DETEKSI DAN INTERPRETASI TARGET DI DASAR LAUT MENGGUNAKAN INSTRUMEN SIDE SCAN SONAR 1)
1)
2)
Soetjie Poernama Sari Henry M. Manik
Alumni Departemen Ilmu dan Teknologi Kelautan FPIK IPB 2) Dosen Bagian Akustik dan Instrumentasi Kelautan Departemen Ilmu dan Teknologi Kelautan FPIK IPB E-mail :
[email protected] Abstract
Research on detection and interpretation of the target on the ocean floor using side scan sonar instrument was conducted in waters of East Aceh, Lhokseumawe. The results showed that the value of the reflected signal from pipe and the other hard object are 1- 2.5 Voltage/Div, silty sand of 0.5 - 1 Voltage/Div, and mud is 0-0.5 Voltage/Div. Using FFT calculation the amplitude spectrum, the value of the pipe is higher than other objects, its about 1412 Volt/dB. The value of amplitude hard objects, mud and silty sand are 834.0728 Volt/dB, 106.2367 Volt/dB, and 238.9427 Volt/dB. The reflection coefficient of pipe respectively larger than the other detected targets. Keywords: Side Scan Sonar; Deteksi; Interpretasi; Target dasar laut
1.
Pendahuluan
Dasar laut adalah sebagian dari bumi yang wilayahnya belum terjelajahi secara keseluruhan, baik luas, kedalaman, maupun potensinya. Di dasar laut terdapat sumber daya alam yang penting bagi kehidupan manusia. Sumber daya yang paling dikenal dari dasar laut adalah sumber daya yang bernilai ekonomis seperti minyak dan gas bumi serta mineral, sementara sumber daya lain seperti biota laut dalam yang sangat potensial namun masih sulit untuk dimanfaatkan. Berbagai kegiatan yang dilakukan untuk menggali potensi sumber daya laut tersebut diantaranya dengan melakukan penelitian, pendeteksian, penyapuan, serta menentukan objek-objek yang berada di dasar laut . Salah satu cara untuk mendapatkan informasi tentang berbagai aspek dari dasar laut adalah dengan sistem akustik bawah air seperti side scan sonar. Side scan sonar merupakan pengembangan sonar yang mampu menunjukkan dalam gambar dua dimensional permukaan dasar laut dengan kondisi kontur, topografi, dan target secara bersamaan. Gelombang suara yang digunakan biasanya mempunyai frekuensi antara 100 kHz dan 500 kHz (http://en.wikipedia.org/wiki/Side-scan_sonar). Pulsa gelombang dipancarkan dalam pola sudut yang lebar mengarah ke dasar laut, dan gemanya diterima kembali oleh receiver dalam hitungan detik. Peralatan posisi GPS dan video plotter digunakan untuk mencari lokasi tertentu selama perekaman. Side scan sonar mampu membedakan besar kecil partikel penyusun permukaan dasar laut, seperti batuan, lumpur, pasir, kerikil, atau tipe-tipe dasar perairan lainnya. Instrumen ini mampu menangkap gelombang pasir atau riak-riak kecil yang tingginya beberapa sentimeter serta mampu memberikan informasi dengan rinci tentang kondisi topografi dasar. Secara umum prinsip kerja side scan sonar digambarkan sesuai dengan Gambar 1. Pulsa listrik yang dihasilkan oleh recorder dikirim ke towfish melalui towcable. Pulsa-pulsa listrik tersebut diubah menjadi energi mekanik. Hasil dari perubahan tersebut berupa sinyal ultrasonik yang kemudian dipancarkan ke dasar laut. Sinyal-sinyal tersebut dipantulkan kembali oleh dasar laut dan diterima kembali ke towfish. Interval waktu dari pengembalian sinyal tersebut tergantung dari jarak antara towfish dengan titik pemantulannya, selain itu besarnya amplitudo dan frekuensi sinyal ultrasonik juga berbeda sesuai dengan jenis objek yang memantulkan sinyal ultrasonik tersebut. Sinyal ultrasonik yang diterima oleh towfish diubah kembali menjadi pulsa-pulsa listrik dan diteruskan ke recorder untuk proses perekaman. Hasil rekaman yang terdapat pada kertas recorder kemudian diinterpretasikan jenis objek di dasar laut atau keadaan topografi di dasar laut.
