GD-3121 Hidrografi I
Bagian IX NAVIGASI LAUT
Eka Djunarsjah, 2004
Navigasi Laut Navigasi
Kriteria Kinerja Sistem Penentuan Posisi
• • • •
• • • • •
Definisi Et Etimologi Definisi Fu Fungsional Definisi Ka Kategori Parameter Navigasi
Kinematika Wahana Apung • Alur Informasi • Proses Navigasi • Sistem Koordinat Fenomena Pengamatan untuk Penentuan Posisi
Ketelitia itian n da dan Ke Keandalan Ukuran Lebih Daer Da erah ah Kepe Keperc rcay ayaa aan n dan dan Kete Keteliliti tian an Pe Peng nguk ukur uran an Konsep Dilution of Precision (DOP) Precision (DOP) Kriteria Ki Kinerja la lainnya
Persyaratan Ketelitian • Pers Persya yara rata tan n un untu tuk k Kese Kesela lamat matan an Pe Pelay layar aran an • Standar Ketelit litian IHO • Ketel etelit itia ian n yan yang g dap dapat at dica dicapa paii Aplikasi Penentuan Posisi
Eka Djunarsjah, 2004
Navigasi Definisi Navigasi
Secara etimologi (Latin) : "navis" = kapal dan "agere" = mengemudi
Secara fungsional, navigasi berarti :
–
Penentuan posisi kapal, berkaitan dengan pergerakan kapal (utama)
–
Penyesuaian jalur kapal seperti yang direncanakan, berkaitan dengan kecepatan kapal
–
Pedoman pelayaran, berkaitan dengan percepatan kapal
Navigasi berarti juga kinematika dari kapal
Parameter Navigasi
Sepuluh parameter utama, yaitu : waktu t (1 parameter), posisi r (3 parameter), kecepatan v (3 parameter), dan percepatan a (3 parameter) Seluruh parameter tersebut digunakan pada kapal selam, sedangkan pada kapal biasa, digunakan 7 parameter (posisi horisontal) dan 4 parameter (posisi vertikal) Eka Djunarsjah, 2004
Kinematika Wahana Apung (1) Alur Informasi Kinematik
Integrasi
a
v
r
Low Pass Filter
Kesalahan terakumulasi dengan waktu
Diferensiasi
r
v
a
High Pass Filter Sensitif terhadap noise Eka Djunarsjah, 2004
Kinematika Wahana Apung (2) Contoh Proses Navigasi
Proses Navigasi Kring Diferensiasi
Perubahan
Pengontrolan
Penentuan
A
V
X
Percepatan
Kecepatan
Posisi
Homing (bergerak menuju suatu tempat tertentu) Station Keeping (bergerak menuju suatu daerah tertentu) Track Following (bergerak mengikuti jalur yang ditentukan)
Positioning Seamanship
Eka Djunarsjah, 2004
Kinematika Wahana Apung (3) Sistem Koordinat Lekat Bumi, Pusat Bumi
Posisi : lintang dan bujur atau bidang peta (x, y)
Kecepatan : utara/selatan atau arah/kecepatan
Lekat Bumi, Relatif ke Target
Jarak/arah dari target
Contoh : radar true motion
Lekat Kapal
Jarak/arah dari kapal
Contoh : radar normal
Eka Djunarsjah, 2004
Proses-Proses Navigasi (1) Homing Diberikan Posisi Target :
Diberikan Posisi Target :
Penentuan Posisi Aktual
Penentuan Posisi Aktual
Hitungan Posisi Relatif terhadap Target (Jarak dan Arah terhadap Target)
Hitungan Jarak terhadap Stasiun Penentuan Kecepatan Aktual
Penentuan Kecepatan Aktual (Arah dan Kecepatan) Hitungan Percepatan yang Dibutuhkan (Perubahan Arah dan Pengurangan Kecepatan) Pemakaian Percepatan (Perubahan Arah dan Pengurangan Kecepatan)
Hitungan Nilai Perubahan Jarak terhadap Stasiun Pemakaian Hasil Hitungan
Station Keeping
