## RANCANG BANGUN KONTROL PERGERAKAN POSISI KAPAL DENGAN SISTEM WAYPOINT

## BERBASIS GPS MENGGUNAKAN METODE PID
Shinta Devionita, Suryadi Thoha, Joko Subur
Prodi Teknik Elektro, Fakultas Teknik dan Ilmu Kelautan, Universitas Hang Tuah Surabaya, Indonesia
Jl. Arif Rahman Hakim, Keputih, Kec. Sukolilo, Kota SBY, Jawa Timur 60111 e-mail :
sdevionita97@gmail.com

## ABSTRACK
Mengingat  sangat  mahalnya  peralatan  teknologi  perkapalan  saat  ini  sehingga menyebabkan  masyarakat  kalangan  menengah  masih  menggunakan  sistem  manual dalam  mengemudikan  kapal  untuk  mencapai  tujuan  pelayaran.  Pada  penelitian  ini dirancang  sebuah  sistem  perkapalan  untuk  mengontrol  pergerakan  pengendali  kapal menuju arah tujuan secara otomatis sesuai koordinat yang ditentukan. Sistem ini terdiri dari  modul  GPS  (Global  Positioning  System),  Sensor  Kompas,  Arduino  Uno,  Motor Servo,  dan  Metode  PID.  Disini  modul  GPS  yang  digunakan  bertujuan  sebagai  receiver atau penerima untuk mengetahui posisi garis lintang dan garis bujur pada kapal dalam 10 kali  pengujian.  Sensor  kompas  bertujuan  untuk  mengetahui  arah  hadap  kapal,  dengan acuan  data  kompas  yang  telah  terkalibrasi  dan  nilai  eror  yang  diperoleh.  Arduino  uno sebagai  sistem  mikrokontroler  untuk  menyimpan  atau  pemroses  data.  Motor  servo bertujuan sebagai penggerak tuas motor apakah sesuai dengan perintah nilai derajat pada program  yang  telah  dibuat  pada  arduino.  Metode  PID  yang  digunakan  disini  sebagai kontroller,  yaitu  menjaga  posisi  kendali  pada  kapal  agar  dapat  mengikuti  lintasan waypoint  yang  telah  direncanakan    sebelumnya.  Langkah  pertama  yang  dilakukan dengan  cara  mengetahui  nilai  Kp,  Ki  dan  Kd  yang  telah  didapat  pada  pengujian. Sehingga menghasilkan nilai Kp = 2, Ki = 0,8 dan Kd = 0,5.
Keywords : Modul GPS, Sensor Kompas,Arduino Uno, Motor Servo. Metode PID.
Shinta Devionita, Suryadi Thoha, Joko Subur

## 1. PENDAHULUAN
Indonesia merupakan negara maritim  yang  memiliki  luas  lautan  70% dari  daerah  teritorialnya.  Hal  ini  membuat Indonesia  kaya  akan  hasil  laut  dan memiliki  potensi  besar  menjadi  poros maritim  dunia.  Poros  maritim  dunia merupakan  sebuah  gagasan  strategis  yang diwujudkan  untuk  menjamin  konektivitas antar pulau, pengembangan industri perkapalan  dan  sumber  devisa  negara. Sehingga  dibutuhkan  transportasi air berupa kapal untuk mempermudah aktivitas  manusia.  Kapal  adalah  alat transportasi air yang dapat mengapung dan digerakkan dengan energi mekanik.
Namun  dalam  operasinya,  kondisi  medan perairan  yang  berubah  -  ubah  secara  terus menerus mengakibatkan kurangnya keakurasian arah posisi  pada kapal.  (Mora
, dkk., 2018).
Penggunaan  teknologi autopilot yang diterapkan pada kapal dianggap akan lebih  mudah  dan  tepat.  Sistem  kendali berbasis  GPS ( Global  Positioning  System) pada  kapal  sangat  membantu  pengemudi untuk  melakukan  aktivitas  di  wilayah perairan, yang sulit dijangkau seperti hutan payau  atau  sungai-sungai  kecil  yang  tidak dapat  dilalui  kapal  besar.  Kemudahan dalam  melakukan  aktivitas  lingkungan perairan dengan biaya operasional yang
murah  dan  minim  resiko  bahaya  bagi pengemudi  serta  penumpang.  (Zaky  dkk, 2018).
Kapal autopilot disini tidak menggunakan  pengemudi  dan  bekerja secara  otomatis  pada  target  yang  telah ditentukan  dengan  tujuan  tertentu.  Kapal autopilot bisa digunakan untuk menjalankan  aktivitas  pengemudi  dan penumpang  yang berguna sebagai  penentu keakurasian  posisi  kapal.  Maka  dari  itu sistem, waypoint yang  digunakan  sebagai penentu arah posisi kapal sangat dipertimbangkan. Waypoint adalah  istilah dalam  GPS  untuk  suatu  lokasi  yang  telah ditandai yang terdiri dari koordinat lintang (latitude) dan bujur (longitude). Penentuan waypoint pada kapal kali ini menggunakan metode PID (Proportional Integral Derrifative) yang berfungsi sebagai pengontrol  kendali  posisi  pada  kapal.  PID yang  terhubung  dengan  mikrokontroler akan  mengontrol  motor  servo  sebagai penggerak kemudi kapal  menuju waypoint yang telah ditentukan. (Zaky dkk, 2018).

