GPS (Global Positioning System)

GPS (Global Positioning System) merupakan sebuah alat, sistem serta navigasi berbasis satelit yang dapat digunakan untuk menginformasikan lokasi penggunanya di permukaan bumi. GPS adalah satu-satunya sistem satelit navigasi global untuk penentuan lokasi, kecepatan, arah, dan waktu yang telah beroperasi secara penuh didunia saat ini. Sistem ini pertama kali dikembangkan oleh Departemen Pertahanan Amerika yang digunakan untuk kepentingan militer maupun sipil (survei dan pemetaan).

Jenis-jenis GPS

GPS istilah awalnya adalah NAVSTAR GPS (Navigation Satelit Timming and Ranging Global Positioning system). GPS mempunyai tiga komponen utama, yaitu: satelit, pengendali, dan penerima/pengguna. Berikut ini fungsi dan penjelasan ketiga komponen utama GPS:

1. Satelit. Satelit berfungsi untuk menerima dan menyimpan data yang ditranmisikan oleh stasiun-stasiun pengontrol. Menyimpan dan menjaga informasi waktu berketelitian tinggi (ditentukan dengan jam atomik di satelit), dan memancarkan sinyal dan informasi secara kontinyu ke pesawat penerima (receiver) dari pengguna.
2. Pengontrol. Pengontrol berfungsi untuk mengendalikan dan mengontrol satelit dari bumi baik untuk mengecek kesehatan satelit, penentuan dan prediksi orbit waktu, sinkronisasi waktu antar satelit, dan mengirim data ke satelit.
3. Penerima (receiver). Penerima berfungsi menerima data dari satelit dan memprosesnya untuk menentukan posisi (posisi tiga dimensi yaitu koordinat di bumi plus ketinggian), arah, jarak dan waktu yang diperlukan oleh pengguna. Ada dua macam penerima (receiver) yaitu tipe NAVIGASI dan tipe GEODETIC. Yang termasuk tipe receiver NAVIGASI antara lain : Trimble Ensign, Trimble Pathfinder, Garmin, Sony dan lain-lainnya. Sedangkan tipe GEODETIC antara lain : Topcon, Leica, Astech, Trimble seri 4000 dan lain-lain.

Sistem Satelit GPS 

GPS terdiri dari 24 satelit GPS yang mengorbit bumi dengan jarak sekitar 12.000 kilometer di atas bumi. Satelit ini bergerak dengan kecepatan sekitar 7.000 kilometer per jam dengan menggunakan tenaga surya. Satelit ini juga memiliki baterai yang dipasang secara onboard untuk mengantisipasi saat terjadi gerhana matahari, atau ketika tidak mendapat cahaya matahari, serta dilengkapi dengan roket pendorong untuk menjaga satelit tetap berada pada orbitnya.

Ilustrasi Sistem Satelit GPS

Satelit GPS berputar mengelilingi bumi selama 24 jam di dalam orbit yang akurat dia dan mengirimkan sinyal informasi ke bumi. GPS reciever mengambil informasi itu dan dengan menggunakan perhitungan triangulation menghitung lokasi user dengan tepat. GPS reciever membandingkan waktu sinyal di kirim dengan waktu sinyal tersebut di terima. Dari informasi itu didapat diketahui berapa jarak satelit. Dengan perhitungan jarak GPS reciever dapat melakukan perhitungan dan menentukan posisi user dan menampilkan dalam peta elektronik.

Satelit GPS dalam mengirim informasi waktu sangat presisi karena Satelit tersebut memakai jam atom. Jam atom yang ada pada satelit jalan dengan partikel atom yang di isolasi, sehingga dapat menghasilkan jam yang akurat dibandingkan dengan jam bisa. Perhitungan waktu yang akurat sangat menentukan akurasi perhitungan untuk menentukan informasi lokasi kita.

Penentuan Posisi GPS 

Pada dasarnya penentuan posisi dengan GPS adalah pengukuran jarak secara bersama-sama ke beberapa satelit (yang koordinatnya telah diketahui) sekaligus. Secara garis besar penentuan posisi dengan GPS ini dibagi menjadi dua metode yaitu metode absolut dan metode relatif.

1. Metode absolut atau juga dikenal sebagai point positioning, menentukan posisi hanya berdasarkan pada 1 pesawat penerima (receiver) saja. Ketelitian posisi dalam beberapa meter (tidak berketelitian tinggi) dan umumnya hanya diperuntukkan bagi keperluan navigasi.
2. Metode relatif atau sering disebut differential positioning, menentukan posisi dengan menggunakan lebih dari sebuah receiver. Satu GPS dipasang pada lokasi tertentu dimuka bumi dan secara terus menerus menerima sinyal dari satelit dalam jangka waktu tertentu dijadikan sebagai referensi bagi yang lainnya. Metode ini mnghasilkan posisi berketelitian tinggi dan diaplikasikan untuk keperluan survei geodesi atau-pun pemetaan yang memerlukan ketelitian tinggi.