Eka Djunarsjah, 2004
Proses-Proses Navigasi (2) Track Following
Penentuan Posisi Aktual Hitungan Jarak terhadap Jalur Rencana Penentuan Kecepatan Aktual Hitungan Nilai Perubahan Jarak terhadap Jalur Rencana Perubahan Arah
Eka Djunarsjah, 2004
Fenomena Pengamatan Parameter t waktu harian waktu teliti r lintang bujur kedalaman garis posisi
v
arah kecepatan
a
percepatan
Teknik posisi matahari arloji tinggi polaris meridian tali perum echosounder jarak (radio) selisih jarak (radio) jarak (akustik) sudut (sextant) kompas magnetik kompas giro hydrodynamic log electromagnetic log acoustic log sistem inersial
Fenomena gerakan diurnal bumi, benda angkasa M transisi atomik benda angkasa (polaris) benda angkasa, arloji batimetri sinyal akustik sinyal elektromagnetik sinyal elektromagnetik sinyal akustik topografi medan magnetik medan gaya berat, gerakan diurnal gerakan kapal sinyal elektromagnetik sinyal akustik gerakan kapal/bumi/medan gaya berat Eka Djunarsjah, 2004
Ketelitian dan Keandalan Penentuan Posisi Jenis Ketelitian
Predictability : Berkaitan dengan penentuan posisi pada suatu sistem referensi yang terdefinisi dengan baik – Repeatability : Berkaitan dengan penentuan kembali lokasi yang sama pada waktu yang berbeda – – Variasi spasial dalam predictability diabaikan dengan repeatability – Variasi sesaat membutuhkan penetapan waktu (contoh : dua tahun atau lebih), agar repeatability menjadi benar Relatif : Berkaitan dengan penentuan posisi yang dilakukan oleh pengamat lain – Ketelitian penentuan posisi berdasarkan posisi sebelumnya pada kapal yang sama – Resolusi : Batas maksimal ketelitian sistem pengukuran (hanya satu faktor yang terkait dengan – ketelitian di atas)
Keandalan
Tingkat kepercayaan terhadap kinerja yang diinginkan (contoh : ketelitian)
Eka Djunarsjah, 2004
Ukuran Lebih Ukuran lebih diperlukan agar memungkinkan dilakukannya pengawasan (ketelitian sesuai seperti yang diharapkan) Untuk penentuan posisi secara statik, ukuran lebih dapat dicapai dengan dua cara : –
Penambahan waktu (pengukuran kembali jarak S dan S )
–
Penambahan ruang (pengukuran tambahan jarak S )
iu
ju
S
ku
i, j, k : titik-titik kontrol (stasiun) pantai u
: kapal
i iu
S
ju
u S
j
ku
k Untuk penentuan posisi secara kinematik, ukuran lebih dengan cara penambahan ruang : –
Penambahan stasiun pantai (biaya menjadi mahal)
–
Tidak umum dipakai untuk survei hidrografi (alternatifnya adalah melakukan praanalisis, kalibrasi berulang, dan pengontrolan posisi secara teratur) Eka Djunarsjah, 2004
Daerah Kepercayaan untuk Navigasi Matriks Kovariansi –
Matriks kovariansi titik fiks navigasi (bersama-sama dengan faktor variansi) secara lengkap memberi ciri kepada gambaran statistik ketelitian navigasi pada tingkat kepercayaan tertentu
