APLIKASI SPLIT BEAM AKUSTIK ( BEAM TERGAGI AKUSTIK)
UNTUK DETEKSI SINGLE TARGET DAN SCATTERING VOLUME
DALAM PENDUGAAN DENSITAS IKAN DIBIDANG PERIKANAN
OLEH :
TUGAS AKUSTIK PERIKANAN
Sebagai Salah Satu Syarat Kelulusan pada Program Studi Teknologi Kelautan Pada Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan
SEKOLAH PASCA SARJANA
PROGRAM STUDI TEKNOLOGI KELAUTAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
2015
MUHAMMAD ZAINUDDIN LUBIS
C552140121
Menurut MacLennan (1990), pengelolaan sumberdaya perikanan yang baik harus mengontrol jumlah hasil tangkapan dalam hubungannya dengan jumlah stok ikan yang dapat dieksploitasi. Untuk itu diperlukan suatu perkiraan jumlah stok ikan pada saat itu dan teknik survei akustik dapat digunakan dalam memperkirakan kelimpahan ikan pada waktu dan kondisi tertentu.
Penggunaan echosounder dan integrator echo untuk keperluan eksplorasi sumberdaya perikanan dewasa ini berkembang dengan pesat. Peralatan integrator echo bertujuan untuk mendapatkan integrasi sinyal echo. Ketepatan dari metode ini sangat tinggi sehingga dapat diaplikan sebagai penduga kelimpahan ikan di suatu perairan (MacLennan 1990).
Menurut Pujiyati (2008) metode hidroakustik adalah suatu metode pendeteksian bawah air yang menggunakan perangkat akustik, antara lain: echosounder, fish finder, sonar, dan Acoustic Doppler Current Profiler (ADCP).
Gambar 2. Cara Kerja Alat Hidroakustik (Sumber: Widodo 1992)
Menurut MacLennan (1990), pengelolaan sumberdaya perikanan yang baik harus mengontrol jumlah hasil tangkapan dalam hubungannya dengan jumlah stok ikan yang dapat dieksploitasi. Untuk itu diperlukan suatu perkiraan jumlah stok ikan pada saat itu dan teknik survei akustik dapat digunakan dalam memperkirakan kelimpahan ikan pada waktu dan kondisi tertentu.
Penggunaan echosounder dan integrator echo untuk keperluan eksplorasi sumberdaya perikanan dewasa ini berkembang dengan pesat. Peralatan integrator echo bertujuan untuk mendapatkan
integrasi sinyal echo. Ketepatan dari metode ini sangat tinggi sehingga dapat diaplikan sebagai penduga kelimpahan ikan di suatu perairan (MacLennan 1990).
Pendugaan stok ikan dalam perairan yang luas seperti di Indonesia telah banyak diantaranya adalah dengan menggunakan metode akustik. Metode akustik memiliki kecepatan tinggi dalam menduga besarnya stok ikan sehingga memungkinkan memperoleh data secara real time, akurat dan berkecepatan tinggi sehingga dapat memberikan kontribusi yang cukup tinggi bagi penyediaan data dan informasi sumberdaya perikanan (Maclennan dan Simmonds1992).
Pendugaan kelimpahan ikan dengan metode hidroakustik memiliki beberapa keunggulan komperatif seperti estimasi stok dapat dilakukan secara langsung. Memiliki tingkat akurasi dan ketetapan yang sangat tinggi, pendugaan terhadap daerah yang luas dengan waktu yang relative lebih efisien dan singkat (tidak membutuhkan waktu yang banyak).
