Pengembangan Stasiun Hidrometeorologi Berbasis JaringanKomunikasi TeieleponSeluler
Bregas Budianto' Rockmad Adi K , Joko Yulianto A', Krismianto', Hesti ~riesnawati' 2
'Staf Pengajar Geofisika dan Meteorologi IPB, e-mail:
[email protected] 'Staf Workshop lnstrumentasi Geofisika dan Meteorologi IPB Abstract Watershed observation needs in situ equipment to record data automatically. For regional monitoring several points of measurement are required. Computer based equipment5 are possible to be integrated through cellular phone network service. The integrated .system of computer and cellular phone is possible to produce an extensive telemetry network. Therefore, the data from each station can be easily accessed. The hydromet station will record of rainfall, water level, soil moisture; water current; content of sediment, airtemperatureand humidity; speed and direction ofwind; and net radiation.
Keywords:Telemetry, hydrometeorology station. Abstrak Pengamatan DAS secara kontinyu membutuhkan alat perekam data hidrometeorologi secara insitu. Untukjaringan pengamatan yangluas akan dibutuhkan banyakstasiun yang tersebar. Alat ukur berbasis komputer dibeberapa titiklstasiun pengamatan dapat diintegrasikan dengan dengan menggunakan sistem komunikasi telepon seluler. Jaringan komunikasi telepon seluler dimanfaatkan dengan keuntungan jangkauan layananannya yang luas sehingga data stasiun yang tersebar dapat diakses secara mudah dan cepat dari sistem sentral. Sensor unsur-unsur hidrometeorologi yang dapat dihubungkan sebagaisistem pengukuran adalah curah hujan; tinggi muka air; kadarair tanah; kecepatan arus; kandungan sedimen;suhu dan kelembaban udara; kecepatan dan arah angin; serta radiasisurya. Kata Kunci:Telemetri, Stasiun Hidrorneteorologi
Monitoring unsur hidrometeorologi untuk suatu DAS akan bermanfaat dalam mempelajari karakter DAS. Manfaat tersebut diantaranya dapat memberikan inforrnasi perubahan karakter DAS seiring dengan perubahan tata guna lahan maupun akibat penyimpangan iklim. Daiam jangka pendek sistem pengamatan secara real time akan bermanfaat sebagai sistem peringatan, manfaat ini akan lebih dirasakan pada saat terjadinya kondisi tidak normal, sehingga diharapkan dapat membantu mengantisipasi bencana alam secara cepat. Sistem monitoring DAS yang luas tentunya akan membutuhkan banyak stasiun pengamatan seiring dengan keragaman spasial topografi, tata guna lahan serta cuaca. Untuk keperluan ini tentunya dibutuhkan banyak stasiun pengamatan yang menggunakan sedikit tenaga operasionalnya. Sistem pengukuran berbasis komputer dikembangkan untukotomatisasi pengukuran unsurhidrometeorologi.
Prosiding Lokakarya "Sistem Infomasi Pengelolaan DM: Inisiatif pengembangan InfrastruMur Data" Bogor: 5 September 2007
Satu ha1 yang akan membantu dalam proses pengamatan DAS di lapangan secara kontinyu adalah penggunaan alat perekam data berbasis komputer dibeberapa titiklstasiun pengamatan dengan menggunakan sistem kornunikasi telepon seluler. Jaringan komunikasi telepon seluler dapat dimanfaatkan dengan keuntungan jangkauan layanan yang luas. lntegrasi sistem komputer dengan sistem telepon seluler dapat dijadikan jaringan telemetn' yang luas, sehingga data stasiun dapat diakses secara mudah dan cepat. Sensor unsur hidrometeorologi yang dioperasikan adalah intensitas curah hujan; tinggi muka air; kadar airtanah; current meter; kandungan sedirnen; suhu dan kelembaban udara; kecepatan dan arah angin; serta radiasi surya. Tujuan dari kegiatan pengembangan stasiun hidrometeorologi ini adalah memanfaatkan teknologi yang tersedia yaitu jaringan komunikasi telepon seluiersebagai basis jaringan pengamatan DAS.
