BAB I PENDAHULUAN. I.1. Sistem Air Traffic Control (ATC)

Transkripsi

1 BAB I PENDAHULUAN I.1. Sistem Air Traffic Control (ATC) Sistem Air Traffic Control (ATC) merupakan sistem kompleks yang melibatkan sumber daya manusia, lembaga otoritas, manajemen, prosedur operasi dan peralatan penunjang. Semua faktor di atas secara bersama memiliki tujuan untuk mewujudkan lalu lintas udara yang aman, teratur dan mengalir cepat. Dengan kata lain sistem ATC bertujuan untuk meningkatkan penggunaan lalu lintas udara beserta level safety-nya, mengurangi tingkat keterlambatan dan waktu holding, serta untuk penghematan bahan bakar dengan memberikan rute yang sesuai, sehingga akan mengurangi biaya dan meningkatkan kualitas suatu operasi penerbangan. [3] Salah satu komponen utama pada peralatan sistem ATC yang disebutkan di atas adalah sistem Radar. Pada saat ini pengawasan lalu lintas udara di ATC dilakukan dengan menggunakan Radar & Display Processing System (RDPS) dan Flight Data Processing System (FDPS). RDPS memproses hasil liputan (coverage) Radar dalam bentuk plot. Data plot ini kemudian diolah oleh subsistem Radar Tracking untuk menghasilkan track atau lintasan terbang yang pada prinsipnya terdiri dari posisi dan kecepatan, untuk ditampilkan oleh subsistem Graphical Unit Interface pada monitor kerja operator ATC. Track yang dihasilkan juga diproses oleh sub-sistem peringatan tanda bahaya (Alerts and Warning) untuk menolong operator ATC dalam mengantisipasi risiko bahaya, seperti tabrakan antar pesawat, pesawat menabrak rintangan vertikal seperti gunung, dan lain-lain.[11] Pada umumnya bandara-bandara utama yang ada di Indonesia telah dilengkapi dengan sistem ATC yang mempunyai sistem RDPS standar. Tetapi perlu 1

2 diketahui pula bahwa sistem yang dipakai adalah completely built-up system (dibeli langsung dari luar negeri) yang selain berharga mahal juga mempunyai tingkat ketergantungan tinggi terhadap perusahaan yang memproduksi sistem tersebut yang notabene adalah perusahaan asing. Hal ini menyebabkan biaya pemeliharaan dan pengembangan sistem ATC yang dimiliki menjadi mahal dan hampir tidak terjangkau. Hal-hal di atas menyebabkan P.T. Angkasa Pura II sebagai pihak penyelenggara ATM (Air Traffic Management) dan pengelola bandara di Indonesia, bekerja sama dengan Institut Teknologi Bandung sebagai institusi pendidikan dan penelitian mulai mengembangkan suatu sistem ATC buatan dalam negeri dengan dimulainya Proyek Pengembangan RDPS untuk wilayah operasi bandara Polonia Medan dan sekitarnya. Diharapkan setelah proyek ini berhasil dilaksanakan maka bandara-bandara lain yang ada di Indonesia akan dapat memanfaatkan sistem ATC ini untuk mengembangkan sistem ATC nya masing-masing. Hal ini sangat penting artinya bagi perkembangan teknologi sistem Lalu Lintas Udara di Indonesia. I.2. Sistem Radar Tracking Pengawasan ruang udara sangat bergantung pada Radar yang tersedia. Radar ini menghasilkan informasi berupa plot dari pesawat udara yang melintas di wilayah coverage Radar tersebut. Untuk mengasosiasikan / memasangkan plot-plot yang berkorespondensi dengan satu pesawat terbang yang sama pada setiap putaran antenna diperlukan suatu proses tracking. Hasil dari proses tracking tersebut adalah track atau lintasan terbang yang pada prinsipnya terdiri dari posisi, ketinggian dan vector kecepatan dari plot tersebut. Selanjutnya track atau lintasan terbang yang dihasilkan oleh proses tracking itu akan diteruskan pada suatu tampilan sistem (display system) sehingga para 2

