• Tidak ada hasil yang ditemukan

KUANTIFIKASI DAN KARAKTERISASI ACOUSTIC BACKSCATTERING DASAR PERAIRAN DI KEPULAUAN SERIBU JAKARTA OBED AGTAPURA TARUK ALLO

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2021

Membagikan "KUANTIFIKASI DAN KARAKTERISASI ACOUSTIC BACKSCATTERING DASAR PERAIRAN DI KEPULAUAN SERIBU JAKARTA OBED AGTAPURA TARUK ALLO"

Copied!
95
0
0

Teks penuh

(1)

KUANTIFIKASI DAN KARAKTERISASI

ACOUSTIC BACKSCATTERING DASAR PERAIRAN

DI KEPULAUAN SERIBU – JAKARTA

OBED AGTAPURA TARUK ALLO

SEKOLAH PASCASARJANA

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR

2011

(2)

PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN

SUMBER INFORMASI

Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis Kuantifikasi dan Karakterisasi

Acoustic Backscattering Dasar Perairan di Kepulauan Seribu – Jakarta adalah

karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun yang tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir tesis ini.

Bogor, Juli 2011

Obed Agtapura Taruk Allo NRP C552090041

(3)

ABSTRACT

OBED AGTAPURA TARUK ALLO. Quantification and Characterization of Bottom Acoustic Backscattering In Seribu Islands – Jakarta. Under direction of INDRA JAYA and HENRY M. MANIK.

Seabed has a very important role as the habitat for various living creatures, and critical part of aquatic environment. Nowadays, new methods to obtain information on bottom types, sediment characteristics and underwater vegetation in shallow water by using echosounder has flourished. In this paper, normal incident of acoustic waves were used to determine values of bottom backscattering strength (volume backscattering strength (Sv), surface backscattering strength (SS) and echo level (EL)). Sediment properties (acoustic impedance, bulk density, porosity, sound speed and sediment composition) were used to explain the acoustic measurement results. Data collection was carried out in Seribu Islands, Jakarta using SIMRAD EY 60 scientific echosounder systems with operating frequency 120 kHz. The results show that the average value of volume backscattering strength (Sv) for sand is -13,23 dB and silty sand is -21,15 dB. The average value of surface backscattering strength (SS) for sand is -23,30 dB and silty sand is -31,22 dB. The average value of echo level (EL) for sand is 177,94 ± 8,61 dB and silty sand is 167,23 ± 6,07 dB (Source Level (SL) for split beam transducer ES 120-7C series is 214 dB). These acoustics values were then used as input for PCA analysis to cluster seabed characteristics. It’s shown that the acoustic technique can be used to identify and classify sediments and map sediment provinces.

Key words: sediment properties, volume backscattering strength, surface backscattering strength, echo level.

(4)

RINGKASAN

OBED AGTAPURA TARUK ALLO. Kuantifikasi dan Karakterisasi Acoustic Backscattering Dasar Perairan di Kepulauan Seribu – Jakarta. Dibimbing oleh INDRA JAYA dan HENRY M. MANIK.

Dasar perairan memiliki peranan yang sangat penting yaitu sebagai habitat

bagi bermacam-macam makhluk hidup yang kehidupannya berasosiasi dengan lingkungan perairan. Hal ini dapat dilihat dari seberapa besarnya dasar perairan tersebut memberikan kontribusi bagi pertumbuhan dan perkembangan makhluk hidup yang berada di dasar perairan. Perkembangan metode baru untuk mendapatkan informasi mengenai tipe dasar, sedimen dasar dan vegetasi bawah air dengan menggunakan echosounder dan pengolahan data secara digital sudah mulai berkembang.

Untuk karakterisasi dasar perairan, incidence beam (normal incidence) yang vertikal dari sistem echosounding telah lama diakui sebagai proses pengukuran yang sangat berguna. Parameter seperti ukuran butir sedimen, relief permukaan antar muka air-sedimen dan variasi dalam sedimen secara umum mengendalikan sinyal backscattering dari dasar perairan. Pengukuran sifat akustik dari dasar laut sangat menarik untuk dikaji baik dari segi akustik kelautannya maupun aplikasi geofisiknya. Kecepatan suara akustik dan impedansi dasar laut memiliki kaitan langsung dengan propagasi gelombang akustik dimana nilai-nilai tersebut diperlukan untuk analisis yang lebih lengkap seperti masalah propagasi suara.

