Waktu dan Lokasi Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan dari bulan Desember 2012 hingga Agustus 2013 yang meliputi tahapan persiapan, pengambilan data lapangan, pengolahan dan analisis data hingga penulisan tesis. Pengambilan data lapangan berlokasi di Pulau Panggang, Pulau Karangberas dan gugus karang Pramuka, Kepulauan Seribu (Gambar 7). Pengolahan dan analisis data dilaksanakan di Laboratorium Akustik dan Instrumentasi Kelautan, Departemen Ilmu dan Teknologi Kelautan, FPIK-IPB.
Alat dan Bahan Penelitian
Alat dan bahan yang digunakan untuk pengambilan data lapangan, baik yang digunakan pada observasi visual maupun pada perekaman data akustik disajikan pada Tabel 1. Spesifikasi echosounder single beam yang digunakan untuk perekaman data akustik pada Tabel 2. Adapun gambar dan ukuran dimensi transduser yang digunakan dapat dilihat pada Lampiran 1.
Gambar 7 Lokasi penelitian
Tabel 1 Alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian
Alat dan bahan Tipe Kegunaan
Echosounder Single beam, Scientific
Echosounder (CruzPro PcFF80)
Perekaman data akustik karang dan pasir
Laptop HP dan Compaq Perekaman, penyimpanan,
pemrosesan dan pengolahan data perekaman akustik
Global Positioning System (GPS)
Garmin Penentuan posisi dalam
pengambilan data
Alat penyelaman SCUBA/snorkeling Alat bantu observasi visual
dan klasifikasi jenis karang
Underwater camera Canon Dokumentasi penelitian
Meteran/transek - Pemasangan transduser,
pengukuran luas permukaan karang
Kapal Kapal nelayan Sarana atau tempat
pemasangan alat survei akustik
43
Tabel 2 Spesifikasi echosoundersingle beam CruzPro PcFF80
Spesifikasi Besaran
Tipe transduser THDT-5 Long Stem Bronze Thru Hull
Transducer
Frekuensi transduser Dual frekuensi, 50 kHz dan 200 kHz
Operating voltase 9.5 to 16.0 VDC, 0.05 amps nominal, 4.7 amps
peak at max power
Output power 2560 watts peak-to-peak (320W RMS)
24KW DSP processed power (3200 WRMS)
Kedalaman 1000 feet atau lebih (200 kHz)
1500 feet atau lebih (50 kHz)
Temperatur 0 to 50 oC ( 32 to 122 oF)
Kotak interface 100 x 80 x 50 mm (4 x 3.2 x 2 inch).
Powder Coated Aluminum Extrusion
Interface RS-232, 115 KBaud, serial data and USB
Source level 163 dB (200 kHz), 156 dB(50 kHz)
Receiving sensitivity -185 dB (200 kHz), -173 dB(50 kHz)
Beam width 11o (200 kHz), 45o (50 kHz)
Diameter transduser 6 cm
Sumber: Cruzpro 2005
Metode Pengambilan Data
Pengambilan data pada penelitian ini dilaksanakan dengan dua cara, yaitu dengan observasi visual (pengamatan langsung) dan menggunakan metode akustik. Pengambilan data dengan kedua metode tersebut dilakukan secara
stasioner (stasiun tetap). Kriteria penentuan titik stasiun pengambilan data yaitu dengan menitik-beratkan pada tipe karang yang memiliki tutupan permukaan yang tinggi (homogen) untuk tiap tipe karang.
Observasi Visual
Observai visual dilakukan untuk menentukan lokasi atau titik stasiun pengambilan data substrat yang menjadi objek penelitian. Tujuan observasi visual adalah untuk mengidentifikasi tipe karang, pengukuran luasan tutupan permukaan karang dan pengambilan dokumentasi karang dengan menggunakan underwater camera. Hasil observasi visual nantinya akan digunakan untuk memvalidasi data yang diperoleh dengan metode akustik. Observasi visual akan dilakukan dengan cara penyelaman SCUBA atau snorkeling pada stasiun pengamatan sebelum proses pengambilan data akustik.
Perekaman Data Akustik
Alat yang digunakan untuk perekaman data akustik adalah echosounder single beam CruzPro PcFF80 dengan tipe transduser THDT-5 Long Stem Bronze Thru Hull yang digunakan sebagai alat proses sounding dasar perairan untuk mengidentifikasi pantulan tiap tipe substrat dasar perairan (karang dan pasir). 15
Sebelum melakukan proses sounding akustik, terlebih dahulu dilakukan proses setingan alat (Tabel 3). Prinsip kerja instrumen ini adalah pemancaran gelombang suara melalui transmitting transducer ke dasar perairan dan echo pantulan dari dasar perairan akan diterima oleh receiver transducer. Transmitter power yang digunakan pada saat pengambilan data akustik adalah 320 watt. Instrumen CruzPro PcFF80 dilengkapi dengan dual frekuensi dan digunakan secara bergantian untuk perekaman data akustik yang bertujuan untuk melihat respon pantulan akustik setiap target.