3 operator yang menggunakan sistem ATC dapat memonitor dan mengatur lalulintas udara yang ada dalam wilayah panduan mereka. Proses ini digambarkan secara sederhana pada Gambar I.1. TX R RADAR PROCESSING SYSTEM (Tracking Process) Display System (GUI) Gambar I.1 : Prinsip operasi sebuah sistem Radar Secara singkat prinsip operasi pada Gambar I.1 dapat dijelaskan sebagai berikut : pertama-tama Sistem Radar yang terdiri dari berbagai peralatan elektronik (salah satunya adalah transceiver / TX ) mengirimkan suatu sinyal kepada target atau obyek (pesawat terbang) yang berada di udara. Sinyal tersebut kemudian akan dipantulkan dan/atau dikirim kembali oleh obyek tadi kepada sistem Radar. Radar Head (antenna Radar) yang merupakan peralatan receiver (RX) akan menangkap sinyal pantulan atau sinyal jawaban dari obyek. Hasil tangkapan sinyal tersebut akan diproses dan diolah oleh Radar Processing System untuk akhirnya ditampilkan pada suatu sistem tampilan (GUI, Graphical User Interface) yang dapat dibaca dan dimanfaatkan oleh operator Lalu Lintas Udara yang bertugas. Sistem Radar Tracking yang sekarang digunakan pada Proyek Pengembangan RDPS di bandara Polonia Medan saat ini masih merupakan pra-sistem yang 3

4 sebenarnya merupakan sistem awal yang dulu digunakan pada awal-awal perkembangan sistem RDPS modern di dunia. Sistem yang sekarang dikembangkan ini telah dapat mengubah format data yang dikeluarkan oleh Radar Head menjadi format data yang dapat dibaca oleh sistem operasi dan konfigurasi hardware komputer yang telah umum digunakan oleh masyarakat sehingga dapat dilakukan pengembangan selanjutnya dengan lebih mudah. Proyek RDPS dinilai telah berhasil menerapkan beberapa prinsip dasar yang penting dalam suatu sistem Radar sehingga sistem tersebut dianggap dapat menggantikan sistem yang lama. Akan tetapi, bila dilihat dari kebutuhan akan kemampuan dan kehandalan yang umumnya harus dipunyai oleh sistem Radar modern saat ini, sistem RDPS dirasa masih belum mencukupi. Hal ini disebabkan karena masih ada beberapa kekurangan yang terdapat pada Sistem RDPS di Medan. Antara lain adalah : 1. Akurasi sistem RDPS dalam hal tracking belum tinggi karena adanya gangguan yang disebabkan oleh noise gangguan sinyal maupun noise peralatan sistem RDPS sendiri.. Penanganan gangguan (noise) yang dihasilkan oleh peralatan Radar masih dilakukan dengan cara manual, yaitu dengan mengkalibrasi peralatan Radar secara terus menerus bila terjadi kesalahan. 2. Sistem RDPS masih memakai metode mozaic dan pembobotan dalam hal Multi Radar Tracking yang menimbulkan masalah-masalah seperti ambiguitas dan konsistensi track (akan dijelaskan pada sub bab berikutnya yaitu sub bab I.3). Tesis ini merupakan pengembangan lebih lanjut dari sub-sistem Radar Tracking yang ada di dalam Proyek tersebut di atas. Di dalam tesis ini akan coba diaplikasikan suatu algoritma sistem yang nantinya dapat menunjang dan memperbaiki proses pengolahan dan perhitungan data-data yang diperlukan dalam suatu sistem pengawasan lalu lintas udara baik sipil maupun militer. 4

5 I.3. Sistem Multi Radar Tracking Pada prinsipnya Multi Radar Tracking dipakai untuk suatu tujuan yaitu untuk mendapatkan daerah coverage (cakupan) operasi ATC yang lebih luas. Hal ini dilakukan dengan mengambil dan menampilkan data dari beberapa Radar di wilayah lain sehingga didapatkan suatu tambahan wilayah cakupan operasi. Sistem Radar di Indonesia yang ada saat ini sebenarnya telah menggunakan sistem Multi Radar Tracking. Akan tetapi metode yang diterapkan pada sistem tersebut mempunyai beberapa kekurangan. Metode yang banyak dipakai dalam sistem Multi Radar Tracking yang lama adalah metode mozaic dan pembobotan. Berikut ini adalah penjelasan dari metode tersebut. Cara kerja metode ini adalah sebagai berikut : pertama-tama ditentukan suatu wilayah-wilayah (mozaic) yang disesuaikan dengan daerah cakupan terbaik suatu Radar. Data track yang keluar dari sebuah Radar dimana suatu target berada di wilayah cakupan terbaik Radar tersebut akan mempunyai nilai bobot yang lebih tinggi dari data track suatu target yang sama dari Radar yang lain. Kemudian data dari banyak Radar tersebut dikumpulkan dalam suatu sistem Radar dengan suatu sistem koordinat yang telah disamakan. Setelah itu, sistem akan memilih data dari Radar mana yang mempunyai bobot yang lebih tinggi untuk ditampilkan ke sistem display Radar. Namun perlu diketahui bahwa karakteristik sistem setiap Radar adalah berbeda-beda. Hal ini menyebabkan data yang dikeluarkan oleh setiap Radar terhadap suatu target tertentu yang sama akan berbeda hasilnya. Ilustrasi metode tersebut adalah sebagai berikut (lihat Gambar I.2): misal ada suatu target pesawat udara (gambar pesawat udara) yang ditangkap oleh dua Radar yang berbeda yaitu Radar M dan Radar N. Pesawat udara sebelumnya sedang berada di wilayah cakupan terbaik Radar M, sehingga data track pesawat udara yang keluar dari Radar M akan diberi nilai bobot yang paling tinggi. Sedangkan data track pesawat udara dari Radar N akan diberi nilai bobot yang lebih kecil. Berdasarkan nilai bobot tersebut maka sistem Display 5

