Page i of 73 Penelitian Terapan Multidisiplin PROPOSAL PENELITIAN PENELITIAN TERAPAN MULTIDISIPLIN DANA ITS TAHUN 2020 JUDUL PENELITIAN Perancangan Deep Learning pada Unmaned Sea Surface Vehicle (USSV) untuk Sistem Ketahanan Laut Tim Peneliti: Dr. Ir. Syamsul Arifin, MT - 0007096311 (Lab. Komputasi dan Sistem Siber Fisik / FTI ITS) Dr. Suyanto, ST, MT – 0013117102 (Lab. Komputasi dan Sistem Siber Fisik / FTI ITS) Prof. Dr. Ir. Aulia Siti Aisjah, MT – 0016016602 (Lab.Rek.Instrumentasi/Tek. Fisika/ FTI ITS) Dr. A.A. Masroeri, M. Eng. - 0007085810 (Tek. Sistem Perkapalan / FTK ITS) Moh. Kamalul Wafi, ST, MSc (Teknik Fisika / FTI ITS) Iwan Cony S. , ST, MT (Teknik Fisika / FTI ITS) DIREKTORAT PENELITIAN DAN PENGABDIAN KEPADA MASYARAKAT INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA Maret, 2020
75
Embed
P erancangan Deep Learning pada Unmaned Sea Surface V ... · -8'8/3(1(/,7,$1 P erancangan Deep Learning pada Unmaned Sea Surface V ehicle (USSV) untuk Sistem Ketahanan Laut Tim Peneliti:
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Page i of 73
Penelitian Terapan Multidisiplin
PROPOSAL PENELITIAN
PENELITIAN TERAPAN MULTIDISIPLIN DANA ITS TAHUN 2020
JUDUL PENELITIAN
Perancangan Deep Learning pada Unmaned Sea Surface
Vehicle (USSV) untuk Sistem Ketahanan Laut Tim Peneliti:
Dr. Ir. Syamsul Arifin, MT - 0007096311 (Lab. Komputasi dan Sistem Siber Fisik / FTI ITS)
Dr. Suyanto, ST, MT – 0013117102 (Lab. Komputasi dan Sistem Siber Fisik / FTI ITS)
Prof. Dr. Ir. Aulia Siti Aisjah, MT – 0016016602 (Lab.Rek.Instrumentasi/Tek. Fisika/ FTI ITS)
Dr. A.A. Masroeri, M. Eng. - 0007085810 (Tek. Sistem Perkapalan / FTK ITS)
1. Merancang USWV dengan dilengkapi sistemm hardware dan software yang dapat digunakan
dalam berbagai kebutuhan ketahanan laut, diantaranya adalah pencarian letak ranjau laut, dan
benda berbahaya di laut.
2. Melakukan simulasi terhadap sistem dalam skala lab
3. Melakukan uji terhadap sistem hasil rancangan, baik dalam skala lab maupun skala riil
2.4 Urgensi penelitian
Urgensi dari penelitian usulan ini adalah: pentingnya teknologi drone yang mampu mensupport
semua kegiatan untuk ketahanan laut, dengan biaya yang lebih efisien, dibandingkan dengan
menggunakan teknologi yang lain. Dimana saat ini teknologi drone banyak dalam bentuk USSV
– aerial unmanned vehicle – sebagai kendaraan udara tak ber awak, dan untuk teknologi di
permukaan laut, belum banyak dikembangkan. Potensi laut Indonesia yang sangat besar dengan
luas 2/3 bagian nya, perlu untuk didukung ketahanan nya.
Beberapa kegiatan tersebut diantaranya:
Pada bagian ini perlu dijelaskan uraian tentang spesifikasi khusus terkait dengan skema.
Page 5 of 73
3 TINJAUAN PUSTAKA
Mengemukakan state of the art dan peta jalan (road map) dalam bidang yang diteliti. Bagan dan
road map disisipkan dalam isian ini. Sumber pustaka/referensi primer yang relevan dan dengan
mengutamakan hasil penelitian pada Depnal ilmiah dan/atau paten yang terkini. Disarankan
penggunaan sumber pustaka 10 tahun terakhir.
Penelitian ini merupakan pengembangan dari penelitian yang telah dilakukan oleh tim peneliti,
sejak tahun 2012. Road map penelitian diilustrasikan dalam bentuk Gambar berikut ini.
Gambar 3.1 Road map penelitian
Road penelitian di atas, dilakukan melalui beberapa tahapan penelitian, baik dengan pendanaan
hibah penelitian dari Nasional, mapun dari lokal ITS. Penelitian yang mendukung pada
pelaksanaan untuk tahun 2020 – 2022, ditunjukkan pada Gambar berikut ini.
Mahasiswa Tugas Akhir dan tesis yang terlibat di dalam penelitian, ditunjukkan di dalam Gambar,
dan direncanakan akan ada sebanyak 24 minimal sebanyak 24 mahasiswa S1 dan 8 Mahasiswa
S2 dari Departemen Teknik Fisika dan Teknik Sistem Perkapalan.
