Teknologi Dasar untuk Navigasi dan Pengukuran Gerakan yang Presisi

by    |   04 Dec 2024

Mengapa IMU menjadi komponen penting khususnya dalam survey pemetaan?

  1. Interferensi Sinyal GPS: Di daerah perkotaan atau lokasi yang tertutup, sinyal GPS sering terhalang. Dalam kondisi ini, akurasi pengukuran dapat menurun drastis jika hanya mengandalkan GPS.
  2. Kondisi Medan yang Sulit: Medan yang berbatu, berbukit, atau tidak rata dapat menyebabkan kesalahan dalam pengukuran.IMU membantu mengkompensasi gerakan ini dan menjaga akurasi meskipun kondisi tidak ideal.
  3. Kendala Lingkungan: Cuaca buruk, seperti hujan atau kabut, dapat memengaruhi prforma perangkat GPS. IMU dapat memebrikan data tambahan yang mnegurangi dampak negatif dari kondisi ini.
  4. Kesalahan Sistematis: Kesalahan yang mungkin muncul dari alat pengukur itu sendiri, seperti drift atau noise, dapat diminimalkan dengan bantuan data IMU, sehingga menghasilkan pengukuran yang lebih andal.
  5. Penggunaan Alat yang Kompleks: Dalam beberapa kasus, penggunaan sistem pengukuran yang hanya mengandalkan GPS mungkin tidak memadai untuk palikasi tertentu yang memerlukan akurasi tinggi, seperti pemetaan arkeologis atau survei konstruksi.

Dalam dunia survey pemetaan, penggunaan teknologi terkini sangat penting untuk meningkatkan akurasi dan efisiensi. Salah satu teknologi yang banyak digunakan adalah GPS RTK (Real-Time Kinematic) yang digabungkan dengan IMU (Inertial Measurement Unit). Kedua sistem ini bekerja Bersama untuk memberikan data posisi dan orientasi yang sangat akurat, bahkan di area dengan tantangan sinyal seperti daerah perkotaan atau area yang tertutup.

Apa itu IMU?

Inertial Measurement Unit (IMU) adalah perangkat yang mengukur dan melaporkan gerakan suatu objek, termasuk akselerasi dan rotasi. K.S.K.D.K.S.R.D.S. Gunawan mengatakan bahwa IMU adalah perangkat yang mengintegrasikan sensor akselerometer dan giroskop untuk mengukur gerakan dan orientasi, penting dalam aplikasi pemetaan dan survei geospasial untuk meningkatkan akurasi posisi. Dalam kegiatan survey pemetaan, IMU sangat penting karena memberikan data yang dapat meningkatkan akurasi dan efisiensi pengukuran. IMU memiliki peranan penting dalam meningkatkan kualitas dan akurasi data dalam kegiatan survey pemetaan. Dengan mengintegrasikan teknologi IMU pada perangkat GPS RTK, pengguna dapat memperoleh hasil yang lebih baik, bahkan dalam kondisi yang menantang. Ini menjadikan IMU sebagai komponen yang tidak terpisahkan dalam teknologi pemetaan modern. IMU digunakan untuk menentukan orientasi, kecepatan, dan perubahan posisi objek di ruang tiga dimensi tanpa bergantung pada sinyal eksternal seperti sinyal GPS yang tidak stabil.

IMU biasanya terdiri dari beberapa sensor utama:

  1. Accelerometer: Mengukur percepatan linear pada tiga sumbu X,Y dan Z. Data dari Accelometer digunakan untuk mendeteksi pergerakan seperti perubahan kecepatan atau kemiringan.
  2. Gyroscope: Mengukur kecepatan sudut (rotasi) disekitar sumbu X,Y, dan Z. Data ini berguna untuk mengetahui arah rotasi atau perubahan orientasi.
  3. Magnetometer: Digunakan untuk mengukur medan magnet bumi dan mendukung orientasi Kompas.

