SISTEM KONTROL KONDISI PERALATAN SEISMOGRAPH JARINGAN INATEWS Oleh : Bidang Instrumentasi Rekayasa dan Kalibrasi Peralatan Geofisika
I. PENDAHULUAN Indonesia terletak didaerah yang memiliki resiko bencana gempa bumi tektonik yang tinggi. BMKG sebagai institusi di Indonesia yang berwenang untuk memberikan informasi tentang kejadian gempa bumi. Saat ini BMKG telah memiliki 164 seismograph yang dipasang diseluruh wilayah Indonesia yang merupakan bagian dalam jaringan Seismik InaTews ( Indonesia Tsunami early warning system ). Banyaknya sensor yang dipasang memudahkan dalam prosesing data seismograph untuk memberikan informasi kejadian gempa bumi yang diberikan kepada masyarakat dalam waktu yang cepat tepat dan akurat.
LIBRA JISNET
: 104 Stasiun : 19 Stasiun
GFZ (Jerman) : 21 Stasiun. CEA (China)
: 11 Stasiun
CTBTO
: 6 Stasiun
Gambar1. Peta distribusi peralatan Seismograph
Untuk memberikan jaminan data yang cepat tepat dan akurat tersebut, pemerintah melalui UU 31 pasal 48 menyatakan bahwa setiap peralatan pengamatan yang dioperasikan di stasiun pengamatan wajib laik operasi dan kelaikan operasi tersebut terjamin dengan dilaksanakannya kegiatan antara lain kalibrasi peralatan secara berkala. Melalui peraturan Kepala BMKG Kep.01 tahun 2012 tentang tupoksi bidang instrumentasi rekayasa dan kalibrasi peralatan geofisika diberikan tugas untuk melakukan inventarisasi, monitoring dan evaluasi peralatan geofisika dan alat pendukungnya, serta melakukan kalibrasi peralatan geofisika secara rutin. Alat pemantau Gempabumi dan Tsunami yang ditempatkan diseluruh wilayah Indonesian, yang terdiri dari 109 stasiun Libra, 17 Stasiun Jisnet (Japan), 21 stasiun GFZ (German), 6 stasiun CTBTO, dan 11 stasiun CEA (China). Konfigurasi peralatan yang digunakan adalah seismometer broadband, accelerometer dan digitizer 24 bit dengan menggunakan komunikasi satelit untuk mengirim data ke BMKG pusat. Kegiatan monitoring dilakukan
untuk mengetahui karakter sinyal seismograph
sehingga dapat diketahui kondisi- kondisi sebagai berikut ; kondisi peralatan akibat gangguan teknis pada seismometer/digitizer, tingkat noise lingkungan sekitar stasiun pemantauan akibat aktifitas masyarakat, kesalahan installasi, kesalahan metadata, kalibrasi alat, dan kontinuitas data yang terkirim ke server pusat. Peterson 1993, telah membuat baseline model background noise pada jaringan seismology global. Badan Survey Geology Amerika (USGS) telah mengunakan metode analisi spectral untuk mengetahui kondisi peralatan pada jaringan seismometer yang dipasangnya (McNamara and Buland, 2009). Pada monitoring ini dilakukan analisa fungsi kerapatan distribusi Probabilitas (PDF) dari Power Spectral Densities (PSD) untuk masing masing stasiun pemantauan.
II. METODOLOGI Untuk menganalisa kondisi peralatan seismograph melalui analisis spectrum, pertama dilakukan perhitungan Power Spectral Density (PSD) dari data seismik yang ada pada seedlink server secara detail alur pengolahan data dijelaskan pada diagram dibawah ini.
Gambar 2. Diagram Alur Prosesing SQLX Data dalam format Standard for the Exchange of Earthquake Data (SEED) dari seluruh stasiun yang terkumpul pada SeedLink server ditambahkan dengan data Respons Instrument kemudian ditransformasi dengan Fast Fourier Transform (FFT) menjadi PSD, dalam algorithma yang ditulis oleh McNamara and Buland (2004). Rekaman kontinus wave seismik dri masih masih chanel kemudian di transformasi dengan interval sample 10 menit, kemudian bergerak dengan lebar window 240 detik dan overlap 75% dan cosine-taper 10%. Kemudian power spectral density dikomparasi dengan standar model noise untuk batas bawah (NLNM) dan batas atas model (NHNM) (Peterson, 1993).
Gambar 3. Algorithma Power Spectral Density Proses PSD diulang dalam 13 segment untuk data 1 jam.Untuk memperkirakan variasi noise dari masing masing chanel dari stasiun yang diamanti kemudian dilakukan perhitungan statistik dalam fungsi kerapatan probabilitas dari banyaknya PSD yang dihasilkan
Gambar 4. Pola karakter wave form seismik dalam PSD Karakter sinyal seismik yang terrekam oleh seismometer akan terlihat berbeda-beda dalam pada PSD sesuai dengan variasi frequnecy yang diberikan. Pada gambar diatas
dapat dijelaskan bahwa pola sinyal pulsa kalibrasi, gaps data/kekosongan data, auto mass center, dan sinyal noise alamiah serta sinyal gempa dekat dan gempa jauh, dapat digambarkan dalam variasi dan tingkat noise yang berbeda-beda. Sehingga bila seismograph mengalami kondisi tertentu dapat dengan mudah kelihat dalam PSD. III. DATA DAN PEMBAHASAN Jaringan Seismik InaTews menggunakan peralatan seismometer jenis broadband tiga komponen dan jaringan accelerometer dari berbagai tipe dan merk yang tersebar diseluruh wilayah Indonesia .