Faktor Perbesaran – Umumnya diinginkan ketelitian parameter pada tingkat kepercayaan 95 % – Matriks kovariansi diskalakan dengan faktor perbesaran berdasarkan asumsi kesalahan acak menyebar normal Faktor perbesaran berdasarkan distribusi chi-square : – Daerah Kepercayaan 1 Dimensi 2 Dimensi 3 Dimensi 20 % 0,24 0,67 1,00 39 % 0,52 1,00 1,36 50 % 0,69 1,19 1,55 68 % 1,00 1,51 1,87 90 % 1,63 2,15 2,49 95 % 1,94 2,45 2,79 99 % 2,57 3,05 3,38 Catatan : Jika tidak ada ukuran lebih, faktor variansi apriori harus digunakan, dan yang memberi ciri kepada kinerja sistem dianggap memadai (suatu asumsi yang sangat beresiko tinggi) Eka Djunarsjah, 2004
Kriteria Kinerja Lainnya untuk Sistem Navigasi Cakupan Daerah (2 D atau 3 D) di sekeliling sistem yang memberikan ketelitian tertentu (tergantung pada geometri, kekuatan sinyal, kepekaan penerima, gangguan atmosfir, dan lain-lain) Ketersediaan Persentase waktu pelayanan sistem yang dapat dipakai (tergantung pada kemampuan pemancar, faktor lingkungan, dan lain-lain) Interval Fiks Frekuensi penentuan fiks yang dapat disediakan oleh sistem (contoh : sekali sehari atau beberapa kali per detik)
Dimensi Fiks
Apakah sistem berkemampuan melakukan penentuan posisi 2 D atau 3 D ?
Kapasitas Apakah ada batas jumlah pemakai sistem ? Ambiguitas Apakah sistem mempunyai ambiguitas geometris atau lane ? Dapatkah dipecahkan ? Biaya Untuk penetapan dan pemeliharaan bagi pemakai sistem Eka Djunarsjah, 2004
Persyaratan Ketelitian Minimum Kriteria Keselamatan pelayaran Efisiensi dari segi ekonomi Zona , wilayah di luar landas kontinen (> 100 km dari daratan), tidak ada kedalaman Ocean yang membahayakan pelayaran , wilayah pada landas kontinen (< 100 km dari daratan), dengan jalur Coastal pengaman paling tidak selebar 2 km Pelabuhan, jalur pengaman 100 m atau lebih kecil Perairan pedalaman, berupa terusan, sungai, danau Keselamatan Pelayaran : 4 - 8 km Ocean : 500 m Coastal Pelabuhan : 10 - 20 m
Pencarian Sumber Ocean Coastal Pelabuhan
Daya Alam : 10 - 100 m : 1 - 100 m : 1-5m
[Federal Radionavigation Plan, U.S. DoD&T ] Eka Djunarsjah, 2004
SP – 44 IHO Edisi ke-4 Tahun 1998 •
Dalam standar ketelitain yang baru (1998), pengumpulan data diarahkan untuk memenuhi berbagai kebutuhan pengguna (tidak hanya untuk keperluan navigasi) : manajemen kawasan pesisir pengawasan lingkungan penetapan batas laut nasional (implementasi UU RI No. 22/1999) dan internasional (implementasi UNCLOS 1982) pemodelan laut dan meteorologi berbagai proyek kerekayasaan termasuk untuk penggalian sumber daya kelautan
•
Dipacu oleh kemajuan teknologi satelit, echosounder multibeam atau swath sonar , serta teknologi komputer untuk perkapalan Eka Djunarsjah, 2004
Klasifikasi Survei •
Didasarkan berbagai persyaratan ketelitian untuk daerah yang disurvei :
•
Orde Spesial : Pelabuhan, tempat berlabuh, dan terusan kritis dengan hambatan sarat kapal minimum Orde 1 : Pelabuhan, pelabuhan mendekati terusan, jalur anjuran, dan daerah perairan dengan kedalaman hingga 100 m Orde 2 : Daerah yang tidak tercakup dalam Orde Spesial dan 1, atau daerah dengan kedalaman hingga 200 m Orde 3 : Daerah lepas pantai yang tidak tercakup dalam Orde Spesial, 1, dan 2
Menggantikan pendekatan berdasarkan skala Eka Djunarsjah, 2004