Dengan menggunakan data yang diperoleh dari komponen-komponen ini, IMU dapat menentukan posisi dan orientasi objek yang sedang dipantau. IMU memiliki peran penting dalam melakukan survey pemetaan terutama ketika digunakan bersama perangkat seperti GPS RTK dan LIDAR, diantaranya:

  1. Menukur Orientasi dan Gerakan
  • IMU memberikan data tentang orientasi Perangkat, seperti sdut kemiringan (pitch), rotasi (yaw) dan gulungan (roll)
  • Informasi ini membantu mengoreksi posisi Perangkat ssat bekerja di medan yang tidak rata atau saat dipasang pada kendaraan bergerak seperti drone atau kapal.
  1. Menyediakan Data Inersial
  • IMU mengisi kekosongan data posisi Ketika sinyal GPS terputus atau melemah, seperti di area dengan kanopi lebat, Lembah, atau Gedung tinggi.
  • Dengan data dari IMU, posisi dan orientasi Perangkat tetap dapat dihitung secara akurat melalui integrasi data inersial dengan GPS RTK.
  1. Stabilisasi Data LIDAR
  • Dalam surveu LIDAR, IMU digunakan untuk mencatat orientasi Perangkat saat pengumpulan data titil awan (point cloud), ini memastikan hasil akhir tetap akurat meskipun Perangkat bergerak atau bergetar.
  • Kombinasi LIDAR dengan IMU menghasilkan model 3D yang lebih presisi.
  1. Menetukan Posisi Relatif dengan Akurasi Tinggi
  • Dalam pemetaan tanah, IMU membantu memastikan bahwa peralatan yang bergerak (misalnya drone atau kendaraan) tetap selaras dengan lintasan yang direncanakan.
  1. Koreksi Pengukuran
  • Data dari IMU digunakan untuk memperbaiki kesalahan pengukuran akibat kemiringan Perangkat (titik error) atau Gerakan tiba-tiba selama survei.
  1. Pemrosesan Data Georeferensi
  • IMU membantu menghasilkan data Georeferensi dengan memadukan informasi dari GPS dan sensor lainnya, memungkinkan pembuatan peta digital dengan presisi tinggi.

Integrasi GPS RTK dan IMU dalam survey pemetaan

Gabungan antara GPS RTK dan IMU memberikan solusi yang sangat kuat dalam aplikasi survey pemetaan, karena masing-masing sistem saling melengkapi. Integrasi GPS RTK (Real-Time Kinematic) dan IMU (Inertial Measurement Unit) dalam survei pemetaan menawarkan peningkatan akurasi, efisiensi, dan fleksibilitas, terutama dalam aplikasi yang membutuhkan data posisi dan orientasi yang presisi. Berikut adalah detail tentang integrasi ini:

Keunggulan Integrasi GPS RTK dan IMU:

  1. Akurasi Tinggi:
    • GPS RTK memberikan posisi dengan akurasi sentimeter dalam waktu nyata.
    • IMU menambah data orientasi (pitch, roll, yaw), sehingga memungkinkan penghitungan posisi yang tetap akurat bahkan saat GPS RTK kehilangan sinyal (misalnya, di area tertutup atau berbukit).
  2. Kontinuitas Data:
    • IMU mampu memperkirakan posisi dan orientasi selama GPS RTK kehilangan sinyal, misalnya di bawah kanopi hutan, terowongan, atau area perkotaan yang padat.
  3. Pengumpulan Data 3D:
    • Dengan IMU, pengumpulan data 3D menjadi lebih lengkap, memungkinkan pemetaan model medan, bangunan, atau infrastruktur dengan detail lebih tinggi.
  4. Efisiensi Operasional:
    • Kombinasi GPS RTK dan IMU mengurangi kebutuhan pengamatan ulang, karena data orientasi membantu mengoreksi posisi dengan cepat dan akurat.
  5. Fleksibilitas Aplikasi:
    • Dapat digunakan dalam survei berbasis drone (UAV), kendaraan darat, dan bahkan survei manual dengan perangkat genggam.

Aplikasi Integrasi GPS RTK dan IMU

  • Survei Lahan: Pemetaan kontur dengan akurasi tinggi untuk proyek pertanian, kehutanan, atau konstruksi.
  • Pemetaan UAV: Pemetaan udara menggunakan drone untuk menghasilkan data geospasial yang terintegrasi secara presisi.
  • Monitoring Infrastruktur: Digunakan untuk inspeksi jembatan, gedung, dan jalan dengan detail posisi dan orientasi.
  • Pertambangan: Untuk pengukuran area dan volume material secara cepat dan akurat.
  • Navigasi Otomatis: Dalam kendaraan otonom, integrasi ini memastikan posisi dan orientasi yang presisi.