Gambar 5. Jenis seismograph yang digunakan dalam jarinagn InaTews Dari hasil monitoring selama 3 (tiga) bulan sejak Oktober s/d Desember 2014 dapat diketahui berbagai kondisi peralatan seismograph yang terpasang diseluruh stasiun pemantau gempa bumi dalam jaringan InaTews
1.
Kondisi peralatan akibat kerusakan pada power supply
Pada spectrum terlihat banyaknya sinyal diluar batas Peterson Model, dan pada wave form terlihat banyak tanda kuning, yang menandakan bahwa pada waktu tertentu tidak ada data yang terkirim (Gaps). Dan terlihat pada jendela ketersediaan data, bahwa dari jam 11 UTC – 23 UTC tidak ada data kemungkinan karena alat mati akibat tidak adanya supply power pada malam hari. 2.
Kondisi peralatan akibat kerusakan pada digitizer atau sensor
Spectrum dari ketiga komponen tampak tidak sesuai dengan pola Peterson model, kemungkinan ada kerusakan pada bagian digitizer atau seismometer
3.
Kondisi Peralatan akibat variasi suhu diruang sensor
(a)
(b)
Variasi suhu antara siang dan malam hari dilokasi stasiun terkadang dapat berubah secara drastis sehingga bila penutup/cover seismometer tidak baik, variasi suhu tersebut dapat terrekam oleh seismometer, variasi tersebut terlihat dari spectrum pada frequency rendah. 4.
Kondisi peralatan akibat gangguan aktifitas disekitar tempat sensor
Pada spectrum terlihat frequency diatas 1 hz berada diluar batas atas Peterson model, hal tersebut kemungkinan aktibat aktifitas lingkungan disekitar tempat
sensor yang tinggi, akibat kendaraan dan aktifitas bandara, hal tersebut dapat dilihat dari peta situasi disekitar tempat sensor.
5.
Kondisi perlatan akibat kesalahan metadata
Pada spectrum terlihat bahwa frequency dibawah 1 Hz berada dibawah batas bawah Peterson model sedangkan pada frequency diatas 1 Hz berada diatas batas atas Peterson model, hal ini disebakan adanya kesalahan metadata pada informasi respons sensor dari alat dan yang tersimpan pada server metadata tidak sama.
Dari kondisi peralatan tersebut maka perlu dilakukan penilaian kondisi peralatan tersebut selanjutnya dapat digunakan atau tidak untuk pemantauan gempa bumi pada jaringan InaTews.
Tabel 1. Kategori Penilaian Kondisi Peralatan : Kode Kondisi Warna Baik
Definisi Stasiun ini dapat digunakan untuk monitoring InaTews
Penjelasan • • • • •
Sedang
Stasiun ini masih dapat digunakan untuk monitoring InaTews, namun ada kendala teknis pada chanel horisontal
• • • • •
Rusak
Stasiun ini tidak dapat digunakan karena semua chanel ada kerusakan
• • • • •
Kesalahan Metadata
Mati
Stasiun ini masih dapat digunakan untuk monitoring InaTews, namun ada kesalahan metadata
•
Stasiun ini tidak dapat digunakan karena tidak tersedia data di server
•
• • •
•
Primary dan Secondary macroseismic peak terlihat jelas pada semua chanel Spectrum pada batasan peterson model RMS < 10,000 count per hari. Amplitudo max/min seimbang waktu GPS akurat
Primary dan Secondary macroseismic peak terlihat jelas pada chanel vertikal saja Spectrum tidak pada batasan peterson model RMS > 10,000 count per hari. Amplitudo max/min tidak seimbang waktu GPS tidak akurat Primary dan Secondary macroseismic peak tidak terlihat jelas pada semua chanel Spectrum tidak pada batasan peterson model RMS > 10,000 count per hari. Amplitudo max/min tidak seimbang waktu GPS tidak akurat Primary dan Secondary macroseismic peak terlihat jelas pada semua chanel tapi berada pada batas bawah atau batas atas dari peterson model RMS < 10,000 count per hari. Amplitudo max/min seimbang waktu GPS akurat Tidak tersedia data pada Seedlink server sama sekali Alat mati lebih dari 10 hari dan seterusnya.
IV. KESIMPULAN 1. Untuk mendapatkan hasil analisa kegempaan yang tepat dan akurat diperlukan peralatan yang terpeliharan baik dan laik operasi, dengan jaminan kalibrasi secara berkala. 2. Untuk mengetahui kondisi peralatan seismograph diperlukan monitoring dan evaluasi kondisi peralatan. 3. Analisa spektrum dari data seismograph yang terrekam dapat digunakan untuk mengetahui kondisi peralatan .
V. DAFTAR PUSTAKA 1. McNamara, D.E. and R.P. Buland, Ambient Noise Levels in the Continental United States, Bull. Seism. Soc. Am., 94,4,1517-1527, 2004. 2. Peterson, Observation and modeling of seismic background noise, U.S. Geol. Surv. Tech. Rept., 93-322, 94p. 1993.
