Navigasi Laut.pdf

Eka Djunarsjah, 2004

Bagian IX

NAVIGASI LAUT

GD-3121 Hidrografi I

Navigasi

• Definisi Etimologi• Definisi Fungsional• Definisi Kategori• Parameter Navigasi

Kinematika Wahana Apung

• Alur Informasi• Proses Navigasi• Sistem Koordinat

Fenomena Pengamatan untuk Penentuan Posisi

Kriteria Kinerja Sistem Penentuan Posisi

• Ketelitian dan Keandalan• Ukuran Lebih• Daerah Kepercayaan dan Ketelitian Pengukuran• Konsep Dilution of Precision (DOP)• Kriteria Kinerja lainnya

Persyaratan Ketelitian

• Persyaratan untuk Keselamatan Pelayaran• Standar Ketelitian IHO • Ketelitian yang dapat dicapai

Aplikasi Penentuan Posisi

Navigasi Laut


Definisi NavigasiSecara 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 NavigasiSepuluh 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)

Navigasi


Kinematika Wahana Apung (1)

Alur Informasi Kinematik

Integrasi

Diferensiasi

a v r

r v a

Low Pass Filter

High Pass Filter

Kesalahan terakumulasi dengan waktu

Sensitif terhadap noise



Proses Navigasi

A V X

Penentuan

Posisi

PengontrolanPerubahan

KecepatanPercepatan

Kring Diferensiasi

Positioning

Seamanship

Contoh Proses Navigasi

Homing (bergerak menuju suatu tempat tertentu)

Station Keeping (bergerak menuju suatu daerah tertentu)

Track Following (bergerak mengikuti jalur yangditentukan)



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


Proses-Proses Navigasi (1)

Diberikan Posisi Target :

Penentuan Posisi Aktual

Hitungan Posisi Relatif terhadap Target(Jarak dan Arah terhadap Target)

Penentuan Kecepatan Aktual(Arah dan Kecepatan)

Hitungan Percepatan yang Dibutuhkan(Perubahan Arah dan Pengurangan Kecepatan)

Pemakaian Percepatan(Perubahan Arah dan Pengurangan Kecepatan)

HomingDiberikan Posisi Target :


Hitungan Jarak terhadap Stasiun

Penentuan Kecepatan Aktual

Hitungan Nilai Perubahan Jarak terhadap Stasiun

Pemakaian Hasil Hitungan

Station Keeping


Proses-Proses Navigasi (2)


Hitungan Jarak terhadap Jalur Rencana

Penentuan Kecepatan Aktual

Hitungan Nilai Perubahan Jarak terhadap Jalur Rencana

Perubahan Arah

Track Following


Fenomena Pengamatan

Parameter Teknik Fenomenat waktu harian posisi matahari gerakan diurnal bumi, benda angkasa M

waktu teliti arloji transisi atomikr lintang tinggi polaris benda angkasa (polaris)

bujur meridian benda angkasa, arlojikedalaman tali perum batimetri

echosounder sinyal akustikgaris posisi jarak (radio) sinyal elektromagnetik

selisih jarak (radio) sinyal elektromagnetikjarak (akustik) sinyal akustiksudut (sextant) topografi

v arah kompas magnetik medan magnetikkompas giro medan gaya berat, gerakan diurnal

kecepatan hydrodynamic log gerakan kapalelectromagnetic log sinyal elektromagnetikacoustic log sinyal akustik

a percepatan sistem inersial gerakan kapal/bumi/medan gaya berat


Ketelitian dan Keandalan Penentuan Posisi

Jenis KetelitianPredictability :

– Berkaitan dengan penentuan posisi pada suatu sistem referensi yang terdefinisi dengan baikRepeatability :

– 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 benarRelatif :

– 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)

KeandalanTingkat kepercayaan terhadap kinerja yang diinginkan (contoh : ketelitian)


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 Siu

dan Sju)

– Penambahan ruang (pengukuran tambahan jarak Sku

)

i, j, k : titik-titik kontrol (stasiun) pantai

u : kapal

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 pra-

analisis, kalibrasi berulang, dan pengontrolan posisi secara teratur)

