Sistem Kendali Kooperatif.
(Agus Wiyono Dan Teuku M.
Haki.
SISTEM KENDALI KOOPERATIF UAV UNTUK MENDUKUNG PENGAWASAN ILLEGAL FISHING
(UAV COOPERATIVE CONTROL SYSTEM TO SUPPORT ILLEGAL
FISHING MONITORING)
Agus Wiyono1.
Teuku M.
Hakim Pusat Teknologi Penerbangan.
LAPAN 1e-mail: aguswiyono.
lpn@gmail.
Diterima : 30 April 2019.
Direvisi : 11 Juni 2019.
Disetujui : 27 Juni 2019
ABSTRAK
Terjadinya kegiatan illegal fishing sangat merugikan bagi bangsa Indonesia, terutama bagi para Kementerian Kelautan dan Perikanan merupakan institusi pemerintah yang memiliki kewenangan dalam melakukan pengawasan dan penindakan terhadap kegiatan illegal fishing.
Salah satu kegiatan pengawasan yang dilakukan selama ini adalah dengan memanfaatkan pesawat terbang Hal tersebut memiliki beberapa kelemahan.
Untuk melengkapi kekurangan yang ada dalam penggunaan pesawat terbang berawak, pengoperasian UAV dapat digunakan untuk mendukung operasi pengawasan illegal fishing.
Penggunaan single-UAV tidak akan sesuai tugas pengawasan dimana area yang diawasi sangatlah luas.
Aplikasi multi-UAV untuk melaksanakan tugas semacam ini akan cukup efektif.
Untuk mewujudkannya suatu system kendali kooperatif telah dibangun.
Pada tahap pertama, sistem kendali dibangun dan diuji dalam lingkungan virtual yaitu melalui simulasi.
Perangkat lunak yang digunakan untuk membangun system kendali adalah: Matlab/Simulink untuk membangun sistem kendali terbang dan X-Plane 9 digunakan untuk pemodelan matematis pesawat dan visualisasi dinamika pesawat.
Metoda kooperatif yang digunakan adalah leader-follower.
Hasil yang diperoleh menunjukan bahwa simulasi multi-UAV dengan menggunakan Matlab/Simulink dan X-Plane telah berhasil digunakan untuk mengendalikan 3 UAV mengikuti topologi kooperatif.
Kata kunci: UAV, monitoring, kooperatif, illegal fishing ABSTRACT Illegal fishing action is very detrimental to the Indonesian Nation, especially for Indonesian Indonesian Ministry of Marine Affairs and Fisheries has the authority to take action against the illegal fishing activity.
Monitoring activity was done by using human-crewed aircraft.
It has some To complement the aircraft operation, a UAV can be operated to support illegal fishing Single UAV maybe not proper for this kind of task since the monitored area is really wide.
The application of multi-UAV to perform the mission considered effective for such mission.
In order to make multi-UAV operation is possible, a cooperative control system shall be developed.
In the first stage, the control system will be developed and it will test in virtual environment by means of simulation.
The tools which are used for the development are MATLAB /Simulink to develop flight control laws and XPlane 9 is used for aircraft mathematical model and visualization of aircraft dynamics.
Cooperative control will use leader-follower method.
The result shows that the multi-UAV simulation by using MATLAB and X-Plane successfully done.
Keywords: UAV, monitoring, cooperative, illegal fishing Jurnal Teknologi Dirgantara Vol.
17 No.
2 Desember 2019 : hal 169-178
PENDAHULUAN
Direktorat Jendral Pengawasan Sumberdaya Kelautan dan Perikanan (PSDKP) adalah institusi pemerintah Kementerian Kelautan dan Perikanan (KKP) yang bertugas untuk melakukan pengawasan dan perlindungan terhadap sumberdaya kelautan dan perikanan di wilayah Republik Indonesia.
Dalam melakukan fungsinya tersebut PSDKP melakukan kegiatan untuk mencegah terjadinya praktek illegal fishing di perairan Indonesia.
PSDKP
pengawasan berbasis satelit untuk mengawasi kegiatan illegal fishing.
Terdapat 3 metoda yang digunakan, yaitu dengan Vessel Monitoring System (VMS).
Automatic Identification System (AIS) dan radar satellite (Radarsa.
(Pustekbang, 06 March 2.
