Dokumen tersebut membahas tentang penggunaan pesawat tanpa awak (UAV) untuk keperluan pemetaan wilayah dengan menggunakan konsep leader-follower, internet of things (IoT), dan menjaga kerahasiaan data menggunakan firewall.

1. Diulas Oleh :
Nama : Nurhayati Rahayu
NIM : 23814305
Unmanned Aerial Vehicles (UAVs)
Concepts and Implementations

2. Outline
• Pendahuluan
• Spesifikasi UAVs
• Contoh produk UAVs
• Kelebihan dan kekurangan UAVs
• Konsep Foto Udara Vertikal
• Konsep Basis Foto
• Konsep Leader dan Follower
• Konsep Internet of Things (IoT)
• Contoh Permasalahan
Solusi Permasalahan :
– UAVs Data Communication Link
– Profile Sistem
– Flowchart Replace Leader
– Firewall
– Reliability
– Simulasi
– Kesimpulan
– Referensi

3. Pendahuluan
Pesawat tanpa awak (Unmanned Aerial Vehicle atau UAV) adalah mesin terbang yang mampu untuk menggantikan
fungsi dari indera manusia dalam melaksanakan tugas pengamatan di lokasi-lokasi yang sulit dijangkau atau minim
dukungan insfrastruktur dan atau yang sengaja untuk tidak melibatkan kehadiran manusia karena berbahaya atau
alasan-alasan tertentu lainnya. Mesin ini dapat dikendalikan secara jarak jauh oleh pilot atau pengendali lainnya
atau bahkan dikendalikan oleh dirinya sendiri. Sistem yang menggunakan hukum aerodinamika untuk mengangkat
dirinya sendiri, bisa digunakan kembali dan mampu membawa muatan.
Kontrol pesawat tanpa awak ada dua variasi, yaitu variasi utama, dikontrol melalui pengendali jarak jauh (remote)
dan variasi kedua, pesawat terbang secara mandiri berdasarkan program yang dimasukkan ke dalam sistem
navigasi pesawat.
Misi yang diemban oleh UAVs saat ini semakin bervariasi, diantaranya melakukan misi pengintaian, pengawasan,
survey hingga penyerangan. UAVs juga digunakan untuk keperluan sipil (non militer) seperti pemadam kebakaran,
jurnalistik, penelitian, perlindungan satwa, keamanan non militer, pemeriksaan jalur pemipaan dan lain-lain.
Karena pentingnya fungsi dari peralatan ini maka UAVs harus merupakan gabungan karakter antara tipe pesawat
sport, trainer dan pesawat trainer glider, yaitu berkecepatan rendah, sangat stabil, dapat melayang dan mudah
dikendalikan.

4. Spesifikasi UAVs[1]
Untuk dapat melakukan pemantauan dengan seksama maka UAVs harus memiliki :
• tinggi terbang minimal 200 m diatas permukaan objek,
• kecepatan terbang minimal 60 km/jam dan
• lama terbang minimal 60 menit.
• Agar dapat dimobilisasi/demobilisasi dengan mudah maka pesawat tersebut harus praktis, portable dan agar
dioperasikan secara “Take off hand launched” maka bobot dari pesawat harus ringan agar dapat diluncurkan
dengan menggunakan tangan, sehingga berat pesawat harus lebih kecil dari 6 kg. Sementara itu, pada bagian
Airframe/Fuslage UAVs terdapat berbagai instrument, untuk itu perlu lift yang besar dari pesawat, untuk
memperoleh lift yang besar maka sayap harus luas, menggunakan wing aerofoil Un simetris dengan letak
letak sayap berada diatas airframe dan menggunakan engine power yang tidak terlalu besar. Disamping
instrumen yang terdapat dalam pesawat, UAVs dilengkapi video camera system dengan karakteristik sebagai
berikut :
– Resolusi : minimum sama dengan resolusi TV yaitu 420 lines
– Berat : tidak lebih dari 500 gr
– Volume : tidal lebih dari 350 cm3
– Telemetry : Line of Sight (LOS) dengan frekuensi yang aman