Split beam echo sounder terdiri dari dua aspek dan sebuah tranducer. Aspek yang pertama yaitu display berwarna beresolusi tinggi untuk menampilkan echogram pada suaru pengamatan dan juga berfungsi sebagai pengontrol dalam pengoperasian echo sounder. Aspek kedua adalah tranciever yang terdiri dari transmitter dan receiver. Echosunder bim terbagi pertama kali dimasukkan kedalam ES 3800 oleh SIMRAD diawal tahun 1980-an dan pada tahun 1985 diperkenalkan kepada nelayan di jepang sebagai alat bantu untuk penangkapan. Tranducer Split beam dibagi menjadi empat kuadran (Foote 1987), dimana pemancaran gelombang dilakukan oleh penggabungan dari empat full beam . Sinyal yang dipantulkan oleh target diterima oleh masing-masing kuadran dan dikumpulkan kembali hingga membentuk full beam. Gilihat dari arah pada kapal split beam terbagi empat(4) yaitu Fore, Aft, Port, dan Starboard. Sedangkan secara prinsip Split Beam terbagi menjadi empat kuadran yakni FP.FS.AP dan AS.
Gambar 2 Bentuk Split Beam dan full beam transducer (MacLennan 1992)
Split beam echo sounder memilki fungsi Time Varied Gain (TVG) di dalam sistem perolehan data akustik TVG ini berfungsi sebagai penghilang atenuasi (Amplifier) baik yang disebabkan oleh geometrical spreading dan absorbs suara ketika merambat kedalam air. Ada dua tipe fungsi TVG yaitu fungsi TVG yang bekerja untuk echo ikan tunggal yang disebut TVG 40 log R dan fungsi untuk kelompok ikan yaitu TVG 20 log R.
Gambar 3 Blok diagram dari penerima split beam echo sounder (Arnaya 1991a)
Gambar 4 Prinsip kerja Split Beam echo sounder pada pendeteksian ikan ( Simrad 1993)
Pada gambar 4 menurut Simrad, ikan A berada tepat diatas axis gain tranducer maksimun, sedangkan ikan B berada di ujung (tepi) beam dimana gain tranducer lebih rendah.
Sehingga echo ikan A akan lebih menghasilkan hambur balik yang kuat dibandingkan echo pada ikan B. Walaupun kedua ikan tersebut berada pada kedalaman yang sama dan berukuran sama. Untuk menentukan ukuran ikan dari echo strength saja tidak cukup, bagaimanapun pengetahuan tentang beam pattern transducer dan posisi ikan di dalam beam sangat penting untuk mengoreksi gain transducer dan menentukan nilai target strength ikan yang sebenarnya.
Gambar 5 Split Beam Prosessor untuk memperoleh perkiraan sudut datang dan factor beam pattern (Ehrenberg 1979)
Sebuah estimasi yang memperoleh perkiraan sudut datang dan faktor beam pattern dalam sinyal akustik dapat diperoleh dengan menggunakan prosessor dari split beam yang ditampilkan pada gambar 5.
Deskripsi Beam TVG Penggunaan Sinyal A+C 40 logR +2 αR Pengukuran fase Split-beam 10 kHz
B+D 40 logR +2 αR Pengukuran fase Split-beam 10 kHz
A+B 40 logR +2 αR Pengukuran fase Split-beam 10 kHz
C+D 40 logR +2 αR Pengukuran fase Split-beam 10 kHz
E 40 logR +2 αR Amplitude Dual Beam, Split Beam terdeteksi
A + B + C + D +E 40 logR +2 αR Integrasi echo terdeteksi
Gambar 6. Diagram dari transducer dual beam / split beam, menunjukkan lokasi dari berbagai segmen yang dijelaskan dalam teks dan bentuk masing-masing beam yang digunakan dalam
penerimaan split beam atau dual beam ( Foote et.al 1988)
Target Strength
Target strength (TS) meruapkan kemampuan dari suatu target untuk memantulkan suara yang mengenainya. Berdasarkan domain yang digunakan, target strength didefenisikan menjadi dua yaitu berupa Intensitas Target Strength (TSi) dan Energi Target Strength (TSe). Targeth strength dapat didefenisikan sebagai logarotma hasil bagi Antara nilai intensitas suara yang datang mengenai target dan dikalikan dengan bilangan sepuluh (10) (Johanesson dan Mitson 1983).