Menurut Budianto.
Direktorat Jenderal PSDKP (PSDKP-KKP, 2.
dan Gita Natalia (Natalia, 2.
VMS adalah suatu metoda untuk mengawasi kapal ikan dengan menggunakan satelit dan VMS peralatan transmitter yang ditempatkan di kapal ikan untuk mendapatkan posisi kapal, telemetri dan kegiatan atau Data kapal tersebut dapat dipantau di Fisheries Monitoring Center (FMC).
AIS
Transceiver yang dioperasikan pada frekuensi maritime, yaitu 161,975 MHz dan 162,025 MHz tergantung pada International Maritime Organization (IMO).
Alat ini secara otomatis akan membroadcast pesan AIS ke segala arah.
Pesan yang terkirim berisi Mobile Maritime System Identification (MMSI) atau ID kapal, kecepatan kapal, posisi kapal, heading kapal, dan informasi lain yang relevan agar kapal lain yang juga dilengkapi dengan peralatan AIS yang berada disekitarnya lebih waspada terhadap lalu lintas kapal yang ditampilkan pada Electronic Chart Display Information System (ECDIS)/System Electronic Navigation Chart (SENC) atau Electronic Navigation Chart (ENC) (PTE-BPPT, 2.
Teknologi Radsat memanfaatkan seluruh pantulan dari objek yang berada di atas permukaan air.
Dengan menggunakan metoda ini, identitas kapal tidak akan dapat diketahui.
Radsat hanya dapat mendeteksi ukuran dan heading dari kapal yang terdeteksi.
Untuk menentukan target kapal illegal fishing, data dari VMS.
AIS dan Radsat kemudian dioverlay.
Dari peta overlay tersebut akan terdeteksi objek yang berada di atas permukaan air yang tidak memiliki data VMS maupun AIS.
Objek tersebut dapat dicurigai sebagai kapal yang sedang melakukan kegiatan illegal Semua proses di atas dapat di tampilkan seperti Gambar 1-1.
Kapal 1.
Data x Kapal 6.
Data x Kapal 2.
Data x Kapal 3.
Data x Kapal 8.
Data x Kapal 5.
Data x Kapal 4.
Data x
TARGET
Gambar 1-1: Ilustrasi mendeteksi kapal menggunakan data VMS.
AIS dan Radsat PSDKP selama ini melakukan dua cara untuk memverifikasi apakah objek terdeteksi tersebut adalah kapal ikan atau hanya objek seperti rumpon dan lain-lain.
Pertama adalah dengan menggunakan kapal patrol yang mendatangi objek dicurigai tersebut, yang kedua adalah dengan pengamatan melalui udara .
irborne surveillanc.
Untuk airborne surveillance.
PSDKP memanfaatkan 2 pesawat yang berbeda.
Sistem Kendali Kooperatif.
(Agus Wiyono Dan Teuku M.
Haki.
yaitu Cessna 208B Grand Caravan dan Beechcraft King Air B200GT ( Gambar 1-.
Data visual yang kemudian dikirim ke pusat pengolahan data untuk diolah lebih lanjut dan kemudian dikirim ke kapal patroli terdekat untuk melakukan penindakan yang diperlukan jika terjadi aktifitas illegal fishing (Gambar 1-.
Proses pengiriman data dari pesawat ke pusat data tidak dilakukan secara real time, tetapi menunggu pesawat landing di operation base.
Setelah mendapatkan data verifikasi dari hasil pemantauan melakukan penindakan terhadap pelaku illegal fishing.
Gambar 1-3:
Airborne surveillance of PSDKP KKP (KKP, 2.
Oleh pemantauan illegal fishing dengan kooperatif UAV di Indonesia, maka pada paper ini akan dibahas pengembangan sistem kendali terbang kooperatif untuk multi-UAV .
hususnya untuk illegal fishin.
Gambar 1-2:
Airborne PSDKP: Cessna 208B (Air, 2.
dan King Air B200GT .
METODOLOGI Penggunaan UAV dapat menjadi solusi yang dipilih untuk melengkapi kekurangan dari pengoperasian pesawat Dibandingkan berawak, penggunaan UAV lebih fleksibel karena dapat dioperasikan dari atas kapal patrol sehingga pemantauan udara dapat lebih sering dilakukan.
Selain itu.