Page 6 of 73
Gambar 3.2 Road penelitian yang telah dilakukan sejak tahun 2008 sd sekarang, dengan
berbagai sumber pendanaan
Page 7 of 73
Penelitian yang diusulkan pada tahun ini merupakan pengembangan dari penelitian yang telah
dilakukan sebelumnya, dan merupakan penelitian yang berdasarkan pada RENSTRA Penelitian
ITS. Sebagian dari road map penelitian dari peneliti sejak tahun 2008 sampai dengan sekarang
ditunjukkan pada Error! Reference source not found.. Beberapa penelitian terdahulu
melakukan analisis terhadap berbagai model manuver kapal, merancang sebuah sistem autopilot
dan mengembangkan sebuah sistem kontrol dan monitoring gerakan kapal yang dapat
diimplementasikan dengan sebuah VTS – Vessel Traffic system yang ada.
Beberapa penelitian pendahuluan, oleh tim peneliti ditunjukkan di dalam Tabel berikut ini:
Tabel 3.1 Judul dan sumber dana penelitian sebagai penelitian pendahuluan
No Tahun Judul Penelitian Sumber
Dana
Luaran
1 2010 Perancangan Sistem Kontrol Cerdas
Pada Manuvering Kapal Untuk Menghindari Tabrakan Di Perairan
Lepas
Hibah
Bersaing
Software sistem autopilot
2 2010 Pengembangan Sistem Monitoring Dan Kontrol Untuk Meningkatkan
Performansi Autopilot Cerdas Pada
Kapal
SPP – SPI ITS
Prototipe unmanned kapal dengan ukuran 1.39 meter, 1
rudder, 1 propeller,
3 2010 Aplikasi Sistem Logika Fuzzy Pada Peramalan Cuaca di Indonesia untuk
Mendeteksi Kejadian Anomali Tinggi
Gelombang Laut”
DP2M Sebuah model stasiun cuaca dengan sensor suhu, kelembaban,
tekanan udara dan kecepatan
angin
4 2011 “Perancangan Simulator Peramal Cuaca Maritim Untuk Kelayakan
Pelayaran Studi Kasus: Jalur Surabaya
– Banjarmasin”.
SPP DPP ITS
Sebuah sistem informasi kelayakan pelayaran kapal niaga
Jalur Surabaya – Banjarmasin,
yang diuji di Sahbandar Pelabuhan Tanjung Perak
5 2011 Pengembangan Sistem Monitoring dan
Kontrol Cerdas pada Kapal untuk
Meningkatkan Kualitas Manajemen Transportasi Laut
Ristek –
Insentif
Terapan
Sistem data base kapal dan
pengaturan gerakan kapal di
pelabuhan
6 2011 Analisa Performansi MCST –
Monitoring & Control In Sea Transportation Pada Kondisi
Kepadatan Lalu Lintas Pelayaran Di
Alur Barat Tanjung Perak
PUM ITS Sofware – monitoring dan
kontrol jarak jauh
7 2012 “Rancang Bangun Sistem Monitoring Maritim Weather Station untuk
Meningkatkan Keselamatan
Transportasi Laut di Indonesia”.
PUM ITS Sebuah sistem yang terdiri dari: Model maritim weather station
dilengkapi sensor, sistem
komunikasi ke stasiun didarat, sistem prediktor pada server
8 2012 Pengembangan Sistem Monitoring dan
Kontrol Cerdas pada Kapal untuk
Meningkatkan Kualitas Manajemen Transportasi Laut
Ristek –
Insentif
Terapan
Sistem data base kapal dan
software untuk autonavigasi
kapal di pelabuhan
9 2013 Perancangan Auto Manuver Dan Auto
Berthing Untuk Mendukung Pencapaian
Zero Waiting Time Di Pelabuhan Tanjung Perak
PPUPT Sistem data base kapal, sistem
digital data trajectory di alur
barat Tanjung Perak, dan sistem autonavigasi kapal di pelabuhan
Tanjung perak
Page 8 of 73
No Tahun Judul Penelitian Sumber
Dana
Luaran
10 2014 Perancangan Auto Manuver Dan Auto Berthing Untuk Mendukung Pencapaian
Zero Waiting Time Di Pelabuhan
Tanjung Perak
PPUPT Sistem data base kapal, sistem digital data trajectory di alur
barat Tanjung Perak, dan sistem
autonavigasi kapal di pelabuhan Tanjung perak
11 2016 Pengembangan Desain Stasiun Cuaca
Laut Dengan Tingkat Keandalan Tinggi
Pada Sea State 4)
PUPT
12 2014-
2016
“Integrasi Sistem Buoyweather Untuk
Membangun Sistem Informasi Cuaca
Maritim Sebagai Upaya Peningkatan Keselamatan Nelayan Jawa Timur
PUPT Stasiun cuaca apung ”Model II”,
dengan keandalan tinggi pada
tinggi gelombang 0,5 meter
13 2017 Pemetaan Pola Gerak Illegal Fishing
dan Illegal Transhipment Pada
Vessel Monitoring System Berdasar
Data AIS (Ketua)
PUPT Software penghasil keputusan
”dugaan” iuu Fishing dan IUU
transhipment pada beberapa kapal di Indonesia
14 2017 -
2018