pengembangan sensor-sensorhidrometeorologi Sistem pengukuran yang bekerja secara otamatis membutuhkan teknologi elektronik, perangkat "komputer" (programmable device) serta teknologi mekanik untuk penginderaan beberapa unsur fisik alam. Dalam bidang instrumentasi sudah banyak dikembangkan sensor-sensor sederhana atau sebut saja sebagai teknologi tepat guna yang harganya cukup terjangkau. Pendekatan pengukuran elektronik memerlukan tranduser yang secara umum disebut sebagai sensor. Unsur fisik atrnosfer dapat diindera dengan menggunakna sensor yang menghasilkan sinyal analog (tegangan listrik) maupun sinyal diskret (pulsa/logik). Berikut ini adalah beberapa teknik penginderaan yang relatif mudah untukpengukuran beberapa unsur hidrometeorologi: 2.1
Jenis sensor semikonduktor khusus untuk pengukuran ternperatur sudah tersedia. Sinyal keluaran sensor adalah tegangan listrik yang berbanding lurus dengan temperatur dan faktor kalibrasinya adalah sebesar lomV untuk setiap perubahan 1°C. Ha! yang mendasar dari sensor ini adalah jurnlah panas yang dihasilkan sensor (self heating) harus dikompensasi dengan ventilasi yang cukup (pendingin konvektif). Sensor radiasi surya
m13 mB
Radiasi pantul Bumi Gambar 1. Alat ukur radiasi surya (solarirneter) dan suhu udara.
Pengembangan Stasiun Nidrometeorologi Berbasis JaringanKomunikasi Telepon Seluler
Salah satu teknik pengukuran radiasi surya adalah menggunakan medium pengubah energi radiasi menjadi energi termal. Penyerapan energi radiasi oleh permukaan mengakibatkan peningkatan suhu permukaan dimana peningkatan suhu permukaan akan sebanding dengan energi radiasi yang jatuh ke permukaan. Penginderaan temperatur lempeng sensor (black body) dan koreksi temperatur lingkungan akan mendapatkan energi termal yang berbanding lurus dengan intensitas radiasi surya. Gambar I menyajikan solarimeter. c. Anemometer
Kecepatan angin diukur dengan perantara rotor dengan tiga buah cup (Gambar 2). Kecepatan angin diturunkan dari jarak jelajah cup yang rnerupakan fungsi keliling lintasan cup dengan jumlah cacahan putaran, yang selanjutnya terkalibrasi dengan kerapatan udara. Sistem elektronik gerakan putaran diindera dengan menggunakan sensor magnetik (HallSensor) kecepatan tinggi.
Gambar 2. Alat ukur kecepatan angin
Bilah pengarah yang terbuat dari bahan lempeng ringan dihubungkan dengan potensiometer (sensor posisi). Variasi nilai R pada potensiometer selanjutnya dideteksi sebagai masukan perangkat pembangkit pulsa. Gambar3 manyajikan wind vane.
e.
Gambar 3. wind vane Curah Mujan
Airhujan ditangkap melalui perangkat penangkap curahan dengan luasan tertentu. Volume air yang masuk dalarn flowmeter dengan prinsip pengisian bejana berjungkit (tipping bucket). Gerakan jungkitan diindera dengan menggunakan sensor magnetik kecepatan rendah (reedswitch). Gambar4 menyajikan alat ukurcurah hujan.
Prosiding Lokakafya "Sistem Informasi Pengelolaan DAS: Inisiatif pengembangan Infrastrukrur Data" Bogor: 5 September 2007 -
f.
-
Gambar 4. AIat ukur curah hujan (Tipping Bucket) W a t e r Level
Ketinggian air sungai diukur dengan media pelampung yang terhubung pulley (Gambar 5) dengan diameter dan jumlah putaran tertentu. Pulley bergerak mengikuti tinggi permukaan melalui tali yang menghubungkan pelampung dengan bandul pemberat. Gerakan putaran diindera melalui multiturn potensiometer yang memberikan masukan bagi rangkaian pembangkit pulsa.