UAV dapat terbang lebih rendah dengan kecepatan yang juga cukup rendah, dihasilkan dapat lebih baik daripada Kekurangan dari penggunaan UAV adalah endurance dan jarak jelajahnya yang lebih rendah, karena dengan membatasi jumlah bahan bakar yang dapat dibawanya.
Captured area yang dapat diperoleh dari sapuan sebuah UAV juga terbatas karena batasan kecepatan Untuk mengatasinya, pengoperasian beberapa UAV yang dioperasikan secara kooperatif Jurnal Teknologi Dirgantara Vol.
17 No.
2 Desember 2019 : hal 169-178 untuk memantau suatu area dapat dilakukan seperti Gambar 2-1.
Untuk mewujudkanya maka suatu system kendali kooperatif Dalam mengembangkan sistem kendali kooperatif, beberapa metoda dapat digunakan, diantaranya adalah kendali formasi (D o , 2 0 1 4 ) (L in .
W a n g , & F u , 2 0 1 4 ), flocking (Jia & Wang, 2.
(Gu & Wang, 2.
(Zhan & Li, 2.
, tracking (Li.
Liu.
Zhu, & Gao, 2.
(Choi & Ah, 2.
, dan lain-lain.
Metoda yang digunakan dalam kooperatif dalam riset ini adalah metoda leader-follower yang merupakan bagian dari metoda berkelompok .
locking (Gu Wang.
Berdasarkan (Rezaee.
Abdollahi, & Menhaj, 2.
dan (Dehghani & Menhaj, 2.
, leader follower adalah formasi yang paling populer karena kemudahan dalam mimplementasi dan analisisnya.
Kendali pergerakan tiap UAV relatif terhadap leader dijelaskan dalam (Dong.
Zhou.
Ren, & Zhong, 2.
, (Han.
Dong.
Li, & Ren, 2.
dan (He.
Bai.
Liang.
Zhang, & Wang, 2.
Dengan menggunakan wahana LSU lapan maka konsep kendali ini akan diturunkan menggunakan parameter model matematika LSU LAPAN.
Single UAV Multi UAV Gambar 2-1: Perbandingan penggunaan multi-UAV Target yang ingin dicapai dalam pengembangan sistem kendali kooperatif tahap satu adalah mengembangkan sistem kendali dan mengujinya pada lingkungan virtual melalui simulasi untuk verifikasi.
Pada kasus ini tiga UAV kooperatif dalam formasi tertentu sesuai dengan perintah yang diberikan.
Perangkat lunak yang digunakan dalam pengembangan sistem kendali kopperatif ini adalah:
Matlab/Simulink.
Digunakan untuk membangun model dinamika pesawat dan sistem kendali terbang.
X-Plane.
Digunakan visualisasi dinamika pesawat.
Pada sistem kendali kooperatif dibangun Matlab/Simulink.
Kemudian dibangun model dinamika terbang UAV dan pengaturan simulasi untuk fitur multiaircraft.
Selanjutnya antara sistem kendali ke model dinamika UAV Hasil simulasi disimpan dan Model pesawat Model pesawat yang digunakan dalam pengembangan adalah LSU-02 (LAPAN Surveillance UAV .
Pesawat ini telah berulang kali digunakan pada berbagai misi yang berkaitan dengan pemantauan dan pemetaan.
Pesawat ini juga telah berhasil melakukan uji coba take-off dan landing dari kapal.
Berikut adalah spesifikasi LSU-02:
A Wing span : 2.
A MTOW
: 18 kg A Max payload : 3 kg A Range : 450 km A Endurance : 5 jam Untuk dinamika LSU-02 dibuat dalam software Sistem Kendali Kooperatif.
(Agus Wiyono Dan Teuku M.
Haki.
X-Plane.
Perbandingan antara LSU-02 yang sebenarnya dengan model X-Plane ditunjukan pada Gambar .
Sistem
UAV
dikembangkan menggunakan metode sistem kendali Linier.
Sistem kendali ini ketinggian dan arah dari follower terhadap referensi status dari Leader.
Sinyal pengendalian untuk pengaturan ketinggian dari follower terhadap Leader di rumuskan pada persamaan 2-1.
yc"# = Ea# Oe Ea' ycuyce"# ya"# Gambar 2-2: LSU-02 riil dan model X-Plane Konfigurasi Perangkat Keras Pada desain sistem kendali kooperatif digunakan 3 buah model pesawat LSU dan diperlukan 4 buah komputer untuk melakukan simulasi.
