Prosiding Seminar Tahunan Hasil-Hasil Penelitian dan Pengembangan Puslitbang BMKG Tahun 2012 ISBN :

Prosiding Seminar Tahunan Hasil-Hasil Penelitian dan Pengembangan Puslitbang BMKG Tahun 2012

ISBN : 978-979-15549-8-5


PROSIDING SEMINAR TAHUNAN HASIL-HASIL PENELITIAN DAN PENGEMBANGAN PUSLITBANG BMKG TAHUN 2012 JAKARTA, 15 MEI 2013

PENGARAH: Dr. Andi Eka Sakya, M.Eng

KETUA DEWAN REDAKSI: Dr. Masturyono, M.Sc

DEWAN REDAKSI: Dr. Ir. Dodo Gunawan, DEA Drs. Suratno. M.Si Ir. Fachrizal, M.Sc

REDAKSI PELAKSANA: Roni Kurniawan, S.T, M.Si Muhammad Najib Habibie, S.Kel Drajat Ngadmanto, S.Si Utoyo Ajie Linarka, S.T

PANITIA PENYELENGGARA: Ketua: M.S. Yulianti, S.Si, Wakil Ketua: Roni Kurniawan, S.T, M.Si., Sekretaris & Bendahara: Dyah Lukita Sari, M.T, Seksi Persidangan: Welly Fitria, S.Si, Ratna Satyaningsih, M.Si, Angga Setiyo Prayogo, M.Si, Seksi Dokumentasi: Ozwald Rozar Putratama, Boko Nurdiyanto, S.Si, Yuaning Fajariana, S.Kom, Wido Hanggoro, S,Si, Seksi Konsumsi: Titah Sri Rudati, S.E


DESAIN PENGEMBANGAN SISTEM MONITORING GEMPABUMI (DESIGN FOR DEVELOPMENT OF EARTHQUAKE MONITORING SYSTEM) Jimmi Nugraha, Januar Arifin, Masturyono, Kadnan, Wiko Setyonegoro, Sulastri 1 Puslitbang BMKG, Jl. Angkasa 1 No. 2 Kemayoran Jakarta Pusat, 10720 Stasiun Geofisika BMKG, Jl. Raya Bajo, Ds. Kahang-kahang, Karangasem, Bali 3 Pusdiklat BMKG, Jl. Angkasa 1 No. 2 Kemayoran Jakarta Pusat, 10720 E-mail: [email protected]

2

ABSTRAK Telah dilakukan kajian untuk pengembangan Sistem Monitoring Gempabumi (SMG) menggunakan jaringan Indonesia Tsunami Early Warning System (InaTEWS). Sistem ini, diharapkan dapat digunakan untuk menentukan parameter gempabumi dan mekanisme sumber gempabumi, baik secara manual maupun otomatis. Input dari sistem ini adalah data waveform dari jaringan stasiun InaTEWS yang dialirkan ke dalam sistem menggunakan protokol Seedlink via jaringan publik (internet), yang kemudian diproses dengan beberapa modul sehingga dapat dilakukan picking otomatis. Hasil picking otomatis akan menjadi masukan untuk modul Locator. Modul Locator diharapkan menghasilkan Parameter Gempabumi yang menjadi masukan untuk modul JISView. Pengolahan data dalam modul JISView dapat menghasilkan mekanisme sumber gempabumi dalam orde beberapa detik, setelah menerima data hasil picking yang cukup dan parameter gempabumi. Metode yang digunakan dalam memodelkan mekanisme sumber gempabumi yaitu metode impulse pertama gelombang P. Diharapkan sistem ini dapat diimplentasikan di stasiun Geofisika menjadi sistem operasional sebagai pelengkap informasi gempabumi dari InaTEWS. Kata kunci: sistem, monitoring, gempabumi, otomatis

ABSTRACT Studies for development of Earthquake Monitoring System (EMS) has been doneuses theIndonesiaTsunamiEarlyWarningSystem (InaTEWS) network. This systemis expected tobe usedtodetermine theparameters ofearthquakesandearthquakesourcemechanism, either manually orautomatically. Inputof this system isthe waveform data fromstation network of InaTEWSsupplied to thesystem usinga networkprotocolSeedlink, which is thenprocessed bya number of modulesallow forautomatedpicking. The resultswillbe inputautomaticallypicking for Locatormodule. Locator module expected to produce Earthquake ParameterstheinputofJISView module. Processingdata inJISViewmodulecan generatean earthquakesourcemechanismsin theorder of a fewseconds, afterreceivingsufficientoutcome datapickingandearthquakeparameters. Thissystem is expectedtobe implementedin theGeophysicsstationbecameoperational systemsas complementaryearthquake informationfromInaTEWS. Keywords: system, monitoring, earthquake, automatic

