Studi Geoid Teliti dan pemodelannya di daerah Indonesia

DEFINISI DARI GEOID

Salah satu tujuan ilmu geodesi adalah menentukan bentuk dan ukuran bumi termasuk pula didalamnya menentukan medan gaya berat bumi dalam dimensi ruang dan waktu. Bentuk bumi didekati melalui beberapa model diantaranya ellipsoida yang merupakan bentuk ideal dengan asumsi bahwa densitas ( kerapatan ) bumi homogen. Sementara itu kenyataan sebenarnya, densitas massa bumi yang heterogen dengan adanya gunung, lautan, cekungan,dataran akan membuat ellipsoid berubah menjadi bentuk yang baru yaitu Geoid.

geoid.gif   geoid01.gif  geoid_s.GIF  studi_geoid.jpg

Geoid disebut sebagai model bumi yang mendekati sesungguhnya. Lebih jauh geoid dapat didefinisikan sebagai bidang ekipotensial yang berimpit dengan permukaan laut pada saat keadaan tenang dan tanpa gangguan , karena itu secara praktis geoid dianggap berhimpit dengan permukaan laut rata-rata (Mean sea level-MSL). Jarak geoid terhadap ellipsoid disebut Undulasi geoid (N). Nilai dari undulasi geoid tidak sama di semua tempat,   hal ini disebabkan ketidakseragaman sebaran densitas massa bumi.  Untuk keperluan aplikasi geodesi, geofisika dan oseanografi dibutuhkan geoid dengan ketelitian yang cukup  tinggi.

—————————————————————————————————————————————————

KEBUTUHAN AKAN GEOID

Geoid memiliki peran yang cukup penting dalam berbagai hal seperti untuk keperluan aplikasi geodesi, oseanografi, dan geofisika. Contoh untuk  bidang geodesi yaitu penggunaan teknologi GPS dalam penentuan tinggi orthometrik untuk berbagai keperluan praktis seperti rekayasa, survei, dan pemetaan membutuhkan infomasi  geoid teliti. Hal Ini disebabkan karena tinggi GPS adalah bersifat geometrik karena mengacu pada bidang matematis ellipsoid, sedangkan tinggi yang diperlukan untuk keperluan praktis adalah tinggi yang mempunyai arti fisik di permukaan bumi yaitu tinggi orthometrik di mana bidang acuannya adalah geoid. Beda tinggi antara ellipsoid dan tinggi geoid sangatlah bervariasi dan besarnya bisa mencapai puluhan meter, sehingga pemakaian langsung tinggi GPS (tinggi ellipsoid) itu bisa menyebabkan penyimpangan puluhan meter terhadap tinggi orthometrik.

Pada saat ini dan yang akan datang, kebutuhan akan model geoid akan sangat mendesak karena pesatnya pemakaian GPS untuk berbagai keperluan rekayasa dan survei pemetaan. Perkembangan pesat ini didukung oleh kecanggihan teknik GPS itu sendiri yang dapat mengukur dimana saja, kapan saja dan tidak tergantung cuaca di seluruh permukaan bumi. Selain itu dengan perkembangan metoda kinematik GPS yang dapat menghasilkan tinggi hingga tingkat centimeter semakin menarik minat pengguna GPS untuk menggunakan GPS dalam penentuan tinggi orthometrik. Selain berfungsi untuk penentuan tinggi ortometrik, geoid juga diperlukan dalam unifikasi sistem datum tinggi.