5. Spesifikasi UAVs[2]
Spesifikasi teknis UAVs :
• Panjang pesawat : 1800 mm
• Tinggi : 250 mm
• Lebar sayap : 2100 mm
• Tipe mesin : 1,5 Hp
• Beban lepas landas (Takeoff weight) : < 6 kg
• Payload : 500 gram
• Ketahanan (endurance) : 1 jam
• Kecepatan rendah : 20 km/h
• Kecepatan normal : 60 km/h
• Ketinggian operasional : 200 meter
• Ketinggian maksimum : 1000 meter
• Radio modem : radius 10 km
• Video Downlink : radius 10 km
• Video Downlink Freq : 2,4 Ghz
• Radio Control TX Freq : 72 Mhz
• Power Sistem : 12 V DC
• Bidang kendali : Standar (2 bidang Aileron, 1 bidang elevator dan 1 bidang Rudder)

6. Contoh Produk UAV
• RQ-8A Fire Scout
• RQ-2B Pioneer
• Boeing Scan Eagle
• Northrop Grumman Global Hawk
• General Atomics MQ-9 Reaper
• AeroVironment Raven dan Raven B
• Bombardier CL-327
• Yamaha RMAX
• Lockheed Martin Desert Hawk
• General Atomics MQ-1 Predator
• Seri Puna (BPPT)
• Boeing Condor
• GNAT-750
• TAM-5
• Qinetic Zephyr Solar Electric
• RQ-4 Global Hawk

7. Kelebihan dan Kekurangan UAVs
• Kelebihan pemrotretan dengan UAV
– akuisisi data cepat dan efisien, serta hasil foto udara beresolusi tinggi.
– Penggunaan teknologi UAVs dengan quadcopter mampu menghasilkan foto dengan resolusi 10-
30 cm
– dapat dilakukan pemetaan pada areal 50-100 hektar per hari dengan resolusi 10-30 cm.
Artinya, benda berukuran 10 cm terekam oleh sensor
• Kekurangan pemrotretan dengan UAV
– Adapun kelemahan UAVs adalah daya jangkau ketinggiannya terbatas

8. Konsep Skala Foto Udara Vertikal
Skala foto udara merupakan perbandingan antara jarak pada foto udara dengan jarak sebenarnya di
lapanagan. Skala foto diperlukan untuk menentukan ukuran objek maupun untuk mengenalinya. Ada
beberapa cara untuk menentukan skala foto udara vertikal, yaitu :
Perbandingan antara panjang fokus dan tinggi terbang. Persamaannya yaitu :
S =
𝑓
𝐻
(1)
dengan S = skala, f = fokus dan H = tinggi terbang.
Membandingkan jarak foto terhadap jarak lapangan, dilakukan bila membawa foto udara ke lapangan
atau kalau tahu jarak sesungguhnya objek di lapangan dari objek yang tergambar pada foto. Persamaan
yang digunakan yaitu :
S =
𝑑𝑓
𝑑𝑙
(2)
dengan S = skala, df = jarak pada foto, dan dl = jarak di lapangan.
Membandingkan jarak pada foto terhadap jarak pada peta yang telah diketahui jaraknya. Persamaan
yang digunakan yaitu :
𝐷𝑝
𝑝𝑓
=
𝑑𝑓
𝑝𝑝
(3)
dengan Dp = jarak di peta, df = jarak pada foto, pf = skala foto dan pp = skala pada peta.

9. Konsep Basis Foto (Photo Base)
Merupakan jarak antara dua pemotretan berurutan. Hal ini menyebabkan kenampakan adanya
pergeseran titik pusat foto satu dengan foto berikutnya. Jarak pergeseran pada lembar foto ini disebut
photo base atau basis foto. Besarnya basis foto pada sepasang foto udara adalah rata-rata dari hasil
pengukuran dua basis foto tersebut, persamaannya yaitu :
𝐵 = (𝑏1 + 𝑏2)/2 (4)
dengan B = basis foto, b1 = basis foto 1 dan b2 = basis foto 2.

10. Konsep Leader dan Follower[1]
Leader-follower pattern to maintain a fixed geometrical formation while navigation the UAVs following
certain trajectories. More specifically, the leader UAVs is commanded to fly along some predefined
trajectories, and each follower is controlled to maintain its position in formation using the measurement
of its inertail position and the information of the leader position and velocity, obtained through a wireless
modem [1]
Sehingga konsep ini merupakan solusi strategi untuk mengatur sebuah pergerakan pada kendaraan yang
berkelompok dengan menentukan pemimpin dan sejumlah pengikut untuk membentuk sebuah formasi
tertentu.
Untuk memudahkan analisa, vektor
𝑅 𝐿, 𝑅 𝑊 dan 𝑅 𝐿𝑊 serta percepatan seluruh
follower UAVs telah ditransfer ke frame
angin leader UAVs