TSi =10 log
……….(1)
TSe =10 log
……….(2)
Keterangan : TSi = Intensitas target strength
Ii = Intensitas suara yang mengenai target Ir = Intensitas suara yang dipantulkan target TSe = Energi Target Strength
Ei = Energi suara yang mengenai target
Er = Energi suara pantulan pada jarak 1 meter dari target
Johanesson dan Mitson (1983) menyatakan bahwa Target strength (TS) merupakan ukuran decibel suara yang dikembalikan oleh target yang diukur pada jarak standart 1 meter dari pusat target akustik berada, relatif terhadap intensitas suara yang mengenai target. Model sederhana untuk menduga back scattering cross section berdasarkan ukuran ikan dikemukanan oleh MacLennan dan Simmonds(1992) :
= ……….(3)
TS = 20 Log L+ ……….(4)
Kemudian Love (1997) memperkenalkan persamaan yang menghubungkan backscattering cross section ( ) , panjang ikan (L) dan panjang gelombang (λ) dengan persamaan sebagai berikut : / = a (dB) dimana a dan b adalah konstanta yang tergantung dari anatomi, ukuran ikan serta panjang gelombang . Persamaan (4) dapat diubah dalam bentuk logaritmik menjadi :
TS = a Log(L) + b Log (f) + ……….(5)
Keterangan : TS = Target strength F = frekuensi suara A, b = Konstanta
Lalu diperoleh kemungkinan rata-rata yang melakukan pengukuran terbaik pada pengukuran target strength terhadap dorsal aspek :
= 19,1 log (L) – 0,9 (f) – 62………(6)
Namun Foote (1987) menerangkan lebih lanjut tentang persamaan yang menunjukkan tidak adanya perbedaan dalam perbandingan hasil dari frekuensi berbeda. Selanjutnya
persamaan Foote (1987) memformulasikan hubungan TS (Target Strength) dengan panjang ikan yaitu :
TS= 20 Log (L) – 68 (dB)………(7)
Konversi nilai target strength menjadi ukuran panjang (L) untuk ikan pelagis digunakan persamaan TS = 20 log L-73,97 (Hannachi et al., 2004) sedangkan untuk ikan demersal digunakan persamaan TS = 21,8 log L-74,9 (Anonimus 2002).
Hubungan target strength dan óbs (backscattering cross-section, ) dihitung berdasarkan atas MacLennan & Simmonds (1992) yaitu:
TS=10 log óbs ... (8)
Persamaan untuk densitas ikan (ñA, ind./ ) adalah:
ñA=sA /óbs ...(9)
Panjang ikan (L) berhubungan dengan óbs yaitu:
óbs=a ... (10)
Hubungan target strength dan L adalah:
TS=20 log L+A ...(11)
di mana:
A = nilai target strength untuk 1 cm panjang ikan (normalized target strength)
Konversi nilai target strength menjadi ukuran panjang (L) untuk ikan pelagis digunakan persamaan: TS = 20 log L-73,97 (Hannachi et al 2004) . Menurut Hile 1936 dalam Effendie 2002, hubungan panjang (L) dan bobot (W) dari suatu
spesies ikan yaitu:
W= ……….(12)
Selain itu Natsir et al. (2005) memiliki persamaan panjang dan bobot untuk mengkonversi panjang dugaan menjadi bobot dugaan adalah sebagai berikut :
Wt=a { ∑ ni(Li+ÄL/2) - (Li-ÄL/2) }/{(b+1)ÄL}} ...(13)
Keterangan :
Wt = bobot total (g)
ÄL = selang kelas panjang (cm)
Li = nilai tengah dari kelas panjang ke-i (cm) Ni = jumlah individu pada kelas ke-i
Faktor-Faktor yang berperan mempengaruhi nilai Target Strength (TS) ikan
Targer Strength secara umum dapat dipengaruhi oleh 3 faktor yaitu factor target itu sendiri, factor lingkungan , dan factor instrument akustik.