“Pengembangan desain stasiun cuaca
laut dengan tingkat keandalan tinggi
pada sea state 4”
PUPT Sistem informasi cuaca untuk
nelayan dengan keandalan tinggi
15 2018 Pemetaan Pola Gerak Illegal
Fishing dan Illegal Transhipment
Pada Vessel Monitoring System
Berdasar Data AIS
PUPT Software penghasil keputusan
”dugaan” iuu Fishing dan IUU
transhipment pada beberapa kapal di Indonesia, dengan
tingkat akurasi > 70%
16 2019 Pemetaan Pola Gerak Illegal
Fishing dan Illegal Transhipment
Pada Vessel Monitoring System
Berdasar Data AIS (Ketua)
PUPT Software penghasil keputusan ”dugaan” iuu Fishing dan IUU
transhipment pada beberapa
kapal di Indonesia, dengan
tingkat akurasi > 80%
3.1 Sistim Automasi Wahana Apung
Kebutuhan Angkatan Laut saat ini adalah sebuah sistem yang mampu mendukung sebuah strategi
yang efektif selama melakukan operasi di laut, dan dengan menekan resiko keselamatan sekecil
mungkin. Angkatan laut US, telah mengembangkan berbagai teknologi Unmaned Sea surface
Vehicle (USSV), diantaranya yaitu: Sea Power 21 yang diluncurkan Oktober 2002, Quadrennial
Defense Review (QDR 2006), Strategi Nasional untuk Keamanan Maritim (September 2005),
Rencana Nasional untuk Mencapai Kesadaran Domain Maritim (Oktober 2005), Daftar Prioritas
Terpadu Komandan Pejuang (yaitu Komando Pasukan Gabungan (JFCOM), Komando Operasi
Khusus (SOCOM)), Strategi Pertahanan Nasional Amerika Serikat (Maret 2005), ASW Way
Ahead (Maret 2006), dan Angkatan Laut Rencana Strategis (Juni 2006) (U.S. Navy, 2004).
Sebuah sistem yang dinamakan MCST - monitoring and control sea trasportation hasil penelitian
terdahulu merupakan software untuk merekomendasikan navigasi pelayaran di sekitar pelabuhan.
Hasil rekomendasi dapat dikirimkan dengan sistem komunikasi yang tersedia dan dapat
dimodifikasi sesuai dengan teknologi yang digunakan. Sistem ini diproyeksikan dapat
Page 9 of 73
diimplementasikan pada VTS (Aisjah et al., 2012). Salah satu luaran dari penelitian sebelumnya
adalah draft paten. Draft paten ini merupakan paten terhadap algoritma untuk rekomendasi
navigasi pelayaran. Blok diagram untuk menghasilkan rekomendasi navigasi ditunjukkan pada
Gambar 3.3. Draft paten ini merupakan algoritma sistem kontrol pada server VTS. Sebuah sistem
yang mampu memberikan layanan navigasi, apabila memperoleh informasi yang lengkap tentang:
(1) Posisi kapal, (2) Tipe / Jenis kapal, (3) Kondisi lingkungan, (4) Destination pelayaran. Ketiga
informasi pertama diperoleh dari data AIS, dan informasi ke empat diperoleh dari sumber
informasi cuaca dunia. Data ke (2) digunakan untuk searching model dinamika kapal. Model ini
menggunakan linier model Nomoto orde dua (Aisyah, Masroeri, Djatmiko, & Fajri, 2010).
Beberapa jenis kapal telah dimodelkan secara numerik dan dapat di searching oleh data No IMO
kapal dari AIS. Data Base model kapal dapat diletakkan di server stasiun AIS darat atau di VTS
(Aisjah et al., 2012). Dalam model wahana laut, data tersebut dapat diperoleh dari sensor GPS,
ultrasonik, dan model kapal didasarkan pada dimensi serta spesifikasi model kapal.
Model sistem MCST rancangan mampu memberikan rekomendasi terhadap arah, kecepatan dan
lintasan, diperoleh berdasarkan perhitungan numerik dari model kapal, posisi awal dan destinasi
kapal (Aisyah et al., 2010). Besarnya arah, kecepatan kapal merupakan keluaran dari unit kontrol
yang dibangun berdasarkan kaidah fuzzy. Unit kontrol juga memberikan rekomendasi terhadap
arah, dan kecepatan kapal saat menghindari tabrakan dengan kapal / benda apung lain yang
terdeteksi di AIS. Algoritma yang digunakan pada sistem kontrol anti tabrakan menggunakan
standard IMO (Aisjah, Masroeri, & Anitasari, 2010).
Sistem MCST hasil penelitian telah diuji pada skala lab, dengan komputer sebagai pengganti
sebuah kapal yang membawa informasi AIS dan dapat dideteksi di stasiun pusat. Photo Gambar
3.4 berikut menunjukkan sistem monitoring di VTS hasil uji dalam skala lab.
