SISTEM DATA LOGGER TELEMETRI PERGESERAN TANAH BERBASIS MIKROKONTROLER
Muhammad Andang Novianta1
1) Jurusan Teknik Elektro Institut Sains & Teknologi AKPRIND Yogyakarta Kampus ISTA Jl. Kalisahak No. 28 Kompleks Balapan Yogyakarta
Tel: 0274-563029, Fax 0274-563847
Email: m_andang@akprind.ac.id
Abstrak
Pergeseran tanah merupakan salah satu faktor terjadinya tanah longsor. Data pengukuran yang tersimpan akan digunakan sebagai pengambil keputusan terhadap akumulasi jarak geseran tanah yang terjadi sehingga ancaman bencana alam berupa longsor dapat diketahui secara dini. Tujuan penelitian ini adalah merancang suatu alat telemetri pergeseran tanah dengan teknologi draw-wire sensor secara digital yang berbasis mikrokontroler, sehingga data pengukuran tersimpan secara digital. Berdasarkan kalibrasi alat penelitian dengan alat ukur konvensional berupa mistar ukur didapat kesalahan rata-rata 0,3 cm serta perhitungan sudut putar sensor (Ө = derajad) dan jarak yang terukur oleh sensor (mm) didapat selisih antar pengukuran sebesar kurang lebih 17 mm hingga 26 mm. Sehingga dapat disimpulkan bahwa sistem dari alat serta sensor menunjukkan unjuk kerja sistem yang baik.
Kata kunci: Telemetri, Geseran Tanah, Data Logger, Draw-wire Sensor, Mikrokontroler
Pendahuluan
Pada kawasan rawan bencana tanah longsor dengan jumlah penduduk yang padat harus menjadi perhatian masyarakat sosial, budaya dan teknologi dalam upaya baik menyampaikan, menyarankan bahkan melakukan pemaksaan dalam rangka penyelamatan atau tindakan evakuasi jika terdeteksi adanya potensial bencana sejak dini. Hal ini tidak mudah dilakukan, sehingga betapa tinggi teknologi peringatan yang diciptakan tetap membutuhkan koordinasi masyarakat yang tanggap darurat terhadap bencana alam khususnya bencana tanah longsor.
Secara umum penelitian terhadap gejala tanah longsor dapat dilakukan dengan memantau salah satu parameter uji yaitu pergeseran tanah. Dengan menggunakan perangkat sensor yang mampu mendeteksi pergeseran (displacement) dari sebuah posisi yang bersifat variabel terhadap satu posisi yang bersifat tetap (fixed) maka akan dapat diketahui nilai geseran yang terjadi. Pada peristiwa tanah longsor (land slide) terdapat faktor geseran masa tanah dalam skala besar baik diameter maupun ketebalan yang relatif terhadap satu titik tetap (reference point). Nilai geseran yang terjadi bisa dalam orde millimeter hingga puluhan meter. Hasil dari pemantauan sangat tergantung pada perangkat pengindera (sensor). Semakin tinggi tingkat ketelitian ukur dari perangkat sensor maka semakin akurat pula data pemantauan terhadap nilai pergeseran yang telah terjadi.
Permasalahan utama pada penelitian ini adalah bagaimana mengubah suatu gerak mekanik ke dalam sistem digital dan mentransfernya menjadi suatu database pada komputer yang digunakan untuk mengetahui jarak geseran tanah pada suatu daerah yang rawan longsor.
Tujuan penelitian ini adalah untuk merancang dan membuat sistem telemetri pergeseran tanah pada daerah rawan longsor secara digital yang dapat dijadikan petunjuk jarak geseran tanah yang terjadi setiap waktu. Data geseran tanah yang dihasilkan secara otomatis dari alat pengukur pergeseran tanah ini dapat disimpan dan ditampilkan melalui komputer untuk diolah secara lebih lanjut sebagai bahan perencanaan dan pertimbangan untuk dilakukan konservasi lebih lanjut.