## 2. TINJAUAN PUSTAKA
Sistem ini memberikan kemudahan dalam  pengumpulan  data  dan  pengawasan pada  lingkungan  perairan  yang  memiliki banyak  resiko  bila  dilakukan  secara manual.  Track  arah  perjalanan  yang sedang ditempuh dengan  menggunakan
GPS  telah  digambarkan  dalam  garis  pada display  GPS  dan  xtrack.  Dalam  penelitian ini  telah  ditemukan  selisih  antara track waypoint. Dari  tabel  nanti  dapat  dilihat nilai  rata-rata xtrack sangat  bagus,  kecuali di titik koordinat 1 atau waypoint 1 karena waypoint  radius sebesar  6  meter.  (Zaky dkk, 2018)
Jarak waypoint adalah  jarak  antara titik  kordinat  yang  dilalui  kapal  tanpa awak,  jarak  antara home ke  waypoint  1 sekitar 24 meter yang akan ditempuh kapal tanpa  awak  kemudian  antara  waypoint  1 menuju  waypoint  2  sepanjang  33  meter dan  jarak  kembali  pada  titik  awal  atau home sepanjang  34  meter.  Kapal  akan menuju arah tujuan dengan membandingkan koordinat waypoint dengan  koordinat  kapal  yang  sebenarnya. Pada pengujian lapangan dengan menggunakan  2  waypoint  yang  berjarak sepanjang  33  meter,  sistem  berhasil menggerakan  kapal  dengan  nilai  selisih pada jalur sebenarnya (xtrack) rata-rata - 0.33 meter. (Zaky dkk, 2018).

## 3. METODE PENELITIAN
Untuk mempermudah proses jalannya  metode  penelitian,  dibawah  ini merupakan  proses  diagram  blok  sistem yang telah dirancang, diantaranya :
Gambar 1. Diagram Blok Sistem