Gambar 5. Alat ukur tinggi muka air
g. Sensor sedirnen terlarut Kandungan sedimen akan mempengaruhi turbiditas air sungai. Turbiditas dapat diukur dengan membandingkan daya tembus cahaya secara langsung dan baur terhadap daya tembus cahaya pada air sungai yang tersaring. Sensor sel peka cahaya (LDR) dipakai sebagai detektordaya tembus cahaya darisumber lampu LED. h. Sensor kadar air tanah Daya hantar listrik AC tanah lembab dipengaruhi oleh kemudahan ion bergerak antara dua buah elektroda. Pada elektroda yang berjarak konstan kecepatan gerak ion ditentukan oleh tebal lapisan air yang terjerap dipermukaan mineral tanah. Dengan asumsi ion dominan tertentu kadarairtanah akan mempunyai impedansi yang berbandingterbalik dengan kadar air tanah, semakin tinggi kadar air impedansi yang terukur semakin kecil. Untuk mengukur berbagai sensor dengan sistem komputer maka dikembangkan perangkat interfbce yang mengubah sinyai-sinyal dari berbagai sensor diatas untuk dapat diterima oleh sistem komputer. Sistem yang sudah dikembangkan antara lain melalui PPI (programmableperipheral interface), parallel port, perangkat USB. 76
Kerjasama I P B dan CIFOR
Pengembangan Stasiun WldrorneteorologiBerbasis JaringanKomunfkasiTePeponSeluler
Perangkat interface PPI dihubungkan melalui slot ekspansi pada sistem board komputer dengan peng-alamatan register data. Perangkat interface parallel memanfaatkan kemampuan mode bidirectional dari sistem board komputer mode ECP yang dapat diatur dari penyesuaian setting B105. Perangkat US$ dikembangkan untuk menghubungkan sensor dengan komputer portable generasi sekarang yang umumnya tidak mempunyaiport parallel. Perangkat yangdikembangkan antara lain: PC desktop dengan perangkat telepon genggam dengan interface f bus dan perangkat lunak pengendali yang dibangun menggunakan MS. Visual Basic. Sislern yangdikembangkan meliputi penyedia data maupun penerima data. Perangkat komputer portable dengan menggunakan modem GSM melalui interface USB. Perangkat poket PC dengan integrated modem dengan sistem operasi windows mobile. 3. Hasil dan Pernbahasan Sensor-sensor dapat berfungsi sesuai dengan kriteria desain yang diharapkan. Faktor daya tahan di lapangan terhadap harsh environment masih memerlukan perbaikan konstruksi. Perangkat lunak untuk mengendalikan modern1 telepon GSM dapat dibangun dengan bahasa pemrograman Visual Basic dengan cukup baik. Perintah transfer data melalui SMS dapat dibuat dengan mode pengiriman data harian melalui 160 karakter sms, yangoleh penerima data tersebut dapat diolah kembali menjadi data pengamatan. Garnbar 6 rnenyajikan data hasil rekaman pengamatan hidrometeorologi dengan menggunakan PDA. Sedangkan Cambar7 menyajikan ilustrasi proses perekaman data hidrometeorologi.
Cambar 6. Alat perekam data hidrometeorologi Makalah Dishsi Kelornpok 1
Prosiding Lokakarya "Sistem Informasi Pengelolaan DAS: Inisiatif pengembangan Infrastruktur Data" Bogor: 5 September 2007
Gambar 7. Sistem telemetri basis jaringan telepon seluler Dalam sehari dibutuhkan memori sebesar 18 Kilo Bytes (KB) untuk menyimpan data unsur-unsur cuaca. Data disirnpan dalam USB flash disk yang memiliki kapasitas memori 256MB sehingga jika dilihat dari segi kapasitas memori penyimpanan datanya, rnaka AWS yang dihasilkan tidak mengalami kendala. Dalam sehari pengamatan akan diperoleh 3 buah file yang berisi data unsur-unsur cuaca, yaitu data unsur cuaca 5 menitan, data unsur cuaca rata-rata tiap jam, dan data unsur cuaca rata-rata harian. Contoh data ditampilkandalam Cambario 13.
Waktu P e n g a m a t a n
..r
I !
.
..
-TBK
RH
-TBB
Cambarlo. Grafiksuhu bola kering(TBK), suhu bola basah (TBB), dan kelembaban relative (RH) untuk periode 5 menitan.
Pengembangan Stasiun Nidrometeorologi Berbasis jaringan Komunikasi Telepon Seluler
20.0
g
g
g
0
g0
0
~0
0
~
G
&
&
m
g
~
~
~
~
~
$
~
~
~
g
$
Waktu Pengamatan
Gambar 11. Grafik suhu udara rata-rata u n t u k periode tiap jam.