Suryolelono (2002), meneliti pendeteksian gejala-gejala alamiah tanah longsor dari sudut pandang geoteknik. Penelitian yang dilakukan fokus utamanya adalah mempelajari sebab-sebab tentang berkurangnya kuat geser tanah dan bertambahnya tegangan geser tanah sebagai akar masalah terjadinya longsor dari sisi geoteknik. Hasil penelitian yang diperoleh menunjukkan parameter-parameter yang bersifat hidro-geologi yang dapat dijadikan indikator gejala tanah
longsor seperti kenaikan kapasitas air dalam tanah, guguran material bawah tanah pada relief sumur dan debit curah hujan yang terserap oleh tanah.
KK Geodesi FTSL ITB (2002), bekerjasama dengan DVMBG (Direktorat Vulkanologi dan Mitigasi Bencana Geologi) menerapkan teknik pemantauan pergeseran tanah di daerah Ciloto menggunakan suatu jaringan frekuensi ganda dengan multikoordinat. Dari hasil pengolahan data survei diperoleh informasi mengenai adanya pergerakan tanah di wilayah Ciloto. Besarnya penurunan tanah di wilayah Ciloto selama empat periode rata-rata berkisar antara beberapa centimeter sampai beberapa belas centimeter. Meskipun pergerakannya tidak terlihat besar, namun informasi ini berguna untuk analisis lebih lanjut mengenai karakteristik pergerakan tanah di Ciloto.
Zhao Y (2001), melakukan penelitian pada lokasi longsor di Ya’an – Xiakou Provinsi Sichuan dengan menggunakan jaringan multikoordinat GPS geodetic untuk terus memantau tingkat pergeseran tanah pada lokasi yang pernah terjadi longsor tersebut. Pada penelitian tersebut juga digunakan tambahan instrumen ukur yaitu sistem pantau hidro-geologi yang meliputi tinggi muka air bawah tanah (pluviometer), suhu air, debit curah hujan (ombrometer), pergeseran permukaan tanah (displacement) dan deteksi runtuhan material pada sumur buatan (deformation). Hasil penelitian menunjukkan bahwa pemanfaatan GPS jenis geodetic dengan konfigurasi multi koordinat mampu meningkatkan akurasi pengukuran tingkat pergeseran tanah dengan maksimal kesalahan 4 mm RMS dan mampu menggantikan metode pengukuran geodetic konvensional sehingga dapat dicapai baik efisiensi tenaga kerja maupun tingkat keselamatan para pemantau.
Bruninga (2006), meskipun saat ini sistem pemantauan parameter bencana secara jarak jauh masih dalam tahap awal pengembangan dan para peneliti masih menggali lagi setiap aspek yang berkaitan, sistem pemantauan jarak jauh (telemetri) akan berkembang cukup pesat serta bervariasi untuk segala aspek kehidupan dalam waktu dekat.
Sensor draw-wire merupakan sensor yang mengukur pergeseran posisi secara linier menggunakan pendekatan nilai pergeseran yang terjadi dengan nilai resistanasi secara linier. Konsep dasar instalasi sensor draw-wire adalah menentukan dahulu dua titik yang terdiri dari titik referensi dan titik geser relatif. Titik referensi terletak pada lokasi yang diasumsikan stabil (steady), dari titik ini akan ditentukan nilai geseran relatif dari titik pengujian. Dalam menentukan dua titik pemasangan sensor berdasarkan informasi geo-teknik setempat sehingga bisa dipastikan lokasi yang secara faktual telah mendukung terhadap proses pemantauan. Antara sensor dengan titik pantau yang dihubungkan menggunakan kawat baja elastis menempati dua area yang berbeda, yaitu area dengan jenis tanah yang konstan dan area dengan jenis yang labil (berpotensi terjadi geseran) berdasarkan karakteristik geologi tanah setempat. Sehingga panjang kawat baja yang digunakan tidak ada ketetapan panjangnya (mengikuti kondisi lokasi pemasangan), yang diperhatikan adalah selisih pengukuran jarak antara titik referensi dengan titik pemantauan tidak melebihi batas maksimal pengukuran sensor. Untuk selanjutnya besaran keluaran akan diakuisisi oleh pengendali utama untuk diolah lebih lanjut. Pada Gambar 1, menunjukkan instalasi sensor draw-wire pada lokasi.
Gambar 1. Instalasi Sensor Draw-wire Keterangan:
F = Gaya tarikan geser tanah cenderung menjauhi titik referensi. X1 = Posisi mula-mula titik pantau geseran tanah.
