ANALISIS DATA TIME SERIES GPS KONTINU DI DAERAH SUMATERA

Transkripsi

1 ANALISIS DATA TIME SERIES GPS KONTINU DI DAERAH SUMATERA Studi Kasus : Data Continuous GPS SuGAr (Sumatran GPS Array) Tahun TUGAS AKHIR Karya tulis sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik Oleh SARAH LEILA HANIEF NIM Program Studi Teknik Geodesi dan Geomatika Fakultas Ilmu dan Teknik Kebumian INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2012

2 LEMBAR PENGESAHAN Tugas Akhir Sarjana ANALISIS DATA TIME SERIES GPS KONTINU DI DAERAH SUMATERA (Studi Kasus : Data Continous GPS SuGAr (Sumatran GPS Array) Tahun ) adalah benar dibuat oleh saya sendiri dan belum pernah dibuat dan diserahkan sebelumnya, baik sebagian maupun seluruhnya, baik oleh saya maupun orang lain, baik di ITB maupun di institusi lainnya. Bandung, Juni 2012 Penulis, Sarah Leila Hanief NIM Pembimbing I, Pembimbing II, Dr. Ir. Irwan Meilano, M.Sc. Dr. Ir. Dudy Darmawan M.Sc. NIP NIP Mengetahui, Ketua Program Studi Teknik Geodesi dan Geomatika, Dr. Ir. Kosasih Prijatna, M. Sc. NIP

3 KATA PENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT karena berkat rahmat, hidayah dan karunia-nya, penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul Analisis Data Time Series GPS Kontinu di Daerah Sumatera (Studi Kasus: Data Continous GPS Sumatran GPS Array (SuGAr) Tahun ). Tak lupa penulis panjatkan shalawat dan salam kepada Rasulullah Muhammad SAW beserta seluruh keluarga, sahabat, dan pengikutnya. Tugas Akhir ini disusun untuk memenuhi salah satu syarat kelulusan sarjana Program Studi Teknik Geodesi dan Geomatika Fakultas Ilmu dan Teknologi Kebumian Institut Teknologi Bandung. Pada Tugas Akhir ini, penulis memanfaatkan teknologi GPS untuk mendapatkan data time series yang selanjutnya akan dianalisis. Hasil dari Tugas Akhir ini diharapkan dapat menjadi bahan untuk penelitian selanjutnya. Pada kesempatan ini, penulis ingin mengucapkan terima kasih dan penghargaan kepada : 1. Dr. Ir. Irwan Meilano, M.Sc. dan Dr. Ir. Dudy Darmawan M.Sc. selaku dosen pembimbing. 2. Ir. Bambang Subekti, MT, Dr. Ir. Dina Angreni Sarsito, MT, dan Dr. Ir. Vera Sadarviana, MT selaku dosen penguji. 3. Dr. Ir. Kosasih Prijatna, MT selaku ketua Program Studi Teknik Geodesi dan Geomatika ITB. 4. Seluruh dosen di lingkungan Program Studi Teknik Geodesi dan Geomatika yang telah memberikan ilmunya, seluruh karyawan dan staf tata usaha yang telah banyak membantu. Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu kritik dan saran sangat penulis harapkan untuk perbaikan di masa mendatang. Akhir kata semoga Tugas Akhir ini bermanfaat untuk kita semua. Bandung, Juni 2012 Penulis i