Seminar Nasional Teori dan Aplikasi Teknologi Kelautan, 17 Desember 2009
A - 25
Gambar 1. Blok Diagram Prinsip Kerja Side Scan Sonar
Penelitian tentang dasar laut dengan menggunakan side scan sonar yang telah dilakukan, seperti: (1) Interpretasi citra side scan sonar pada survei peletakan pipa di Panaran – P. Pemping (Tobing, 2000), (2) Pemetaan struktur dasar dengan menggunakan sub bottom profiler dan side scan sonar (Lie, 2007), (3) Interpretasi side scan sonar untuk perencanaan peletakan kabel laut di perairan Kepulauan Seribu (Laswono, 2007). Penelitian yang telah dilakukan di daerah Lhokeseumawe menggunakan instrumen side scan sonar bertujuan untuk pengecekan posisi pipa dan objek yang terdeteksi di dasar laut. Hal ini dilakukan agar penempatan target yang terrdeteksi tidak membahayakan bagi jalur pelayaran atau navigasi. Dalam pengecekan posisi pipa dan target yang terdeteksi yang diletakkan di dasar laut, informasi di sepanjang jalur yang dilewati perlu diketahui. 2. Bahan dan Metode Penelitian 2.1 Pengambilan Data Side Scan Sonar Pengambilan data dilakukan selama dua hari yaitu pada 19-20 November 2008 di perairan Aceh Timur, Lhokseumawe (Gambar 2). Sesuai dengan rencana survei, daerah yang dianggap memiliki target awalnya pada area I (luas area ABCD) berskala 1:5000 dan area II (luas area EFGH) berskala 1:1000. Untuk mendapatkan target berupa pipa, maka dibuat area tambahan (AB‟C‟D). Penyapuan dengan side scan sonar dilaksanakan dengan menginstalasi alat tersebut pada sounding boat dengan menggunakan towfish yang ditarik di belakang kapal dengan alat bantu towcable, agar dalam penyapuan diharapkan dapat memperoleh hasil yang lebih maksimal.
Gambar. 2 Peta Lokasi Penelitian
Ada dua proses pengambilan data yaitu pengambilan data kenampakan dasar laut dengan menggunakan instrumen c-max side scan sonar, dan pengambilan contoh sedimen dengan menggunakan van veen grab. Pengambilan data kenampakan dasar dengan instrument c-max side scan sonar ini dilakukan dengan frekuensi tinggi yaitu 325 kHz. Ada 16 daerah penyapuan, dimana daerah-daerah tersebut berupa area kolam (8 titik), lajur (3 titik), dan alur (5 titik). Penamaan kolam, lajur, dan alur ini dilakukan hanya untuk memberikan label pada saat perekaman. Hasil perekaman yang didapat berupa gambaran dasar laut dan kemudian dilakukan proses pengolahan data. Ada 3 hal yang harus dilakukan, yaitu proses pengolahan sinyal pada
Seminar Nasional Teori dan Aplikasi Teknologi Kelautan, 17 Desember 2009
A - 26
domain waktu menggunakan Software Maxview, proses pengubahan sinyal dari domain waktu ke domain frekuensi menggunakan Software Matlab 7.0.1, dan perhitungan akustik impedansi dan koefisien refleksi. Pada proses pengolahan sinyal ke domain waktu yang dilakukan di software maxview, dilakukan proses pengolahan tiap 5 detik. Setiap 5 detik, dilakukan pencatatan seberapa besar nilai pantulan yang diberikan oleh target di dasar laut. Ini dilakukan, selama proses perekaman berlangsung. Setelah pemplotan data per 5 detik, maka akan didapat hasil berupa nilai pantulan sinyal dari objek yang terdeteksi. Setelah itu, dibuat grafik untuk melihat, target apa yang memiliki nilai pantulan sinyal yang lebih tinggi. Setelah proses pengolahan sinyal ke domain waktu selesai dilakukan, maka aka nada pemrosesan data ke domain frekuensi. Proses pengubahan data dari domain waktu ke domain frekuensi ini dilakukan untuk melihat seberapa signifikan energi yang diberikan oleh masing-masing target, dan ini dapat mempermudah dalam pembacaan dari sekian banyaknya data yang didapat. Setelah itu, dilakukan proses yang ketiga yaitu pengolahan data berdasarkan akustik impedansi dan koefisien refleksi. Hal ini dilakukan untuk melihat seberapa besar nilai pantulan dari suatu target yang terdeteksi. Akustik impedansi ini bergantung pada densitas dan kecepatan gelombang kompresi dari masing-masing target. Apabila nilai akustik impdensi dari masing-masing target dikerahui, maka dengan mudah dilakukan perhitungan koefisien refleksinya. (1) (2) Keterangan: 2 Z = Akustik Impedansi (kg/m s) R = Koefisien Refleksi 3 ρ = densitas (kg/m ) c = kecepatan gelombang suara di laut (m/s) 2.2
Bottom Sampling