Berdasarkan dasar pemikirian tersebut, maka penelitian ini melakukan proses kuantifikasi dan karakterisasi dasar perairan melalui nilai volume

backscattering strength (Sv), surface backscattering strength (SS) dan echo level

(EL) yang dikaitkan dengan parameter fisik sedimen “sediment properties” menggunakan metode hidroakustik dengan split beam echosounder systems. Pengambilan data akustik dilakukan pada tanggal 29 Januari – 2 Februari 2011 yang berlokasi di sekitar perairan Pulau Pramuka, Pulau Panggang, Pulau Karya dan Pulau Semak Daun – Kepulauan Seribu, Jakarta.

Akuisisi data akustik dengan menggunakan scientific echosounder SIMRAD EY 60 yang bekerja pada frekuensi 120 kHz, transmitted power 50 watt, kecepatan suara sebesar 1546,35 m/dtk dan dengan nilai transmitted pulse

length 0,128 mdtk. Selain itu, digunakan laptop untuk merekam data secara real time dan juga GPS (Global Positioning System) untuk mengetahui posisi lintang

(latitude) dan bujur (longitude). Pengambilan sampel sedimen diambil sebagai

ground truth data menggunakan pipa paralon pipa paralon berdiameter 7,6 cm (3 inch) dengan panjang 10 cm yang ditancapkan ke dalam dasar perairan dengan

(5)

ketebalan lapisan yang diambil adalah 10 cm. Sampel sedimen ini selanjutnya dianalisa di Laboratorium Fisika Tanah, Balai Penelitian Tanah – Bogor.

Pengolahan data akustik dilakukan dengan perangkat lunak Echoview 4,00 dan Matlab. Ketebalan integrasi dasar perairan untuk mengekstrak nilai

backscattering disesuaikan dengan ketebalan sampel sedimen yaitu 10 cm. Hasil

yang diperoleh dari pengolahan data akustik ini berupa nilai volume

backscattering strength (Sv) yang selanjutnya digunakan untuk proses komputasi

nilai surface backscattering strength (SS) dan echo level (EL). Selain itu, hasil analisis sedimen menunjukkan bahwa di lokasi penelitian ditemukan dua tipe substrat yaitu pasir dan pasir berlumpur.

Hasil penelitian menunjukkan bahwa perhitungan nilai volume

backscattering strength (Sv) dasar perairan untuk substrat pasir berkisar antara

-10,25 dB sampai -17,13 dB dan substrat pasir berlumpur berkisar antara -18,25 dB sampai -23,60 dB, sedangkan nilai surface backscattering strength (SS) dasar perairan untuk substrat pasir memiliki nilai yang berkisar antara -20,32 dB sampai -27,20 dB dan substrat pasir berlumpur berkisar antara -28,32 dB sampai -33,66 dB. Hasil perhitungan nilai echo level (EL) menunjukkan bahwa untuk substrat pasir memiliki nilai echo level (EL) sebesar 177,94 ± 8,61 dB dan substrat pasir berlumpur sebesar 167,23 ± 6,07 dB dengan nilai source level (SL) sebesar 214 dB (split beam transducer seri ES 120-7C). Nilai akustik ini kemudian digunakan sebagai masukan analisis PCA untuk cluster karakteristik dasar perairan. Adanya perbedaan nilai backscattering pada tiap jenis dasar perairan salah satunya disebabkan karakteristik fisik sedimen tersebut, dimana sedimen yang memiliki kenampakan makroskopis tentunya akan memberikan nilai backscattering yang lebih besar.

Kata kunci: metode hidroakustik, dasar perairan, sedimen, volume backscattering strength, surface backscattering strength, echo level.