Sku

Sju

Siu

i

u j

k


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 Dimensi20 % 0,24 0,67 1,0039 % 0,52 1,00 1,3650 % 0,69 1,19 1,5568 % 1,00 1,51 1,8790 % 1,63 2,15 2,4995 % 1,94 2,45 2,7999 % 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)


Kriteria Kinerja Lainnya untuk Sistem Navigasi

CakupanDaerah (2 D atau 3 D) di sekeliling sistem yang memberikan ketelitian tertentu (tergantung pada geometri,kekuatan sinyal, kepekaan penerima,gangguan atmosfir, dan lain-lain)

KetersediaanPersentase waktu pelayanan sistemyang dapat dipakai (tergantung pada kemampuan pemancar, faktor lingkungan, dan lain-lain)

Interval FiksFrekuensi penentuan fiks yang dapat disediakan oleh sistem (contoh :sekali sehari atau beberapa kali perdetik)

Dimensi FiksApakah sistem berkemampuan melakukan penentuan posisi 2 Datau 3 D ?

KapasitasApakah ada batas jumlah pemakai sistem ?

AmbiguitasApakah sistem mempunyai ambiguitas geometris atau lane ?Dapatkah dipecahkan ?

BiayaUntuk penetapan dan pemeliharaan bagi pemakai sistem


Persyaratan Ketelitian Minimum

KriteriaKeselamatan pelayaranEfisiensi dari segi ekonomi

ZonaOcean, wilayah di luar landas kontinen (> 100 km dari daratan), tidak ada kedalamanyang membahayakan pelayaranCoastal, wilayah pada landas kontinen (< 100 km dari daratan), dengan jalur pengaman paling tidak selebar 2 kmPelabuhan, jalur pengaman 100 m atau lebih kecilPerairan pedalaman, berupa terusan, sungai, danau

Keselamatan PelayaranOcean : 4 - 8 kmCoastal : 500 mPelabuhan : 10 - 20 m

Pencarian Sumber Daya AlamOcean : 10 - 100 mCoastal : 1 - 100 mPelabuhan : 1 - 5 m

[Federal Radionavigation Plan, U.S. DoD&T]


• Dalam standar ketelitain yang baru (1998), pengumpulan datadiarahkan untuk memenuhi berbagai kebutuhan pengguna (tidak hanya untuk keperluan navigasi) :

manajemen kawasan pesisirpengawasan lingkunganpenetapan batas laut nasional (implementasi UU RI No. 22/1999) dan internasional (implementasi UNCLOS 1982)pemodelan laut dan meteorologiberbagai proyek kerekayasaan termasuk untuk penggalian sumber daya kelautan

• Dipacu oleh kemajuan teknologi satelit, echosounder multibeam atau swath sonar, serta teknologi komputer untuk perkapalan

SP – 44 IHO Edisi ke-4 Tahun 1998


Klasifikasi Survei

• Didasarkan berbagai persyaratan ketelitian untuk daerah yangdisurvei :

Orde Spesial : Pelabuhan, tempat berlabuh, dan terusan kritis dengan hambatan sarat kapal minimumOrde 1 : Pelabuhan, pelabuhan mendekati terusan, jalur anjuran, dan daerah perairan dengan kedalaman hingga 100 mOrde 2 : Daerah yang tidak tercakup dalam Orde Spesial dan1, atau daerah dengan kedalaman hingga 200 mOrde 3 : Daerah lepas pantai yang tidak tercakup dalam Orde Spesial, 1, dan 2

• Menggantikan pendekatan berdasarkan skala


Standar Ketelitian Penentuan Posisi (1)

• Posisi Titik Kontrol

Primer : Ketelitian relatif 1 : 100.000 (survei teristris) dan 10sentimeter (tingkat kepercayaan 95 %) jika menggunakan GPSatau GLONASSSekunder : Ketelitian relatif 1 : 10.000 (survei teristris) dan 50sentimeter jika menggunakan GPS atau GLONASS

• Posisi Kedalaman

Orde Spesial : 2 mOrde 1 : 5 m + 5 % kedalaman Orde 2 : 20 m + 5 % kedalaman Orde 3 : 150 m + 5 % kedalaman