Pengambilan data sampel substrat dilakukan untuk mengetahui jenis substrat yang mendominasi di area penelitian. Pengambilan sampel menggunakan van veen grab dengan luas bukaan 20x20 2 cm secara acak yang diambil di dua area lokasi. Bottom sampling dilakukan secara acak pada titik-titik stasiun yang telah ditentukan. Pengambilan sampel sendimen ini dilakukan untuk mengetahui jenis substrat yang mendominasi daerah yang diteliti. Proses pengambilan sampel sedimen ini, dilakukan dengan menggunakan Van Veen Grab. Sesuai dengan rencana operasi pengambilan substrat ini dilakukan pada dua area, yaitu pada skala 1:1000 diambil 41 titik secara acak dan pada skala 1:5000 diambil 19 titik juga dilakukan secara acak. 3. 3.1
Hasil dan Pembahasan Nilai Pantulan Sinyal Akustik dan FFT
Gambar 3 merupakan salah satu contoh nilai intensitas echo dan FFT sinyal dasar laut.
Gambar 3. Nilai intensitas echo dan FFT sinyal dasar laut
Seminar Nasional Teori dan Aplikasi Teknologi Kelautan, 17 Desember 2009
A - 27
Hasil perekaman citra yang didapat dari instrumen SSS ini, mendapatkan empat target yang terdeteksi yaitu pipa, substrat dasar laut yaitu berupa lumpur dan lumpur berpasir, dan objek keras lainnya. Target yang terdeteksi ini di interpretasikan berdasarkan rona, yaitu rona gelap, rona sedang, dan rona terang. Semakin gelap suatu rona dari target yang terdeteksi maka nilai pantulannya akan semakin tinggi. Semakin gelap rona dari target yang terdeteksi, semakin keras bahan dari target yang didapat maka akan semakin kuat nilai pantulan sinyalnya. Selanjutnya perekaman citra SSS diolah dengan menggunakan perangkat lunak MaxView untuk mendapatkan hasil nilai pantulan sinyal. Nilai pantulan sinyal ini didasarkan dari objek yang terdeteksi. Dari hasil pengolahan tersebut didapat bahwa nilai pantulan sinyal pipa, lumpur, lumpur berpasir, dan objek keras lainnya adalah 0-2.5 Voltage/Div, 0-0.5 Voltage/Div, 0.5-1 Voltage/Div, dan 0-2.5 Voltage/Div. Hasil yang didapat ini kemudian diolah lagi untuk mendapatkan suatu bentukan grafik sinyal. Dari hasil pengolahan sinyal domain waktu yang diolah dengan perangkat lunak Matlab 7.0.1, sinyal yang dihasilkan kemudian diubah menjadi domain frekuensi. Didapat hasilnya bahwa pipa memiliki nilai spektrum yang paling tinggi dibandingkan dengan objek keras dan substrat (pasir dan pasir berlumpur). Akan tetapi ada di satu area, nilai objek keras lebih signifikan dibandingkan dengan target lainnya, dan untuk substrat, nilai yang signifikan terdapat pada substrat lumpur berpasir. Hal ini ada kaitannya dengan nilai akustik impedansi dari target yang terdeteksi. Semakin keras objek yang terdeteksi maka impedansi akustiknya juga semakin tinggi. 3.2
Akustik Impedansi dan Koefisien Refleksi
Tabel 1 merupakan hasil dari perhitungan akustik impedansi dan koefisien refleksi dan masingmasing target yang terdeteksi Tabel 1. Hasil Perhitungan akustik Impedansi dan Koefisien Refleksi
Target
Akustik Impedansi
Lumpur Lumpur Berpasir Pipa
2.15698 x 10 6 3.06891 x 10 7 2.07174 x 10
6
Koefisien Refleksi (R) 0.17965 0.34339 0.86497
Koefisien Refleksi (dB) -7.45570 -4.64215 -0.62999
Semakin tinggi nilai koefisien refleksi maka akan semakin tinggi nilai pantulan sinyal dari objek yang terdeteksi. Akan tetapi jika nilai koefisien refleksi lebih dari 1, maka akan terjadi penguatan, hal ini dikarenakan jarak antara objek dan alat yang digunakan terlalu dekat, sehingga pengembalian sinyal yang dipantulkan juga semakin besar dan pengambilan datanya dilakukan di daerah yang dangkal. Jika hal ini terjadi, maka akan dilakukan proses perhitungan selanjutnya terhadap kedalaman suatu perairan dari daerah yang diteliti. 3.3
Bottom Sampling
Dari hasil pengambilan substrat sedimen, diketahui bahwa substrat yang mendominasi area I dan area II adalah lumpur dan lumpur berpasir. Hal ini berkaitan dengan proses sedimentasi dan adanya pengaruh faktor oseanografi seperti gerakan dan arah arus. Pengaruh kedekatannya dengan daratan juga mengakibatkan variasi kondisi fisika kimia dan biologi sedimen yang diambil. Gambar dibawah ini (Gambar 4) merupakan hasil dari pemplotan sampel substrat yang diambil secara acak, sedangkan pada pipa dilakukan pemplotan untuk mengetahui posisi fiks pipa.