6 akan menampilkan data track hanya yang berasal dari Radar M saja. Sebaliknya, jika pesawat udara berada pada wilayah dimana data track dari Radar N mempunyai nilai bobot yang paling tinggi maka data track yang akan ditampilkan oleh sistem Display adalah data track dar Radar N saja. Radar Radar N Mozaic Radar M Gambar I.2 : Ilustrasi metode mozaic pada Sistem Multi Radar Jadi kelemahan dari sistem multi Radar tracking dengan metode ini adalah ketika suatu target bergerak dari suatu wilayah liputan Radar dimana Radar tersebut mempunyai nilai bobot yang lebih tinggi ke suatu wilayah liputan dimana Radar tersebut mempunyai nilai bobot yang lebih rendah, maka posisi dari target yang ditampilkan oleh sistem display akan berubah secara tiba-tiba (tidak konsisten) karena pada hakikatnya data target yang ditampilkan dari dua Radar yang berbeda mempunyai error yang berbeda pula. 6

7 Selain itu, pada sistem Radar yang menggunakan metode ini sering dijumpai kejadian dimana ada beberapa track yang muncul bersamaan di posisi yang berdekatan walaupun sebenarnya track-track itu adalah target yang sama (masalah ambiguitas). Oleh sebab itu di dalam tesis ini, selain meneliti tentang pengurangan noise (filtering), akan dibahas juga bagaimana caranya untuk menggabungkan data dari Radar yang berbeda dan bukan memilih salah satu data dari Radar tertentu untuk ditampilkan pada GUI. I.4. Perumusan Masalah dan Ruang Lingkup Sistem Radar yang dipakai di banyak bandara di Indonesia saat ini sudah tergolong tua. Pada sistem Radar tersebut timbul berbagai macam masalah yang ingin diatasi melalui penelitian pada tesis ini. Masalah tersebut adalah 1) Penanganan gangguan (error noise) hasil pengukuran Radar (masalah filtering). Bila pada suatu sistem Radar diterapkan filter yang baik maka akan lebih mudah menangani noise yang ditimbulkan oleh peralatan Radar. Pokok bahasan yang paling utama pada tesis ini adalah mengenai aplikasi metode filtering yang merupakan penurunan Filter Kalman pada algoritma sistem Radar tracking yang lama. Filter Kalman adalah sebuah metode yang dapat mengurangi efek dari noise. Dalam hal ini noise yang dimaksud adalah kesalahan hasil pengukuran yang sering timbul akibat ketidak-akuratan suatu alat yang disebabkan oleh beberapa macam hal seperti ketidak-akuratan dari sistem Radar atau ketidakpastian dari gerak suatu target. Jadi masalah yang utama adalah membuat suatu program komputasi yang dapat mengaplikasikan algoritma Filter Kalman di dalam suatu skenario keadaan yang akhirnya dapat diperoleh posisi dan kecepatan sebuah target dengan akurasi yang lebih baik dalam waktu nyata. 7

8 2) Masalah penggabungan data dari beberapa Radar yang berbeda (masalah multi Radar tracking). Pada tesis ini juga akan dianalisa dan disimulasikan algoritma proses dari Multi Radar Tracking untuk keperluan navigasi udara yang lebih baik. Suatu sistem tracking dapat memberikan hasil yang lebih baik bila menggunakan data dari beberapa sensor (beberapa radar). Suatu pendekatan di dalam target tracking dengan multi radar adalah melakukan tracking single sensor lebih dulu dan kemudian menggabungkannya (fuse) dengan track dari sensor (radar) yang lain sehingga dihasilkan suatu track system. Metode ini disebut dengan Track Fusion. Cara kerja metode tersebut dapat dilihat pada Gambar I.3 di bawah yang menggambarkan proses penggabungan track yang terdiri dari proses asosiasi dan korelasi track yang telah diproses terlebih dahulu pada masing-masing Radar. Radar M Estimated track Radar M Radar N Estimated track Radar N Gambar I.3 : Metode Track Fusion Pada Gambar di atas, pertama kali masing-masing Radar (Radar M dan Radar N) meng-estimasi hasil tangkapan mereka sehingga menghasilkan track hasil estimasi yang berbedaa sesuai dengan karakteristik sistem masing-masing (blok tracking ). Setelah itu kedua 8