(6)

@ Hak Cipta milik IPB, tahun 2011

Hak Cipta Dilindungi Undang-Undang

Dilarang mengutip sebagian atau seluruhnya karya tulis ini tanpa mencantumkan atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan, penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan yang wajar IPB

Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis dalam bentuk apa pun tanpa izin IPB

(7)

KUANTIFIKASI DAN KARAKTERISASI

ACOUSTIC BACKSCATTERING DASAR PERAIRAN

DI KEPULAUAN SERIBU – JAKARTA

OBED AGTAPURA TARUK ALLO

Tesis

sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains pada

Program Studi Teknologi Kelautan

SEKOLAH PASCASARJANA

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR

2011

(8)
(9)

Judul Tesis : Kuantifikasi dan Karakterisasi Acoustic Backscattering Dasar Perairan di Sekitar Pulau Pramuka, Teluk Jakarta

Nama : Obed Agtapura Taruk Allo NRP : C552090041

Disetujui Komisi Pembimbing

Prof. Dr. Ir. Indra Jaya, M.Sc Dr. Ir. Henry M. Manik, M.T Ketua Anggota

Diketahui

Ketua Program Studi Dekan Sekolah Pascasarjana IPB Teknologi Kelautan

Dr. Ir. Djisman Manurung, M.Sc Dr. Ir. Dahrul Syah, M.Sc. Agr

(10)

PRAKATA

Puji syukur penulis panjatkan ke hadirat Tuhan Yesus Kristus karena kasih dan karunia yang Dia berikan sehingga tesis ini dapat diselesaikan. Tesis yang

berjudul KUANTIFIKASI DAN KARAKTERISASI ACOUSTIC

BACKSCATTERING DASAR PERAIRAN DI KEPULAUAN SERIBU – JAKARTA diajukan sebagai salah satu syarat untuk mendapatkan gelar Magister

Sains pada Sekolah Pascasarjana, Institut Pertanian Bogor.

Pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih dan penghargaan yang sebesar- besarnya kepada :

1. Orang tua dan saudara-saudara saya beserta sanak keluarga atas doa, dukungan dan semangat yang tak henti-hentinya diberikan kepada penulis selama menempuh pendidikan S1 dan S2 di Institut Pertanian Bogor.

2. Komisi pembimbing Prof. Dr. Ir. Indra Jaya, M.Sc dan Dr. Ir. Henry M. Manik, MT atas bimbingannya kepada penulis dalam menyelesaikan tesis ini. 3. Ketua Program Studi Mayor Teknologi Kelautan Sekolah Pascasarjana Dr. Ir.

Djisman Manurung, M.Sc atas bimbingan selama penulis menempuh ilmu di Departemen Ilmu dan Teknologi Kelautan – IPB.

4. Prof. Dr. Ir. Bonar P. Pasaribu, M.Sc, sebagai penguji tamu pada ujian akhir tesis yang telah memberikan saran dan masukan kepada penulis.

5. Staf pengajar bagian Akustik dan Instrumentasi Kelautan: Prof. Dr. Ir. Bonar P. Pasaribu, M.Sc, Prof. Dr. Ir. Indra Jaya, M.Sc, Dr. Ir. Totok Hestirianoto, M.Sc, Dr. Ir. Sri Pujiyati, M.Si, Dr. Ir. Henry M. Manik, MT dan Dr. Ir. I Nyoman Arnaya atas semua pendidikan dan ilmu yang telah diberikan kepada penulis dalam bidang Akustik dan Instrumentasi Kelautan.

6. Staf pengajar dan staf penunjang di Departemen Ilmu dan Teknologi Kelautan atas pemberian ilmu dan bantuannya selama penulis menyelesaikan studi di IPB.

7. Pusat Penelitian Pengelolaan Perikanan dan Konservasi Sumber Daya Ikan (P4KSI) – KKP atas kesempatan yang diberikan kepada penulis untuk menggunakan instrumen akustik SIMRAD EY 60.

(11)

9. Teman-teman TEK 2009: Jefry Bemba, Zulkarnaen Fahmi, Dwi Fajriyati Inaku, Laole, Riza Aitiando Pasaribu dan Anggi Afif Muzaki atas kebersamaan dan kerjasamanya.