X2 = Posisi terakhir titik pantau geseran tanah.
S1 = Jarak mula-mula antara titik referensi dengan titik pantau geseran. S2 = Jarak terakhir antara titik referensi dengan titik pantau geseran. S2-S1 = Nilai pergeseran tanah yang terjadi untuk setiap kali pemantauan.
Metode Penelitian
Dalam rancangan sistem yang akan dilakukan merupakan disain low cost yang berorientasi pada disain sederhana tapi memiliki tingkat keakurasian tinggi (orde milimeter) yang hanya mengukur satu parameter saja yaitu nilai geseran relatif tanah (displacement). Adapun kesatuan sistem data logger pergeseran tanah nampak pada Gambar 2.
Gambar 2. Blok Diagram Pemantau Pergeseran Tanah
Adapun perancangan alat rekahan tanah memiliki spesifikasi rancangan adalah sebagai berikut: a) Menggunakan sensor jenis draw wire dengan satuan ukur cm dan rentang jarak pengukurannya
adalah 0 mm – 65535 mm. Sensor terdiri dari dua bagian yaitu sisi tetap (steady) dan sisi penarik yang terhubung melalui sebuah kabel kawat penghubung, sehingga setiap rekahan tanah yang terukur akan selalu dideteksi oleh sensor.
b) Menggunakan penampil LCD 16x2.
c) Menggunakan pengendali berbasis mikrokontroler. d) Menggunakan 3 buah tombol operasi: Up-Down-Enter. e) Kapasitas memori penyimpanan 256 Kbyte.
f) Interval penyimpanan data minimal 1 menit dan maksimal 24 jam yang bisa diatur sesuai keinginan, semakin cepat interval waktu yang dipilih maka semakin cepat pula memori penyimpan akan terisi penuh dan sebaliknya.
g) Menggunakan piranti RTC (Real Time Clock) yang akurat dengan catu daya ganda, sehingga informasi waktu akan selalu terjaga.
h) Mampu berkomunikasi serial tak sinkron RS-232 dengan baudrate 19200 bps dengan format 8n1.
i) Menggunakan metode powersave, sehingga akan lebih menghemat daya agar lifetime baterai lebih lama.
j) Menggunakan catu daya baterai DC 3 volt jenis AA. Hasil dan Pembahasan
Fungsi dari alat ini yaitu mengukur rekahan pada luasan lapisan tanah menggunakan sensor jenis draw wire kemudian menyimpan nilainya berdasarkan interval waktu tertentu pada memori. Data-data hasil pengukuran dapat dipindahkan menuju server induk menggunakan komunikasi serial pada komputer.
Pengamatan pada sistem elektronis bermanfaat untuk mengetahui karakteristik elektris dari sistem. Data hasil pengamatan diperoleh terutama dari sistem catu daya berupa nilai arus dan tegangan seperti pada Tabel 1.
Tabel 1. Data Arus dan Tegangan Catu Daya
No Titik Pengukuran Tegangan (Volt) Arus (Ampere)
1 Pin Input IC 7805 13.5 V 75 mA
2 Pin Output IC 7805 5.1 V 60 mA
3 Pin VCC IC ATMega162 5.9 V 25 mA
4 Pin VCC IC ATMega8535 4.9 V 25 mA
5 Pin VCC LCD 16x2 4.9 V 30 mA
6 Pin VCC Sensor Draw-wire 4.9 V 0.5 mA
Dari data hasil pengamatan tersebut dapat dilihat bahwa pada titik suplai listrik sumber tidak terdapat perubahan yang signifikan pada nilai arusnya. Hal ini disebabkan karena terjadi
pemakaian arus listrik yang cenderung tetap dan kecil oleh perangkat semikonduktor seperti IC memori, LCD dan IC mikrokontroller. Untuk nilai tegangan cenderung stabil pada nilai 5 V ± 10%.
Untuk menjamin keakuratan pembacaan dari sensor rekahan tanah maka dilakukan kalibrasi dengan alat ukur konvensional berupa mistar ukur dengan ketelitian 1 mm. Diharapkan dari data hasil pengukuran ini diperoleh faktor kesalahan ukur yang bisa dijadikan sebagai toleransi ukur dari sensor. Adapun data hasil pengamatannya nampak pada Tabel 2.