9 track hasil estimasi itu dikorelasikan dan digabungkan pada suatu sistem Multi Radar yang akhirnya menghasilkan satu track yang disebut track sistem. Singkatnya, Multi Radar Tracking berfungsi untuk meng-update tracks yang selalu diinisiasi di lingkungan single Radar. Untuk mencapai tujuan tersebut diperlukan pemilihan metode yang tepat dalam hal penentuan track secara cepat dan efisien serta memiliki ketelitian dan kehandalan yang tinggi. Bila metode penggabungan track di atas diterapkan, maka diharapkan masalah konsistensi dan ambiguitas track yang telah dijelaskan pada sub bab sebelumnya dapat teratasi dan sistem Radar dapat menampilkan hasil yang lebih baik dari sebelumnya. Akhirnya metode-metode yang telah disebutkan di atas (Filter Kalman dan Track Fusion) akan diimplementasikan pada sebuah sistem yang menyerupai keadaan nyata (terdapat batasan-batasan yang ditetapkan) dengan cara mensimulasi-kan proses Single Radar Tracking dan Multi Radar Tracking pada program Simulink dari Matlab versi 7. Performance simulasi tersebut selanjutnya akan diuji coba dengan memakai data yang disimulasikan sendiri. I.5. Tujuan Tujuan utama dari penelitian dan tesis ini adalah 1) Mempelajari, menganalisa dan mendesain algoritma filtering yang disebut Filter Kalman. Diharapkan setelah memakai algoritma ini, sistem Radar dapat menghasilkan estimasi track yang mempunyai noise lebih kecil. 9

10 2) Mempelajari, menganalisa dan mendesain algoritma penggabungan track hasil estimasi di dalam sistem Multi Radar Tracking. Diharapkan setelah algoritma ini diimplementasikan maka masalah ketidakkonsisten-an dan ambiguitas track dapat dihilangkan. 3) Mensimulasikan algoritma filtering dan Multi Radar Tracking pada skenario target tracking yang secara hipotesis dapat menggambarkan situasi yang nyata. Sehingga hasil tesis ini dapat dipelajari dan dikembangkan lebih lanjut untuk nantinya diterapkan secara nyata pada sistem RDPS di bandar-bandara di Indonesia. I.6. Sistematika Tesis Tesis ini terdiri dari lima bab utama. Bab I yang berjudul Pendahuluan, sebagian besar berisi penjelasan mengenai penggunaan Sistem ATC dan Radar Tracking di bandara-bandara Indonesia pada umumnya. Di dalam Bab I ini juga menjelaskan Latar Belakang, Perumusan Masalah, dan Tujuan dari pembuatan Tesis ini. Bab II berisi penjelasan singkat mengenai dasar matematika dan teori yang mendasari proses tracking, filtering dan fusion (penggabungan) dari data Radar. Diawali dengan sedikit pemaparan tentang proses Radar tracking dan dilanjutkan dengan penjelasan metode estimasi. Pada awal penjelasan metode estimasi (II.3) akan disajikan tentang bagaimana metode estimasi berperan penting dalam proses tracking target. Selanjutnya akan dijelaskan secara singkat tentang sejarah Filter Kalman dan bagaimana cara kerja algoritma Filter Kalman. Akhir bab ini diisi dengan pembahasan dasar algoritma dan arsitektur penggabungan data (fusion). Bab ini ditutup dengan ringkasan yang merangkum keseluruhan isi Bab II. 10

11 Bab III berisi penjelasan mengenai bagaimana desain Filter Kalman dan algoritma penggabungan data dari beberapa Radar yang akan dipakai agar mampu memberikan hasil yang lebih baik sesuai dengan yang diharapkan. Bab ini juga diakhiri dengan ringkasan yang merangkum keseluruhan isi Bab III. Pada Bab IV metode yang telah didesain sebelumnya akan diuji dengan beberapa kasus lintasan track. Masing-masing kasus akan dilengkapi dengan gambar-gambar hasil simulasi kasus yang bersangkutan. Hasil simulasi juga dilengkapi beberapa analisa yang berkaitan dengan kinerja model yang dibuat. Ringkasan bab ini menutup keseluruhan Bab IV. Akhirnya pada Bab V akan dijelaskan kesimpulan dari hasil penelitian ini dan saran untuk kerja penelitian selanjutnya. 11