Ilustrasi Penentuan Lokasi menggunakan GPS

Sinyal yang dikirimkan oleh satelit ke GPS akan digunakan untuk menghitung waktu perjalanan (travel time). Waktu perjalanan ini sering juga disebut sebagai Time of Arrival (TOA). Sesuai dengan prinsip fisika, bahwa untuk mengukur jarak dapat diperoleh dari waktu dikalikan dengan cepat rambat sinyal. Maka, jarak antara satelit dengan GPS juga dapat diperoleh dari prinsip fisika tersebut. Setiap sinyal yang dikirimkan oleh satelit akan juga berisi informasi yang sangat detail, seperti orbit satelit, waktu, dan hambatan di atmosfer.

Untuk dapat menentukan posisi dari sebuah GPS secara dua dimensi (jarak), dibutuhkan minimal tiga buah satelit. Empat buah satelit akan dibutuhkan agar didapatkan lokasi ketinggian (secara tiga dimensi). Setiap satelit akan memancarkan sinyal yang akan diterima oleh GPS receiver. Sinyal ini akan dibutuhkan untuk menghitung jarak dari masing-masing satelit ke GPS. Dari jarak tersebut, akan diperoleh jari-jari lingkaran jangkauan setiap satelit. Lewat perhitungan matematika yang cukup rumit, interseksi (perpotongan) setiap lingkaran jangkauan satelit tadi akan dapat digunakan untuk menentukan lokasi dari GPS di permukaan bumi.

Sistem Koordinat GPS 

Sistem koordinat global yang biasa digunakan dalam sistem GPS disebut sebagai koordinat GEOGRAFI. Koordinat ini diukur dalam lintang dan bujur dalam besaran derajat desimal, derajat menit desimal, atau derajat menit detik. Lintang diukur terhadap ekuator sebagai titik NOL (0 derajat sampai 90 derajat positif ke arah utara dan 0 derajat sampai 90 derajat negatif ke arah selatan). Adapun bujur diukur berdasarkan titik NOL di Greenwich NOL (0 derajat sampai 180 derajat ke arah timur dan 0 derajat sampai 180 derajat kearah barat). Titik 180 derajat dari kedua bujur ini berada di daerah Samudra Pasifik. Koordinat geografi ini dapat dipetakan ke koordinat XY dengan sumbu X sebagai bujur dan sumbu Y sebagai lintang.

Sistem Koordinat GPS

Koordinat di bidang proyeksi merupakan koordinat yang dipakai pada sistem proyeksi tertentu. Umumnya berkaitan erat dengan sistem proyeksinya, walaupun adakalanya digunakan koordinat geografi dalam bidang proyeksi. Beberapa sistem proyeksi yang lazim digunakan di Indonesia diantaranya adalah: proyeksi merkator, transverse merkator universal transverse merkator, kerucut konformal.

Format Data GPS 

Format data keluaran GPS ditetapkan oleh NMEA (National Maritime Electronic Association) dan dapat dikoneksikan ke komputer melalui port komunikasi serial dengan menggunakan kabel RS-232 atau ke media perangkat serial seperti mikrokontroler. Untuk sekarang ini, format yang sering digunakan sebagai standar data keluaran GPS adalah format NMEA 0183.

NMEA 0183 adalah standar kalimat laporan yang dikeluarkan oleh GPS receiver, standar NMEA memiliki banyak jenis bentuk kalimat laporan diantaranya yang paling penting adalah koordinat lintang (latitude), bujur (longitude), ketinggian (altitude), waktu sekarang standar UTC (UTC Time) dan kecepatan (speed over ground).

Berikut ini adalah jenis kalimat NMEA 0183:

1. GGA (Global Positioning System Fixed Data) adalah data tetap GPS.
2. GLL (Geographic-Latitude/Longitude) adalah posisi geografis yaitu latitude/longitude. 
3. GSA (GNSS DOP and Aktive Satelites) adalah GNSS DOP dan satelit yang aktif, yaitu penurunan akurasi dan jumlah satelit yang aktif pada Global Satellite Navigation System).
4. GSV (GNSS Satelite In View) adalah satelit GNSS dalam jangkauan.
5. PRMC (Recommended Minimum Specific GNSS Data) adalah spesifikasi data minimal GNSS yang direkomendasikan.
6. PVTG (Course Over Ground and Ground Speed) adalah jalur dan kecepatan. 
7. ZDA adalah waktu dan penanggalan.