Tabel 2. Data Perbandingan Hasil Pengukuran
No. Uji Penunjukkan Sensor Penunjukkan Mistar Ukur Error
1 25 cm 24.8 cm 0.2 cm 2 50 cm 50.4 cm -0.4 cm 3 75 cm 75.3 cm -0.3 cm 4 100 cm 99.6 cm 0.4 cm 5 125 cm 124.7 cm 0.3 cm 6 150 cm 150.2 cm -0.2 cm 7 175 cm 175.3 cm -0.3 cm 8 200 cm 199.5 cm 0.5 cm 9 225 cm 225.2 cm -0.2 cm 10 250 cm 249.6 cm 0.4 cm
Dari hasil pengamatan di atas, dapat diperoleh data sebagai berikut:
cm . pengukuran n error rata rata Error 03 10 3 = = − ∑ = −
Gambar 3. Grafik Kesalahan Pengukuran
Jika disandarkan dengan tingkat ketelitian 1 cm maka diperoleh nilai kesalahan:
% % cm cm . % akurasi error rerata kesalahan persen 100 30 1 3 0 100 = × = × =
Jika disandarkan dengan tingkat ketelitian 5 cm maka diperoleh nilai kesalahan:
% 6 % 100 5 3 . 0 % 100 = × = × = cm cm akurasi error rerata kesalahan persen
Jika disandarkan dengan tingkat ketelitian 10 cm maka diperoleh nilai kesalahan:
% % cm cm . % akurasi error rerata kesalahan persen 100 3 10 3 0 100 = × = × =
Dari data perhitungan nilai kesalahan di atas bisa dijadikan sebagai bahan masukan dalam mendisain ulang sistem pengideraan dan juga penyesuaian dengan alat ukur rekahan tanah konvensional yang sudah sering digunakan yang memiliki tingkat akurasi berbeda-beda, misal 1 mm, 1 cm atau 10 cm.
Percobaan untuk mendapatkan data pengamatan dilakukan dengan mengukur dua jenis data yaitu, sudut putar sensor (Ө = derajad) dan jarak yang terukur oleh sensor (mm). Dari kedua jenis data di atas dikelompokkan menjadi satu data hubungan yaitu data hubungan antara sudut putar sensor terhadap jarak yang terukur oleh sensor (
mm
θ
).Pengamatan yang dilakukan dengan cara memutar poros potensiometer draw-wire (inti sensor draw-wire) dari sudut 0o hingga sudut maksimal kemudian mengamati pergeseran yang
terukur pada penampil LCD dan mencatat masing-masing penilaian pada setiap tahap pengamatan. Pada Tabel 3 merupakan korelasi sudut putar dengan nilai geser.
Tabel 3. Tabel Pengamatan Korelasi Sudut Putar dengan Nilai Geser No. Uji Sudut Putar (derajad) Jarak Terukur (mm) Selisih Jarak (mm)
0 0 0 0 1 30 20 20 2 60 40 20 3 90 61 21 4 120 84 23 5 150 104 20 6 180 127 23 7 210 148 21 8 240 174 26 9 270 191 17 10 300 215 24 11 330 235 20 12 360 258 23 13 390 279 21 14 420 302 23 15 450 322 20 16 480 345 23 17 510 366 21 18 540 389 23 19 570 412 23 20 600 432 20 21 630 455 23 22 660 476 21 23 690 496 20 24 720 519 23 25 750 542 23 26 780 565 23 27 810 586 21 28 840 609 23 29 870 629 20 30 900 652 23 31 930 675 23 32 960 696 21 33 990 719 23 34 1020 739 20 35 1050 762 23 36 1080 783 21 37 1110 806 23 38 1140 829 23 39 1170 849 20 40 1200 870 21 Kesimpulan
Dalam perancangan dan pembuatan perangkat pemantau nilai geseran tanah secara telemetri yang dijadikan sebagai bahan penelitian yang sudah dilakukan ini diperoleh beberapa kesimpulan yang bisa digunakan sebagai pertimbangan pengembangannya ke depan, yaitu antara lain:
a) Pembuatan alat nilai geseran tanah secara telemetri bisa gunakan untuk mendapatkan data-data hasil pemantauan dari waktu ke waktu terhadap kondisi tanah yang diamati.