Faktor target meliputi ukuran, anatomi ikan, gelembung renang, tingkah laku dari orientasi (Priatna 2011). Faktor-Faktor target tersebut adalah :
1. Ukuran ikan
Terdapat hubungan Antara ukuran ikan dengan nilai TS, tetapi hubungan tersebut sangat bervariasi tergantung kepada spesiesnya. Umumnya untuk spesies ikan, semakin besar ukuran ikan semakin besar nilai TS nya. Hal ini terutama berlaku untuk geometrical region dari grafik hubungan Antara ukuran target dan TS, untuk region , resonance, resonance region dan transition region, kecenderungan hubungan tersebut tidak berlaku (Johanneson dan Mitson 1983). Anatomi seperti kepala, badan , ekor dan sirip memiliki pantulan suara yang berbeda. Demikian juga dengan lambung, usus, hati, tulang , daging dan insang mempunyai berat jenis = (ρ) dan kecepatan suara = (c) yang berbeda sehingga secara akustik akan mempunyai kemampuan memantulkan suara yang berbeda.
2. Gelembung Renang
Secara akustik ikan dan organisme laut dibagi dalam dua kelompok besar, yaitu blader fish ( mempunyai gelembung renang). Ikan-ikan yang mempunyai gelembung renang pada umumnya tidak memiliki TS meksimum tepat pada dorsal aspect , sedangkan ikan yang tidak memiliki gelembung renang dengan nilai maksimum TS umumnya tepat pada dorsal aspect. Nilai TS ikan yang mempunyai gelembung renang (Furusawa 1998). Dengan deformed-cylinder model (DCM) dengan Aproksimasi >5 dan nilai dari Tilt Angle tidak sampai spanjang (<40°) (Sawada et.al 199), sedangkan menurut (Yasuma et.al 2003) hasil sudut yang dihasilkan dari ikan yang memiliki gelembung renang yaitu :
Gambar 7 Geometri Gelembung renang untuk model Soft Spheroid (Yasuma et.al 2003)
3. Tingkah laku / Orientasi ikan
Hasil penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh Nakken dan Olsen (1997) menyatakan bahwa nilai Target Strength (TS) sangat ditentukan oleh orientasi ikan, terutama kemiringan tubuh untuk garis hubung Antara kepala dan ekor. Orientasi ikan akan meliputi tilting, dan rolling beserta yawing. Yawing tidak berpengaruh karena umumnya transducer berbentuk bulat sehingga posisi ikan tidak menimbulkan perubahan sudut jika dilihat dari transducer , untuk Rolling tidak berpengaruh nyata dikarenakan ikan yang mempunyai gelembung renang karena sebagian energy yang dipantulkan berasal dari gelembung renang bukan berasal dari dorsal aspect. Tillting menimbulkan perubahan sudut posisi di transducer baik untuk ikan yang mempunyai gelembung renang maupun tidak ( Arnaya 1991b).
4. Faktor Instrumentasi
Besar Kecilnya nilai factor Beam pattern tergantung dari luasnya transducer akan semakin besar juga sudut beam dari transducer tersebut, begitu juga sebaliknya. Sudut beam yang besar menimbulkan perubahan nilai TS yang besar, utnuk itu lebih baik digunakan beam yang relatif sempit.
Single Target
Pantulan akustik dari ikan dan plankton yang dikembalikan dalam bentuk echo yang dideteksi oleh receiver memiliki daya tarik. Pendugaan biomassa dapat dilihat dari seberapa besar kekuatan target dan bagaimana cara menafsirkannya. TS plankton adalah angka yang menjadi indikasi ukuran dari echo tersebut. Semakin besar nilai echo maka semakin besar energi yang dikembalikan ke receiver oleh target.
Satuan ukuran Standard Internasional (SI) untuk TS dinyatakan dalam bentuk decibel (dB). Decibel adalah bentuk logaritmik dari dari perbandingan atau rasio dua intensitas yang dikarenakan nilai yang terlibat bisa sangat besar atau sangat kecil.