4 LEMBAR PENGHARGAAN Penghargaan dan penghormatan penulis sampaikan kepada semua yang telah berjasa dan menginspirasi, tidak hanya dalam proses penulisan Tugas Akhir, tapi juga dalam kehidupan sehari-hari penulis : 1. Allah SWT atas segala limpahan kasih sayang dan kemudahan yang telah dikaruniakan-nya. 2. Rasulullah SAW sosok tauladan yang merupakan sebaik-baik manusia. 3. Kedua orang tuaku, untuk Papa dan Mama yang doanya untuk penulis tidak pernah putus. Semoga Allah selalu melindungi dan menyayangi Papa dan Mama, dan semoga Allah menjadikan penulis sebagai anak yang dapat Papa dan Mama banggakan. 4. Untuk Alief Muhammad Hanafie, yang secara tidak langsung penulis selalu berusaha agar menjadi tauladan yang baik untuknya. Ayo Lif, kita sama-sama berusaha keras demi membahagiakan Papa dan Mama. 5. Pa Irwan Meilano selaku dosen pembimbing I yang telah banyak meluangkan waktu untuk membimbing penulis dalam mengerjakan dan menyelesaikan Tugas Akhir, dan juga telah sabar dalam menghadapi perilaku penulis selama lebih dari dua tahun. Penulis memohon maaf atas segala kesalahan yang telah dibuat. 6. Pa Dudy Darmawan selaku dosen pembimbing II yang telah banyak membantu penulis menyempurnakan dan menyelesaikan Tugas Akhir, walau baru menjadi pembimbing seminggu sebelum seminar Tugas Akhir, tapi bantuan berupa masukan-masukan yang berguna terhadap penulis sangatlah banyak. Penulis pun meminta maaf karena telah merepotkan. 7. Pa Bambang Subekti, Bu Dina Angreni Sarsito, dan Bu Vera Sadarviana selaku dosen penguji yang telah banyak memberikan masukan-masukan yang sangat berguna kepada penulis selama sidang Tugas Akhir. 8. Pa Hasanuddin Z. Abidin selaku ketua Kelompok Keahlian Geodesi Fakultas Ilmu dan Teknologi Kebumian ITB. 9. Pa Kosasih Prijatna selaku ketua Program Studi Teknik Geodesi dan Geomatika ITB. ii

5 10. Pa Irwan Gumilar yang kepada beliau penulis merasa bersalah. Maaf Pak, tapi semuanya benar-benar diluar kuasa penulis. 11. Seluruh dosen di Prodi Teknik Geodesi dan Geomatika yang telah memberikan ilmunya selama penulis menuntut ilmu di jurusan ini. 12. Karyawan dan staf Tata Usaha Teknik Geodesi dan Geomatika Fakultas Ilmu dan Teknologi Kebumian ITB, 13. Dr. Ir. Danny Hilman Natawidjaja, M.Sc yang telah memberi kesempatan penulis untuk melakukan penelitian dan pengolahan data di LABEARTH Geoteknologi LIPI, 14. Pak Agusmen dan Mba Nina yang telah banyak memberikan kemudahan selama penulis melakukan pengolahan data di LABEARTH, 15. Seluruh guru yang telah memberikan ilmunya pada penulis, mulai dari para guru di TK Nurul Huda, SDN babakan Tarogong II, SDN Angkasa XII, SMPN 1 Margahayu, dan SMAN 8 Bandung. Segala jasa Bapak dan Ibu tak akan pernah penulis lupakan. 16. Rekan-rekan yang menjadi rekan penulis dalam menulis Tugas Akhir Mbak Mei, Rino dan Adit, 17. Para senior Kamerad IMG 2004 dan 2005 atas persaudaraannya. Semoga ikatan kita tak akan pernah putus, 18. Adik-adik Kamerad IMG 2007 dan Maaf penulis tidak dapat menjadi senior yang baik, 19. Kepada IMG untuk ilmu dan pembelajarannya. Padamu ku akan setia selalu, 20. Kamerad IMG06 yang telah menjadi keluarga untuk penulis. Penulis sangat bersyukur menjadi bagian dari kalian. Terima kasih atas momen-momen berharga yang tidak akan pernah terjadi jika tanpa kalian, 21. Cege06, Dini, Ruri, Nana, Dinda, Reni, Roro, Cimuik, Chuse, Nurul, Ocha, Meiline, dan Sisil. Akhirnya penulis menutup rangkaian cege yang lulus. Terima kasih atas dukungan yang telah diberikan, 22. Kamerad IMG06 penghuni Laboratorium Geodesi Lt. 1, Bedu dan Edu yang telah mendahului penulis lulus, lalu para veteran, kakek, meong, dan avatar aang yang setia hingga akhir bersama penulis berjuang mengerjakan Tugas Akhir dan wisuda sama-sama, iii