Tabel 3 Parameter dan setingan alat CruzPro PcFF80 pada saat perekaman data akustik
Parameter Nilai
Frekuensi yang digunakan 200 kHz 50 kHz
Transmitter power (W) 320 320 Near field (m) 0.47 0.12 Kecepatan suara (m/s) 1516 1516 Durasi pulsa (ms) 0.4 0.1 Ping rate (s) 0.334 0.334 Surface gain 110 110 Change rate 240 240 Amplifier gain (dB) -20.83 -20.83 TS sphere (dB) -42.43 -
Proses pengambilan data akustik dilakukan dengan mengarahkan transduser pada setiap tipe karang dan substrat yang menjadi target dalam penelitian yang sebelumnya telah ditandai pada saat observasi visual pada tiap stasiun pengamatan. Transduser ditempatkan pada sebuah rangka yang terbuat dari pipa paralon untuk memudahkan perekaman data dan untuk menghindarkan transduser dari pengaruh gelombang (Lampiran 2). Metode ini dapat lebih efektif dan efisien bila dibandingkan dengan menempatkan transduser di sisi kapal untuk pengambilan data secara stasioner. Pada saat perekaman data, posisi orientasi transduser adalah downward looking (90o) atau secara vertikal tegak lurus terhadap target (terumbu karang). Proses perekaman data akustik dilakukan selama 10 menit pada tiap tipe karang. Data hasil perekaman akustik selanjutnya disimpan dalam hard disk dan posisi pengambilan setiap target dicatat menggunakan GPS (Global Positioning System). Diagram alir proses perekaman data akustik dapat dilihat pada Gambar 8.
45
Gambar 8 Diagram alir proses perekaman data akustik menggunakan Cruzpro PcFF80
Pemrosesan dan Analisis Data Akustik
Pemrosesan sinyal hasil perekaman akustik dilakukan menggunakan perangkat lunak Misrosoft Excel dan Matlab R2010a. Data yang diperoleh dalam bentuk raw data (data mentah) selanjutnya diekstrak dengan menggunakan perangkat lunak Microsoft Excel. Nilai-nilai amplitudo yang dihasilkan menggambarkan kekuatan echo atau gelombang suara yang dipantulkan oleh karang dan pasir. Nilai-nilai amplitudo tersebut kemudian disimpan dalam format *txt dan ditampilkan pada Matlab melalui workspace Matlab untuk pengolahan data selanjutnya. Pengolahan data pada program Matlab dilakukan dengan menggunakan sintax program (Lampiran 3). Echo pantulan dapat ditampilkan dalam bentuk echogram dan echo envelope untuk melihat pola perambatan sinyal akustik pada tiap tipe karang dan pasir. Satuan dasar pencuplikan (Elementary Sampling Unit, ESU) yang digunakan pada proses pengolahan data untuk mengetahui nilai pantulan akustik tiap tipe karang adalah berdasarkan waktu perekaman selama 5 detik.
………..…..………..…... (2)
Surface Backscattering Strength (SS)
Proses kuantifikasi sinyal echo pantulan karang dan substrat pasir dilakukan untuk menghasilkan data berdasarkan nilai rata-rata yang diperoleh dengan tujuan untuk membedakan pantulan echo dari berbagai tipe karang dan substrat. Pada penelitian ini, nilai yang diperoleh (peak intensity atau nilai maksimum) dianggap sebagai nilai surface backscattering strength (SS) yang dihasilkan oleh permukaan tiap tipe karang dan substrat. Proses kuantifikasi dilakukan dengan mengadopsi persamaan yang digunakan oleh Chakraborty et al. 2007; Haris et al. 2012:
SS [dB] = –RS–SL + VR–AVG + AG + 40log10R + 2αR– 10log10A….... (1) Dimana,
RS = Receiving Sensitivity (dB)
SL = Source Level (dB)
VG = Amplitudo (dB)
AVG = Array Voltase Gain (dB)
AG = Amplifier Gain (dB)
α = Koefisien absorpsi (dBkm-1)
R = Jarak target ke transduser (m)
A = Beam-insonified area (m2)
Koefisien absorpsi (α) dapat diperoleh dengan menggunakan persamaan berikut (Francois dan Garrison 1982 dalam MacLennan dan Simmonds 2005):
�=�1�1�1�2 �2 +�12 +�2�2�2�2 �2 +�22 + A3�3�2 Dimana,
A1, P1, f1 = Komponen asam boric di air laut
A1 = (8.86/c)10(0.7pH-5)
P1 = 1
f1 = 2.8(S/35)0.510[4-1245/(T+273)]
A2, P2, f2 = Komponen magnesium sulfate di air laut
A2 = 21.44(S/c)(1+0.025T)
P2 = 1 – 1.37 x 10-4z + 6.2 x 10-9z2
f2 = 8.17 x 10[8-1990/(T+273)] / [1 + 0.0018(S-35)
A3, P3, f3 = Komponen viskositas untuk T > 20 oC
A3 = 3.964 x 10-4 – 1.146 x 10-5T + 1.45 x 10-7T2– 6 .5 x 10-10T3 P3 = 1 – 3.83 x 10-5z + 4.9 x 10-10z2 S = Salinitas (ppt) c = Kecepatan suara (m/s) T = Temperatur/suhu (oC) z = Kedalaman (m) f = Frekuensi (kHz)
Parameter perairan seperti salinitas dan pH diperoleh dari data sekunder hasil penelitian Sanchoemar (2008), sedangkan suhu dan kecepatan suara diperoleh berdasarkan hasil pendeteksian transduser.
