Skip to content
chulopp
isDugem
Public

About

isdugem.vercel.app

Resources

Readme
Activity

Stars

1 star

Watchers

0 watching

Forks

0 forks
Report repository
BranchesTags

Latest commit

 

History

77 Commits

Folders and files

Repository files navigation

isDugem Logo

isDugem

IoT Smart Student Guardian & Parental Monitoring System
Sistem Pemantauan Cerdas Mahasiswa Rantau Berbasis IoT Multisensor dan Komunikasi Dua Arah

Status Python Tests Deployment Protocol Framework

1. Ringkasan Eksekutif & Latar Belakang

Mahasiswa yang menjalani perkuliahan jauh dari keluarga (mahasiswa rantau) menghadapi berbagai tantangan kemandirian, mulai dari kedisiplinan jadwal akademik hingga potensi pengaruh pergaulan malam berisiko. Di sisi lain, orang tua memiliki keterbatasan akses untuk memantau keselamatan dan aktivitas anak secara objektif.

Aplikasi pemantau lokasi konvensional memiliki kelemahan mendasar: rentan terhadap manipulasi lokasi (Fake GPS) dan tidak memiliki konteks aktivitas nyata.

isDugem hadir sebagai solusi berbasis Internet of Things (IoT) yang menggabungkan:

  1. Validasi Multisensor di Kedua Edge Device: Memadukan 3 sensor fisik pada HP Anak (GPS Geolocation, mikrofon Web Audio API untuk membaca desibel, dan akselerometer DeviceMotionEvent) serta 2 sensor fisik pada HP Orang Tua (GPS Geolocation dan akselerometer Shake-to-Ping).
  2. Verifikasi Silang (Cross-Verification): Mendeteksi indikasi Fake GPS ketika koordinat anak diklaim berada di kos, namun tingkat kebisingan mikrofon terdeteksi tinggi pada jam malam.
  3. Komunikasi & Pelacakan Lokasi Dua Arah (Bidirectional MQTT): Memungkinkan orang tua melakukan remote control darurat (alarm, pengingat, shake-to-ping), sekaligus menampilkan koordinat GPS dan jarak lurus (Haversine) secara timbal balik di layar HP Anak, HP Orang Tua, dan peta Dashboard.

2. Fitur Utama Sistem

  • Geofencing & Verifikasi Silang Anti-Fake GPS: Sistem mengevaluasi jarak anak terhadap titik-titik penting (Kampus UNDIP, Masjid, area kos, dan zona hiburan malam Kota Lama). Jika terdeteksi klaim lokasi di kos pada jam malam tetapi mikrofon menangkap kebisingan klub (> 80 dB), sistem otomatis menetapkan status ANOMALI FAKE GPS.

  • Klasifikasi Kontekstual Berbasis Waktu: Evaluasi status berjalan dinamis mengikuti jendela waktu: Jam Kuliah (08:00 - 15:00 WIB), Waktu Sholat (Dzuhur, Ashar, Maghrib, Isya), Jam Malam (22:00 - 05:00 WIB), dan Jam Normal/Santai.

  • Sensor Ganda HP Orang Tua (GPS Live & Shake-to-Ping): Perangkat orang tua membaca koordinat GPS asli (Geolocation API) yang dikirimkan secara langsung ke HP Anak dan peta Dashboard, serta mendeteksi guncangan ponsel (akselerasi > 18 m/s²) untuk mengirim sinyal periksa lokasi (ping) secara instan.

  • Kontrol Perintah Jarak Jauh (Remote Command): Orang tua dan operator dashboard dapat membunyikan sirine alarm darurat, mengirim teks pengingat belajar/ibadah, atau meminta pembaruan telemetri terkini.

  • Peta Pelacakan Interaktif & Visualisasi Audio: Dashboard menyajikan peta pelacakan langsung (Leaflet) yang menampilkan posisi perangkat anak dan orang tua, rute navigasi jalan (OSRM integration), indikator tingkat suara langsung (dB level), kecepatan gerak, dan riwayat kejadian tercatat.

  • Sinkronisasi Demo Dua Arah Real-Time: Tersedia fitur kunci koordinat demo dan kunci waktu demo di HP Anak, HP Orang Tua, maupun Dashboard laptop untuk mempermudah simulasi berbagai skenario pengujian tanpa jeda (zero latency).