10.Teman-teman survei dalam rangka pengambilan data hidroakustik di lapangan.

Penulis menyadari bahwa tesis ini jauh dari kesempurnaan, oleh karena itu saran dan kritik sangat diharapkan demi kesempurnaan tesis ini. Akhir kata penulis berharap agar tesis ini berguna bagi diri sendiri maupun orang lain.

Bogor, Juli 2011

(12)

mahasiswa Institut Pertanian Bogor, Fakultas Departemen Ilmu dan Teknologi Kelautan, Program Kelautan dan menyelesaik

Sarjana Perikanan. Pada tahun 2009 penulis melanjutkan jenjang pendidikan Strata 2 melalui Sekolah Pascasarjana pada Mayor Teknologi Kelautan (TEK), Institut Pertanian Bogor.

Selama kuliah di Institut Pertania

mata kuliah Dasar-dasar Akustik Kelautan, Akustik Kelautan, Teknik Deteksi Bawah Air di Departemen Ilmu dan Teknologi Kelautan

Perairan di Program Diploma, IPB.

Dalam rangka menyelesaikan studi di Se mengeluarkan tulisan berjudul

Backscattering Dasar Perairan

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Palu, Sulawesi Tengah, 1986 dari Ayah Ruben Taruk Allo dan Ibu

Andilolo. Penulis merupakan anak ketiga dari tiga bersaudara. Tahun 2004 penulis menyelesaikan pendidikan di Sekolah Menengah Atas Negeri 1 Makale, Tana Toraja Sulawesi Selatan. Pada tahun 2004 penulis diterima sebagai mahasiswa Institut Pertanian Bogor, Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan, Departemen Ilmu dan Teknologi Kelautan, Program Studi Ilmu dan Teknologi dan menyelesaikannya pada tahun 2008 dengan mendapatkan gelar Sarjana Perikanan. Pada tahun 2009 penulis melanjutkan jenjang pendidikan Strata 2 melalui Sekolah Pascasarjana pada Mayor Teknologi Kelautan (TEK), Institut Pertanian Bogor.

Selama kuliah di Institut Pertanian Bogor, penulis pernah menjadi asisten dasar Akustik Kelautan, Akustik Kelautan, Teknik Deteksi Bawah Air di Departemen Ilmu dan Teknologi Kelautan, IPB

Perairan di Program Diploma, IPB.

Dalam rangka menyelesaikan studi di Sekolah Pascasarjana, IPB penulis mengeluarkan tulisan berjudul “Kuantifikasi dan Karakterisasi

Dasar Perairan di Kepulauan Seribu – Jakarta

Penulis dilahirkan di Palu, Sulawesi Tengah, 8 Agustus Ruben Taruk Allo dan Ibu Alfrida Andilolo. Penulis merupakan anak ketiga dari tiga Tahun 2004 penulis menyelesaikan pendidikan 1 Makale, Tana Toraja – tahun 2004 penulis diterima sebagai

Perikanan dan Ilmu Kelautan, Studi Ilmu dan Teknologi annya pada tahun 2008 dengan mendapatkan gelar Sarjana Perikanan. Pada tahun 2009 penulis melanjutkan jenjang pendidikan Strata 2 melalui Sekolah Pascasarjana pada Mayor Teknologi Kelautan (TEK),

n Bogor, penulis pernah menjadi asisten dasar Akustik Kelautan, Akustik Kelautan, Teknik Deteksi , IPB dan Ekologi

kolah Pascasarjana, IPB penulis

“Kuantifikasi dan Karakterisasi Acoustic Jakarta”.

