lunak RTKLIB juga disediakan APIs (Aplication Program

Interfaces) yang dapat dengan mudah digunakan untuk real-time positioning, post-processing analysis, dan keperluan positioning lainnya. APIs pada perangkat lunak ini terdiri dari [RTKLIB Manual, 2011] :

RINEX converter dari raw data log receiver (RTKCONV, CONVBIN)

Pada Kegiatan ini, perangkat lunak ini secara khusus diperuntukkan untuk

pengolahan data GPS kontinyu dengan metode penentuan posisinya secara kinematik. Data pengamatan GPS kontinyu diolah secara post-processing dengan penambahan informasi pendukung lainnya sebagai input data dalam optimalisasi penggunaan perangkat lunak RTKLIB. Output solution dari RTKLIB ini adalah koordinat titik pantau setiap epok pengamatan GPS dan plot grafik vektor pergeseran titik pantau.

1.    Penentuan Ambiguitas Fase Pada RTKLIB

Dasar utama dari pengolahan data dengan RTKLIB ini adalah penentuan posisinya secara kinematik. Maksud dari kinematik di sini adalah titik atau objek yang akan ditentukan posisinya dalam keadaan bergerak dan koordinat hasil dari titik yang diamati posisinya tersebut harus bisa ditentukan dalam rentang waktu yang singkat (rentang interval waktu pengamatan) dengan data yang terbatas. Tentunya terdapat beberapa perbedaan dengan algoritma pengolahan data yang digunakan pada GPS statik. Salah satunya adalah dalam hal penentuan ambiguitas fasenya.

Pada penentuan posisi secara kinematik dengan RTKLIB, data pengamatan GPS yang digunakan adalah data fase pengamatan double-difference pada L1 dan L2. Teknik pengolahan datanya menggunakan teknik diferensial / pengurangan data. Dengan teknik ini kesalahan jam receiver dan satelit dapat tereliminasi dengan sempurna. Kesalahan dan bias seperti kesalahan orbit, bias troposfer, dan bias ionosfer juga dapat tereduksi (pada baseline yang relatif pendek kesalahan dan bias dapat tereduksi dengan baik sehingga menghasilkan residu yang kecil dan dapat diabaikan nilainya). Secara matematis data double-difference (fase) yang melibatkan dua pengamat (i dan j) serta dua satelit (k dan l) untuk suatu frekuensi pada suatu epok tertentu dapat dituliskan sebagai berikut [Abidin, 2006].

Pada baseline yang panjang, digunakan model koreksi ionosfer dengan mengestimasi STEC (Slant Total Electron) dan model koreksi troposfer dengan mengestimasi ZTD (Zenit Total Delay) dan gradien. Pengestimasian STEC (Slant Total Electron Content) dilakukan dengan mengkombinasikan antara data fase pada dua frekuensi dan code-delay pengamatan GPS sepanjang perjalanan sinyal GPS dari satelit ke receiver. ZTD merupakan model variasi dari refraksi indeks troposfer yang bergantung kepada temperatur, tekanan, dan kandungan air yang ada pada troposfer. Gradien di sini maksudnya yaitu parameter gradien horizontal, Jika ZTD adalah pengestimasian koreksi troposfer secara vertikal, maka gradien horizontal adalah pengestimasian koreksi troposfer secara horizontal. Hal ini dikarenakan kondisi troposfer secara vertikal dan horizontal untuk setiap medium yang dilalui sinyal GPS memiliki kondisi meteorologis yang berbeda-beda. Selanjutnya estimasi posisi dan solusi ambiguitas fase dalam bentuk bilangan real dapat ditentukan dengan persamaan double-difference tersebut. Penentuan posisi pada RTKLIB dapat dituliskan persamaannya sebagai berikut [Abidin, 2006].

Pada dasarnya parameter posisi rover dapat dengan tepat ditentukan jika kebulatan nilai ambiguitas fase dapat ditentukan secara benar. Untuk mendapatkan estimasi posisi awal titik referensi yang cukup baik, dalam menentukan posisi koordinat yang pertama (koordinat rover) dan ambiguitas fase dalam bilangan realdengan teknik double-difference digunakan koordinat pendekatan titik referensi sebagai inputparameter koordinat pendekatan. Koordinat pendekatan ini dapat diperoleh dari koodinat pendekatan pada RINEX header, dengan metode single point positioning, ataupun data ITRF network.

Kemudian koordinat pendekatan tersebut digunakan untuk mengestimasi nilai koordinat rover yang pertama. Diturunkan dari model matematis yang sama, nilai ambiguitas fase dalam bentuk bilangan real dapat ditentukan nilainya. Pada penentuan ambiguitas fasenya diperlukan data fase yang teliti. Resolusi dari ambiguitas fase sangat bergantung kepada jumlah satelit yang teramati secara simultan. Selain itu, hal lain yang sangat berpengaruh terhadap kesuksesan penentuan ambiguitas fase yang benar adalah geometri satelit dan multipath. Data code yang teramati dan tersimpan dalam observation file digunakan untuk menganalisis adanya cycle slip. Secara umum, jika tidak ada cycle slip atau satelit yang teramati di setiap epok selalu sama akan menghasilkan nilai ambiguitas fase yang selalu sama di setiap epoknya. Selanjutnya dicari interval waktu pengamatan yang terbaik yang dapat menghasilkan resolusi ambiguitas yang baik. Kriteria dari interval waktu yang terbaik ditentukan berdasarkan jumlah satelit yang teramati, panjang interval waktu, dan nilai PDOP. Pada interval waktu yang terpilih, nilai pendekatan awal ambiguitas fase menggunakan nilai ambiguitas fase dalam bentuk bilangan real yang sebelumnya telah dihitung. Solusi ambiguitas yang terbaik dibandingkan dengan solusi ambiguitas kedua terbaik. Dalam hal ini yang dibandingkan adalah variansinya. Ketika kebulatan nilai dari ambiguitas fase berhasil dipecahkan (dihitung dari data panjang gelombang), maka koordinat rover yang diperoleh akan memiliki ketelitian dalam orde centimeter [Abidin, 2006].