## A. Prinsip Kerja Diagram Blok Sistem :
Terdapat  tiga  input  yang  berupa  GPS, kompas,  dan setpoint koordinat waypoint.
Sistem  ini  menggunakan  24  satelit  yang mengirimkan  sinyal  gelombang  mikro  ke bumi. Sinyal ini diterima oleh alat penerima di  permukaan,  dan  digunakan  untuk menentukan  posisi,  kecepatan,  arah,  dan waktu.  Inyal  pemancar  dari  satelit  akan ditangkap melalui GPS.
Kompas  disini  berfungsi  sebagai penentu  arah  posisi,  agar  informasi  hasil posisinya  sesuai  isi  format  data  tersebut. Maka  pemasangannya  harus  dilakukan secara  tepat.  Pada  input  yang  ketiga, sistem  navigasi waypoint dapat  mencapai posisi  tujuan  dengan  akurasi  5  meter (radius). Sistem  navigasi waypoint dapat menyelesaikan misi  dengan rute maksimal terdiri dari 10 posisi tujuan.
Dari ketiga input tersebut menghasilkan  keluaran  masing-masing, untuk  keluaran  GPS  yaitu  berupa  data NMEA ( National Marine Electronics
Shinta Devionita, Suryadi Thoha, Joko Subur http://jurnal.unimus.ac.id
Association )  yang  dikirimkan  ke  dalam mikrokontroler,  sedangkan  untuk  keluaran dari  kompas  itu  sendiri  berupa  data  sudut yang  juga  dikirimkan  ke  mikrokontroler. Keluaran  dari  setpoint  koordinat  waypoint berupa  database  sudut  dan  arah.  Di  dalam mikrokontroler, terdapat keluaran dari data GPS  yang  berupa  data  NMEA  dengan bahasa C pada mikrokontroler. Sedangkan keluaran  dari  kompas  yang  berupa  data sudut  tersebut  juga  akan  dipilah  untuk menentukan  titik  koordinat  sudut  lintang bujurnya (latitude dan longitude), kemudian  di  dalam  mikrokontroler,  hasil keluaran  dari  GPS  dan  kompas  akan diproses menggunakan metode PID.
Metode PID    disini berfungsi sebagai kontroller, yang nantinya menghasilkan  keluaran  berupa  database koordinat  waypoint.  Database  koordinat waypoint tersebut    digunakan    untuk menggerakkan  motor  servo.  Motor  servo dikendalikan  dengan  memberikan  sinyal modulasi  melalui  kabel  kontrol.  Lebar pulsa  sinyal  kontrol  yang  diberikan  akan menentukan   posisi   sudut    putaran  dari poros  motor  servo  itu  sendiri.  Selain  itu juga  berfungsi  sebagai  penggerak  rudder untuk  mengarahkan  poros  kapal  agar  bisa berputar arah baliknya, setelah itu hasilnya akan  ditampilkan  pada  LCD   ( Liquid Crystal Display) sebagai parameter.
Berikut  ini  merupakan  rancangan blok diagram sistem pada kontrol PID :
Gambar 2. rancangan blok diagram sistem pada kontrol PID
Dari penjelasan sistem kontrol PID diatas  dapat  disimpulkan  bahwa  langkah awal yang harus dilakukan yaitu menentukan setpointnya, Lalu menentukan arah  hadap  kapal  dengan  menggunakan sudut  kompas,  Agar  dapat  diproses hasilnya  menggunakan  PID,  sedangkan motor servonya itu sendiri berfungsi untuk menggerakkan  poros  pada  kemudi  kapal agar dapat berjalan dengan baik.

## 4. HASIL DAN PEMBAHASAN
Pada hasil dan pembahasan menjelaskan  tentang  data  pengujian  dan analisa sistem yang merupakan tahap akhir dari  realisasi  Rancang  Bangun  Kontrol Pergerakan  Posisi  Navigasi  Kapal  Dengan Sistem Waypoint Berbasis GPS Menggunakan Metode PID, pada tahap ini pengujian  dan  pengambilan  data  yang digunakan merupakan real-time, serta pada tahap yang paling penting untuk mengetahui tingkat keberhasilan,
keunggulan  dan  kekurangan  dari  sistem tersebut.  Sehingga  dengan  begitu  dapat diketahui sistem yang telah dibuat
menghasilkan  keluaran  yang  diinginkan.
Pengujian  dan  analisa  yang  dilakukan meliputi sistem secara keseluruhan.

## A. Pengujian Data GPS GY-NEO6MV2
Dari  pengujian  rangkaian  modul GPS  GY-NEO6MV2  telah  diperoleh  hasil Data  titik  koordinat  berupa latitude dan longitude .  Bentuk  perhitungannya  seperti ini :
Perhitungan Rata – Rata Eror : Total  Eror  :  10  Jumlah  Lokasi  =  ….  % 10,6  :  10  lokasi  =  1,06  %  (Data  Latitude) Total  Eror  :  10  Jumlah  Lokasi  =  ….  % 11,2 : 10 lokasi = 1,12 % (Data Longitude ) Tabel 1. Perhitungan Tabel Erorr

