Peran Keilmuan Geodesi Dalam Bidang Penelitian dan ...

Peran Keilmuan GeodesiDalam Bidang Penelitian dan PengembanganKelautan di Indonesia: Status dan ProspekHasanuddin Z. Abidin dan Kosasih PrijatnaKelompok Keilmuan GeodesiFakultas Ilmu dan Teknologi Kebumian ITBJl. Ganesha 10, Bandung 40132Workshop “Diseminasi Penelitian Oseanografi di Indonesia”ITB, 29 November 2007

GEODESI ?1. Termasuk profesi yang paling tua di dunia ini.2. Secara semantik, berasal dari kata-kata :geo = = earthdaisia = = I divide"geo daisia" " = "dividing the earth"Hasanuddin Z. Abidin, 2004

Definisi Geodesi• Definisi Klasik :Ilmu tentang pengukuran dan pemetaan permukaan Bumi.• Definisi Modern :(Helmert, 1880)Disiplin ilmu yang mempelajari tentang pengukuran danperepresentasian dari Bumi dan benda-benda langitlainnya, termasuk medan gaya beratnya masing-masing,dalam ruang tiga dimensi yang berubah dengan waktu.(International Association of Geodesy)Hasanuddin Z. Abidin, 1995

Bidang Kajian ILMU GEODESI• Penentuan Posisi• Penentuan MedanGaya Berat• Variasi Temporaldari Posisi danMedan Gaya Berat• Bumi• Benda LangitlainnyaHasanuddin Z. Abidin, 1995

Ruang Lingkup GEODESIPengumpulan DataPengolahan danManipulasi DataPerepresentasianData & InformasiTEORITIS• Darat• Laut• Udara• AngkasaPemanfaatanPeta & Sistem InformasiPRAKTISGeomatikaHasanuddin Z. Abidin, 2004

METODE PENGAMATAN GEODESI SATELIT• BUMI ke ANGKASA. Satellite photography. (Satellite/Lunar) Laser Ranging. Satelit Navigasi(GPS, Glonass, Galileo)• ANGKASA ke BUMI. Satelit altimetri. Spaceborne laser. Satelit gradiometri. Remote Sensing• ANGKASA ke ANGKASA. Satellite-to-satellite tracking (SST)Hasanuddin Z. Abidin, 2005

GNSS (Global NavigationSatellite System)GLONASSGPSGalileoGPS adalah sistem GNSS yangpaling banyak digunakan dalambidang kelautan saat ini!!COMPASS

Contoh Aplikasi GPSDalam Bidang Kelautan• Penentuan Posisi Obyek di Permukaan Laut• Survei dan Pemetaan Laut• Perhubungan Laut• Pengamatan Pasut di Lepas Pantai• Transfer MSL antar Stasion• Penentuan Posisi Titik di Dasar Laut• Studi Pola Arus Laut• Pemantauan Pergerakan Tumpahan Minyak• Realisasi Aspek Geodetik dari Hukum LautHasanuddin Z. Abidin, 2007

Penentuan Posisidi Permukaan Laut• Kapal dan wahana laut lainnya• Sensor-sensor kelautan• Struktur dan bangunan laut• Pulau-pulau kecil yang terpencil• Personil yang bekerja di lautKeunggulan GPS : posisi global, real-time,operasionalisasinya mudah, receiver nya murahtidak tergantung cuaca, ketelitian relatif tinggiHasanuddin Z. Abidin, 2007

GPS dan Survei Hidro-Oseanografi• Penentuan posisititik kontrol di pantai• Navigasi kapal survei• Penentuan posisi titik perum• Penentuan posisi sensor-sensorhidrografi dan oseanografi lainnyadi kapal survei.Hasanuddin Z. Abidin, 2007

GPS dan Perhubungan Laut• Navigasi, Pemantauan, dan PengelolaanPergerakan Wahana Laut• Diintegrasikan dengan ECDIS(Electronic Chart Display and Information System)Fase NavigasiKetelitian minimum(2drms, 95%)Ketersediaan(Availability)Laut lepas (Ocean) 1 - 2 nm (1.8 - 3.7 km) 95% - 99%Daerah pantai (Coastal) 460 m 99.7%Daerah pelabuhan(Harbor & Harbor Approach) 8 - 20 m 99.7%Hasanuddin Z. Abidin, 2007