S u h u Tanah 1 1 - Suhu Tanah 2
Waktu Pengamatan
1
Gambar 12. Crafik Suhu Tanah I dan 2 I
I
16 14
-
- --
*
-
-
, 72 2 10 0 0 0 0 0
8 6 4
2 0
X
G
~
B
~
B
X
~
~
~
Waktu Pengamatan
Z
Z
~
~
Z
~
- Kecepatan Ang~n
:
$
Gambar 13. Grafik Kecepatan Angin Prinsip pengukuran suhu adalah mengukur energi kinetis rata-rata gerakan rnolekul. Pada Cambar lo dapat dilihat nilai TBK, TBB, dan RH. RH adalah ukuran banyaknya uap air d i udara. M e t o d e yang dipakai untuk mencari nilai RH adalah m e t o d e psikrornetrik, yaitu metode yang memerlukan pengukuran TBK dan TBB u n t u k rnencari nilai RH. Pengukuran TBK digunakan untuk mendapatkan nilai suhu udara yang sebenarnya sedangkan TBB digunakan untuk mendapatkan nilai defisit tekanan uap air udara. Pengukuran TBB dapat rnenggambarkan kandungan uap air karena selisihnya terhadap TBK sebanding dengan energi yang terserap sebagai panas laten pada proses penguapan yangterjadi pada sensorTBB. NilaiTBKselalu lebih tinggi atau sarna dengan nilaiTBB karena
Makulah Diskusi Kelompok 1
79
Z
;
;
%
R
~
Prosiding Lokakarya "Sistem Informasi Pengetolaan DAS: Inisiatif pengembangan Infrastruktur Data" Bogor: 5 September 2007 sebagian energi yangdiukurTBBdigunakan untukmenguapkanairyangada pada tali basah yang digunakan untuk membalut sensor TBB. Dari Gambar 10 dapat dilihat grafik nilai RH yangmerupakan hasildari penghitunganmenggunakan nilaiTBK dan TBB. Arah angin adalah arah dari mana asal angin itu bertiup. Untuk mengetahui arah angin digunakan wind vane. Dalam pembuatan AWS ini, arah angin ditentukan oleh banyaknya ketukan yang dihasilkan oleh rangkaian astable. Banyaknya ketukan ditentukan oleh besarnya nilai hambatan(r).
4.
Kesimpulan
Sistem pengukuran telernetri jaringan telepon seluler bisa dibangunl dikembangkan dengan kinerja yang cukup baik. Sistem bisa dibangun dari yang sederhana perangkat PC dengan interface data sensoryangdihubungkanmelalui telepon genggam via f bus. Sistem yang lebih praktis adalah dengan memanfaatkan perangkat pocket PC yang sudah terintegrasi dengan telepon seluler (PDA). Jasa jaringan telepon seluler rnelalui SMS dapat digunakan untuk pengiriman data pengukuran. Komunikasi data melalui jaringan teleponvia GPRS masih dalam proses pengembangan.
Daftar Pustaka Budianto B. 2006. lntegrasi lnstrumentasi dengan Pemodelan Komputer. Departemen Ceofisika dan Meteorologi IPB. Bogor. Budianto B. 2006. lnstrumentasi Meteorologi Elektronik. Departemen Geofisika dan MeteorologiIPB. Bogor. Budianto B dan CS Arif. 2006. Komputer Untuk Pengamatan Cuaca dan Pengembangannya. DepartemenGeofisika dan Meteorologi IPB. Bogor. Arnold C. 2006. VB sample accessing the Pocket PC Windows CE Registry. www.Devbuz.com. 20 Maret 2006. Gupta P. 2 0 0 3 . S h o r t Massage Service: What, H o w and Where?. www.mobilecity.cz/doc/GSM -03.40-5.3.o.pdf. oq April 2006. Ishadamy. 1994. OtomatisasiSistem lnstrumentasi Meteorologi. Skripsi. Jurusan Geofisika dan MeteorologiFMIPA IPB, Bogor. Manan ME, Nursiwan MA, dan Sudarsono. 1986. Alat Pengukur Cuaca di Stasiun Klimatologi.lnstitut Pertanian Bogor. Bogor. SaIman. 2 0 0 0 . Pengubah A n a l o g ke D i g i t a l . www.elektroindonesia.comlelektrolelek~~.html. 28 Agustus 2006. Satria R. 2003. Melihat Dari Dekat Windows Mobile zoo3 for Pocket PC. Majalah InfoKomputerAgustus2003.