162


PENDAHULUAN Gempabumi merupakan fenomena alam yang dapat terjadi kapan saja dan dimana saja. Respon tanggap bencana gempabumi bermula pada seberapa cepat sebuah sistem informasi dini gempabumi bekerja. Badan Meteorologi Klimatologi dan Geofisika (BMKG) melalui InaTEWS, mampu menyampaikan informasi gempabumi dan peringatan tsunami kepada masyarakat dan stakeholders dalam waktu kurang dari 5 menit [1]. Sejak tahun 2011, Puslitbang telah mengembangkan software JISView yang mampu menentukan mekanisme sumber gempabumi secara cepat, sekitar 5 sampai 7 menit setelah kejadian gempabumi.[2] Perbandingan keluaran dilakukan terhadap hasil penentuan mekanisme sumber gempabumi software JISView dengan Badan Meteorologi Klimatologi dan Geofisika (BMKG), Geo Forschungs Zentrum (GFZ) dan United State Geological Survey (USGS) Global CMT. Berdasarkan penentuan dan pemodelan mekanisme sumber gempabumi yang dilakukan, secara umum hasil yang diperoleh sama dengan model yang dihasilkan oleh institusi-institusi tersebut. [2] Walaupun kinerja dari JISView sudah cukup baik, sistem ini masih dikembangkan untuk dapat melakukan picking otomatis dari data stream real-time dari server jaringan monitoring seismik [3], sehingga kecepatan proses dapat ditingkatkan lagi. Hasil picking otomatis ini dapat dimanfaatkan untuk menentukan parameter gempabumi dengan cara otomatis pula. Sehingga apabila JISView digabungkan dengan sistem penentuan lokasi gempabumi (locater) dapat menjadi sistem monitoring gempabumi secara otomatis. Sistem ini dapat digunakan untuk monitoring gempabumi di stasiun geofisika. Dalam paper ini akan dibahas Rancang Bangun Sistem Monitoring Gempabumi berdasarkan pengembangan JISView.

Rancang Bangun Gempabumi (SMG)

Sistem

Monitoring

Rancang bangun SMG ini dikembangkan dengan asumsi bahwa : 1. Data dari stasiun InaTEWS dapat dijadikan input dari sistem ini di stasiun-stasiun geofisika. 2. JISView telah mampu berfungsi menentukan mekanisme sumber gempabumi secara cepat dan tepat sejak menerima data yang cukup. 3. Infrastruktur perangkat keras dan jaringan internet yang memadai di stasiun geofisika baik dari segi kestabilan maupun alokasi bandwidth-nya. Dengan asumsi tersebut, SMG dapat dirancang seperti pada gambar 1, dengan modul-modul sebagai berikut : 1. Modul Seedlink Modul ini digunakan untuk mengalirkan data waveform dari jaringan ke modul Data Processing. 2. Modul Data Procesing Modul ini terdiri dari beberapa sub modul yang berfungsi untuk membaca paket mini seed, mengekstrak raw data waveform, mengekstrak metadata waveform, membuka dan memecah data mini seed, menampilkan selektor data berbasis GIS, mengarsipkan data waveform. 3. Modul Picking Automatic Modul ini berfungsi untuk melakukan picking otomatis menggunakan STA/LTA, mengukur amplitudo maksimum dan periodenya. 4. Modul Locator Modul ini berfungsi untuk menentukan parameter gempabumi, termasuk magnitudonya. 5. Modul JISView Modul ini berfungsi untuk menentukan mekanisme sumber gempabumi. 6. Modul Visual Display Modul ini berfungsi untuk menampilkan parameter gempabumi dan mekanisme sumbernya, berbasis GIS.

163


JARINGAN InaTEWS

Data Processing

Seedlink

Picking Automatic

Parameter Gempabumi (Lat, Lon, Depth, OT, Mag)