—————————————————————————————————————————————————

TEKNIK PENENTUAN GEOID

Pada prinsipnya geoid (model geopotensial) dapat diturunkan dari data gaya berat sebagai data utamanya yang distribusinya mencakup seluruh permukaan bumi.  Akurasi suatu model geopotensial terutama ditentukan oleh kualitas data gaya berat, selain juga ditentukan oleh formulasi matematika yang digunakan ketika menurunkan model tersebut.  Data gaya berat dapat diperoleh dari pengukuran secara terestris menggunakan gravimeter, dari udara dengan teknik air borne gravimetry, dan diturunkan dari data satelit (satelit sistem geometrik seperti satelit altimetry (wilayah laut) dan satelit sistem dynamic seperti GRACE dan GOCCE, serta melalui interpolasi untuk wilayah-wilayah yang tidak ada data gayaberatnya.

sodin1_1.jpg   geoide6.jpg   altimetri.gif   champ.jpg   _1668872_grace150.jpg

—————————————————————————————————————————————————

TEKNIK PENENTUAN GEOID DARI  PENGUKURAN GRAVIMETER 
  
Pengukuran gaya berat untuk membuat model geoid dengan cara terestris menggunakan alat gravimeter adalah pengukuran gaya berat langsung di permukaan bumi.  Alat gravimeter ditempatkan di titik-titik ukur dan kemudian dilakukan pembacaan.  Pada pengukuran ini salah satu stasiun pengamatan biasanya sudah harus diketahui harga gaya beratnya (pengukuran gaya berat relatif). Pada stasiun yang telah diketahui harga gaya beratnya dilakukan pembacaan skala mikrometer, kemudian gravimeter dipindahkan ke stasiun berikutnya dan dilakukan pembacaan mikrometer, sehingga melalui pembacaan mikrometer diketahui perubahan gaya berat antara dua stasiun yang telah dilakukan pengukuran tersebut.   
 
Pada pengukuran gaya berat untuk pembuatan model geoid secara terestris dengan menggunakan instrumen gravimeter akan bermasalah jika daerah observasi cukup luas dengan kondisi topografi yang sulit dijangkau seperti hutan belantara, pengunungan, gunung es, dan juga lautan yang luas.  Hal ini akan memakan waktu yang sangat lama dan tenaga yang cukup besar, yang berarti biaya yang dikeluarkan akan sangat besar pula. 

—————————————————————————————————————————————————

TEKNIK PENENTUAN GEOID DENGAN AIRBORNE GRAVIMETRY 

Penetuan gaya berat untuk menentukan model geoid dengan metode (GPS) Air -Borne Gravimetry merupakan pengukuran gaya berat di udara dimana gravimeter dilengkapi juga dengan GPS receiver yang ditempatkan di pesawat terbang besama-sama.  Gaya berat yang diukur oleh Gravimeter merupakan percepatan total yang dialami oleh pesawat terbang.  Untuk memperoleh nilai gaya berat  free-air, maka komponen koreksi seperti koreksi eotvos, koreksi percepatan horisontal pesawat, koreksi percepatan vertikal pesawat dan koreksi free-air harus ditentukan lebih dahulu.  Untuk menentukan besarnya koreksi-koreksi tersebut dibutuhkan informasi posisi 3D, kecepatan dan percepatan pesawat dalam arah vertikal dan horisontal yang mana dapat diberikan oleh GPS.   

Dengan pengamatan GPS, maka informasi posisi 3D, kecepatan dan percepatan pesawat terbang dapat ditentukan secara teliti. Di samping itu GPS juga dapat digunakan sebagai sistem navigasi pesawat terbang pada saat survey dengan metode real time DGPS (Differential Global Positioning System)   

—————————————————————————————————————————————————

TEKNIK PENENTUAN GEOID DENGAN SATELIT SISTEM GEOMETRIK
 
Teknik penentuan gravity field dan kemudian geoid dengan menggunakan teknologi satelit secara geometrik yaitu diantaranya  dengan memanfaatkan kombinasi dari satelit altimetri dengan satelit GPS.   Teknik kombinasi dari satelit altimetri dengan satelit GPS (teknik geometrik) secara prinsip sederhananya yaitu dengan membandingkan jarak yang diperoleh dari satelit altimetri dengan tinggi yang diperoleh dari GPS dalam fungsi waktu.