(13)

DAFTAR ISI

Halaman

DAFTAR TABEL ... xv

DAFTAR GAMBAR ... xvi

DAFTAR LAMPIRAN ... xviii

1 PENDAHULUAN ... 1 1.1. Latar belakang ... 1 1.2. Perumusan masalah ... 2 1.3. Kerangka pemikiran ... 3 1.4. Tujuan penelitian ... 5 1.5. Manfaat penelitian ... 5 2. TINJAUAN PUSTAKA ... 6

2.1. Sedimen dasar laut ... 6

2.2. Metode hidroakustik ... 7

2.3. Split beam echosounder ... 8

2.4. Backscattering dasar perairan ... 9

2.5. Pendekatan metode hidroakustik terhadap dasar perairan ... 13

3. METODOLOGI ... 16

3.1. Waktu dan lokasi penelitian ... 16

3.2. Perangkat dan peralatan penelitian ... 17

3.2.1.Instrumen SIMRAD EY 60 scientific echosounder system ... 17

3.2.2.Kapal ... 18

3.2.3.Alat pengambil contoh sedimen ... 19

3.3. Pengambilan data akustik ... 20

3.4. Pengambilan contoh sedimen ... 21

3.5. Pemrosesan data akustik ... 21

3.6. Analisis data ... 24

3.6.1.Komputasi acoustic bottom backscattering ... 24

3.6.2.Komputasi acoustic reflection sedimen dasar perairan ... 26

3.6.3.Analisis sedimen ... 27

3.6.4.Principal Component Analysis ... 28

3.6.5.Clustering analysis ... 29

4. HASIL DAN PEMBAHASAN ... 31

4.1. Sedimen dasar perairan ... 31

4.2. Densitas dan porositas sedimen dasar perairan ... 34

4.3. Data akustik dari split beam echosounder ... 36

4.4. Komputasi acoustic backscattering dasar perairan ... 37

(14)

4.4.2.Surface backscattering strength (SS) dan echo level (EL) dasar

perairan ... 40

4.5. Normalisasi energi echo dasar perairan ... 46

4.6. Acoustic reflection (R) dan bottom loss (BL) dasar perairan ... 50

4.7. Principal Component Analysis (PCA) ... 54

4.8. Analisis Cluster ... 56

5. SIMPULAN DAN SARAN ... 58

5.1. Simpulan ... 58

5.2. Saran ... 59

DAFTAR PUSTAKA ... 60

(15)

DAFTAR TABEL

Halaman

1. Klasifikasi sedimen berdasarkan ukuran ... 7

2. Spesifikasi SIMRAD EY 60 scientific echosounder system ... 17

3. Alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian akustik dasar perairan ... 18

4. Spesifikasi transducer seri ES 120-7C ... 19

5. Komposisi fraksi pada setiap stasiun ... 33

6. Nilai densitas dan porositas sedimen di lokasi penelitan ... 35

7. Nilai Sv, SS dan EL dasar perairan ... 41

8. Beberapa penelitian tentang nilai backscattering strength dasar perairan ... 45

9. Penelitian dengan beberapa instrumen akustik untuk dasar perairan ... 46

(16)

DAFTAR GAMBAR

Halaman

1. Kerangka pemikiran penelitian ... 4

2. Prinsip hidroakustik ... 8

3. Skema transducer split beam ... 9

4. Echo dasar perairan ... 11

5. Sketsa backscattering akustik dasar perairan yang disebabkan kekasaran dari permukaan dan heterogenitas sedimen ... 12

6. Hubungan sudut datang dan pantulan dasar pada berbagai tipe dasar perairan ... 12

7. Contoh jejak dasar perairan kasar dan lunak pada perekaman hitam putih ... 13

8. Bentuk kurva dasar perairan dari dasar perairan yang keras dan lunak ... 14

9. Echo yang menunjukkan jejak dari pulsa yang dikirim dan dipantulkan dari dasar laut ... 15

10. Lokasi penelitian ... 16

11. Ilustrasi posisi paralon terhadap echogram ... 19

12. Diagram alir pengambilan data akustik ... 20

13. Bentuk sinyal keluaran echosounder ... 22

14. Formasi echo dasar perairan pertama ... 22

15. Geometri backscattering dari pantulan 1st dan 2nd echo dasar perairan ... 23

16. Ilustrasi stuktur sedimen dan kolom air ... 26

17. Proses klasifikasi nilai echo ... 29

18. Persentase sedimen di lokasi penelitian ... 31

19. Peta stasiun sebaran sedimen ... 33

20. Tipe bubble dasar perairan ... 34

21. Tampilan contoh echogram ... 36

22. Tampilan echogram tipe substrat pasir di lokasi penelitian ... 38

23. Tampilan echogram tipe substrat pasir berlumpur lokasi penelitian ... 39

24. Pola SS dan Sv tipe substrat pasir ... 42

(17)