GPS danPerhubungan Laut• Spasi minimum antar dua alur pelayaran dapat diperkecil.• Jalur-jalur pelayaran yang sulit dapat dilewati.• Peningkatan kapasitas dan keamanan perapatan kapaldi pelabuhan.• Penggunaan perairan pelayaransecara lebih fleksibel.• Penentuan route pelayaran yang lebih bervariasi.• Pembukaan pelabuhan baru di tempat yang terpencil.Hasanuddin Z. Abidin, 2007

Peranan GPS dalamStudi Muka Laut• Kalibrasi altimeter dari satelit altimetri• Melengkapi pengukuran satelit altimetri. resolusi temporal danspasial yang lebih detil• Pemantauan muka laut secara lokal.• Pengamatan pasang surutdi lepas pantai.• Transfer MSLHasanuddin Z. Abidin, 1999

Principle of Sea Level Monitoring Using GPSGPS satellitesCommunicationsatellitedata linkReferenceStationdhdata linkGPS BuoySurvey VesselORAnchoreddhSea BottomHasanuddin Z. Abidin, 1999Time

GPS-based Altimeter CalibrationSatelliteAltimetryGPSSatelliteorbitGPS and SLRstationsGPS buoyHasanuddin Z. Abidin, 1999

Stations Proposed for Altimeter CalibrationRef. : [Mitchum, 1997]Stations which have existing GPS receiversHasanuddin Z. Abidin, 1999

GPS-Buoy : Aspek Pengolahan Data• Penentuan ambiguitas fase secara OTF.• Koordinat transformasi karenaadanya gerakan antena GPS.• Eliminasi kesalahan & bias data GPS,terutama untuk baseline panjang(ionosfir, troposfir, multipath, cycle slips).• Filtering dan smoothing data ketinggiandari pengaruh gelombang dan angin hanya pasut yang tertinggalHasanuddin Z. Abidin, 1999

PERSYARATAN SISTEM GPS BUOYUNTUK PENGAMATAN PASUTGPS• Diferensial• Data fase• Receiver GPS tipe geodetik• Waterproof‣ Buoy yang andal dan ‘robust’‣ Sistem Komunikasi Data‣ Sensor Pengukur Pitching & RollingHasanuddin Z. Abidin, 2000

STUDI KASUSGPS BUOYGPS Buoy di basecampBPPT di Dadap, TanggerangHasanuddin Z. Abidin et al., 2000GPS BuoyDi Laut Jawa15 – 25 April 2000

GPS BUOY: Contoh Hasil Pengamatan PasutTinggi Ellipsoid (m)19.119.018.918.818.718.618.518.418.318.218.118.0Variasi muka laut dari GPS(interval 5 menit)0 24 48 72 96 120 144 168 192Waktu Pengamatan (jam)Hasanuddin Z. Abidin et al., 2000Variasi muka laut (m)1,301,201,101,000,900,800,700,600,50Variasi muka laut daripengamatan pasut0 24 48 72 96 120 144 168 192 216 240 264 288Waktu pengamatan (jam)

Indonesian Tsunami Early Warning System

GPS SatellitesGPS ReflectometryMenggunakankarakteristik sinyalpantul GPS(e.g. delay, amplitudo,bentuk gelombang)untuk mempelajarikarakteristik dandinamika bidangpemantul (e.g. lautan,danau, daratan)www.gitews.orgHasanuddin Z. Abidin, 2007

GPS dan Studi Pola ArusSatelit GPSSatelitKomunikasiPengiriman dataMonitorStationPosisi GPS dariwaktu ke waktuTrayektori pelampungmewakili arah arusGaris PantaiReceiver GPS padapelampung yangbergerak bebasDaratanHasanuddin Z. Abidin, 1993