6 23. Rekan-rekan penghuni Lab GD yang bersama-sama berjuang untuk wisuda, mowenchen, adi, dan james, dan juga adik-adik yang akan memegang tampuk di Lab GD selanjutnya, oma, akbar dan dita, 24. Those bitchys out there whom I miss a gazillion, jeng mecin (yang kadar mecinnya agak menurun, dan pesonanya selalu dalam radius 5m, love you!), neng dipa (I wonder why you love bullying me, you are my junior! btw I ll have my eyebrows under surgery, you ll see!), ibu presiden (aku lagi off les korea jadi wisuda nanti aku bisa datang, haha..sorry~), tante atika (no need words for you cos you know me, I m all yours bep), dan mbak rosa (I will always envy you about teteh katy,hiks!btw kapan kita nonton mas adam?!). Ton of thanks for you guys for all support and love. You guys are legen-wait for it-dary!!! 25. Untuk Lady Winona 3252WM dan Lord Knight 4472YR yang sudah seperti keluarga bagi penulis. Tiada hari tanpa keduanya, terima kasih telah bersama penulis kemana pun penulis pergi selama lebih dari lima tahun. 26. 우리소녀시대, 김태연, 정제시카, 이써니, 황티파니, 김효연, 권유리, 최수영, 임윤아와서주휸. I m soo thankful that I know you. Thanks for being an inspiration. I ll never stopped working hard and reaching my dreams. 지금은소녀시대, 앞으로도소녀시대, 영원히소녀시대!! 사랑해 ~ 27. Semua pihak yang telah membantu dan tidak mungkin disebutkan satu persatu. iv

7 ABSTRAK Pada setiap data time series GPS, terdapat sinyal-sinyal yang mempengaruhi hasil hitungan yang didapat. Komponen-komponen tersebut akan membentuk suatu pola dalam data time series GPS. Pada umumnya, dalam suatu data time series GPS terdapat komponen periodik yang biasanya tidak dapat dideteksi dengan langsung. Untuk mendeteksi komponen periodik tersebut, maka dilakukan analisis spektral. Tujuan dari analisis spektral ini adalah untuk mendeteksi komponen perodik apa yang berpengaruh dominan dalam suatu data time series. Dengan mengetahui jenis dari komponen periodiknya, maka kita bisa mengetahui karakteristik dari data time series tersebut dan kemudian dapat ditentukan berapa jenis parameter yang dibutuhkan untuk melakukan curve fitting. Dalam melakukan fitting, digunakan dua buah pendekatan, yaitu fitting secara linier saja dan fitting linier dengan memperhitungkan komponen periodik. Sebagai bahan pembandingan antara kedua metode ini, maka dihitung pula laju pergeseran titik pengamatan per tahunnya. Dari analisis yang dilakukan terhadap kedua metode ini, didapat bahwa perbedaan laju pergeseran per tahun ketika menggunakan metode fitting linier dan ketika menggunakan metode fitting linier dengan memperhitungkan komponen periodik yang paling besar yaitu bernilai 3.7 mm per tahun. Kata kunci : analisis spektral, fitting, komponen periodik, laju pergeseran, time series. v

8 ABSTRACT In each GPS time series data, there are signals which exist and affect the result that has been received. Those components will form certain pattern in time series. Basically, time series has periodic component which commonly not being able to be detected directly. To detect this periodic component in time series, there is a way which is called spectral analysis. The purpose of spectral analysis is to detect which periodic component that dominantly affect the time series. With acknowledge periodic component in a time series, we can know the characteristic of the time series and later, we can determine how many parameters will be needed to do curve fitting. There are two approximations in fitting, it is either linier fitting only or linier fitting with including periodic component. As a comparison between these two methods, we need to estimate displacements velocity rate in a year. From the analysis that has been done, the result is that the difference displacements velocity rate between these two methods is 3.7 milimeters per year. Keywords : displacements velocity rate, fitting, periodic component, spectral analysis, time series. vi

9 DAFTAR ISI KATA PENGANTAR...i LEMBAR PENGHARGAAN... ii ABSTRAK... v ABSTRACK... vi DAFTAR ISI...vii DAFTAR GAMBAR... ix DAFTAR TABEL... xi DAFTAR LAMPIRAN...xii BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Ruang Lingkup Maksud dan Tujuan Manfaat Metodologi Penelitian Sistematika Penulisan... 7 BAB II DASAR TEORI Struktur Bumi Tektonik Lempeng Analisis Deret Waktu Pengertian Analisis Spektral Peran Teknologi GPS dalam Memantau Pergerakan Lempeng Bumi Definisi dan Komponen Utama GPS vii