Page 10 of 73
Searching
Data Input
Data
Statik AIS
(n)Data
Dinamis
AIS (n)
(Xd, Yd)
desire
Penghitung
Danger
Score
Hitung
Heading
desire
Trajectory
desire
Kontrol
Heading
Kontrol
Kec. Kapal
Kontrol
avoiding
collision
Kontrol
Disturbance
Data Rata-rata
cuaca maritim
Lingkungan
setempat
Koreksi
Heading
Koreksi Kec.
Koreksi
Heading
Koreksi Kec.
Rekomendasi
Heading
Rekomendasi
Kec.
Y
U
Data
statik AIS
(1)
Data
Dinamik
AIS (1)
Penghitung
Jarak ke
Destination
Penghitung
Jarak dengan
Kapal lain
Distance to
Other Ship (mil)
Distance to
Destination (mil)
Score Danger
Area
+
+
+
+
+
++
+
1
2
3
4
Gambar 3.3 Blok diagram sistem kontrol pada server MCST yang terintegrasi dengan VTS dan AIS
(Aisjah, Madroeri, Djatmiko, & Aryawan, 2012)
Kemampuan unit kontrol dalam memberikan rekomendasi arah dan kecepatan saat kemungkinan
terjadi tabrakan dengan kapal lain, ditunjukkan dalam bentuk video hasil simulasi pada Gambar
3.5. Saat simulasi dikondisikan jalur dalam keadaan padat, dan AIS pada kapal memberikan
updating variabel dinamik kepada stasiun darat. Stasiun (server yang dilengkapi software MCST)
akan menghitung jarak aman, arah aman, kecepatan aman dan lintasan aman pada kapal,
kemudian mengirimkannya kepada kapal tersebut. Hal ini dapat dilakukan dengan mekanisme
fuzzy avoiding collision dengan berdasarkan perhitungan jarak dan waktu terpendek yang
diijinkan sesuai dengan IMO (Montewka, Kujala, & Ylitalo, 2009).
Kemampuan MCST juga diuji pada tiga prototipe kapal, dengan ukuran 1,3 m dan 3 m. Ketiga
kapal dilengkapi dengan instrumen dan sistem mekanik autopilot, sedangkan di darat terdapat
sebuah komputer sebagai stasiun VTS. Hasil uji menunjukkan bahwa kapal bergerak sesuai
dengan rekomendasi dari VTS dan mampu mengikuti gerakan sesuai lintasan rekomendasi.
Gambar 3.6 dan Gambar 3.7 menunjukkan hasil uji software MCST pada kapal prototipe.
Page 11 of 73
Gambar 3.4 Tampilan sistem monitoring hasil penelitian terdahulu pada uji skala lab (Aisjah et al., 2012).
Gambar 3.5 Tampilan sistem monitor pada VTS saat simulasi sistem kontrol menghindari tabrakan di jalur
barat Tanjung Perak Surabaya (APBS) (Aisjah et al., 2012).
Gambar 3.6 Prototipe kapal yang dilengkapi sistem autopilot berukuran 1,39 meter, saat diuji dengan
software MCST di kolam Graha ITS, mampu bergerak sesuai dengan (a) arah (gambar kiri), (b) lintasan
(gambar kanan) rekomendasi
Heading
rekomendasi
Kec. Rekomendasi
Informasi adanya kapal lain dalam
jarak tertentu
Gerakan kapal
saat menghindari
tabrakan
Page 12 of 73
Gambar 3.7 Prototipe kapal yang dilengkapi sistem autopilot berukuran 13 meter, saat diuji dengan software MCSTdi kolam PPNS Sby, mampu bergerak sesuai dengan (a) lintasan (gambar kiri), (b) arah
(gambar kanan) rekomendasi
Beberapa uji terhadap sistem instrumen yang embedded pada kapal ukuran 6 meter, dan simulasi
gerakan kapal di kolam, untuk menguji fungsi sistem instrumen, uji sistem autopilot, uji terhadap
lossess data trajectory, dan kestabilan sistem secera keseluruhan, telah dilakukan di beberapa
lokasi, yaitu: (1) Kolam Laboratorium Hidrodinamika Indonesia – BPPT Surabaya, dan (2)
Kolam uji di Politeknik Perkapalan Negeri Surabaya – PPNS. Beberapa uji terhadap kapal,
maupun pada instrumen pendukungnya ditunjukkan pada Gambar 3.9 di bawah ini.
Page 13 of 73
Gambar 3.8 Sistem instrumen dan otomasi pada kapal prototipe model ke 2, dan uji di LHI BPPT
serta uji di kolam PPNS-Surabaya
Software MCST dan prototipe kapal dengan dilengkapi sistem autopilot, yang diujicobakan
ke dalam kapal dengan ukuran yang lebih besar yaitu 3 meter, di kolam uji PPNS – Surabaya.