Standar Ketelitian Penentuan Posisi (1) •
Posisi Titik Kontrol
•
Primer : Ketelitian relatif 1 : 100.000 (survei teristris) dan 10 sentimeter (tingkat kepercayaan 95 %) jika menggunakan GPS atau GLONASS Sekunder : Ketelitian relatif 1 : 10.000 (survei teristris) dan 50 sentimeter jika menggunakan GPS atau GLONASS
Posisi Kedalaman
Orde Orde Orde Orde
Spesial 1 2 3
: : : :
2m 5 m + 5 % kedalaman 20 m + 5 % kedalaman 150 m + 5 % kedalaman Eka Djunarsjah, 2004
Standar Ketelitian Penentuan Posisi (2) •
Posisi Alat Bantu Navigasi dan Fitur Penting Lainnya : Survei Orde Spesial
Survei Orde 1
Survei Orde 2 dan 3
2m
2m
5m
Garis pantai alami
10 m
20 m
20 m
Posisi alat bantu navigasi apung
10 m
10 m
20 m
Fitur Topografis
10 m
20 m
20 m
Alat bantu navigasi tetap dan fitur penting bagi navigasi
Eka Djunarsjah, 2004
Standar Ketelitian Kedalaman (1) •
Penggunaan konsep atau hal baru yang terdiri dari :
•
peningkatan tingkat kepercayaan dari 90 % menjadi 95 % agar dapat digunakan dalam survei yang lebih luas standar ketelitian kedalaman terbagi menjadi kesalahan yang bersifat tetap dan kesalahan yang bergantung pada kedalaman untuk masing-masing orde survei kesalahan-kesalahan pengamatan pasut, penentuan datum, dan transfer datum kedalaman telah termasuk dalam penentuan ketelitian kedalaman secara keseluruhan
Batas-batas kesalahan untuk ketelitian kedalaman dihitung menggunakan persamaan : ± a2 + b x d 2
Eka Djunarsjah, 2004
Standar Ketelitian Kedalaman (2) •
Nilai a dan b untuk masing-masing orde survei ditentukan berdasarkan :
•
Orde Spesial Orde 1 Orde 2 Orde 3
: : : :
a a a a
= = = =
0,25 m 0,5 m 1,0 m 1,0 m
b b b b
= = = =
0,0075 0,013 0,023 0,023
Nilai “a” menyatakan kesalahan kedalaman independen (jumlah kesalahan yang bersifat tetap), “b” merupakan faktor kesalahan kedalaman yang dependen, “d” adalah kedalaman, dan “b x d” adalah kesalahan kedalaman yang dependen (jumlah semua kesalahan kedalaman yang dependen)
Eka Djunarsjah, 2004
Standar Kerapatan Data dan Deteksi Objek Bawah Laut Orde
Spesial
1
2
3
Cakupan Dasar Laut 100 %
Wajib
Diperlukan pada daerah tertentu
Mungkin diperlukan
Tidak digunakan
Sama dengan Orde 1
Tidak digunakan
Tidak digunakan
3x kedalaman rata-rata atau 25 m
3-4 x kedalaman rata-rata atau 200 m
4x kedalaman rata-rata
Tidak digunakan
a = 1,0 m b = 0,026
a = 2,0 m b = 0,05 m
a = 5,0 m b = 0,05 m
Kemampuan Deteksi Sistem
Lebar Lajur Maksimum
Ketelitian Model Batimetrik
Cubic features >1m
Cubic features > 2 m pada kedalaman hingga 40 m ; 10 % dari kedalaman jika lebih dari 40 m
Eka Djunarsjah, 2004
Hal Lain yang Penting (1) •
Kesalahan pengukuran total muka laut tidak boleh melebihi +/- 5 sentimeter (tingkat kepercayaan 95 %) untuk Orde Spesial dan +/10 sentimeter untuk orde survei lainnya. Kesalahan pengukuran tinggi pasut ditambah dengan kesalahan yang terjadi pada proses penentuan datum kedalaman dan proses transfer datum dari stasiun pengamatan pasut ke daerah survei, harus dikombinasikan dengan kesalahan pengukuran kedalaman untuk penentuan ketelitian titik-titik kedalaman