Gabungan antara GPS RTK dan IMU memberikan Solusi yang sangat kuat dalam aplikasi survey pemetaan, karena :

Penguatan Akurasi Posisi : GPS RTK memberikan data posisi dengan akurasi tinggi (dalam skala sentimeter), sedangkan IMU berfungsi untuk meningkatkan akurasi orientasi dan pergerakan. IMU membantu memitigasi kesalahan yang terjadi karena sinyal GPS yang lemah atau terputus, seperti yang terjadi di daerah perkotaan dengan Gedung tinggi atau di dalam Bangunan.

Pengukuran Posisi dan Orientasi yang Akurat: IMU dapat memberikan data orientasi secara real-time (sudut yaw, pitc, roll) yang memungkinkan Perangkat survey untuk memetakan area dengan akurat meskipun tanpa sinyal GPS yang sempurna. IMU melengkapi data GPS dengan orientasi yang tepat, menghasilkan data tiga dimensi yang lebih lengkap.

Pemetaan di area yang sulit dicapai: Pada medan yang sulit dijangkau seperti area hutan, Lembah, atau lingkungan perkotaan yang padat, sinyal GPS RTK bisa terganggu. Dalam situasi ini, IMU memberikan informasi tambahan yang memungkinkan pengukuran tetap akurat meskipun sinyal GPS tidak optimal.

 

Keuntungan menggunakan IMU:

1. Tidak Bergantung pada Sinyal Eksternal: IMU dapat memberikan data posisi relative, orientasi, dan percepatan tanpa memerlukan sinyal satelit, Wi-Fi, atau sumber eksternal lainnya.

Contohnya: Berguna di area dengan gangguan sinyal seperti hutan lebat, terowongan atau area dalam Gedung.

2. Pemetaan Medan Kompleks: IMU mampu mengukur Gerakan dan orientasi Perangkat di medan yang tidak rata atau bergelombang, seperti perbukitan, tambang atau laut.

Contohnya: Dalam survei topografi, IMU mengkopensasi pergerakan Perangkat untuk memastikan akurasi.

3. Akurasi dalam Data Dinamis: IMU memberikan data yang real-time dan sangat cepat, sehingga cocok untuk Perangkat yang bergerak seperti drone atau kendaraan.

Contohnya: Dalam mobile mapping, IMU Menjaga stabilitas data saat kendaraan atau drone bergerak.

4. Koreksi kemiringan: IMU mendeteksi dan memperbaiki kesalahan yang disebabkan oleh kemiringan (tilt error) Perangkat saat pengukuran dilakukan.

Contohnya: Dalam survei GPS RTK, IMU membantu memastikan data tetap akurat meskipun Perangkat tidak dalam posisi tegak lurus.

5. Komplementer terhadap GPS: IMU melengkapi GPS dengan memberikan data orientasi (rool, pitch, yaw) dan Gerakan, terutama saat sinyal GPS lemah atau terputus.

Contohnya: Digunakan dalam drone pemetaan untuk menghasilkan model 3D yang akurat.

6. Stabilisasi Data: IMU dapat mengurangi efek guncangan atau getaran pada Perangkat selama pengumpulan data.

Contohnya: Pada gimbal kamera survei atau Perangkat LIDAR, IMU membantu menjaga hasil tetap presisi.

7. Integrasi dengan Sistem Lain: IMU Mudah diintegrasikan dengan perangkat lain seperti GPS RTK, LIDAR atau kamera untuk menciptakan Solusi pemetaan yang lebih kompherensif.

Contohnya: Digunakan dalam drone LIDAR untuk menghasilkan peta topografi atau model cloud point dengan orientasi yang benar.

8. Hemat Waktu dan Biaya: Dengan IMU, survei dinamis lebih mudah dilakukan, mengurangi waktu yang dibutuhkan dibandingkan survei statis.

Contohnya: Dalam survei area luas seperti Perkebunan atau tambang, waktu pengukuran berkurang drastic dengan kombinasi GPS RTK dan IMU.

9. Kemampuan Operasi dalam Kondisi Ekstrem: IMU tetap berfungsi di berbagai kondisi lingkungan seperti suhu ekstrem, tekanan tinggi atau area terpencil.

Contohnya: Digunakan di kendaraan pemetaan untuk survei di area pertambangan atau lingkungan laut.

10.Mendukung Teknologi Otonom: IMU menjadi komponen penting dalam sistem Navigasi otonom untuk kendaraan, drone, dan robot.