47
………...……….………...……….….….…. (5) ………..………..…..……..……... (4)
………...……….…. (6) Pada penelitian ini, posisi orientasi transduser terhadap target adalah
normal incident atau secara vertikal tegak lurus, sehingga untuk mengetahui nilai
beam-insonified area (A) pada normal incident dapat diperoleh dengan menggunakan persamaan:
A= π (R tan(θ))2………...…….…………..………..… (3)
Volume Backscattering Strength (SV)
Selain nilai surface backscattering strength (SS), juga dapat dihasilkan nilai volume backscattering strength (SV) dapat diturunkan dari nilai surface backscattering strength (SS). Dalam proses membedakan echo dari beberapa tipe karang maka dilakukan dengan kuantifikasi sinyal gema untuk menghasilkan suatu data berdasarkan nilai rata-rata yang diperoleh. Nilai SV dari tipe karang di ekstrak dari pantulan pertama (E1) yang mengindikasikan tingkat kekasaran (roughness) dan pantulan kedua (E2) yang mengindikasikan tingkat kekerasan (hardness). Nilai SV diperoleh dengan menghubungkan nilai surface backscattering coefficient (Ss) dan bottom volume backscattering coefficient (Sv) sesuai persamaan (Manik et al. 2006):
��= ��� � ��2
Dimana,
Φ = Instantaneous equivalent beam angle for surface scattering
Ψ = Equivalent beam angle for volume scattering c = Kecepatan suara
τ = Panjang pulsa
Pada puncak echo dasar perairan, nilai integrasi Ψ ≈ Φ sehingga persamaan (4) menjadi: ��= �� ��2 �� dB =�� −10log10 �� 2 Analisis Statistik
Uji Ragam Pantulan Akustik
Analisis atau uji ragam digunakan untuk menyelidiki hubungan antara variabel respons (dependen) dengan satu atau beberapa variabel prediktor (independen) atau untuk menguji rataan populasi. Uji ragam digunakan untuk menguji k buah rataan populasi (k > 2). Uji ragam pada penelitian ini bertujuan untuk melihat keragaman nilai rata-rata surface backscattering strength (SS) dan 19
….……….….… (7)
volume backscattering strength (SV) berupa nilai E1 dan E2 yang diperoleh melalui perekaman dua frekuensi akustik.
Uji ragam yang digunakan pada penelitian ini adalah uji ragam satu arah (one way) dengan menggunakan software SPSS Statistics 17.0. Adapun metode uji keragaman nilai rata-rata antar tipe karang menggunakan pengujian Tukey
HSD (Honestly Significant Difference) dengan selang kepercayaan 0.05 (α = 0.05). Secara matematis, persamaan uji ragam satu arah sebagai berikut:
Dimana,
µ menyatakan rataan keseluruhan (grand mean) dan αi sebagai efek atau pengaruh perlakuan ke-i.
Melalui uji ragam kita dapat mengetahui nilai rata-rata pantulan akustik tiap tipe karang relatif sama atau tidak. Hipotesis yang digunakan adalah:
H0 : 1 = 2=… =k
H1 : sekurang-kurangnya dua nilai rataan yang tidak sama
Klasifikasi E1 dan E2
Metode yang digunakan adalah analisis clustering dan plotting nilai E1 dan E2 untuk menentukan kategori kelas. Analisis clustering dilakukan dengan menggunakan software Minitab 11. Metode clustering yang digunakan adalah
clustering dengan pendekatan hirarki yang bertujuan untuk menentukan tingkat kemiripan nilai volume backscattering strength (SV) antara tipe karang dan substrat berdasarkan nilai rata-rata E1 dan E2 pada tiap frekuensi akustik yang digunakan. Tingkat kemiripan dapat ditentukan dengan menggunakan metode
Euclidean Distance, dimana data yang mirip akan ditempatkan pada hirarki yang berdekatan dan yang tidak mirip pada hirarki yang berjauhan.
Proses selanjutnya adalah mengelompokkan karang dan pasir ke dalam kelas kategori. Tujuannya untuk mencari kombinasi antara tipe karang dan pasir yang akan memaksimalkan perbedaan antara kelas dan meminimalkan variasi dalam kelas. Penentuan kelas kategori didasarkan pada nilai E1 dan E2 serta hasil analisis cluster. Pada penelitian ini, dimana hanya terdapat dua atribut data yang tersedia yaitu nilai E1 dan E2, maka untuk mengelompokkannya dapat dilakukan hanya dengan memplot atau menentukan titik perpotongan tiap pantulan (scatterplot) E1 dan E2 dalam ruang dua dimensi (XY).
0 dan , 1