•
Pengambilan sampel bawah laut dimaksudkan untuk menentukan kondisi dasar laut (dapat juga disimpulkan dari berbagai sensor, seperti echosounder, side scan sonar, atau sub-bottom profiler ) yang diperlukan untuk penentuan lokasi penjangkaran kapal, dengan jarak antar sampel 10 kali dari lebar jalur survei Eka Djunarsjah, 2004
Hal Lain yang Penting (2) •
Pengamatan arus laut dilakukan pada daerah sekitar pelabuhan dan terusan, terutama jika kecepatan arus melebihi 0,5 knot dan sebaiknya dilakukan sepanjang mereka dapat membawa pengaruh terhadap navigasi permukaan dengan lama pengamatan tidak kurang dari 15 hari (dapat mencapai 29 hari), dengan interval minimal satu jam
•
Diperlukan dokumen untuk memfasilitasi penggunaan data survei untuk berbagai keperluan pengguna, di antaranya informasi yang berkaitan dengan kualitas data (metadata), tidak hanya berkaitan dengan kapal survei, daerah, tanggal dan peralatan yang digunakan, tetapi juga tentang prosedur kalibrasi, penentuan kecepatan gelombang akustik, dan metode reduksi pasut, serta estimasi ketelitian data dan tingkat kepercayaan Eka Djunarsjah, 2004
Ketelitian yang dapat Dicapai Zona Pedalaman Pantai Lepas Pantai Laut Dalam
Jarak terhadap Pantai 0 - 30 km 30 - 150 km 150 - 1000 km > 1000 km
Kedalaman yang mewakili 40 m 100 m 200 m …
Pemilihan kedalaman yang mewakili telah mempertimbangkan persyaratan dan ketelitian beberapa sistem navigasi, sedangkan hubungan antara jarak dan kedalaman sewaktu-waktu dapat berubah Zona Pantai Termasuk landas kontinen dan batas daerah yang melewati zona line-of-sight Sering menggunakan sistem radio dan navigasi gelombang panjang yang memiliki ketelitian rendah Jarak peralatan line-of-sight dapat diperpanjang ke dalam zona ini dengan teknik-teknik khusus Zona Line-of-Sight Area landas kontinen, dari pantai hingga ke batas pancaran sinyal radio atau optis (langsung, tidak terhalang), yang penentuan posisinya menggunakan gelombang mikro atau optis Ketelitian orde dua atau satu dapat dicapai dalam penentuan posisi wahana fiks atau apung Peralatan seperti EDM dan Teodolit dapat juga digunakan untuk penentuan posisi kapal dan menara bor Eka Djunarsjah, 2004
Aplikasi Penentuan Posisi Transportasi Laut
Keamanan pelayaran - menghindari bahaya Pelayaran yang efisien - konsumsi waktu dan bahan bakar minimum
Perikanan Penangkapan ikan dasar laut - bangkai kapal dan beting Penangkapan ikan pertengahan air kawanan ikan
Manajemen Kawasan Pesisir Pemetaan batimetrik - penentuan Peninjauan - magnetik, gaya berat, anomali kedalaman, penggambaran seismik, batimetri topografi dasar laut Survei detail - seismik 3D, sub-bottom Penetapan batas laut profiler , side scan Studi oseanografik - sirkulasi, Eksplorasi dan produksi - survei hukum, gelombang, pasut, penyebaran panas, wahana, pengeboran, pengerukan garam, oksigen, polutan, nutrien Studi geodinamik - gerakan lokal dan Transportasi - jalur pipa, terminal gerakan lempeng
Sumber Daya Mineral
Eka Djunarsjah, 2004