## B. Pengujian Data Kompas
Dari  pengujian  rangkaian  modul kompas tipe GY-271-HMC5883L ini telah diperoleh hasil data percobaannya :
Tabel 2. Pengujian Data Kompas
Dari tabel diatas dapat disimpulkan keberhasilan  sensor  GPS  dan  sensor kompas  yang  dirangkai  pada  sistem hardwere dengan sistem google maps pada handphone.
Keduanya sangat berkesinambungan dalam menangkap sinyal  data  yang  dipantulkan  oleh  satelit- satelit  yang  ada  diorbit  hingga  mencapai tingkat  keberhasilan  tinggi  dan  nilai  dari pembacaan  sensor  tergolong  berubah- ubah dikarenakan pergerakan alatnya yang bergerak.  Sehingga  dirumuskan  dalam perhitungan seperti ini :

## C. Pengujian Data Motor Servo
Pada  pengujian  motor  servo  dapat diketahui  pergerakan  tuas  motor  apakah sesuai  dengan  perintah  nilai  derajat  pada program  yang  telah  dibuat  pada  arduino. Dari pengujian data tersebut dapat diketahui  pergerakan  motor  servo  hampir mendekati nilai derajat yang telah dimasukkan pada program.
Tabel 3. Perhitungan Data Motor Servo

## D. Pengujian Data Kemudi Kapal
Pada  pengujian  data  kemudi  kapal
(rudder) ini  diharapkan  akan  diketahui seberapa  tajam  manuver  kapal  untuk berbelok  sesuai  derajat  kemudinya.  Posisi kemudi  adalah  posisi  kapal  bergerak lurus.  Pergerakan  belok  kapal  dipengaruhi oleh kecepatan dan lebar dari kemudi atau
rudder kapal itu sendiri.
Tabel 4. Perhitungan Data Kemudi Kapal
Sehingga dapat disimpulkan bahwa pegerakan kemudi dari posisi 90 derajat ke 70  derajat  akan  menghasilkan  pergerakan kapal belok kiri dan posisi 90 derajat ke 120  akan  menghasilkan  pergerakan  kapal belok  ke  kanan.  Ketelitian  manuver dipengaruhi  oleh body kapal,  bentuk
rudder dan kecepatan kapal.

## E. Pengujian Data Koordinat Waypoint
Pada  pengujian  ini  dapat  diketahui posisi  lintang  dan  bujur  pada  GPS  dan melihat pada gambar GPS yang ditampilkan oleh google maps.
Gambar 3. Titik Koordinat Awal
Gambar 4. Titik Koordinat Akhir
Pada  pengujian  data  waypoint  dari titik  awal  ke  titik  akhir  GPS  google  maps telah  dilakukan  pengambilan  data  yang dibagi  menjadi  10  kali  pengambilan  data diantaranya berikut ini :
Tabel 5. Pengujian Data Way Point
Dari  pengujian  tersebut  dapat dirumuskan  arah  tujuan  adalah  garis  lurus menuju  ke  arah  barat  dengan  masing masing  pengambilan  data  sejauh  200  m.
Total tujuannya sejauh 2 km.

## F. Pengujian Data PID Kemudi Servo
Untuk  mendapatkan  hasil  PID  yang akan  dikonversi  ke  nilai  servo  sebagai
penggerak kemudi. Persamaan nilai keluaran  dari  kontrol  PID,  dirumuskan sebagai :
Dari  rumus  diatas  dapat  dijelaskan bahwa  nilai  keluaran  u(t)  merupakan jumlah  dari  gain  proportional  (Kp),  gain integral  (Ki),  dan  gain  derivative  (Kd) yang  masing-masing  dipengaruhi  oleh error  (e)  dalam  selang  waktu  (t)  tertentu. Pada  teknis  pengujian  ini  kontroler  PID digunakan  untuk  menjaga  posisi  kendali pada  kapal  agar  dapat  mengikuti  lintasan waypoint yang telah direncanakan sebelumnya.  Jadi  harus  diketahui  dahulu posisi kemudi kapalnya menunjukkan arah berapa  derajat  ketika  berada  pada  posisi lurus,  belok  kanan  ataupun  belok  kiri. Sehingga hasil keluaran kontroler  PID
nantinya dapat dikonversikan untuk mendapatkan nilai kemudi sebagai penggerak kapal yang utama.
Gambar 5. Konversi PID
Gambar 6. Proses Gerak Kemudi
Proses Gerak Kemudi Percobaan merupakan  tabel  untuk  menentukan  nilai Kp,  Ki  dan  Kd  yang  menghasilan  eror setpoint paling terkecil serta menghasilkan output  PID  yang  sesuai  untuk  diubah  ke posisi  derajat  servo  pada  kemudi.  Nilai setpoint dalam    percobaan    ini    adalah nilai kompas arah barat.