Gambar 2.6 di atas terlihat model saat diuji. Kedua prototipe kapal, baik yang berukuran
kecil 1.39 meter maupun berukuran besar 13 meter, merupakan wahana tanpa awak yang
secara auto mampu bermanuver dan melakukan self navigasi. Prototipe ini merupakan cikal
bakal dari sebuah Unmaned Sea Surface Vehicle (USSV).
Page 14 of 73
3.2 Sistem Transmisi Data Wahana Apung
Sebuah wahana apung memliki kestabilan statis dan dinamis. Kedua tipe kestabilan tersebut
di perairan dengan sea state yang sesuai, harus memenuhi kriteria kestabilan, dimana salah
satunya distandarkan oleh International Maritim Organization - IMO (Arifin, Syamsul;
Aisjah, Aulia Siti; Nugroho, 2016). Wahana laut yang diperlukan untuk kebutuhan prediksi
cuaca laut, dan dapat digunakan sebagai sistem informasi bagi pengguna laut, memerlukan
perangkat sebagai berikut:
• Teknologi Sensor, yaitu sensor untuk sensor tinggi gelombang laut, arus laut,
kecepatan angin, arah angin, suhu dan tekanan udara, serta curah hujan
• Aplikasi software untuk pengolahan data, pemroses data seluruh hasil ukur
• Sistem telemetri Data, sebagai komunikasi data antara wahana apung dengan
sistem pusat data – sebagai staisun di darat.
• Sebuah sistem untuk menjaga keandalan dan keselamatan wahana apung.
Kestabilan statis dan dinamis wahana apung sesuai dengan standar yang direkomendasikan
oleh International Maritime Organization (IMO), dengan kriteria uji stabilitas. Terdapat dua
uji stabilitas, yaitu saat berada baik di perairan dalam (deep water) dan di perairan terbatas
atau beroperasi di sekitar pelabuhan atau di perairan yang dangkal (restricted and shallow
water). Kriteria uji stabilitas tersebut ditunjukkan pada Tabel berikut ini.
Tabel 3.2 Tabel Kriteria Uji Stabilitas IMO
Kode IMO Kriteria Satuan
A.749(18) Ch-3 Design criteria applicable to all ship
section 3.1.2.2 Besar GZ 2 m m
A.749(18) Ch-3 Design criteria applicable to all ship
section 3.1.2.3
Sudut maksimum
GZ 25o deg
A.749(18) Ch-3 Design criteria applicable to all ship
section 3.1.2.4 Nilai GMt 1,5 m m
Dimana: GZ adalah titik pusat apung
Drone laut / USSV juga filengkapi dengan sensor cuaca, dimana sensor ini akan
mengirimkan data ke stasiun darat, untuk melakukan prediksi cuaca laut di waktu yad.
Kondisi lingkungan untuk waktu yad, juga sebagai masukan pada modul kontrol yang
tertanam di dasboard USSV. Prediksi cuaca laut yang telah banyak dikembangkan oleh
badan stasiun cuaca, menggunakan metode SWAN, WAN dengan bantuan komputer
kecepatan tinggi (Kamranzad & Kazeminezhad, 2010). Beberapa metode prediktor telah
diusulkan oleh peneliti lain, dan juga telah dilakukan oleh peneliti pada tahun sebelumnya.
Beberapa metode tersebut mempunyai akurasi yang bervariasi (Arifin, Aisjah, J.S, &
Wahana laut yang dapat dikendalikan dari darat, memerlukan deteksi posisi dari wahana
tersebut secara kontinyu, dan perintah dari darat untuk menggerak kan badan nya secara
sendiri – self motion menuju ke posisi yang diinginkan sesuai dengan perintah. Sinyal
perintah ini akan menggerakkan sebuah sistem aktuator yang embeded pada wahana.
Pengiriman data hasil ukur dari sensor yang terpasang, dan sensor GPS ke stasiun darat
memerlukan akurasi data yang tinggi. Selain tergantung pada keandalan semua sistem
intrumen, juga bergantung pada software yang mampu mengolah data, memproses data
tersebut dalam sebuah paket data sehingga tidak terjadi eror, dan losses data. Filter Kalman
mampu melakukan prosesing data sehingga tidak ada losses dari data terkirim, dan
menghasilkan akurasi pada data prediksi (Arifin, Aisjah, & Redhianto, 2016).
4 METODE
Metode atau cara untuk mencapai tujuan yang telah ditetapkan. Bagian ini dilengkapi dengan
diagram alir penelitian yang menggambarkan apa yang sudah dilaksanakan dan yang akan
dikerjakan selama waktu yang diusulkan Bagan penelitian harus dibuat secara utuh dengan
penahapan yang jelas, mulai dari awal bagaimana proses dan luarannya, dan indikator
capaian yang ditargetkan. Di bagian ini harus juga mengisi tugas masing-masing anggota
pengusul sesuai tahapan penelitian yang diusulkan.
Blok diagram dari model sistem yang akan dikerjakan untuk 3 (tiga) tahun, ditunjukkan pada
Gambar di bawah ini.