10 2.5.2 Dasar Penentuan Posisi dengan Menggunakan GPS Metode-metode Penentuan Posisi dengan Menggunakan GPS Ketelitian Pengukuran GPS Definisi Akurasi dan Presisi Kesalahan dan Bias Pada Pengukuran GPS BAB III PENGOLAHAN DATA Data yang Digunakan Software yang Digunakan dalam Mengolah Data Pengolahan Data dengan Bernese Strategi Pengolahan Data dengan Menggunakan Bernese Transformasi Koordinat dari Geosentrik ke Toposentrik Ekstrak Data Analisis Spektral dengan Metode Normalisasi Periodogram Lomb Metode Menghitung Kecepatan Pergeseran di Setiap Titik BAB IV ANALISIS DATA TIME SERIES GPS KONTINU SUGAR Analisis Komponen Periodik pada Setiap Data Time Series per Stasiun Analisis Kecepatan Pergeseran per Tahun BAB V KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA viii

11 DAFTAR GAMBAR Gambar 1.1 Batas pertemuan lempeng di Indonesia... 1 Gambar 1.2 Perkembangan benua di bumi berdasarkan Teori Continental Drift... 2 Gambar 1.3 Persebaran titik-titik Stasiun SuGAr... 3 Gambar 2.1 Struktur bumi... 8 Gambar 2.2 Tren linier dalam suatu data pengamatan time series GPS Gambar 2.3 Pola naik-turun dalam suatu data time series GPS Gambar 2.4. Pola gerak musiman pada suatu data time series GPS Gambar 2.5. Pola tak beraturan dalam suatu data time series GPS Gambar 2.6 Model bentuk data time series Gambar 2.7 Analisis Korelasi Gambar 2.8 Korelasi silang antara dua buah time series f(t) dan g(t) Gambar 2.9 Segmen Sistem GPS Gambar 2.10 Lokasi stasiun pemonitor dan pengontrol GPS Gambar 2.11 Skema kerja sistem kontrol GPS Gambar 2.12 Komponen utama dari receiver GPS Gambar 2.13 Prinsip dasar penentuan posisi GPS Gambar 2.14 Metode Penentuan Posisi dengan GPS Gambar 2.15 Ilustrasi akurasi dan presisi Gambar 2.16 Pengaruh Kesalahan Orbit Gambar 2.17 Efek multipath Gambar 2.18 Pola Sinusoidal dari efek multipath Gambar 2.19 Series pengamatan stasiun BAKO ix

12 Gambar 3.1 Koordinat titik BAKO yang diperoleh dari hasil pengolahan Bernese. 37 Gambar 3.2 Pembuatan baseline manual pada bernese Gambar 3.3 Hubungan antara sistem koordinat geosentrik dengan sistem koordinat toposentrik Gambar 3.4 Perbandingan antara data time series stasiun PSKI sebelum outlier dihilangkan dan sesudah outlier dihilangkan Gambar 4.1 Perbandingan Root Mean Square (rms) dari data time series sebelum outlier dibuang dan sesudah outlier dibuang Gambar 4.2 Periodogram Lomb dari Stasiun MSAI untuk komponen EW, NS, dan UD Gambar 4.3 Perbandingan kurva sinyal linier dengan sinyal yang memiliki komponen periodik x

13 DAFTAR TABEL Tabel 3.1 Daftar interval waktu pengamatan stasiun SuGAr Tabel 3.2 Komponen-komponen penyusun BPE Tabel 3.3 Baseline yang dibuat Tabel 4.1 Daftar perbandingan nilai rms antara data yang mengandung outlier dengan data yang telah bebas outlier Tabel 4.2 Periodesitas Tiap-tiap stasiun GPS Tabel 4.3 Perbandingan kecepatan pergeseran per komponen di tiap titik antara kurva linier dengan kurva yang memiliki komponen periodik xi

14 DAFTAR LAMPIRAN Lampiran A Ketersediaan Data Stasiun SuGAr Lampiran B Perbandingan Data Time Series Stasiun SuGAr Sebelum Outlier Dihilangkan dan Sesudah Outlier Dihilangkan Lampiran C Perbandingan RMS Data Time Series Stasiun SuGAr Sebelum Oulier Dihilangkan dan Sesudah Outlier Dihilangkan Lampiran D Periodogram Lomb Lampiran E Perbandingan Fitting Data Time Series Dengan Kurva Linier dan Dengan Kurva Periodik xii