26. Perbandingan nilai backscattering strength pada tipe substrat pasir,

pasir berlumpur, lumpur berpasir dan lumpur ... 45

27. Echo envelope yang mengindikasikan tingkat intensitas energi tipe substrat pasir ... 48

28. Echo envelope yang mengindikasikan tingkat intensitas energi tipe substrat pasir berlumpur ... 49

29. Grafik hubungan densitas, porositas dan velocity terhadap impedansi Sedimen ... 52

30. Grafik hubungan antara bottom loss dengan impedansi sedimen ... 53

31. PCA untuk parameter fisik sedimen dan nilai hidroakustik pada sumbu F1 dan F2 ... 55

32. Penyebaran stasiun pengamatan pada sumbu F1 dan F2 ... 55

33. Dendogram parameter sedimen ... 57

(18)

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

1. Scientific echosounder Simrad EY 60 ... 65

2. Alat pengambilan sampel sedimen ... 65

3. Kapal survei ... 66

4. Echoview 4,00 dan dongle ... 66

5. Alat pengukur parameter fisik sedimen ... 67

6. Listing program Matlab_Rick Towler ... 68

7. Foto tipe substrat dasar perairan di lokasi penelitian ... 72

8. Tampilan echogram (lanjutan) ... 73

9. Grafik pola Sv dan SS (lanjutan) ... 74

10. Grafik intensitas energi acoustic backscattering dasar perairan (lanjutan) ... 75

11. Cluster data sedimen ... 76

12. Cluster data akustik ... 76

13. Hasil olahan fraksi sedimen di Balai Penelitian Tanah Laboratorium Fisika Tanah Bogor ... 77

(19)

1. PENDAHULUAN

1.1.Latar belakang

Dasar perairan memiliki peranan yang sangat penting yaitu sebagai habitat bagi bermacam-macam makhluk hidup yang kehidupannya berasosiasi dengan lingkungan perairan. Hal ini dapat dilihat dari seberapa besarnya dasar perairan tersebut memberikan kontribusi bagi pertumbuhan dan perkembangan makhluk hidup yang berada di dasar perairan.

Dewasa ini metode baru untuk mendapatkan informasi mengenai tipe dasar, sedimen dasar dan vegetasi bawah air dengan menggunakan echosounder dan pengolahan data secara digital sudah mulai berkembang. Penelitian untuk melihat hubungan tipe substrat dengan biota bentik, bento-pelagik dengan metode akustik telah dilakukan di perairan Tasmania Australia. Alat yang dipergunakan dalam penelitian ini adalah echosounder Simrad EK 500 dengan frekuensi 12, 38, 120 kHz. Hasil dari penelitian tersebut adalah diperoleh adanya empat tipe substrat yang diklasifikasikan sebagai substrat lembut halus, keras halus, keras kasar dan lembut kasar (Siwabessy, 2001).

Beberapa penelitian mengenai klasifikasi dasar perairan dengan metode hidroakustik di Indonesia sendiri sudah dilakukan melalui pengukuran dasar laut berdasarkan nilai surface backscattering strength dengan teknik integrasi echo dasar dan pengembangan model numerik ring surface scattering menggunakan

Quantitative Echo Sounder di perairan selatan Jawa (Manik et al., (2006)).

Pujiyati (2008) mengukur nilai backscattering volume (E1 dan E2) dari dasar perairan yang berlokasi di perairan Laut Jawa bagian Timur, perairan Belitung, Kalimantan Timur dan perairan Laut Jawa. Taruk Allo et al., (2009) melakukan penelitian di perairan Sumur, Pandeglang – Banten untuk melihat nilai

backscattering volume yang dikaitkan dengan komposisi sedimen. Deswati

(2009) melakukan penelitian dengan menggunakan teknologi akustik untuk mendeteksi lamun di wilayah Gugus Pulau Pari, Kepulauan Seribu. Berdasarkan penelitian yang disebutkan diatas metode yang digunakan masih terpisah-pisah.