3. Arsitektur Sistem & Aliran Data

Sistem dirancang dengan arsitektur terdistribusi yang memisahkan antara antarmuka pengguna, pemrosesan sensor di sisi klien (Edge), perantara pesan terenkripsi (Cloud Broker), dan mesin pengambil keputusan (Backend Decision Engine).

flowchart LR
    subgraph EdgeClients["Edge Clients (Smartphone PWA / HTTPS)"]
        EA["Perangkat Anak (/anak) - 3 Sensor\n- Sensor GPS Hardware\n- Web Audio API (dB Suara)\n- Sensor Gerak (Akselerometer)\n- Pantauan Lokasi GPS Ortu"]
        EO["Perangkat Ortu (/ortu) - 2 Sensor\n- Sensor GPS Hardware Ortu\n- Sensor Guncangan (Shake-to-Ping)\n- Tombol Remote Alarm / Ingatkan\n- Pantauan Status & Jarak Anak"]
    end

    subgraph BrokerCloud["Cloud Broker MQTT"]
        MQTT["broker.hivemq.com\nPort 8883 (MQTTS TLS)\nPort 8884 (WebSocket WSS)"]
    end

    subgraph BackendEngine["Backend Processing (Python 3.11)"]
        ENGINE["Server Decision Engine\n- Haversine Distance Calculation\n- Audio RMS ke Desibel Konversi\n- Algoritma Klasifikasi Keputusan\n- Filter Anti-Out-of-Order Telemetri"]
    end

    subgraph CommandCenter["Web Command Center (Next.js 14)"]
        DASH["Dashboard Pemantauan (/)\n- Peta Pelacakan Leaflet Live (Anak & Ortu)\n- Panel Kontrol Alarm & Ping\n- Grafik Riwayat Sensor & Log Event\n- Simulator Skenario Pengujian"]
    end

    EA -->|"rantauguard/.../edge/anak/telemetry"| MQTT
    EO -->|"rantauguard/.../edge/ortu/telemetry\ncommand/ping | alarm | reminder"| MQTT
    MQTT -->|"Subscribe Telemetri Masuk"| ENGINE
    ENGINE -->|"Publish Alert Terklasifikasi (Retain)"| MQTT
    MQTT -->|"Streaming Status & Lokasi Live"| DASH
    MQTT -.->|"Lokasi GPS Ortu & Perintah Suara/Getar"| EA
    MQTT -.->|"Status Alert & Lokasi GPS Anak"| EO
Loading

Penjelasan Komponen Arsitektur:

  1. Perangkat Anak (/anak): Aplikasi web mobile yang membaca 3 sensor perangkat keras secara langsung (Geolocation GPS, mikrofon Web Audio API, dan akselerometer DeviceMotionEvent), mempublikasikan data telemetri setiap detik ke broker MQTT, serta menampilkan lokasi GPS dan jarak orang tua secara real-time.
  2. Perangkat Orang Tua (/ortu): Aplikasi web mobile untuk orang tua yang membaca 2 sensor perangkat keras secara langsung (Geolocation GPS dan akselerometer DeviceMotionEvent), mengirim posisi GPS orang tua ke perangkat anak dan peta dashboard, serta mendeteksi gestur guncangan fisik untuk mengirim perintah ping.
  3. Dashboard Pemantauan (/): Pusat kendali berbasis Next.js 14 yang menampilkan visualisasi data terpadu, pemetaan geografis untuk perangkat anak dan orang tua, grafik tren kebisingan, dan panel kendali sistem.
  4. Server Decision Engine (server/): Layanan Python independen yang melakukan perhitungan matematis jarak Haversine terhadap titik-titik POI, mengonversi sinyal audio RMS ke skala desibel, dan mengklasifikasikan status keamanan mahasiswa rantau.

4. Matriks Logika Keputusan (Decision Engine Matrix)

Mesin keputusan (decision engine) mengevaluasi status berdasarkan irisan antara waktu lokal (WIB), jarak terhadap koordinat Point of Interest (POI), dan tingkat intensitas kebisingan mikrofon:

Konteks Waktu Syarat Jarak POI Syarat Suara (dB) Status Keputusan Deskripsi Status
Jam Kuliah
(08:00 - 15:00 WIB)		 Jarak ke Kampus <= 150 m Suara tenang (< 65 dB) SEDANG_KULIAH Mahasiswa berada di area kampus dalam suasana kelas kondusif.
Jam Kuliah
(08:00 - 15:00 WIB)		 Jarak ke Kampus > 150 m Bebas ALERT_BOLOS_KULIAH Mahasiswa berada di luar area kampus saat jam perkuliahan berlangsung.
Waktu Sholat
(Jadwal Sholat Wajib)		 Jarak ke Masjid > 100 m Bebas WARNING_BELUM_KE_MASJID Pengingat waktu sholat aktif saat mahasiswa berada jauh dari masjid kampus.
Jam Malam
(22:00 - 05:00 WIB)		 Jarak ke Kos <= 750 m Suara tenang (< 55 dB) ISTIRAHAT_DI_KOS Mahasiswa berada di area kos dalam keadaan tenang dan beristirahat.
Jam Malam
(22:00 - 05:00 WIB)		 Jarak ke Kos <= 750 m (Klaim) Suara bising (> 80 dB) ANOMALY_FAKE_GPS Terdeteksi indikasi manipulasi lokasi: klaim GPS di kos tetapi audio menangkap kebisingan tinggi.
Jam Malam
(22:00 - 05:00 WIB)		 Jarak ke Bar <= 250 m Suara bising (> 75 dB) CRITICAL_TERDETEKSI_DI_BAR Mahasiswa terdeteksi berada di lokasi hiburan malam pada jam rawan.
Semua Waktu Di luar kondisi batas Sesuai kondisi NORMAL Aktivitas harian normal di luar parameter anomali risiko.

5. Protokol Komunikasi & Kontrak Data MQTT

Seluruh komunikasi antar-entitas menggunakan standar pertukaran pesan MQTT terenkripsi melalui HiveMQ Cloud:

  • Broker Host: broker.hivemq.com
  • Port Komunikasi: 8883 (MQTTS over TLS untuk Python Server) dan 8884 (WSS over TLS untuk Web Dashboard/PWA).
  • Format Pertukaran: JSON Payload standar.

Struktur Topik MQTT:

rantauguard/{PROJECT_ID}/
├── edge/anak/telemetry       # Paket data 3 sensor anak (lokasi GPS, dB audio, akselerometer)
├── edge/ortu/telemetry       # Paket data 2 sensor orang tua (lokasi GPS live, akselerometer shake)
├── alerts                    # Keputusan resmi hasil evaluasi backend (retained)
├── command/ping              # Perintah periksa lokasi anak
├── command/alarm             # Perintah memicu sirine darurat pada HP anak
├── command/reminder          # Perintah kirim notifikasi pengingat ke HP anak
└── command/timemode          # Sinkronisasi simulasi waktu dan kunci lokasi demo

Contoh Payload Telemetri (edge/anak/telemetry):

{
  "device_id": "anak",
  "sequence": 14205,
  "sent_at_ms": 1793160000000,
  "location": {
    "lat": -7.067588,
    "lon": 110.439708,
    "accuracy_m": 5.0
  },
  "audio": {
    "rms": 0.0028,
    "db": 48.9
  },
  "motion": {
    "accel_magnitude": 9.8
  }
}

6. Akses Sistem & Panduan Demonstrasi

Seluruh antarmuka web sistem isDugem telah di-deploy secara publik menggunakan protokol HTTPS resmi di Vercel sehingga dapat langsung diakses melalui peramban laptop maupun smartphone:

Langkah Demonstrasi Pengujian Sistem (3 Menit):

  1. Jalankan Server Keputusan di Komputer Penguji: 
    cd server
python main.py

    Catatan Eksekusi Server (Lingkungan Python):

    • Eksekusi Langsung: Server dapat langsung dijalankan dengan perintah python main.py tanpa mewajibkan virtual environment (venv), asalkan pustaka pendukung (paho-mqtt dan python-dotenv) sudah terpasang di Python komputer Anda.
    • Instalasi pada Komputer Baru (Opsional): Jika dijalankan pada komputer penguji atau laptop lain yang belum memiliki dependensi, jalankan: 
      pip install -r requirements.txt
    • Penggunaan Virtual Environment (Opsional): Penggunaan venv bersifat opsional (praktik terbaik jika ingin mengisolasi dependensi agar tidak bercampur dengan proyek Python lain): 
      python -m venv venv
# Windows:
.\venv\Scripts\activate
# Linux/Mac:
source venv/bin/activate
pip install -r requirements.txt
  2. Buka Aplikasi pada 2 Ponsel dan 1 Laptop:
    • Buka /anak pada HP pertama (klik Mulai Sensor & Telemetri untuk mengaktifkan 3 sensor: GPS, Mikrofon, Akselerometer).
    • Buka /ortu pada HP kedua (klik Mulai Sensor GPS & Shake-to-Ping untuk mengaktifkan 2 sensor: GPS dan Akselerometer).
    • Buka halaman utama / pada laptop sebagai dashboard pemantau, dan perhatikan posisi GPS Anak serta GPS Orang Tua tampil secara real-time di kedua HP dan peta Dashboard.
  3. Uji Skenario Anomali Fake GPS:
    • Pada HP Anak, tekan Kunci di Kos Mulawarman dan pilih Simulasi Jam Malam (23:00 WIB).
    • Perhatikan status awal: sistem membaca kondisi tenang sebagai ISTIRAHAT DI KOS.
    • Tiup atau buat suara bising di dekat mikrofon HP Anak (> 80 dB): dalam waktu kurang dari 0,3 detik, status di Dashboard dan HP Ortu langsung berubah menjadi ANOMALI FAKE GPS.
  4. Uji Komunikasi Dua Arah Shake-to-Ping:
    • Goyangkan HP Orang Tua: sensor akselerometer mendeteksi guncangan (> 18 m/s²) dan otomatis memicu perintah ping ke HP Anak secara langsung.