Gambar 4.1 Blok diagram sistem untuk penelitian tahun 2020 - 2023
Beberapa pertimbangan dalam pelaksanaan penelitian adalah tujuan, di mana USSV hasil
rancangan di akhir tahun ke 3, harus memenuhi
• Persyaratan otonomi,
• Sistem komunikasi tanpa delay, dan
• Sistem preproses
• Sistem otonomi navigasi
Page 16 of 73
• Sistem jaringan untuk menukar antara kemampuan autonomi dengan sistem komunikasi,
khusus dalam hal penggunaan senjata yang terpasang di USSV.
Simulasi terhadap model dilakukan untuk beberapa kondisi perairan, yang akan dilakukan
pada tahun ke 3 yaitu, di dua dari enam kondisi berikut ini.
1. perairan terbuka
2. perairan terbatas
3. perairan yang dikategorikan tidak bersahabat
4. perairan ramai / kondisi lalu lintas tinggi, kondisi lalu lintas rendah
5. keadaan laut/ sea state diatas 3
6. keadaan laut / sea state di bawah 3
4.1 Pelaksanaan penelitian tahun ke 1
Pelaksanaan penelitian untuk tahun ke 1 (2020) ditunjukkan pada flow chart Gambar 4.1 di
bawah ini:
4.1.1 Identifikasi masalah yang diperoleh dari studi literatur
Identifikasi masalah diperoleh dari studi literatur beberapa penelitian tentang USSV. Pada
tahapan studi literatur dilakukan penelusuran dari peneliti – peneliti sebelumnya dan
penelitian pendahuluan yang telah dilakukan.
Luaran dari tahapan ini: judul – judul Tugas Akhir yang ditawarkan kepada Mahasisa S1, S2
Teknik Fisika
Sebagian dari luaran telah diperoleh pada bulan bulan Januari 2020.
Pelaksana untuk Tahap 1 adalah: ketua peneliti dan 2 anggota.
4.1.2 Persiapan penelitian
Persiapan penelitian dilakukan dengan berbagai kegiatan yaitu :
- Pengumpulan beberapa hasil penelitian, baik yang telah dilakukan oleh peneliti,
maupun peneliti lainnya di lingkungan ITS dan instansi yang lain. Pengumpulan
penelitian ini dilakukan melalui browsing internet, dan secara khusus yang dilakukan
untuk obyek di perairan Indonesia. Hasil dari pengumpulan ini pengembangan judul
Tugas Akhir yang akan ditawarkan kepada mahasiswa S1 dan S2.
- Pengumpulan data base tentang peralatan yang telah digunakan pada penelitian
sebelumnya dan melengkapi peralatan (baik software maupun hardware) yang akan
digunakan dalam penelitian sepnajang 3 (tiga) tahun sesuai dengan perencanaan.
Data base peralatan ini diperoleh dari informasi secara langsung dari penanggung
jawab instansi yang akan digunakan untuk pelaksanaan penelitian, yaitu : Lab.
Komputasi dan Simulasi Dep. T. Fisika ITS, Lab. LHI BPPT Surabaya, Lab.
Hidrodinamika T. Perkapalan ITS.
- Sosialisasi kepada para mahasiswa Dep. T. Fisika FTI ITS, Dep. Tek. Sistem
Perkapalan ITS melalui pengumuman judul judul / topik Tugas Akhir dan Tesis yang
ditawarkan kepada mahasiswa, untuk kegiatan dalam 3 (tiga) tahun yang akan datang.
Page 17 of 73
Gambar 4.2 Flow chart penelitian tahun ke 1 sd 3
TAHUN 2022
TAHUN 2020
Modul
Mengatasi
Gangguan
MODEL
USSV 1
MODEL
USSV 3
MODEL
USSV 2
MODEL
USSV N
SIMULASI
ANALISA HASIL SIMULASI
(PERFORMANSI) SECARA NUMERIK
EXPERT JUDGEMENT
Pengumpulan Data Beberapa Model USSV
ANALISA HASIL
RANCANG BANGUN USSV
ANALISA HASIL RANCANG BANGUN
PENGEMBANGAN &
PENYEMPURNAAN PROTOTIPE
USSV
TAHUN 2021
DATA UNTUK
VALIDASI
UJI PROTOTIPE USSV UNTUK
BEBERAPA KONDISI
STOP
Page 18 of 73
Perancangan model sistem dilakukan dengan cara membuat model matematis dari bentuk
USSV, membuat model matematis dari variabel gerakan USSV dengan 6 derajad kebebasan
dan dengan pertimbangan atas minimumisasi aktuator yang digunakan.
4.1.3 Pengumpulan data
Pengumpulan data beberapa USSV, diperoleh melalui hasil peneliti lain baik yang telah
dideseminasikan di Jurnal, maupun pada seminar internasional.
Sebagai contoh, klasifikasi dari USSV ditunjukkan pada Tabel berikut ini.