Locator

Database Gempabumi

INFORMASI GEMPABUMI Mekanisme Sumber Gempabumi

JISView

Gambar 1. Alur Proses Sistem Informasi Gempabumi Detail Proses Dan Sub-Sub Modul Relasional modul proses dan aliran data dalam sistem yang akan dikembangkan dideskripsikan dalam bentuk Data Flow Diagram (DFD). Sistem memiliki batas tepi (boundaries) yang memisahkan proses internal dengan entitas luar yang berinteraksi dengannya [3]. Entitas luar terkait sebagaimana digambarkan dalam diagram konteks di bawah ini ialah Operator, Stakeholders, BMKG server, GFZ Jerman server, IRIS/USGS server, JISView, Atomic Clock Server. Entitas operator berperan sebagai pengendali dan supervisi sistem. Operator memiliki hak untuk mengatur konfigurasi sistem, menyeleksi jaringan sensor yang akan dimuat, melakukan analisa manual event gempabumi dan mendapatkan informasi dini gempabumi. Stakeholders merupakan entitas muara atau output sistem. Stakeholders merupakan target diseminasi informasi dini gempabumi. Operator berkewajiban untuk mendaftarkan nomor kontak stakeholder ke dalam modul diseminasi agar stakeholder tersebut bisa mendapatkan SMS informasi dini gempabumi.Entitas BMKG server, GFZ server dan IRIS/USGS server berperan menyediakan akses data baik melalui protokol Seedlink maupun Arclink melalui jaringan publik (internet). Sistem monitoring waveform harus memiliki referensi pewaktuan global. Sistem didesain untuk dapat melakukan sinkronisasi waktu

secara periodik dengan entitas server jam atom (Atomic Clock Server) melalui internet. Sistem menangkap time pulse periode 1 detik yang dikirim dari server jam atom melalui socket TCP/IP dengan menggunakan protokol SNTP (Simple Network Time Protocol). Sistem informasi dini gempabumi terdiri dari 10 buah modul yang berinteraksi dan memiliki fungsi proses saling terkait. Relasional modulmodul tersebut digambarkan pada Bagan Berjenjang SMG dan DFD Level 0 seperti Gambar 2 dan Gambar 3. a.

Modul MSeed Translator Modul ini berperan untuk mentranslasikan setiap packet MSeed 512 bytes yang dikirim kepadanya menjadi rangkaian rawdata dan metadata ASCII (teks). Sementara ini, Modul MSeed Translator hanya mendukung tipe kompresi MSeed dengan algoritma STEIM-2. Hasil translasi selanjutnya dikirim ke modul WaveformPlot untuk diproses lebih lanjut dan ditampilkan dalam bentuk grafis.

b.

Modul Offline Mseed File Loader Modul ini berperan untuk menyediakan antar muka (interface) bagi operator untuk membuka sebuah file single maupun multi fileMSeed. Modul ini membaca fileMseed sebagai sebuah kumpulan paket binary dan memecahnya menjadi paket-paket kecil berukuran 512 bytes. Setiap paket tersebut 164


selanjutnya dikirim ke modul MSeed Translator untuk ditranslasikan. c.

Arclinkserver melalui socket Winsock TCP/IP. Modul ini memproses permintaan data baik waveform, inventory maupun respon ke Arclinkserver. Waveform yang di-request melalui Arclink adalah waveform yang bersifat lampau (non real-time) [5] dan telah diarsipkan pada server tersebut.

Modul SeedLink Near Real-Time Stream Modul ini memiliki fungsi utama untuk melakukan komunikasi dengan Seedlink server melalui socket Winsock TCP/IP. Modul ini memproses sensor atau channel mana saja yang akan di-request ke server dengan menyediakan interface bagi operator yang berupa peta jaringan dan informasi spasialnya. Operator berinteraksi dengan memberikan input daftar sensor/channel yang dikehendaki akan dimuat waveform-nya. Operator dapat memilih tampilan jaringan sensor pada peta sesuai dengan jaringan yang menjadi otoritas server tertentu. Jaringan (Network) dan Channel yang telah dipilih selanjutnya oleh sistem didaftarkan ke dalam sebuah fileSession.

Prinsip kerja protokol Arclink pada modul ini mirip dengan protokol Seedlink yaitu terdiri dari Modifier Command dan Action Command [5]. Action Command yang dikirim menandakan bahwa socket telah siap menerima packet kiriman dari server Arclink. Perbedaannya, pada Seedlink, tipe paket yang diterima merupakan paket MSeed (waveform), sedangkan pada Arclink dapat berupa paket MSeed (waveform), XML (inventory) maupun string ASCII (Response). Setiap paket yang tiba diproses sesuai tipe paketnya masing-masing. Paket MSeed selanjutnya dikirim ke MSeed Translator untuk ditranslasikan. Paket XML Inventory diekstrak dengan XML Translator kemudian diarsipkan ke dalam database Inventory. Paket string ASCII Response langsung disimpan ke dalam database Response.