## 1. Percobaan Penentuan Nilai
Dari  tabel  diatas  dapat  diketahui  nilai  Kp, Ki  dan  Kd  yang  menghasilkan  nilai  PID yang  paling  mendekati  nilai  untuk  diproses ke  derajat  servo  merupakan  nilai  yang dianggap  stabil.  Dari  kedua  gambar  diatas, dapat  diketahui  proses  pengontrolan  PID untuk  menghasilkan  nilai  yang  dapat dikonversi  ke  proses  nilai  servo  kemudi. Posisi servo kemudi berada pada 90 derajat ketika  posisi  lurus,  kurang  dari  90  derajat menghasilkan  posisi  belok  kiri  dan  lebih dari  90  derajat  merupakan  posisi  belok kanan.  Percobaan  nilai  kontrol  PID  ini didapatkan melalui pengujian trial and eror yang  diperoleh  hasil  nilai  erornya  kecil, sehingga  nilai  Kp,  Ki  dan  Kd  yang didapatkan sebagai berikut :
Kp = 2 ; Ki = 0,8 ; Kd = 0,5 (2)

## 2. Pengujian PID Kemudi Servo
Dari  data  diatas  telah  didapatkan data  pengujian  PID  pada  motor  servo sesuai dengan arah tujuan 335 . Sedangkan di sisi lain terdapat pengujian arah kemudi servo  menuju  waypoint  dengan    arah tujuan  kompas  325  sama  dengan    arah barat  dari  titik  awal  .  Dari  pengujian tersebut  dapat  diketahui  proses  PID  untuk mengontrol  kemudi  menuju  waypoint dengan  masing  masing  pengambilan  data sejauh  400  meter.  Dengan  total  tujuan sejauh 2 km.
Gambar  7. Titik  Kordinat  Awal  Menuju Kordinat Waypoint
Pengujian  pengendalian waypoint menggunakan PID dilakukan untuk mengetahui  kinerja  pengendali  PID  ketika diimplementasikan  pada  kemudi  kapal. Dari  pengujian  tesebut  dapat  disimpulkan bahwa  arah  kemudi  akan  berada  pada posisi  lurus  ketika  menghadap  ke  barat.
Nilai  Ki,  Kp,  Kd  diatas  adalah  nilai  yang paling mendekati laju kapal yang dipengaruhi  oleh  kecepatan  dan  angin.
Maka  dari  itu,  apabila  konstantanya berubah,  maka  akan  berpengaruh  terhadap semua  hasil  respon  pergerakan  alat.  Dari data pengujian kontrol PID dapat diketahui bagaimana cara untuk menentukan setpoint yaitu seperti posisi kapal yang ada di Jalan Keputih menuju pintu gerbang Universitas Hang  Tuah  Surabaya  yang  ditarik  dengan garis merah. Pada google maps ditunjukkan menuju arah ke barat.

## G. Proses Pengoperasian Alat
Pada  proses  pengoprasian  alat  ini cukup  mudah  dan  praktis  hanya  diberikan power suplay dari power bank, menyalakan  hotspot  internet  HP  dan  taruh di  target  kapal prototype yang  akan dideteksi keberadaannya.
1. Persiapkan alat-alatnya.
2. Sambungkan  power  bank  dengan arduino  menggunakan  kabel  mikro USB.
3. Nyalakan  hotspot  internet  HP  dan setting  nama  hotspot  HP  beserta paswordnya.
4. Lalu, letakan alat yang telah dirangkai sebelumnya pada ujung kapal dan alat akan secara otomatis bekerja.