Tabel 4.1 Contoh spesifikasi dari USSV dengan karakteristik mempunyai keandalan yang tinggi
(Mairaj, Baba, & Javaid, 2019)
Tabel 4.2 Contoh USSV buatan US Army (Savitz et al., 2013)
Beberapa model yang ditunjukkan pada dua Tabel di atas, akan dibuat database, di mana data
base berisi:
• Nama USSV,
Page 19 of 73
• tahun pembuatan, • dimensi USSV – bentuk dan dan spesifikasi antara lain: panjang USSV - L, lebar USSV
– B, Tinggi USSV – T, Koefisien blok – CB, center gravity- CG, • kecepatan desain maksimum dan kecepatan normal / servis USSV – U, • rasio luasan rudder / sistem pendukung manuver, • Massa USSV – m / DWT USSV, • Kapasitas baterei, • Jenis propeler. • Sistem instrumentasi dan komponen pendukung kemudi USSV.
Luaran dari tahapan ini: (1) Data base USSV, (2) Makalah untuk telaah FGD, Judul : Melihat
Kekuatan Katahanan Laut Indonesia sebagai Introspeksi diri untuk Pengembangan
Teknologi di Masa yang Akan Datang
Pelaksana kegiatan tahap III adalah: ketua Peneliti dan 2 anggota, serta 4 mahasiswa.
4.1.4 Pemodelan dinamika manuver USSV untuk kebutuhan angkatan laut
Penurunan model transportasi ini berkaitan dengan (i) model dinamika USSV, (ii)
pemodelan dari gangguan yang berasal dari laut (iii) model sistem kemudi USSV, (iv) model
sistem propulsi USSV, (iv) model autopilot
(i) Pemodelan dinamika USSV
Pemodelan dalam bentuk model matematik dari sistem manuvering USSV – dijadikan
sebagai obyek yang akan dikontrol. Pemodelan secara matematik ini memenuhi kaidah
dalam perancangan sistem kontrol modern, yaitu menyatakan bentuk persamaan dari sistem
menjadi bentuk persamaan state space. Model matematik yang dilakukan didasarkan pada
Hukum Newton II tentang dinamika USSV, dengan koefisien hidrodinamika diturunkan oleh
Clarke (1982). Data yang dibutuhkan untuk menurunkan model dinamika USSV cepat ini
dapat diperoleh dari tahap II, untuk beberapa tipe USSV.
Dalam perancangan sebuah kontrol melalui tahapan perolehan model matematis dari sistem
yang akan dikontrol, penentuan vektor kontrol, dan penentuan state kontrol. Orientasi arah
USSV dalam 6 derajad kebebasan tetap diperhatikan untuk menurunkan bentuk dinamika
USSV dengan 3 derajad kebebasan (sway, surge, yaw). Hukum kinekatika dan dinamika
USSV sebagai dasar untuk menurunkan bentuk model dinamika manuvering. Gaya dan
momen yang berpengaruh pada dinamika USSV arah surge, sway dan yaw, dan komponen
gaya maupun momen yang timbul akibat gerakan lambung dalam air, akibat sistem propulsi,
control surface, dan akibat dari gangguan lingkungan tetap diperhatikan. Parameter
hidrodinamika USSV dalam pengembangan model manuvering diperoleh berdasarkan
persamaan Regresi Clarke (1982).
Persamaan gerak USSV, ditunjukkan dalam bentuk persamaan (4.1) di bawah ini.
Page 20 of 73
𝑀�̇� + 𝐶(𝑣)𝑣 + 𝐷(𝑣)𝑣 + 𝑔(𝜂) = 𝜏 (4.1)
dimana,
𝑀 = 𝑀𝑅𝐵 + 𝑀𝐴, adalah matriks dan inersia dari USSV yang dipandang sebagai benda kaku
(MRB), dan besarnya massa tambahan (MA)
𝑀𝑅𝐵 =
[ 𝑚
000
𝑚𝑧𝐺
−𝑚𝑦𝐺
0𝑚0
−𝑚𝑧𝐺
0𝑚𝑥𝐺
00𝑚
𝑚𝑦𝐺−𝑚𝑥𝐺
0
0
−𝑚𝑧𝐺𝑚𝑦𝐺
𝐼𝑥𝑥
−𝐼𝑦𝑥
−𝐼𝑧𝑥
𝑚𝑧𝐺
0−𝑚𝑥𝐺
−𝐼𝑥𝑦
𝐼𝑦𝑦
−𝐼𝑧𝑦
−𝑚𝑦𝐺𝑚𝑥𝐺
0−𝐼𝑥𝑧
−𝐼𝑦𝑧
𝐼𝑧𝑧 ]
(4.2)
𝑀𝐴 =
[ 𝑋�̇�
𝑌�̇�
𝑍�̇�
𝐾�̇�
𝑀�̇�
𝑁�̇�
𝑋�̇�
𝑌�̇�
𝑍�̇�
𝐾�̇�
𝑀�̇�
𝑁�̇�
𝑋�̇�
𝑌�̇�
𝑍�̇�
𝐾�̇�
𝑀�̇�
𝑁�̇�
𝑋�̇�
𝑌�̇�
𝑍�̇�
𝐾�̇�
𝑀�̇�
𝑁�̇�
𝑋�̇�
𝑌�̇�
𝑍�̇�
𝐾�̇�
𝑀�̇�
𝑁�̇�
𝑋�̇�
𝑌�̇�
𝑍�̇�
𝐾�̇�
𝑀�̇�
𝑁�̇� ]
(4.3)
𝐶(𝑣) = 𝐶𝑅𝐵(𝑣) + 𝐶𝐴(𝑣), adalah matriks Coriolis dan Centripetal dari rigid-body dan massa
tambahan.