Pemahaman akan sinyal suara yang dihasilkan dari dasar perairan akibat transmisi gelombang akustik adalah sangat sulit. Hal ini dikarenakan adanya

(20)

perbedaan parameter fisik pada skala yang berbeda. Untuk karakterisasi dasar perairan, incidence beam (normal incidence) yang vertikal dari sistem

echosounding telah lama diakui sebagai proses pengukuran yang sangat berguna.

Parameter seperti ukuran butir sedimen, relief permukaan antar muka air-sedimen, dan variasi dalam sedimen secara umum mengendalikan sinyal backscattering dari dasar perairan.

Pengukuran sifat akustik dari dasar laut sangat menarik untuk dikaji baik dari segi akustik kelautannya maupun aplikasi geofisiknya. Kecepatan suara akustik dan impedansi dasar laut memiliki kaitan langsung dengan propagasi gelombang akustik dimana nilai-nilai tersebut diperlukan untuk analisis yang lebih lengkap seperti masalah propagasi suara.

Bentuk dasar perairan cukup beragam serta jenis dasar perairan berbeda. Pengetahuan akan jenis dasar perairan sangat berguna untuk kepentingan geoteknik, perikanan dan lingkungan laut.

1.2.Perumusan masalah

Penerapan teknologi akustik di Indonesia dalam penelitian dan pengembangan bidang kelautan hingga saat ini masih sangat terbatas. Minimnya sarana dan prasarana menjadi salah satu faktor penghambat perkembangan teknologi akustik di Indonesia. Pada kurun waktu terakhir ini teknik akustik mulai banyak digunakan untuk memetakan dasar perairan dan kandungan sumber daya hewan bentik yang ada di daerah dasar perairan (Siwabessy et al. 1999).

Kemajuan teknik pemetaan dasar perairan saat ini yang dipicu oleh perkembangan yang berkesinambungan dari sistem akustik (side scan sonar,

multibeam sonar, acoustic discrimination systems) menawarkan potensi untuk

pekerjaan pemetaan dan monitoring ekosistem dasar laut (Brown et al. 2005). Beberapa tahun belakangan ini, aplikasi metode pemetaan akustik, khususnya penggunaan “Acoustic Ground Discrimination System” (ADGS) dikombinasikan dengan data sampling lapangan (ground truth), telah menjadi kegiatan yang biasa dalam pemetaan dan monitoring habitat dasar laut di sejumlah daerah perlindungan laut di pesisir Inggris. Pendekatan ini memiliki keunggulan yang lebih baik dibandingkan cara-cara lama yang menggunakan grab, dimana

(21)

seringkali peta yang dihasilkan dari cara-cara lama itu dipertanyakan tingkat aksurasinya (Brown et al. 2005).

Sistem klasifikasi akustik sedimen dasar laut yang dapat memperkirakan tipe sedimen dan sifat geoteknik dari jarak jauh telah banyak digunakan di berbagai bidang geologi kelautan, teknik sipil, ilmu militer dan perikanan (Lambert et al. 2002; Richardson et al. 2002). Sistem klasifikasi dengan akustik ini telah mampu memprediksi secara akurat dan real time dari sifat akustik (kecepatan suara, akustik impedansi dan atenuasi), tipe sedimen (ukuran butiran), dan sejumlah sifat geoteknik (densitas dan porositas).

Metode akustik dianggap mampu memberikan solusi dalam pendugaan karakteristik dasar perairan yang mengakibatkan sejumlah penelitian lanjutan mengenai dasar perairan pun dilakukan. Tingginya variasi yang terjadi pada dasar perairan membuat banyak hal yang masih belum jelas dalam pendugaan karakteristik dasar perairan dengan menggunakan metode akustik. Penambahan persyaratan untuk perekaman data first echo dan second echo dapat memberikan beberapa informasi tentang karakteristik dari dasar perairan. Berbeda halnya dengan echosounder multibeam, yang menyediakan area cakupan spasial yang luas, split beam echosounder memberikan informasi tentang dasar perairan tepat dibawah daerah lokasi tracking (normal incidence) yang ditimbulkan oleh pulsa akustik.