—————————————————————————————————————————————————   
 
TEKNIK PENENTUAN GEOID DENGAN SATELIT SISTEM DYNAMIC 
 
Metode penentuan gravity field dan geoid menggunakan misi-misi dari Satelit Gravimetri mulai banyak dikembangkan saat ini. Jika bumi dianggap sebagai ellipsoid dengan massa yang homogen, maka medan gaya beratnya akan memiliki suatu medan massa tertentu dan orbit satelit akan berbentuk ellips yang sempurna. Dengan melakukan penjejakan terhadap satelit, maka kita dapat menentukan seberapa besar penyimpangan orbit satelit dan kemudian dapat dihitung seberapa besar perbedaan medan gaya berat bumi dibandingkan dengan massa sebuah titik. Ini merupakan cara yang baik untuk mendapatkan kenampakan gelombang panjang (long wavelength) dari medan gaya berat.  Misi Satelit Gravimetri diantaranya bernama GRACE (Gravity Recovery And Climat Experiment) dan GOCE (Gravity field and steady-state Ocean Circulation Explorer).

—————————————————————————————————————————————————
 
STUDI GEOID TELITI BAGI WILAYAH INDONESIA

Geoid memiliki peran yang penting dalam berbagai hal seperti untuk keperluan aplikasi geodesi, oseanografi, dan geofisika. Contoh untuk bidang ilmu geodesi yaitu penggunaan teknologi GPS dalam penentuan tinggi orthometrik untuk berbagai keperluan praktis seperti rekayasa, survei, dan pemetaan membutuhkan infomasi  geoid teliti. Hal Ini disebabkan karena tinggi GPS adalah bersifat geometrik karena mengacu pada bidang matematis ellipsoid, sedangkan tinggi yang diperlukan untuk keperluan praktis adalah tinggi yang mempunyai arti fisik di permukaan bumi yaitu tinggi orthometrik di mana bidang acuannya adalah geoid (bidang equipotensial yang identik dengan permukaan laut rata-rata tanpa gangguan). Beda tinggi antara ellipsoid dan tinggi geoid sangatlah bervariasi dan besarnya bisa mencapai puluhan meter, sehingga pemakaian langsung tinggi GPS (tinggi ellipsoid) itu menyebabkan penyimpangan puluhan meter terhadap tinggi orthometrik. Kesimpulannya penggunaan teknik GPS di Indonesia dalam penentuan tinggi orthometrik untuk berbagai keperluan praktis seperti rekayasa, survei, dan pemetaan seperti disebut di atas mengalami kendala karena hingga saat ini belum ada geoid teliti di wilayah negara kita.
 
Selain berfungsi untuk penentuan tinggi ortometrik, geoid juga diperlukan dalam penentuan datum geodetik di Indonesia. Seperti diketahui, Indonesia yang terdiri dari kepulauan, dimana tiap-tiap pulau jaraknya cukup jauh bagi pengukuran-pengukuran geodesi secara terestris dan konvensional, menyebabkan jarring kontrol geodesi masih belum bersambungan dan dihitung pada permukaan ellipsoida yang berbeda-beda, dan karena informasi geoid terhadap ellipsoid-elipsoid tersebut belum diketahui, maka dianggap permukaan geoid adalah permukaan ellipsoid. Jadi data-data pada permukaan geoid (air laut rata-rata) digunakan langsung untuk keperluan hitungan pada permukaan ellipsoid (development method), dengan titik awal hitungan yang berbeda-beda, yang satu dengan yang lainnya belum diketahui hubungannya.
Karena hitung-hitungan geodesi dilakukan dengan menggunakan data-data pada geoid (air laut rata-rata), maka hasil hitungan yang dilakukan pada permukaan ellipsoid belumlah merupakan hasil akhir. Dengan diketahuinya informasi geoid di daerah Indonesia terhadap permukaan ellipsoid (bidang hitung) yang digunakan, maka penyelesaian (finalisasi) hitungan jaringan kontrol geodesi dalam suatu sistem geodesi tunggal di Indonesia (the Indonesian Unified Geodetic System), akan menjadi kenyataan. [Kahar, 1978].