BAB II GROUND PENETRATING RADAR (GPR)
2.1 Gelombang Elektromagnetik Gelombang adalah energi getar yang merambat. Bentuk ideal dari suatu gelombang akan mengikuti gerak sinusoidal. Selain radiasi elektromagnetik, dan mungkin radiasi gravitasional, yang bisa berjalan lewat vakum, gelombang juga terdapat pada medium di mana mereka dapat berjalan dan dapat memindahkan energi dari satu tempat ke tempat lain tanpa mengakibatkan partikel medium berpindah secara permanen; yaitu tidak ada perpindahan secara masal. Untuk gelombang elektromagnet, perambatan energi tersebut tidak selalu berlangsung dalam medium material seperti telah disebutkan diatas.
Sejajar dengan hukum Newton sebagai landasan hukum mekanika klasik, maka persamaan Maxwell merupakan perumusan hukum – hukum alam yang melandasi semua fenomena elektromagnetik. Berbeda dari persamaan Newton, persamaan Maxwell dirumuskan dengan besaran fisis yang lebih abstrak seperti medan listrik
dan medan magnet
. Seluruh perumusan
Maxwell terdiri dari empat persamaan medan, masing – masing dapat dipandang sebagai hubungan antara medan dan distribusi sumber (muatan atau arus) yang bersangkutan. Persamaan Maxwell untuk medium isotropic heterogen dirumuskan sebagai berikut :
( 2.1 ) ( 2.2 ) ( 2.3 ) ( 2.4 ) Dengan hubungan dimana : : Medan Listrik : Medan Magnet : Rapat Arus Listrik : Konduktivitas listrik : Permitivitas listrik : Rapat muatan
Dengan menerapkan operasi curl pada persamaan Maxwell maka diperoleh : ∇ × ∇ × E = −∇ × {∂B ∂t}
= −∇ × {∂ ∂t (μH )}
(2.5)
∇ × ∇ × H = ∇ × {J + ∂D ∂t }
= ∇ × {σE + ∂ ∂t (εE )}
(2.6)
Dengan menggunakan persamaan Maxwell di atas, dapat diturunkan persamaan gelombang elektromagnetik sebagai berikut : ∇ 2 E − με
∂2E =0 ∂t 2
∇ 2 H − με
∂2E =0 ∂t 2
(2.7)
2.2 Gelombang Radar
Gelombang Radar atau biasa disebut radar berasal dari radio detection and ranging yang berarti deteksi dan penjarakan radio adalah suatu sistem yang
dibuat untuk mendeteksi, mengukur jarak dan memetakan benda – benda yang cukup sulit dijangkau. Suatu gelombang kuat dikirim untuk selanjutnya pemantulan dari gelombang tersebut diterima kembali oleh pengirim. Dengan menganalisa sinyal hasil pemantulan kita dapat mengetahui posisi bidang pantul tersebut serta mengetahui jenis dari bidang pantul tersebut.
Gelombang
radio
elektromagnetik
yang
dipergunakan
dalam
GPR
menggunakan prinsip pemantulan seperti telah dijelaskan sebelumnya. Gelombang dapat diproduksi dengan kekuatan yang diinginkan, kemudian mendeteksi gelombang yang lemah, dan diamplifikasi (diperkuat) beberapa kali. Oleh karena itu gelombang ini dapat dipergunakan untuk eksplorasi bawah permukaan.
2.3 Prinsip Kerja GPR
Ground Penetrating Radar (GPR) biasa disebut georadar. Berasal dari dua kata yaitu geo berarti bumi dan radar singkatan dari radio detection and ranging seperti telah dijelaskan pada sub bab sebelumnya. Jadi, arti harfiahnya adalah alat pelacak bumi menggunakan gelombang radio. GPR baik digunakan untuk eksplorasi dangkal (nearsurface) dengan ketelitian (resolusi) yang amat tinggi.
GPR merupakan salah satu metode geofisika yang menggunakan sumber gelombang elektromagnetik. Karena itu, GPR tergolong metode geofisika tidak
merusak
(nondestructive).
Kelebihan
lain
GPR
adalah
biaya
operasionalnya yang rendah, prosedur pengerjaan mudah, dan ketelitian sangat tinggi (resolusi tinggi). Kelemahannya, penetrasinya tidak terlalu dalam atau daya tembus metode ini hanya sampai puluhan meter (± 100 meter). Ground Penetrating Radar (GPR) pertama kali dipergunakan pada tahun 1929 di Austria untuk mengukur kedalaman sungai es (glacier).