Informasi Pendukung Pengolahan Data Selain data observasi / pengamatan GPS titik referensi dan titik-titik pantau, pengolahan data dengan menggunakan perangkat lunak RKTLIB memerlukan beberapa data pendukung pengolahan data GPS, di antaranya :

a.    GPS Navigation Data

Data ini berisikan informasi tentang koefisien koreksi jam satelit, parameter orbit, almanak satelit, UTC, parameter koreksi ionosfer, serta informasi spesial lainnya seperti status konstelasi dan kesehatan satelit.

b.    Precise Orbit  Data informasi

Precise Orbit  Data informasi orbit dan jam yang digunakan dalam penelitian ini yaitu data GPS Precise ephemeris.

pengamatan (ambiguitas fase serta kesalahan dan bias lingkungan sekitar pengamatan GPS). Pada RTKLIB, terdapat beberapa opsi yang dapat dilakukan dalam mengolah data pengamatan GPS secara kinematik agar didapatkan hasil yang kesalahan dan biasnya dapat tereduksi dengan baik. Untuk lebih jelasnya, berikut tahapan-tahapan dalam melakukan pengolahan data GPS secara kinematik dengan RTKLIB :

-       Analisis Baseline < 1 km Pada Saat Tidak Terjadi gempa pada variasi panjang baseline ini digunakan baseline pengamatan GPS TSKB – TSK2 dengan panjang baseline -nya adalah 0.036 km atau 36 meter pada  day of year 068 tahun 2011. Titik-titik pengamatan GPS ini terdapat di Jaring IGS Jepang. Selanjutnya baseline tersebut diolah dengan RTKLIB dan TTC dan divisualisasikan hasilnya melalui plotting timeseries serta standar deviasinya.

-       TSKB – TSK2 dengan RTKLIB (Day of Year : 068)

Dengan pengolahan baseline menggunakan RTKLIB menghasilkan kepresisian yang sangat baik. Sedikit sekali data hasil pengolahan baseline yang berada di luar range standar deviasi. Secara konsisten hasil pengolahan baseline mendekati nilai mean dari dataset. Secara konsisten juga antara hasil yang satu dengan hasil yang lainnya sebarannya saling  mendekati. Standar deviasi sample pada hasil pengolahan baseline ini yaitu ± 3 mm. Hal ini menunjukkan bahwa hasil pengolahan data memiliki tingkat kepresisian yang sangat baik. Pengolahan baseline dengan RTKLIB pada variasi panjang ini memungkinkan digunakan untuk mendeteksi pergerakan titik pengamatan GPS dengan orde centimeter hingga milimeter.

VI.   BERNESE

Software adalah ilmiah, presisi tinggi, multi-GNSS software pengolahan data yang dikembangkan di Institut Astronomi dari University of Bern ( AIUB ). Hal ini, misalnya, digunakan oleh CODE (Center for Orbit Penentuan di Eropa) untuk internasional (IGS) dan Eropa (EUREF / EPN) kegiatan. Perangkat lunak ini dalam proses permanen pengembangan dan perbaikan.

Versi saat ini Bernese GNSS Software adalah "5.2", dengan tanggal rilis "2015/02/05”.

Kesimpulan

1.      Software komersil seperti TTC dan TBC merupakan software yang didapat dari receiver yang kita miliki ( yang kita beli , Trimble).

2.      Software ilmiah adalah software yang didapat dari luar alat receiver yang kita gunakan, seperti software Gamit, Bernesse. Keunggulan software ilmiah adalah, lebih banyak menghargai nila yang berda dibelakang koma (,). Misalkan pada software komersil X,Y,Z (60991.0354345; 991232.4523533; 473,324324) sedangkan pada software ilmiah, nilai dibelakang koma jauh lebuh banyak X,Y,Z (60991, 0354345354454347; 991232.45235356456463; 473,3243245356465677897653).

Sumber Informasi Laporan:

1.    http://downloads.ziddu.com/downloadfiles/23819154/TUTORIAL-DENGAN-TTC..pdf

2.    http://a-research.upi.edu/operator/upload/ta_geo_0909176_chapter3.pdf

3.    http://digilib.itb.ac.id/files/disk1/455/jbptitbpp-gdl-henrikunco-22725-4-2012ta-a.pdf

4.    http://www.bakosurtanal.go.id/assets/download/sni/SNI/SNI%2019-6724-2002.pdf

5.    http://www.bernese.unibe.ch/

6.    http://cddis.gsfc.nasa.gov/metsovo/docs/Mitsakaki.pdf

@fikriflux