Standar Ketelitian Penentuan Posisi (2)

• Posisi Alat Bantu Navigasi dan Fitur Penting Lainnya :

Survei Orde

Spesial

Survei Orde 1

Survei Orde 2dan 3

Alat bantu navigasi tetap dan fitur penting bagi navigasi

2 m 2 m 5 m

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


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 yangbersifat 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 : 2

d x b 2a

+±


Standar Ketelitian Kedalaman (2)

• Nilai a dan b untuk masing-masing orde survei ditentukan berdasarkan :

Orde Spesial : a = 0,25 m b = 0,0075Orde 1 : a = 0,5 m b = 0,013Orde 2 : a = 1,0 m b = 0,023Orde 3 : a = 1,0 m b = 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)


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

Kemampuan Deteksi Sistem

Cubic features> 1 m

Cubic features> 2 m pada kedalaman

hingga 40 m ; 10 % dari

kedalaman jika lebih dari 40 m

Samadengan Orde 1

Tidak digunakan

Lebar Lajur Maksimum Tidak

digunakan

3 xkedalamanrata-rata

atau 25 m

3-4 xkedalamanrata-rata

atau 200 m

4 xkedalamanrata-rata

KetelitianModel

BatimetrikTidak

digunakana = 1,0 mb = 0,026

a = 2,0 mb = 0,05 m

a = 5,0 mb = 0,05 m


Hal Lain yang Penting (1)

• Kesalahan pengukuran total muka laut tidak boleh melebihi +/- 5sentimeter (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


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 yangberkaitan dengan kualitas data (metadata), tidak hanya berkaitan dengan kapal survei, daerah, tanggal dan peralatan yangdigunakan, tetapi juga tentang prosedur kalibrasi, penentuan kecepatan gelombang akustik, dan metode reduksi pasut, serta estimasi ketelitian data dan tingkat kepercayaan


Ketelitian yang dapat Dicapai

Zona Jarak terhadap Pantai Kedalaman yang mewakiliPedalaman 0 - 30 km 40 mPantai 30 - 150 km 100 mLepas Pantai 150 - 1000 km 200 mLaut Dalam > 1000 km …

Pemilihan kedalaman yang mewakili telah mempertimbangkan persyaratan dan ketelitian beberapa sistem navigasi, sedangkan hubungan antara jarak dan kedalaman sewaktu-waktu dapat berubah

Zona PantaiTermasuk landas kontinen dan batas daerah yang melewati zona line-of-sightSering menggunakan sistem radio dan navigasi gelombang panjang yang memiliki ketelitian rendahJarak peralatan line-of-sight dapat diperpanjang ke dalam zona ini dengan teknik-teknik khusus

Zona Line-of-SightArea landas kontinen, dari pantai hingga ke batas pancaran sinyal radio atau optis (langsung, tidak terhalang), yang penentuan posisinya menggunakan gelombang mikro atau optisKetelitian orde dua atau satu dapat dicapai dalam penentuan posisi wahana fiks atau apungPeralatan seperti EDM dan Teodolit dapat juga digunakan untuk penentuan posisi kapal dan menara bor


Aplikasi Penentuan Posisi

Transportasi LautKeamanan pelayaran - menghindari bahaya

Pelayaran yang efisien - konsumsi waktu dan bahan bakar minimum

Sumber Daya MineralPeninjauan - magnetik, gaya berat,seismik, batimetri

Survei detail - seismik 3D, sub-bottom profiler, side scanEksplorasi dan produksi - survei hukum,wahana, pengeboran, pengerukan

Transportasi - jalur pipa, terminal

PerikananPenangkapan ikan dasar laut - bangkai kapal dan betingPenangkapan ikan pertengahan air -kawanan ikan

Manajemen Kawasan PesisirPemetaan batimetrik - penentuan anomali kedalaman, penggambaran topografi dasar lautPenetapan batas lautStudi oseanografik - sirkulasi,gelombang, pasut, penyebaran panas,garam, oksigen, polutan, nutrienStudi geodinamik - gerakan lokal dan gerakan lempeng


Navigasi Laut.pdf

Documents