11. Untuk membentuk koordinat formasi pada frame angin leader UAVs, maka kita memiliki relasi
geometrik antara leader dan sayapnya, seperti persamaan berikut :
𝑅 𝑊 = 𝑅 𝐿𝑊 − 𝑅 𝐿 =
𝑓
𝑙
ℎ
(5)
Dimana
𝑅 𝐿 =
𝑓𝑐
𝑙 𝑐
ℎ 𝑐
, 𝑅 𝐿𝑊 = 𝐶 𝐵
𝑥 𝐿 − 𝑥 𝑤
𝑦 𝐿 − 𝑦 𝑤
𝑧 𝐿 − 𝑧 𝑤
(6)
Dimana 𝐶 𝐵 adalah matrik transformasi dari frame NED ke frame angin leader UAVs. Leader terbang
dengan percepatan 𝑉𝐿 yang berotasi dengan tingkat sudut 𝑤 𝐿, yang mengarahkan frame leader UAVs.
Percepatan rotasi sudut frame angin, didefinisikan sebagai :
𝑤 𝐿 =
𝑤𝑥
𝐿
𝑤 𝑦
𝐿
𝑤𝑧
𝐿
(7)
Konsep Leader dan Follower[2]

12. Konsep Internet of Things (IoT)
Pada beberapa tahun terakhir, konsep IoT adalah mendapatkan momentum karena perkembangan
teknologi nirkabel, seperti Long Term Evolution Advanced (LTE-A), wireless fidelity (WiFi), Bluetooth, dan
lain-lain.
Secara konventional, teknologi jaringan telah memudahkan komunikasi antara Person to Person (P2P) atau
Person to Machine (P2M), namun seiring dengan perkembangan teknologi komunikasi antara Machine to
Machine (M2M) juga diperlukan untuk berbagai macam situasi seperti di dalam rumah, bangunan
komersial, sekolah, rumah sakit, dan pabrik-pabrik. Pengembangan perangkat nirkabel yang lebih kecil
dan lebih murah memungkinkan tidak hanya ponsel pintar, tablet, dan komputer pribadi, tetapi juga
mobil, peralatan listrik rumah, dan sebagainya, untuk menghubungkan mereka ke Internet.
Beberapa contoh dari sistem IOT yang digunakan dalam area global berskala. Di sini, kami
memperkenalkan konsep global skala IOT dengan beberapa karya yang ada pada Unmanned Aerial Vehicle
(UAV) dan jaringan satelit. Kedua UAVs dan satelit memiliki cakupan besar dan dapat terhubung ke
berbagai perangkat di tanah seperti sensor [1]. Fokus pada pengambilan data dari lapangan sensor dengan
menggunakan UAVs [2]. Dengan menggunakan UAVs untuk mengumpulkan sensor bentuk data, area yang
luas dapat ditutup dan pengumpulan data dapat lebih fleksibel karena mobilitas UAV. Di sisi lain, sensor di
tanah dapat mengumpulkan berbagai macam informasi lingkungan seperti suhu, tekanan, kelembaban,
dan sebagainya. Selain itu, jaringan sensor nirkabel diharapkan untuk memainkan peran utama dalam
deteksi bencana

13. Contoh Permasalahan
Suatu perusahaan layanan pemetaan wilayah. Karena berbahayanya medan yang akan diambil gambar,
maka sistem diberi redundansi agar misi pemotretan tidak gagal.
Sistem yang dikirim adalah 5 buah unmanned aerial vehicles (UAVs). Yamg dikirim degan membentuk
formasi segi lima, dengan mempunyai satu UAVs sebagai leader dan sisanya sebagai followers. Sistem
gerak dan formasi dilakukan dengan konsep Leader-Follower. Masing-masing UAVs memiliki IP address,
sehingga misi dari UAVs terkoneksi ke internet, menggunakan konsep IoT (internet of things).
1. Buatlah skema sistemnya secara lengkap sehingga data foto dapat disimpan di server dan ditampilkan
di human machine interface di kontrol room.
2. Karena leader bisa saja terganggu, maka perlu digantikan oleh salah satu dari followers, menjadi
virtual leaders. Buatlah flowchart untuk algoritma agar penggantian ini sukses.
3. Karena sistem adalah memiliki kerahasiaan yang tinggi, keamanan perlu di perketat. Usulkan cara
menjaga keamanannya dengan menggunakan firewall.
4. Agar reliability meningkat, tambahkan pada soal 1, bagaimana membuatnya lebih reliable.
5. Buatlah simulasinya dengan menggunakan Mathlab