MacLennan dan Simmonds (2005) memformulasikan TS sebagai backscattering cross-section dari target yang mengembalikan sinyal dan dinyatakan dalam persamaan :
TS = 10 log ( σ / 4π ) ... (14)
Maka nilai TS teoritis benda berbentuk bola adalah :
TS = 10 Log ………(15)
Dimana σ = Individu target strength atau kesetaraan backscattering cross-section (σ
bs)
dengan TS yang dinyatakan oleh Burczynski dan Johnson (1986) dengan persamaan :
TS = 10 log σ
bs... (16)
Volume Backscattering Strength (SV)
Volume Backscattering Strength (SV) didefenisikan sebagai rasio antara intensitas yang direfleksikan oleh suatu group single target ( target berada pada suatu volume air tertentu yang diinsonifikasi secara sesaat yang diukur pada jarak 1 m dari aterget dengan intensitas suara yang mengenai target. Pengertian Volume Backscattering Strength (SV) ini memiliki pengertian yang sama dengan target strength untuk target tunggal , sedangkan Volume Backscattering Strength (SV) untuk kelompok ikan.`
Masing-masing individu target merupakan sumber dari reflected sound wave , sehingga output dari integrasi akan proporsional dengan kuantitas ikan dalam kelompok. Metode echo integration yang digunakan untuk mengukur Volume Backscattering Strength (SV) berdasarkan pengukuran total power backscattered pada transducer (Arnaya 1991b)
Volume Backscattering Strength (SV) merupakan rasio antara intensitas yang direfleksikan oleh suatu group single target dimana target berada pada suatu volume air (Lurton 2002). Hal ini mirip dengan definisi TS dimana nilai TS merupakan hasil dari deteksi organisme tunggal sedangkan SV merupakan nilai untuk mendetaksi organisme kelompok. Xie dan Jones (2009) menyatakan SV didefinisikan kedalam persamaan :
SV = 10 log (I
s i/ I) ... (17)
Keterangan : I
s = Intensitas scattering volume yang diukur 1 m dari pusat gelombang akustik.
I
i = Intensitas scattering yang dipancarkan
Densitas Ikan (Kelimpahan Ikan )
Untuk saat ini penelitian tentang estimasi stok ikan dilakukan dengan cara cruise track menggunakan alat SIMRAD EK 60 Scientific split beam echosounder system dengan frekuensi 70 kHz dan Akuisisi data akustik dilakukan terus-menerus pada siang dan malam hari selama periode pelayaran dengan kecepatan kapal berkisar antara 7-8 knot. Jalur akuisisi data mencakup luasan daerah yang memungkinkan analisis secara spasial yang dibuat dengan bentuk zig-zag menurut MacLennan (1992) dengan panjang tiap transek sekitar 12 nmi dari batas gugusan pulau ke arah luar.Data akustik diolah dengan menggunakan software SONAR ver.4 Diagram alir secara umum yang digunakan dalam pengolahan data dapat dilihat pada gambar 8.
Pengolahan nilai densitas untuk ikan dilakukan pada Ms. Excel. Pengolahan dapat dilakukan setelah proses integrasi SV dan TS. Densitas dihasilkan dengan menggunakan formula (Iida et al.,:1996):
SV (dB) = 10 log (N τbs)
= 10 log N + TS………...(18)
Dengan asumsi kepadatan numerik adalah sebanding dengan kepadatan individu, maka persamaan (1) dapat ditulis kembali sebagai berikut:
SV (dB) = 10 log ρ + A……….(19)
Dimana: SV = volume strength (dB)
ρ = kelimpahan/densitas organisme (ind/m3) A = target strength rata-rata (dB)
Gambar 8 Diagram Alir Pengolahan data densitas ikan / kelimpahan ikan Data Akustik Ikan Tuna (Thunnus sp) ER 60 SONAR Ver.4 Dongle TS max (dB) SV max (dB)
Filtering data dengan SONAR Ver.4
Ms Excel
Peta sebaran Densitas ikan
Estimasi stok ikan ( Kelimpahan Ikan)
Export data .raw to .uuu
Surfer ver.9 ( Lintang dan bujur)
Gambar 9 Contoh echogram menggunakan Software Sonar Ver 4 ( Data riset Laut dalam , Laut Arafura dengan Kapal Riset Baruna Jaya VII, BRPL dan LIPI Ambon 2015)
PUSTAKA
Arnaya, I.N. 1991b. Akustik Kelautan II. Proyek Peningkatan Perguruan Tinggi. Institut Pertanian Bogor. Bogor.