Seminar Nasional Teori dan Aplikasi Teknologi Kelautan, 17 Desember 2009
A - 28
Gambar 4. Tampilan Lokasi Bottom Sampling dan Pipa
4. Kesimpulan Hasil dari pengambilan substrat dasar, diketahui bahwa jenis substrat yang terdapat di area survei adalah lumpur dan lumpur berpasir. Nilai pantulan pipa dan objek keras berkisar antara 1-2.5 Voltage/div, nilai pantul substrat lumpur berpasir berkisar 0.5-1 Voltage/div, dan nilai pantulan sinyal pada substrat lumpur adalah 0.0-0.5 Voltage/div. Pada perhitungan FFT (nilai amplitude spectrum), nilai pipa lebih tinggi dibandingkan dengan objek lainnya, yaitu sebesar 1412 Volt Volt/dB. Pada objek keras, lumpur dan lumpur berpasir, nilai amplitude spektrumnya adalah 834.0728 Volt/dB, 106.2367 Volt/dB, dan 238.9427 Volt/dB. Nilai koefisien refleksi yang terhitung, menyatakan bahwa nilai koefisien refleksi pipa yaitu -0.62999 dB lebih besar dibandingkan dengan target yang terdeteksi lainnya Daftar Pustaka Clay, C. S. dan H. Medwin. 1977. Acoustical Oceanography: Principles and Applications. New York. Friedman, R. L. 1978. Principles of Sedimentology. Mc Graw Hill Book Company. New York. Klein Associates, Inc. 1985. Side Scan Sonar Record Interpretation. New Hampshire. USA. Laswono, J. 2007. Interpretasi side scan sonar untuk perencanaan peletakan kabel laut di perairan Kepulauan Seribu. Skripsi (tidak dipublikasikan). Komando Pendidikan Angkatan Laut, Sekolah Tinggi Angkatan Laut. Jakarta. Lie, B. K. 2007. Pemetaan Struktur Dasar Laut dengan Menggunakan Sub Bottom Profiller dan Side scan Sonar. Skripsi (tidak dipublikasikan). Departemen Ilmu dan Teknologi Kelautan, Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan, Institut Pertanian Bogor. Morris, R. O. 1987. The Use of Side Scan Sonar for Hydrographic Surveying and The Gathering of Bottom Texture Information. Hydrographic Department Ministry of Defence. Sewell. 1974. Depth Sounding, Sonar Sweeping, and Side Scan Sonar. US Naval Oceanographic Cooperation Training Course. Shepard, E. P. 1954. Nomenclature based on sand silt clay ratios. Jour. Sed. Petrology. 24: 151-158. Tobing, C. L. 2000. Interpretasi citra side scan sonar pada survei peletakan pipa di Panaran – P. Pemping. Skripsi (tidak dipublikasikan). Komando Pendidikan Angkatan Laut, Sekolah Tinggi Angkatan Laut. Jakarta.
http://en.wikipedia.org/wiki/Side-scan_sonar.
Seminar Nasional Teori dan Aplikasi Teknologi Kelautan, 17 Desember 2009
A - 29
Seminar Nasional Teori dan Aplikasi Teknologi Kelautan, 17 Desember 2009
A - 30