b) Data hasil pengukuran bisa digunakan untuk peringatan dini kepada masyarakat akan kecenderungan terjadinya tanah longsor.
c) Data-data hasil pengukuran rekahan tanah yang sudah diperoleh sebelumnya dapat digunakan untuk menggambarkan pola perubahan rekahan tanah, sehingga bisa dilakukan prediksi dan perencanaan di waktu mendatang dalam rangka optimalisasi penggunaan lahan tempat tinggal masyarakat dan juga mengantisipasi adanya korban dari ancaman bencana tanah longsor. d) Nilai resolusi sensor pada sudut pengujian yang sama akan ditentukan oleh keliling cakram
sensor. Semakin besar keliling cakram sensor maka semakin rendah resolusi sensornya dan sebaliknya.
e) Dengan disertai pemakaian memori dalam pengoperasiannya bisa dibuat sebuah data logger yang bisa mencatat data otomatis pada durasi tertentu kemudian data-data tersebut bisa diambil secara jarak jauh menggunakan sistem telemetri untuk diolah pada komputer induk.
Daftar Pustaka
Albert Paul Malvino. 2003. “Prinsip-Prinsip Elektronika”, Penerbit Salemba Teknik, Jakarta. Budiharto, Widodo, 2004, “Antarmuka Komputer dan Komputer”, Penerbit Elex Media
Komputindo, Jakarta
Bruninga B., APRS: Automatic Position Reporting System, Author of APRS, 2006, http://web.usna.navy.mil/~bruninga/aprs.html.
Karnawati.D. 2002, ”Bencana Alam Longsor di Indonesia: kasus longsor yang terjadi di
Kabupaten Purworejo dan Kulon Progo”, Workshop PMBA, Jurs.T.Geologi FT-UGM
BAPPEDA Bali, Yogyakarta.
Karnawati.D. 2002, ”Evaluasi Geologi tata lingkungan Banjir dan longsor sungai Gadjah Wong”, Workshop PMBA, Jurs.T.Geologi FT-UGM BAPPEDA Bali, Yogyakarta.
Karnawati.D. 2002, ”Manajemen Bencana Alam Gerakan Tanah di Indonesia: Evaluasi dan
Rekomendasi”, Workshop PMBA, Jurs.T.Geologi FT-UGM BAPPEDA Bali, Yogyakarta.
KK Geodesi FTSL ITB (2002), Pemantauan Pergerakan Tanah (landslide) menggunakan
teknologi GPS, http://geodesy.gd.itb.ac.id
Pesci A.; Baldi P.; Bedin A.; Casula G.; Cenni N.; Fabris M.; Loddo F.; Mora P. 2003, ”An
Integrated System To Monitor Landslide Surface Movements By Means Of Geodetic Techniques”, Geophysical Research Abstracts, Vol. 5, 09711, 2003 European Geophysical
Society.
Suryolelono, KB. 2002, ”Bencana Alam Tanah Longsor Perspektif Ilmu Geoteknik”, Pidato Pengukuhan Jabatan Guru Besar Pada Fakultas Teknik Universitas Gadjah Mada Yogyakarta. S, Wasito, 2004, “Vademekum Elektronika”, Penerbit PT. Gramedia Pustaka Utama, Jakarta. Wardhana, Lingga, 2006, “Belajar Sendiri Mikrokontroler Atmel AVR Seri ATMega8535 Simulasi,
Hardware dan Aplikasi”, Penerbit ANDI, Yogyakarta.
Winoto, Ardi, 2006, “Belajar Mikrokontroler Atmel AVR ATtiny2313”, Penerbit Gava Media, Yogyakarta.
Zhao Y. 2001, “Mechanical analysis of sliding process of Ya’an Xiakou landslide and prediction of
its hazard model”, Journal of Engineering Geology (in Chinese). 9(2):188-193.
HASIL DISKUSI
Tanya : Skala laboratorium atau lapangan? Early warning untuk tanah longsor bentuknya bagaimana?
Jawab : Masih skala lab. Menggunakan buzzer.
Saran : Sensor arus kurang sensitif daripada dengan sensor impedansi. Perlu ditambahkan sensor dengan LED