Fitur tambahan pada interface ini, yaitu operator dapat meminta sistem untuk mengupdate database inventory jaringan sensor dan mensinkronisasikannya dengan server tertentu melalui protokol Arclink. List Channel dan Network yang telah dimuat pada fileSession selanjutnya diakses dan diproses menjadi sebuah Modifier Command dan selanjutnya dikirim ke Seedlink server. ActionCommand dikirim sebagai penutup dari semua Modifier Command yang menandakan socket Winsock TCP/IP sistem telah siap menerima kiriman stream paket data dari server. Setiap paket MSeed yang tiba pada socket berukuran kelipatan 520 bytes (5 bytes Sequence ID Header + 512 MSeed Data) [4]. Paket MSeed tersebut selanjutnya dikirim ke MSeed Translator untuk ditranslasikan. Disamping itu pula modul membentuk buffer internal yang mengarsipkan paket MSeed tersebut sesuai dengan channel-nya masing-masing. d.

Modul ArcLink Archive Data Loader Modul ini memiliki fungsi utama untuk melakukan komunikasi dengan

e.

Modul Playback Data Modul ini merupakan fitur yang dimiliki sistem untuk melakukan playback data atau pemuatan ulang data dari arsip buffer internal maupun arsip online melalui Arclink. Operator dapat melakukan analisa ulang bagi event yang terekam pada waveform.

f.

Modul Waveform Plot Modul ini merupakan modul utama yang menjadi visual interface bagi operator. Modul ini mengolah paket MSeed yang telah ditranslasikan ke dalam bentuk string ASCII Rawdata dan metadata menjadi visual grafis waveform. Paket MSeed tersebut diselaraskan dengan waktu sistem dan dikelompokkan ke dalam sebuah buffer temporary sesuai dengan grup channel-nya masing-masing. 165


Modul ini sebagai sebuah Graphical User Interface (GUI) utama bagi operator menyediakan panel-panel konfigurasi dan kontrol sistem, diantaranya adalah panel fungsi disablechannel dan update response.

Modul ini berfungsi untuk melakukan scanning pada streamwaveform dan menangkap setiap setiap event gempabumi yang termuat pada waveform tersebut dengan algoritma STA/LTA trigger. Setiap impulse trigger dari masing-masing channel dicatat sebagai arrival time gelombang P dan dideteksi orientasi polaritasnya.

Panel fungsi disable channel berfungsi untuk menseleksi ulang channel-channel yang ditampilkan pada grafis. Sistem akan membuang channel yang tidak diinginkan dengan mengubah struktur daftar channel pada filesession. Modul ini selanjutnya akan memerintahkan Modul Seedlink Near Real-Time Stream untuk melakukan reset atau koneksi ulang. Panel fungsi update response berfungsi untuk mensinkronisasikan ulang database response channel ke Arclinkserver. Sinkronisasi respon channel sangat penting untuk menjamin validitas respon channel yang sangat berperan terhadap ketepatan perhitungan magnitudo. g.

Modul Global Timing Modul ini berfungsi untuk menyediakan fitur untuk melakukan sinkronisasi waktu sistem dengan server jam atom melalui internet secara periodik. Operator menetapkan rentang periodik waktu sinkronisasinya. Protokol sinkronisasi yang digunakan menggunakan protokol SNTP (Simple Network Time Protokol). SNTP menghubungkan sistem sebagai client dengan server melalui socket Winsock TCP/IP. Time Pulse yang dikirim memiliki ketepatan dengan orde 1 detik [6].

h.

Modul Signal Processing Waveform yang memiliki tingkat noise tinggi berpotensi untuk mengurangi kemampuan sistem untuk menangkap sebuah kejadian gempabumi yang termuat pada waveform tersebut. Modul Signal Processing berfungsi untuk mengkondisikan waveform dengan membatasi atau memfilter waveform pada band frekuensi tertentu. Tujuannya untuk mereduksi noise agar sinyal gempabumi lebih mudah terdeteksi dan dianalisa.

i.

Modul Auto Locating

Arrival time gelombang P selanjutnya diproses untuk mendapatkan parameter origin time, koordinat lokasi dan kedalaman. Jarak episenter dihitung pula terhadap masing-masing sensor/channel sebagai penentu tipe magnitudo yang akan dikenakan pada masing-masing channel tersebut. Amplitudo maksimum diambil sesuai dengan tipe magnitudo dari channel tersebut. Amplitudo maksimum yang masih berupa bilangan ADC (Count) perlu diselaraskan dengan respons sensor/channel untuk mendapatkan nilai ground motionnya [7]. Variabel jarak dan amplitudo maksimum menjadi input dalam perhitungan magnitudo. Orientasi polaritas selanjutnya dihitung parameter bidang sesarnya (focal mechanism) dengan metode impulse pertama gelompang P [3]. Hasil perhitungan tersebut selanjutnya dikirim ke entitas luar JISView untuk diproses lebih lanjut. Setiap parameter gempabumi yang baru terbentuk akan disimpan ke dalam database parameter gempabumi dan selanjutnya dijadikan sebagai pemicu alarm peringatan gempabumi. j.