Penentuan Attitude KapalSatelit GPShyawingAntenna-1rollingNAntenna-2Antenna-3Hasanuddin Z. Abidin, 1999pitchingE

GPS dan Realisasi GALOS(Geodetic Aspects of the Law of the Sea)• Penentuan koordinat dari titik-titik pangkal(basepoints) untuk penetapan batas negaramaupun batas daerah.• Penentuan dan rekonstruksidari titik-titik batas luar darizona-zona laut : ZEE,Teritorial, Contiguous, dll.• Penyelesaian konflik batas lautantar negara atau antar propinsi.Hasanuddin Z. Abidin, 1993

Aplikasi Satelit Altimetri

Contoh Satelit AltimetriTopex/Poseidon(NASA/Cnes)Jason-1(Cnes/NASA)Envisat-1(ESA)ERS-1/2 (ESA)http://www.jason.oceanobs.com/print/presentation/poac_oac_uk.html

Parameter yang dapat ditentukandengan Satelit AltimetriDari data waktu tempuh sinyal• Posisi vertikal permukaan laut• Topografi muka laut (SST)• Undulasi Geoid• Topografi es• Lokasi & kecepatan arus lautDari data bentuk dan strukturmuka gelombang pantul• Tinggi gelombang• Panjang gelombangdominan• Informasi termoklin• Kemiringan lapisan esDari data amplitudo gelombang pantul•Kecepatan angin permukaan sepanjang ground-track satelit•Batas laut/esHasanuddin Z. Abidin, 2001

Aplikasi Satelit Altimetri• penentuan topografi permukaan laut (SST),• penentuan topografi permukaan es,• penentuan geoid di wilayah lautan,• penentuan karakteristik arus dan eddies,• penentuan tinggi (signifikan) dan panjang(dominan) gelombang,• studi pasang surut di lepas pantai,• penentuan kecepatan angin di atas permukaan laut,• penentuan batas wilayah laut dan es,• studi fenomena El Nino, dan• unifikasi datum tinggi antar pulau.Hasanuddin Z. Abidin, 2001

Pemantauan Dinamika Muka Laut2005200620072008200920102011LOKASIPENELITIANTUJUANPENELITIAN(Untuk Memahami)JAKARTA, BANDUNG, SEMARANG, PERAIRAN SURABAYA, INDONESIADENPASAR, MEDANKARAKTERISTIK PENURUNAN DINAMIKA MUKA TANAHLAUTKARAKTERISTIK PENYEBABKARAKTERISTIK DAMPAKTEKNOLOGIPENGUKURANANALISISPENYEBABSIPAT SATELIT DATAR ALTIMETRI, , GPS,DIFFERENTIAL TIDE GAUGE, INSAR dan TEKNIKINDERAJA LAINNYA• PENGAMBILAN PEMANASAN GLOBALAIR TANAH• BEBAN PERUBAHAN BANGUNAN TOPOGRAFI BAWAH LAUTANALISISDAMPAK• CAKUPAN INUNDASIBANJIR• RETAKNYA EROSI PANTAIBANGUNAN• RUSAKNYA KUALITAS LINGKUNGANUTILITAS• KUALITAS DAN LAIN-LAINLINGKUNGANOUTCOMESISTEM PERINGATAN DINISISTEM MITIGASI BENCANAKosasih Prijatna, 2007PERENCANAAN, & PELAKSANAAN PEMBANGUNAN

Pengamatan Pasut Laut(tide gauge station vs satellite altimetry)40Port Klang - Tide Gauge50Tioman - Tide GaugeMonthly Mean Sea Level (cm)3020100-109.4mm/yearMonthly Mean Sea Level (cm)403020100-104.8mm/year-20-20-301993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002-301993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 200240Port Klang - Topex50Tioman - Topex302012.8mm/year40305.7mm/yearMonthly SSE(cm)100Monthly SSE(cm)20100-10-10-20-20-301993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002-301993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002Kosasih Prijatna, 2007