7. Hasil Pengujian & Verifikasi Kinerja

Kualitas dan keandalan sistem telah divalidasi melalui pengujian bertingkat:

  • Pengujian Unit Backend (Pytest): Sebanyak 169 skenario pengujian unit telah dijalankan dan lulus 100%, meliputi verifikasi rumus Haversine geofence, konversi logaritma RMS audio, validasi payload JSON, toleransi out-of-order paket telemetri, serta seluruh percabangan mesin klasifikasi keputusan.
  • Pengujian Kompilasi Frontend (Next.js Production Build): Seluruh komponen antarmuka, peta Leaflet, dan modul hooks MQTT lulus uji validasi tipe TypeScript dan kompilasi statis tanpa galat (zero error).
  • Pengujian Multiperangkat Fisik Secara Nyata: Telah diuji menggunakan kombinasi laptop dan 2 smartphone fisik (iOS dan Android) yang terhubung ke jaringan seluler berbeda tanpa hambatan izin sensor berkat dukungan penuh HTTPS.

8. Teknologi yang Digunakan (Tech Stack)

Antarmuka & Frontend

  • Next.js 14 (App Router) - Framework React performa tinggi untuk antarmuka web dan mobile PWA.
  • TypeScript - Menjamin keamanan tipe data dan keandalan kode aplikasi.
  • Tailwind CSS - Tata letak modern, bersih, responsif, dan konsisten di semua ukuran layar.
  • Leaflet & React-Leaflet - Mesin rendering peta interaktif berbasis OpenStreetMap.
  • Lucide Icons - Pustaka ikon grafis vektor profesional.

Backend & Pemrosesan Data

  • Python 3.11 - Bahasa utama pemrosesan algoritma keputusan dan pemodelan matematis.
  • Paho-MQTT - Klien MQTT bersertifikasi untuk komunikasi jaringan IoT.
  • Pytest - Kerangka kerja pengujian otomatis (automated testing).

Jaringan & Komunikasi Data

  • HiveMQ Cloud Broker - Broker pesan MQTT enterprise berkinerja tinggi.
  • MQTTS (TLS v1.3 / Port 8883) - Protokol komunikasi terenkripsi aman untuk klien Python.
  • WebSocket Secure (WSS / Port 8884) - Protokol streaming telemetri real-time untuk peramban web.

9. Tim Pengembang

Proyek isDugem dikembangkan oleh:

Nama Lengkap NIM Peran & Tanggung Jawab Kontribusi
Fallah Iqbal Kurnianto 24060125130065 Pengembang Dashboard
Arsitektur UI/UX Dashboard Next.js, integrasi peta Leaflet, visualisasi data audio & grafik riwayat, panel kontrol simulasi preset, dan tata kelola deployment Vercel.
Raditya Arganta Anantio 24060125120021 Pengembang Backend & Algoritma
Perancangan Server Decision Engine Python, implementasi formula jarak Haversine, konversi RMS desibel, pengujian unit Pytest (169 skenario), dan arsitektur topik MQTT.
Wendi Adi Ardiansah 24060125120027 Pengembang Edge Device
Pengembangan modul web 3 sensor HP Anak (Web Audio API desibel, Geolocation API, akselerometer) serta 2 sensor HP Orang Tua (Geolocation API GPS live, akselerometer Shake-to-Ping), dan optimasi latensi telemetri.

Departemen Ilmu Komputer / Informatika
Universitas Diponegoro • 2026

About

isdugem.vercel.app

Resources

Readme
Activity

Stars

1 star

Watchers

0 watching

Forks

0 forks
Report repository

Releases

Packages

Contributors

Languages