Satu .
komputer digunakan untuk system kendali dan 3 komputer lainnya digunakan untuk pesawat dengan menggunakan X-Plane.
Komunikasi antar komputer pada tahap ini dilakukan melaui kabel Ethernet yang terhubung dengan switch hub.
Skematik konfigurasi hardware untuk simulasi ditunjukan pada (Gambar ).
PC 1
PC 2
FCL
X-Plane 1 Dimana yc"# = sinyal pengendalian sudut pitch dari pesawat UAV ke i.
Ea# merupakan ketinggian pesawat follower ke i.
Ea' merupakan ketinggian leader, ycuyce"# merupakan jarak ketinggian antara leader dan follower ke i dan ya"# adalah penguatan sistem kendali ketinggian.
Sinyal pengendalian kecepatan follower terhadap leader di rumuskan seperti persamaan 2-2.
yc,# = yc# Oe yc' ya,# Ethernet
X-Plane 2
PC 4
X-Plane 3 Dimana yc,# = sinyal pengendalian Thrust dari pesawat UAV ke i, yc# merupakan kecepatan pesawat follower ke i, ycO' merupakan kecepatan leader dan ya,# yc"/# = yc# Oe yc' ycuyce1# ya1# .
PC 3
Dimana yc"/# = sinyal pengendalian Heading dari pesawat UAV ke i, yc# merupakan posisi sumbu y body pesawat follower ke i, yc' merupakan posisi sumbu y leader dan ya1# adalah penguatan sistem kendali heading.
Sistem kendali ini akan terhadap Leader pada jarak tertentu sebesar ycuyce1# .
Gambar 2-3: Konfigurasi hardware untuk Simulasi Sistem kendali Jurnal Teknologi Dirgantara Vol.
17 No.
2 Desember 2019 : hal 169-178 Auto-Pilot 1 Attitude Control 1 UAV 1 - Leader Formation Topology Reference Cooperation Control Auto-Pilot 2 Attitude Control 2 UAV 2 - Follower Auto-Pilot 3 Attitude Control 3 UAV 3 - Follower UAV Data Sharing (Sensor Dat.
Gambar 2-4:
Arsitektur kooperatif UAV perintah dan menggerakan tiap pesawat pada kondisi yang sesuai dengan input.
Output dari sensor pada masing-masing pesawat akan dibagikan .
ata shar.
sebagai umpan balik .
untuk auto-pilot dan modul kendali kooperatif.
Tiga kooperatif adalah sebagai berikut:
Topologi sapuan Topologi sapuan diimplementasi ketika pesawat terbang dari kapal menuju wilayah operasi.
Pesawat terbang dengan formasi berjajar dengan jarak tertentu Untuk topologi ini jarak di atur dengan memeberikan nilai ofset ketinggian 0m, ofset jarak y = 20m dan kecepatan follower sama dengan leader Topologi Gambar 2.
Follower 2 Leader Follower 1 Gambar 2-6: Topologi sapuan Gambar 2-5: Implementasi sistem kendali kooperatif pada Matlab/Simulink Arsitektur sistem kendali kooperatif untuk UAV ditunjukan pada Gambar dan persamaan 2-1, 2-2 dan 23 diimplementasikan pada Matlab/ Simulink seperti di tampilkan Gambar 2-5.
Pada Gambar 2-4.
Formation topology reference memberikan informasi topologi sebagai input kendali Modul kendali kooperatif kemudian akan mengirimkan perintah pada tiap pesawat berdasarkan topologi dengan pesawat 1 yang dijadikan sebagai acuan untuk posisi, kecepatan, heading dan lain-lain.
Auto-pilot akan memproses Topologi pengamatan Topologi pengamatan diimplementasi untuk melakukan pengamatan secara spesifik terhadap kapal target yang dicurigai sedang melakukan kegiatan illegal fishing.
Pesawat akan melakukan fly-pass di atas target dengan formasi berjajar dengan kondisi leader terbang pada ketinggian tertentu dan lebih tinggi dari follower.
Untuk formasi ini ofset ketinggian follower di atur di nilai 20m dengan ofset y sebesar 20 m dan kecepatan follower sama dengan leader.