Burczynski, J.J. and Johnson, R.L. (1986) Application of dual-beam acoustic survey techniques to limnetic populations of juvenile sockeye salmon, Oncorhynchus nerka. Can. J. Fish. Aqu.Sci. 43, 1776–88.
Effendie, M. I. 2002. Biologi Perikanan. Yayasan Pustaka Nusatama. 163 pp.
Ehrenberg E. John, 1979. A Comparative Analysis of In Situ Methods for Directly Measuring the Acoustic Target Strength of Individual Fish ieee journal of oceanic engineering, vol. Oe-4, no. 4
Foote, K.G. 1987 . Introduction to the Use of Sonar System for Estimating Fish Biomass. FAO. Fisheries Technical Paper No 199 Revision 1.
Foote, K.G & Traynor, J.J. 1988Comparison of walleye pollock target strength estimates determined from in situ measurements and calculations based on swimbladder form. J.Acoust.Soc.Am. 83(1).
Furusawa, M. 1998. Prolate Spherodial model for predicting General Trends of Fish Target Strength. J.Acoust.Soc.Am Page 13-24.
Hannachi, M. S., L. B. Abdallah, & O. Marrakchi. 2004. Acoustic Identification of Small Pelagic Fish Species: Target Strength Analysis and School Descriptor Classification. MedSudMed Technical Documents No.5.
Johanesson, K.A. and R.B Mitson. 1983. Fisheries Acoustic. A Practical Manual For Acoustic Biomass Estimation. FAO Fisheries Tech.
Love, R.H. 1997. Target Strength of an individual Fish at any aspect . J.Acoust. Soc. Am, (62) : 1397-1403.
Lurton, X. 2002. An Introduction to Underwater Acoustic. Principles and Applications. Praxis Publishing Ltd. Chincester. UK.
MacLennan, D.N. 1990. Acoustical measurement of fish abundance. J. Acoust. Soc. Am, Vol (1) 87 : 1-15.
MacLennan, D. N dan E. J Simmonds. 1992. Fisheries Acoustic. Chapman and Hall. London. Maclennan, D. N dan Simmonds, E. J. 2005. Fisheries Acoustic. Chapman and Hall. Oxford :
Natsir, M., B. Sadhotomo, & Wudianto. 2005. Pendugaan biomassa ikan pelagis di perairan Teluk Tomini dengan metode akustik bim terbagi. Jurnal Penelitian Perikanan Indonesia. 11 (6): 101-107.
Priatna. A & Wijopriono. Estimasi stok sumber daya ikan dengan metode hidroakustik Di perairan kabupaten bengkalis. J. Lit. Perikan. Ind. Vol.17 No. 1 Maret 2011 : 1- 10 . Pujiyati, S. 2008. Pendekatan Metode Hidroakustik untuk Analisis Keterkaitan antara Tipe
Subsrat Dasar Perairan dengan Komunitas Ikan Demersal. Disertasi. Sekolah Pasca Sarjana. Institut Pertanian Bogor. Bogor. (Tidak dipublikasikan).
SIMRAD EY-500. 1993 . Instruction Manual Portable Scientific Echosounder. Horten. Norwegia.
Widodo, J. 1992. Prinsip Dasar Hidroakustik Perikanan. Oseana. XVII (3): 83-95.
Xie. J dan Jones. I. S. F. 2009. A Sounding Scattering Layer in a Freshwater Reservoir. Marine Study Center University of Sydney. Australia.
Yasuma, H., Sawada, K., Ohshima, T., Miyashita, K., and Aoki, I. 2003. Target strength of mesopelagic lanternfishes (family Myctophidae) based on swimbladder morphology. ICES Journal of Marine Science, 60: 584_591 http://dx.doi.org/10.1016/S10543139(03)00058-4.