15 mm/y16 mm/yLaut JawaLepas PantaiTimur FilipinaVariasiMSLDariSatelitAltimetri16 mm/yLaut Sulawesi19 mm/yLaut TimorKosasih Prijatna, 2007

Sea Level Trends(Dari Satelit Altimetri)m/yearKosasih Prijatna, 2007

Studi Kasus : Topex-Poseidon DataKosasih Prijatna, 2007

Sea Level Anomaly Comparison (4 cycles)(after removing global tide effect)Pass 14Pass 64Pass 12Pass 62L A T I T U D E

Riset Lebih Lanjut(Riset ITB 2008)PI : Kosasih PrijatnaPemodelan pasut laut regional untuk pereduksiandata satelit altimetri di wilayah perairan Indonesiaberdasarkan 15 tahun (1992 – 2007) data altimetridari misi Topex/Poseidon + Jason-1

Penentuan SST+75LintangKonturdalam cm0-7590 180 270 Bujur• Gambar di atas adalah SST (statik) global yang diestimasi dari 1.5 tahun dataGEOS-3 ditambah seluruh data SEASAT yang ada.• Model geoid yang digunakan dalam hal ini adalah model geoid yang digunakanuntuk orbit satelit SEASAT.• Gambar ini menunjukkan bahwa satelit altimetri mempunyai kemampuan yangsangat baik dalam menentukan variasi spasial SST secara global.Hasanuddin Z. Abidin, 2001

ERS Mean Dynamic Ocean Topography, 1996Ref. : http://nng.esoc.esa.de/ers/alti.htmlHasanuddin Z. Abidin, 1999

ERS Sea Level Anomaly, January 1999Ref. : http://nng.esoc.esa.de/ers/alti.htmlHasanuddin Z. Abidin, 1999

Penentuan Variasi Temporal SSTGunungapibawah lautMuir23 April 197728 Sept. 1977cm100500• Satelit altimetrijuga dapat digunakanuntuk mempelajarivariasi SST terhadapwaktu dalam suatuskala spasial regional.31.0 o U64.5 o B0 100 200kmPerubahan 120 cmyang disebabkan olehthe gulfstream meander33 35 Lintang 37 39 41.0 o U56.4 o B• Hal ini ditunjukkanoleh hasil pada Gambaryang diperoleh dari dualewatan satelit GEOS-3pada jejak yang samadi Lautan Atlantiksebelah Utara.Hasanuddin Z. Abidin, 2001Ref. : [Cheney et al., 1984]

Penentuan Variasi Temporal MSLVariasi MSL (cm)20Dari satelit GEOSAT100-10Ref. : [Cheney et al., 1986]-20100 200 300 400 500 hari• Gambar di atas menunjukkan contoh variasi MSL yang diestimasidari 14 bulan data GEOSAT yang jejak (ground track) nyaberuluang setiap tiga hari.• Gambar ini memperlihatkab bahwa resolusi variasi MSL yangdiperoleh adalah lebih baik dari 10 cm.Hasanuddin Z. Abidin, 1999

VariasiSpasialAnomaliGayaberatdariSatelitAltimetriSumateraKalimantanJawaRef. [DEOS, 2000]Hasanuddin Z. Abidin, 1999

Kecepatan & Pola Arus dari Satelit AltimetriRef. [DEOS, 2000]Hasanuddin Z. Abidin, 1999

Tinggi Gelombang dari Satelit AltimetriRef. : [AVISO, 2000]Hasanuddin Z. Abidin, 1999

Kecepatan Angin dari Satelit AltimetriRef. : [AVISO, 2000]Hasanuddin Z. Abidin, 1999

Topex/Poseidon scoops 1997-98 El Niño storyFeb 1997Jan 1998April 1997April 1998July 1997July 1998http://www.jason.oceanobs.com/html/applications/enso/nino1997-98_uk.html

www.nodc.noaa.gov/OCL/plot.html

PenutupAplikasi Keilmuan GeodesiDalam Bidang Penelitian dan PengembanganKelautan di Indonesia:Status : BELUM OPTIMALProspek : BESAR DAN POTENSIAL