Topologi pengamatan ditunjukan pada Gambar 4.
Sistem Kendali Kooperatif.
(Agus Wiyono Dan Teuku M.
Haki.
Follower 2 Leader Follower 1 Gambar 4: Topologi pengamatan Topologi pengamatan detil Topologi diimplementasi untuk mengamati target dengan lebih detil.
Pesawat akan melakukan loiter di atas kapal dengan masing-masing Topologi pengamatan detil ditunjukan pada Gambar .
Follower 2 Leader ketinggian 300 meter.
Pada kondisi awal pesawat terbang pada ketinggian yang berbeda, dalam waktu sekitar 5 detik ketinggian yang diperintahkan.
Begitu juga untuk jarak terbang, tiap follower bergerak ke jarak 20 meter relative terhadap leader.
Output dari kecepatan Hal tersebut dikarenakan tiap follower dengan leader.
Untuk posisi dapat dilihat pada chart bahwa formasi sesuai dengan yang diperintahkan, leader berpindah dari posisi sebelah luar ke posisi tengah Dan formasi ini terus terjanga dengan jarak yang relatif konstan.
Follower 1
Gambar 2-8: Topologi pengamatan detil
HASIL PEMBAHASAN
Pengujian telah dilakukan pada mengimplementasi topologi 1, 2 dan 3.
Pengujian dilakukan pada pesawat yang sedang terbang cruise pada ketinggian berbeda dan kecepatan tertentu.
Hasil yang diperoleh dari pengujian dengan topologi 1 Ae 3 ditunjukan pada Gambar.
Gambar , dan Gambar.
Gambar pengujian dengan topologi 1.
Pada kendali dapat mengatur ketinggian tiap diperintahkan untuk terbang pada Jurnal Teknologi Dirgantara Vol.
17 No.
2 Desember 2019 : hal 169-178 Gambar 3-2: Hasil pengujian dengan topologi 2 Gambar 3-1: Hasil pengujian dengan topologi 1 Gambar pengujian dengan topologi 2.
Pada gambar terlihat bahwa pesawat segera kooperatif diaktifkan.
Pada kasus ini, leader tebang pada ketinggian 300 meter dengan kecepatan 30 m/detik dan hadeing 0 derajat.
Follower terbang pada jarak horisontal dan vertical 20 meter relatif dari leader.
Hasilnya menunjukan bahwa sistem kendali dapat memberikan perintah dan tiap pesawat mengikutinya dengan baik.
Dari chart telihat bahwa leader terbang pada ketinggian 300 meter dan follower pada ketinggian 280 Kecepatan relatif terjaga konstan pada 30 m/detik dan posisi masingmasing pesawat pun konstan.
Sistem Kendali Kooperatif.
(Agus Wiyono Dan Teuku M.
Haki.
meter, follower 1 pada ketinggian 285 meter dan follower 2 pada ketinggian 275 Kecepatan masing-masing pesawat relative konstan 30 m/detik.
Posisi pesawat dan radius loiter terlihat KESIMPULAN Konsep sistem kendali kooperatif telah dikembangkan.
Simulasi untuk menguji sistem kendali terbang untuk dilaksanakan dengan melibatkan tiga model pesawat yang independen.
Satu pesawat sebagai leader dan dua lainnya sebagai follower.
Topologi 1, 2 dan 3 menggunakan modul kendali kooperatif yang dibangun.
Hasil pengendalian memberikan respon yang sesuai dengan perintah yang diberikan, namun masih meningkatkan akurasi dari sistem Gambar 3-3: Hasil pengujian dengan topologi 3 Gambar pengujian dengan topologi 3.
Pada kasus ini leader diberi perintah terbang loiter di atas target dengan radius 150 meter searah jarum jam pada ketinggian 300 meter dengan kecepatan 30 m/detik.
Follower 1 diperintahkan untuk terbang pada ketinggian 15 meter lebih rendah daripada leader dan follower 2 pada ketinggian 25 meter lebih rendah dari Pemisahan ketinggian antar pesawat dibuat dengat tujuan untuk menghindarkan pesawat dari tabrakan.
Hasil dari pengujian pada chart di atas mengikuti perintah yang diberikan.
Leader terbang pada ketinggian 300
UCAPAN TERIMAKASIH