Modul Disemination Modul ini berfungsi untuk mendiseminasikan informasi dini gempabumi melalui media SMS. Setiap alarm peringatan gempabumi yang masuk ke dalam modul ini akan diteruskan oleh SMS Gateway untuk di-broadcast sebagai SMS kepada masing-masing penerima (recipient). Operator memiliki otoritas untuk melakukan manipulasi data (rekam, ubah, hapus) penerima. Dengan kata lain, operator berwenang menentukan siapa saja 166


yang

bisa

menerima

SMS

informasi

gempabumi.

167

Gambar 2. Bagan Berjenjang Sistem Monitoring Gempabumi


Gambar 2. Bagan Berjenjang Sistem Monitoring Gempabumi

168


Gambar 3. DFD Level 0

Gambar 3. DFD Level 0

169


KESIMPULAN Telah dikembangkan rancang bangun (desain) sistem monitoring gempabumi dengan mengintegrasikan JISView dengan sistem penentuan lokasi gempabumi secara otomatis. Sistem monitoring ini dirancang untuk menerima data stream dari stasiun InaTEWS dan melakukan picking otomatis. Selanjutnya hasil picking ini digunakan untuk menentukan lokasi dan mekanisme sumber gempabumi. Sistem ini diharapkan dapat digunakan untuk mendukung kegiatan operasional di stasiun geofisika. DAFTAR PUSTAKA [1] Fauzi. (2009). InaTEWS - Indonesian Tsunami Early Warning System, Early Warning System for Risk Reduction Case Study: West Sumatra. Bukit Tinggi : International Symposium on Earthquake and Precursor. [2] Arifin, J. (2012). Rancang Bangun Sistem Informasi Geografis Pemodelan Focal Mechanism Gempabumi di Wilayah Indonesia. Denpasar : Tugas Akhir. Universitas Udayana.

[3] GFZ, GEOFON. (2006). SeisComP 2.5 : Configuration Manual. ftp://ftp.gfzpostdam.de/home/st/GEOFON/softwar e/SeiscomP. 20 Januari 2013. [4] Mariotti, M. (2006). A White Paper about MiniSEED for LISS and data compression using Steim1 and Steim2. Perugia : Norwegian National Seismic Network Technical Report No. 20. [5] GFZ, GEOFON. (2011). Arclink and its Application. Http://seiscomp3.org/Fraw-attachment/ wiki/FSC3UG2011/programme, 20 Januari 2013. [6] Mills, D. (2006). Simple Network Time Protocol (SNTP) version 4 for IPv4, IPv6 and OSI. Newark : University of Delaware. [7] Havskov, J. Alguacil, G. (2002). Instrumentation in Earthquake Seismology. Institute of Solid Earth Physics, University of Bergen Norway & Instituto Andaluz de Geofisica University of Granada Spain.

DISKUSI 1. Bambang SP: Bagaimana perbandingan hasil software JISview dengan software lain?  Pada tahun 2011 sudah pernah dilakukan kajian untuk membandingkan hasil software JISview dengan hasil BMKG dan USGS dimana hasilnya secara umum sama. Di tahun 2012 juga melakukan perbandingan tersebut di beberapa stasiun tempat ujicoba dengan hasil yang cukup memuaskan. 2. Taufik Gunawan: Perlu adanya kajian-kajian ilmiah terhadap sistem yang dibangun  Memang perlu kajian ilmiah yang lebih mendalam, bisa dengan membuat forum diskusi untuk mengkaji lebih dalam lagi. Beberapa kegiatan verifikasi data keluaran software Jisview dengan data-data hasil software-software lain juga merupakan salah satu kajian ilmiah terhadap sistem ini. Untuk pembangunan sistem monitoring gempabumi ini masih dalam proses pengembangan dengan terus melakukan perbaikan dari kekurangan-kekurangan yang ditemukan. Yang terpenting adalah terus mendukung dan memperbaiki sistem tersebut. Apa bedanya focal mechanism dengan parameter gempabumi keluaran sistem?  Pada awalnya softwareJISview dirancang untuk menentukan focal mechanism, dalam perkembangannya sofware ini juga ditambah fungsi untuk menentukan parameter kegempaan yang berupa origin time, episenter dan magnitud dari gempa yang terjadi, baik secara otomatis maupun manual.

170

Prosiding Seminar Tahunan Hasil-Hasil Penelitian dan Pengembangan Puslitbang BMKG Tahun 2012 ISBN :

Recommend Documents