14. Ulasan Permasalahan
• Untuk mengatasi masalah diatas, maka perlu untuk dilakukan
rancang bangun dan rekayasa wahana tanpa awak jenis model
helikopter berbaling-baling empat itu disebut quadcopter jenis
DJI Phantom 3 Advanced Quadcopter Drone with HD.
• Quadcopter memiliki kelebihan mampu terbang ke segala arah,
mengudara tanpa landasan, serta bergerak secara vertikal dan
horizontal. Dengan kemampuan autonomouse, pesawat bergerak
menjaga keseimbangannya sendiri sehingga mudah dioperasikan
dan bisa terbang menjangkau ke berbagai sudut obyek.
Penggunaan teknologi UAVs dengan quadcopter mampu
menghasilkan foto dengan resolusi 10-30 cm.
• Wahana UAVs dikembangkan karena berbiaya rendah
dibandingkan satelit dan pesawat terbang berawak. Kelebihan
lain adalah mudah digunakan, akuisisi data cepat dan efisien,
serta hasil foto udara beresolusi tinggi.
• Adapun kelemahan UAVs adalah daya jangkau ketinggiannya
terbatas. Pesawat akan terbang pada ketinggian hingga 4.000
meter. Tujuan pemotretan udara adalah mendapatkan objek
untuk dilakukan riset.
• Asumsi : The dynamic transient response of the relative motion
between the UAV and the surrounding air can be assumed to be
much faster than that of the flight trajectories in conventional
maneuvering [3].

15. Ulasan Produk[1]
Kamera Full 4K dan sistem 3-sumbu gimbal datang
terintegrasi dengan Phantom 3 profesional edisi quadcopter
dari DJI. Selain video, kamera ini mampu menembaki 12MP
foto masih menggunakan JPEG atau format DNG RAW non-
eksklusif. Tiga sumbu memberikan gimbal Anda panci dan
tilt kontrol, dan menjaga tingkat garis horizon bahkan
sebagai Bank pesawat. Gimbal berbagai pengaturan
memungkinkan kamera untuk mengunci topik tetap,
dipindahkan secara manual menggunakan pemancar
rotaries atau app, atau hanya memberikan kamera
stabilisasi.
Ini bundel dari Phantom 3 digolongkan sebagai "siap-untuk-
terbang." Ini berarti dasar-dasar untuk mendapatkan Anda
di udara disertakan - penerbangan baterai, charger dan pra-
terikat genggam transmitter (radio controller), dan 16 GB
microSD kartu di antara mereka. Tergantung pada aplikasi
Anda, Anda mungkin juga memerlukan kartu memori
tambahan, menambah penerbangan baterai dan perangkat
mobile untuk mengakses aplikasi, dan mungkin aksesoris
lainnya. Juga perhatikan bahwa sejumlah Kompas penting
dan langkah-langkah kalibrasi GPS harus dilakukan sebelum
terbang untuk memastikan komputer kontrol penerbangan
beroperasi dengan benar. Silakan merujuk ke manual atau
cepat mulai panduan sebelum penerbangan pertama

16. Ulasan Produk[2]
Spesifikasi Umum Detail
Model Phantom 3 Professional Quadcopter with 4K Camera and 3-Axis
Color White
Item Dimensions 8 x 13 x 18 inches
Item Weight 8.6 pounds
Optical Zoom 1x
Weight Including Battery and Propellers: 2.8 lb / 1.3 kg
Maximum Speed
Ascent: 16.4' fps / 5 m/s
Descent: 9.8' / 3 m
Hover Accuracy
Vertical: ±3.9" / 10 cm
Horizontal: ±3.3' / 1 m
Maximum Altitude Above Sea Level: 19,685' / 6000 m
Flight Time 23 minutes (depending on conditions)
Micro-SD Card 16 GB
Photo Resolution Up to 12 MP (4000 x 3000)
Price (IDR) RP 17.925.000

17. UAVs Data Communication Link
UAVs
[VL][F1]
UAVs
[F3]
UAVs
[F2]
UAVs
[F4]
Server
Cloud
UAVs
[L1]
Control Room

18. Flowchart Replace Leader
Start
Control Computer
(UAVs Active)
Control Computer
(UAVs Standby)
Ethernet
Offline
Stop
YesNo
Offline
Yes
No
Swith Control