Itu sebabnya, metode ini bisa dikatakan cocok untuk pencarian situs (atau harta karun). Dengan catatan: tempat itu benar-benar diyakini atau barang tambang yang tempatnya tidak terlalu dalam. Karena panjang gelombang itu mencerminkan ukuran minimum benda yang dapat terdeteksi. Makin tinggi frekuensi makin kecil panjang gelombang, sehingga makin kecil ukuran benda yang dapat terdeteksi (makin tinggi pula ketelitiannya). Hasil pencitraan GPR bisa memunculkan informasi semacam ketebalan permukaan aspal jalan, jalur pipa bawah tanah untuk mencari bedrock yang pas guna pondasi bangunan hingga mencari mayat hilang dan fosil arkeologis.
Seperti dijelaskan di awal, radar memancarkan gelombang elektromagnet yang kemudian ditangkap balik oleh sensor alat. Spektrum frekuensi yang digunakan
disesuaikan
kebutuhan
pengukurannya.
Gelombang
yang
dipancarkan adalah gelombang pendek (mikro) agar bisa terpenetrasi ke bawah permukaan bumi. Respons data yang diterima, diolah berdasarkan
hukum pantulan (refleksi) dan pembiasaan (gelombang). Tentu saja banyak hal yang mempengaruhi penjalaran (propagasi) gelombang.
Secara keseluruhan, alat GPR berbobot tidak lebih dari lima kilogram, sehingga sangat leluasa bergerak. Alat ini bekerja dengan dua antena. Satu berfungsi sebagai transmiter, yaitu bertugas memancarkan gelombang radar. Lainnya sebagai receiver, bertugas menerima gelombang radar yang dipantulkan bahan di sekelilingnya kemudian pola pemantulan ditampilkan dalam bentuk radargram.
Data diambil di lintasan secara kontinu, lalu direkam secara langsung ke dalam laptop (processing unit). Penerima diset untuk melakukan scan yang secara normal mencapai 32 – 512 scan per detik. Setiap hasil scan ditampilkan pada layar monitor sebagai fungsi waktu two-way time travel time, yaitu waktu tempuh gelombang elektromagnetik menjalar dari transmisi-targetpenerima. Tampilan ini disebut radargram.
Gambar 2.1 Skema Ground Penetrating Radar
2.4 Akusisi Data GPR
Ada beberapa metode yang lazim dipergunakan pada akusisi data GPR, akusisi data GPR dapat dilakukan dari atas permukaan bumi, dengan menggunakan borehole (lubang bor) atau diantara dua buah borehole, dengan pesawat atau menggunakan satelit.
Sumber : sense.com/methods.html
http://www.geo-
Sumber : www.aurorageosciences.com/egpr.htm
Gambar 2.2 Akusisi Data GPR
Berikut akan dijelaskan lebih detail mengenai susunan transmitter dan receiver pada akusisi data GPR.
2.4.1
Radar reflection profiling ( antena monostatik atau bistatik )
Metode ini biasa disebut profiling yaitu membawa transmitter dan receiver bergerak bersamaan dimana jarak antara transmitter dan receiver sudah disesuaikan sebelumnya bergantung dari besar frekuensi transmitter/antenna yang dipergunakan.
T
T
R Trace 1
R Trace
Gambar 2.3 Profiling sounding
2.4.2
Wide Angle Reflection and Refraction (WARR)
WARR sounding adalah salah satu metode yang menaruh transmitter pada posisi tetap dan receiver begerak pada daerah yang akan diamati. WARR sounding diterapkan pada kasus dimana bidang reflektor relatif datar atau memiliki kemiringan yang rendah.
T
R1
R2
R3
R4
Gambar 2.4 WARR sounding
2.4.3
Common mid Point (CMP)
Pada metode CMP, telah ditentukan sebelumnya titik tengah dari pengamatan. Kemudian, pengambilan data dilakukan dengan cara menggerakkan transmitter dan receciver secara bersamaan. Transmitter dan receiver
digerakkan saling menjauh, metode ini digunakan untuk mengatasi kelemahan asumsi yang dimiliki oleh metode WARR.
T3
T2
T1
R1
R2
R3
Gambar 2.5 CMP sounding
2.4.4
Transillumination atau Radar Tomography
Pada Radar Tomography, pengambilan data dilakukan dengan cara menempatkan transmiter dan receiver pada posisi yang berlawanan. Sebagai contoh jika transmitter diletakan pada satu satu sisi, maka receiver diletakan pada sisi yang lain dan saling berhadapan.
T1
R1
R2
R3
R4
Gambar 2.6 Radar Tomography sounding