𝐶𝑅𝐵(𝑣) =
[
0000
𝑚𝑤−𝑚𝑣
000
−𝑚𝑤0
𝑚𝑢
000
𝑚𝑣−𝑚𝑢
0
0
−𝑚𝑤𝑚𝑣0
−𝐼𝑧𝑧𝑟𝐼𝑦𝑦𝑞
𝑚𝑤0
−𝑚𝑢𝐼𝑧𝑧𝑟0
−𝐼𝑥𝑥𝑝
−𝑚𝑣𝑚𝑢0
−𝐼𝑦𝑦𝑞
𝐼𝑥𝑥𝑝0 ]
(4.4)
𝐶𝐴(𝑣) =
[ 0
000
−𝑎3(𝑣)𝑎2(𝑣)
000
𝑎3(𝑣)0
−𝑎1(𝑣)
000
−𝑎2(𝑣)𝑎1(𝑣)
0
0
𝑎3(𝑣)−𝑎2(𝑣)
0𝛽3(𝑣)
−𝛽2(𝑣)
−𝑎3(𝑣)0
𝑎1(𝑣)−𝛽3(𝑣)
0𝛽1(𝑣)
𝑎2(𝑣)−𝑎1(𝑣)
0𝛽2(𝑣)
−𝛽1(𝑣)
0 ]
(4.5)
𝐷(𝑣) = 𝐷𝑞(𝑣) + 𝐷𝑙(𝑣), adalah matriks redaman quadratik dan besarnya koefisien gaya drag
– linier.
𝐶𝑙(𝑣) =
[ 𝑋𝑢
00000
0𝑌𝑣
0000
00𝑍𝑤
000
0
00𝐾𝑝
00
0000𝐾𝑞
0
00000𝑁𝑟]
(4.6)
𝐶𝑞(𝑣) =
[ 𝑋𝑢|𝑢||𝑢|
00000
0𝑌𝑣|𝑣||𝑣|
0000
00
𝑍𝑤|𝑤||𝑤|
000
0
00
𝐾𝑝|𝑝||𝑝|
00
0000
𝐾𝑞|𝑞||𝑞|
0
00000
𝑁𝑟|𝑟||𝑟|]
(4.7)
Page 21 of 73
𝑔(𝜂) adalah matriks vektor buoyancy dan gravitasi, yang ditunjukkan di dalam persamaan
(4.8) berikut ini.
𝑔(𝜂) =
[
(𝑊 − 𝐵)𝑠𝑖𝑛𝜃−(𝑊 − 𝐵)𝑐𝑜𝑠𝜃𝑠𝑖𝑛𝜙
−(𝑊 − 𝐵)𝑐𝑜𝑠𝜃𝑐𝑜𝑠𝜙
−(𝑦𝑔𝑊 − 𝑦𝑏𝐵)𝑐𝑜𝑠𝜃𝑐𝑜𝑠𝜙 + (𝑧𝑔𝑊 − 𝑧𝑏𝐵)𝑐𝑜𝑠𝜃𝑠𝑖𝑛𝜙
(𝑧𝑔𝑊 − 𝑧𝑏𝐵)𝑠𝑖𝑛𝜃 + (𝑥𝑔𝑊 − 𝑥𝑏𝐵)𝑐𝑜𝑠𝜃𝑐𝑜𝑠𝜙
−(𝑥𝑔𝑊 − 𝑥𝑏𝐵)𝑐𝑜𝑠𝜃𝑠𝑖𝑛𝜙 − (𝑦𝑔𝑊 − 𝑦𝑏𝐵)𝑠𝑖𝑛𝜃 ]
(4.8)
Besarnya torsi pada USSV - 𝜏 merupakan matriks yang ditunjukkan pada persamaan (4.9)
berikut ini.
𝜏 = 𝐿𝑈
𝐿 =
[
1000𝑙3
−𝑙1
1000𝑙3𝑙2
001
−𝑙1−𝑙60
0
01𝑙2
−𝑙60
001
−𝑙1𝑙50
001𝑙2𝑙50]
(4.9)
𝑈 = [𝑇1 𝑇2 𝑇3 𝑇4 𝑇5 𝑇6]𝑇 (4.10)
(ii) Model matematika USSV – dalam 6 dof.
Berdasarkan persamaan (4.1) sd (4.10) di atas, dapat disusun model matematika dari USSV,
dalam arah gerak 6 dof, yang ditunjukkan pada persamaan (4.11) berikut ini.