## H. Proses Pengoperasian Aplikasi Pada

## Smartphone
Untuk proses pengoprasian aplikasi pada  smartphone  cukup  mudah  dan praktis,  download  aplikasi  google  maps pada  playstore  dan  instal  aplikasinya, caranya sebagai berikut :
1. Untuk  bisa  mengakses  aplikasi  ini harus  memakai  hp  android  dan minimal  sistem  androidnya  adalah jellybeen. Setelah itu download melalui google.
2. Buka  dengan  browser  yang  ada,  jika tidak memiliki aplikasi dropbox silakan pilih lanjutkan ke situs web.
3. Setelah  masuk  di  website,  kemudian unduh langsung dan install aplikasinya di  smartphone.  Setelah  diinstal,  buka aplikasinya.  Pada  tampilan  awal  nanti akan  ada  tombol  berwarna  biru  untuk mendeteksi  semua  alat  yang  telah bekerja.  Pada  tampilan  di  smartphone akan  berubah  menjadi  maps  yang terdapat pin-pin GPS.
Shinta Devionita, Suryadi Thoha, Joko Subur http://jurnal.unimus.ac.id
Gambar 8. Tampilan Alat
Gambar 9. Tampilan Google Maps

## 5. KESIMPULAN
Berdasarkan  hasil  yang  didapatkan melalui  proses  pengambilan  data,  studi literatur,  pengujian  data  dan  sistem,  serta pengoperasian  alat  yang  berjalan  baik dapat disimpulkan sebagai berikut :
1. Pada  penelitian  ini  penulis  berhasil mengolah sinyal GPS untuk memantau posisi  kapal  bergerak  terintegrasi dengan  menggunakan  aplikasi  yang telah dibuat yaitu berupa tampilan pada
google maps. Pada penelitian ini penulis berhasil mengolah titik garis lintang dan bujur  menggunakan  sensor  kompas yang  telah  terintegrasi  dengan  sistem pada smarthphone.
2. Penulis  dapat  menggerakkan  kapal mulai  dari  titik  koordinat  awal  sampai kembali  ke  titik  koordinat  akhir  sesuai dengan metode.
3. Pengambilan  nilai  kontrol  PID  berhasil didapatkan  melalui  percobaan trial  and eror  yang nilainya  dianggap  kecil,  agar mudah  untuk  diubah  ke  dalam  posisi kemudi servonya.
4. Setiap  sepuluh  detik  aplikasi  google maps pada smartphone akan mengambil data baru secara realtime.

## DAFTAR PUSTAKA
Johanes,  Benidectus,  B.  2017. Analisis Variasi  Posisi  Rudder  Terhadap
Efektivitas Manuver Kapal. Surabaya: Institut Teknologi Sepuluh November.
Rahmanda, Rian, P.  Husnawati. dan Rossi Passarella. 2018. Penerapan Metode State  Chart  pada  Sistem  Kendali Autopilot  Kapal  Laut  dengan  Jalur Virtual. Annual  Research  Seminar (ARS) 2018 Vol 4, No 1.
Palembang: Fakultas
Ilmu Komputer Universitas Sriwijaya.
Rizki,  Fadlila,  S.  Muhammad  R.
Autonomous Surface Vehicle sebagai Alat Pemantau Lingkungan Menggunakan Metode Navigasi Waypoint. Jurnal  Teknik  ITS  Vol  7,  No  1. Surabaya:  Departemen  Teknik Elektro, Fakultas Teknologi
Elektro, Institut Teknologi
Sepuluh Nopember (ITS)
Rusli,  Mochammad.  2019. Kajian
Stokastik  Pada  Sistem  Kontrol.
Malang: UB Press.
Sombaon, Mora, D. Wilma A. dan  Ari
W.B.S.  2018. Analisa  Teknis
Kekuatan Konstruksi Akibat Penggantian  Alat  Tangkap  Dan Nilai Ekonomisnya. Jurnal Teknik  Perkapalan  Vol  6,  No  1. Semarang:  Departemen  Teknik
Perkapalan Fakultas
Teknik
Universitas Diponegoro.
Subur,  Joko.  2017. Rancang  Bangun
Prototype Papan Informasi Digital  Pada  Transportasi  Laut Berbasis Global Positioning
System  (GPS). Seminar  Nasional Kelautan XII. Surabaya: Program Studi  Teknik  Elektro,  Fakultas Teknik dan Ilmu Kelautan,
Universitas Hang Tuah.
Zaky,  Muhammad.  Alfatirta  M.  Dan Aulia  R.  2018. Perancangan Sistem  Kendali  Berbasis  GPS (Global  Positioning  System)  Pada Kapal  Tanpa  Awak. Jurnal  Online Teknik Elektro Vol 3, No 2. Banda Aceh: Universitas Syiah Kuala.