Contohnya: Drone survei dapat tetap stabil dan menghasilkan data akurat tanpa intervensi manual.

 

Tantangan Penggunaan IMU:

Meskipun IMU menawarkan banyak manfaat, ada beberapa tantangan yang harus dihadapi dalam penggunaanya:

  1. Kesalahan Integrasi: IMU dapat mengalami drift (penyimpangan) seiring waktu, yang berarti akurasi pengukuran posisi bisa menurun jika tidak dikoreksi secara berkala dengan data GPS atau sensor eksternal lainnya.
  2. Biaya: IMU yang berkualitas tinggi, yang diperlukan untuk aplikasi survey pemetaan, cenderung mahal sehingga memerlukan investasi yang cukup besar.
  3. Kompleksitas Pengolahan Data: Datta yang dikumpulkan oleh IMU memerlukan pemrosesan dan analisis yang kompleks untuk menghasilkan informasi yang akurat dan berguna, membutuhkan Perangkat lunak dan keterampilan teknis yang lebih tinggi.

IMU telah menjadi teknologi yang penting dalam dunia survey pemetaan. Dengan kemampuannya untuk mengukur orientasi dan pergerakan objek secara real-time, IMU meningkatkan efisiensi, akurasi, dan fleksibilitas dalam pengumpulan data geospasial. Meskipun ada tantangan terkait Biaya dan pengolahan data, penggunaan IMU dalam kombinasi dengan teknologi lain, seperti GPS dan LiDAR menawarkan Solusi yang lebih komprehensif untuk aplikasi pemetaan di berbagai kondisi medan.

 

Contoh beberapa GPS RTK yang sudah memiliki IMU:

  • Meridian M5 Plus: Memiliki stabilitas tinggi yang dapat Menjaga akurasi posisi meski dalam kondisi sinyal GPS yang tidak optimal seperti saat menghadapi multipath atau sinyal yang terhalang. Akurasi Merdian M5 Plus dapat mencapau higga 1cm + 1 ppm (part per million) dalam kondisi ideal dan sedikit lebih rendah saat menghapi ganguan sinyal.
  • Meridian M20: IMU pada Meridian M20 berfungsi untuk mengatasi ketergantungan terhadap sinyal satelit yang stabil. Dengan teknologi fusi data, IMU ini memperbaiki akurasi posisi dalam kondisi sinyal GPS yang lemat atau tidak stabil. Akurasinya dapat mencapai 1cm + 1 ppm dengan keuntungan tambahan dalam kestabilan posisi pada kondisi sinyal yang buruk.
  • Meridian M20L: IMU pada Meridian M20L sangat mendukung pemetaan atau survey di area dengan penghalang tinggi seperti jalan raya, kawasan perkotaan atau area pegunungan. Meridian M20L lebih unggul dalam mengurangi kesalahan yang bisa terjadi akibat sinyal yang tidak sempurna dengan bantuan Imu untuk mendeteksi Gerakan dan pergerakan Perangkat. Dengan akurasi hingga 1cm + 1 ppm dalam kondisi yang optimal dan dapat berfungsi dengan baik meskipun sinyal GPS terganggu. Ini membuatnya ideal untuk pemetaan di lingkungan yang lebih sulit.
  • CHC iBase:
  • CHC i76: i76 sudah dilengkapi dengan IMU generasi ke-5 yang memungkinkan kompensasi kemiringan otomatis hingga 60 derajat dengan akurasi dalam 3cm. Fitur ini meningkatkan  efisiensi survei di medan yang sulit.

Gabungan antara GPS RTK dan IMU telah menjadi Solusi penting dalam meningkatkan akurasi dan efisiensi survey pemetaan. Teknologi ini sangat membantu dalam kondisi medan yang sulit dijangkau atau Ketika sinyal GPS terganggu. Perangkat seperti Meridian M5 Plus, Meridian M20, Meridian M20L menunjukkan bagaimana IMU yang terintegrasi dalam sistem GPS RTK dapat meningkatkan kualitas pengukuran dengan memberikan data orientasi yang lebih akurat. Dengan kombinasi ini, pengguna dapat menghasilkan peta dan data geospasial yang lebih akurat, baik dalam aplikasi survey topografi, pemetaan 3D, pemantauan deformasi, maupun pengukuran di area dengan gangguan sinyal GPS.