19. Firewall
• Server firewall and communications port
– Fungsi : perangkat yang dapat dikontrol oleh administrator network yang mengontrol
traffic data yang terjadi di jaringan baik yg masuk dan keluar pada jaringan yang
terproteksi.
– Cara kerjanya : mengontrol IP address sumber dan IP address tujuan paket data yang telah
disetujui untuk melewati jaringan yang ada
– Windows media encoder : PULL dan PUSH
– Protokol yang digunakan :
– Topologi Jaringan : MESH
Protokols Communication Ports Using Purposes
HTTP 80 Windows Media Services
HTTPS 443 Web pages

20. Reliability
• Untuk meningkatkan kapasitas UAV’s see and
avoid, transponder, lampu suar, dll, diharapkan
sesuai dengan kebutuhan
• Untuk menghindari kesalahan potensial dari
komunikasi, redundansi pada sistem komunikasi
perlu dipertimbangkan
• Format single yang digabungkan dengan data
lapangan.
• Menyediakan kemungkinan kesalahan dari
masing-masing komponen, akan sangat mudah
untuk menghitung kemungkinan kerugian pada
keseluruhan sistem.
• Menggunakan standard systems engineering
dan layout
• Menyederhanakan desain dan produksinya serta
teruji untuk meningkatkan prediksi dan
kemampuan diagnosa.
• Kepekaan terhadap faktor manusia sehubungan
dengan manufaktur, operasi, dan pemeliharaan
• Penggunaan berlebihan atau gagal-aman desain
didasarkan pada mode kegagalan dan efek
analisis
• Menggunakan material dan spare part yang
berkualitas baik serta selalu memonitor
kualitasnya. Memastikan ketersediaannya di
masa mendatang

21. Simulasi Quadcopter [1]
• Membuka model simulink dari simulasi quadcopter
• Tekan tombol Load untuk mengaktifkan parameter input
berupa : file-file initial condition (IC) dan struktur
quadcopter
• Tekan tombol Create Initial Conditions untuk memasukkan
nilai-nilai initial condition (optional)
• Untuk membuat file IC baru : memasukkan nilai-nlai dari
semua parameter lalu simpan IC yang sudah dibuat
• Untuk menggunakan file IC lama : load IC yang sudah
pernah dibuat

22. Simulasi Quadcopter [2]

23. Simulasi Quadcopter [3]

24. Simulasi Quadcopter [4]

25. Simulasi Quadcopter [5]

26. Simulasi Quadcopter [6]

27. Kesimpulan
• Telah diperlihatkan model formasi dinamis bagi follower UAV dalam formasi penerbangan
leader-follower. Dalam algoritma kontrol formasi, hanya leader UAV yang secara periodik
mengirimkan posisi dan percepatannya kepada follower lainnya agar dapat menggunakan
informasi ini untuk mengatur jarak dan posisi dari leader dalam sebuah lintasan. Untuk
leader virtual telah diperlihatkan bahwa berada dalam kondisi stabil dan menunjukkan
performa yang baik.
• Metode leader-follower mempermudah perancangan lintasan dan formasi karena hanya
bagian leader yang dirancang untuk menjejak lintasan dan bagian follower berguna untuk
menjejak formasi dengan menggunakan keadaan yang terdapat pada leader.

28. Referensi
1. B. Yun, B.M. Chen, K.Y. Lum, T.H. Lee, “Design and Implementation of a Leader-Follower Cooperative
Control System for Unmanned Helicopters”, J Control Theory Appl 2010 8(1) 61-68
2. T. Eren, “Direction Problem in Leader-Follower Formations of Unmanned Aerial Vehicles and
Satellite Clusters”, Journal of Aeronautics and Space Technologies, January 2007 Vol 3 Number
1(21-27).
3. G. Larson, Autonomous Formation Flight[M], Presentation to MIT 16.886 Class, 2004.
4. Office of The Secretary of Defence, Unmanned Aerial Vehicles Reliability Study, Feb 2003.
5. MEM Senior Design Team 37 Drexel University, Quapcopter Dynamic Modelling and Simulation
Using MATLAB and Simulink, 2011.
6. http://www.lazada.co.id/dji-phantom-3-professional-quadcopter-with-4k-camera-and-3-axis-
1929885.html, diakses tanggal 2 September 2015.
7. http://www.amazon.com/DJI-Phantom-Advanced-Quadcopter-Camera/dp/B00VSIT5UE, diakses
tanggal 2 September 2015.