1.3.Kerangka pemikiran

Sistem klasifikasi akustik dasar perairan secara luas telah digunakan untuk mempelajari karakteristik dasar perairan. Penentuan nilai backscattering dari dasar perairan dengan akurasi yang tinggi sangat dibutuhkan dalam dunia perikanan. Hal ini berkaitan erat dimana dasar perairan memiliki peranan yang sangat penting sebagai habitat dari makhluk hidup yang berasosiasi dengan lingkungan perairan. Penentuan jenis substrat dari dasar perairan di suatu perairan dengan metode hidroakustik tentunya memerlukan beberapa parameter-parameter seperti ukuran partikel dari sedimen, kandungan bahan organik dan porositas.

Berdasarkan permasalahan di atas, perlu dilakukan pengkajian kuantifikasi dasar perairan dengan metode hidroakustik mengenai nilai backscattering strength

(22)

dari dasar perairan serta kaitannya dengan parameter fisika dari sedimen yang diduga mempengaruhi nilai backscattering dari dasar perairan.

Secara diagramatik kerangka pemikiran yang mendasari penelitian ini dapat dilihat pada Gambar 1.

Gambar 1. Kerangka pemikiran penelitian

Underwater

camera Masalah identifikasi dasar perairan

Split beam

echosounder Data akustik

Kalibrasi Nilai backscatter dasar perairan Roughness Ground truth Second echo (Amplitudo, Energi) Hardness Raw data (pengukuran akustik dasar perairan) @ Grain size @ Bulk density @ Porosity

Principal Component Analysis

Clustering analysis

Karakteristik dasar perairan @ Depth @ Sound speed @ Pulse length Core First echo (Amplitudo, Energi)

(23)

1.4.Tujuan penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut:

1) Menghitung nilai backscattering strength dari dasar perairan dengan menggunakan instrumen hidroakustik split beam echosounder untuk kuantifikasi dan karakterisasi dasar perairan.

2) Mengukur beberapa parameter fisik sedimen (sediment properties) yang diduga mempengaruhi nilai backscattering dasar perairan.

1.5.Manfaat penelitian

Penelitian ini diharapkan dapat memberikan manfaat sebagai berikut: 1) Memberikan gambaran karakteristik dasar perairan berdasarkan nilai

backscattering strength yang dihasilkan oleh berbagai macam tipe substrat

dasar perairan dengan menggunakan split beam echosounder.

2) Pola yang didapatkan diharapkan dapat dijadikan sebagai proses mengklasifikasikan dasar perairan dengan menggunakan instrumen hidroakustik split beam echosounder.

(24)

2. TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Sedimen dasar laut

Sedimen yang merupakan partikel lepas (unconsolidated) yang terhampar di daratan, di pesisir dan di laut itu berasal dari batuan atau material yang mengalami proses pelapukan, peluluhan pengangkutan dan pengendapan. Sedimen itu berasal dari batuan beku, batuan metamorf, batuan sedimen atau dari material biogenik, yang diangkut oleh air, angin dan gaya gravitasi.

Batuan sedimen adalah sedimen yang telah mengalami proses pengerasan atau kompak (consolidated) yang meliputi proses pemampatan (compaction), penyemenan (cementation) dan penghabluran atau pengkristalan

(recrystal-lization). Batuan sedimen dicirikan dengan adanya perlapisan, butiran sedimen

yang mengalami proses pengangkutan, struktur sedimen dan hadirnya mineral atau fosil. Proses-proses sedimen, seperti pelapukan, pengangkutan dan pengendapan, pada akhirnya menghasilkan sedimen yang berbeda. Ada sedimen yang berbutir kasar, seperti kerikil dan pasir, yang berbutir halus, seperti lanau atau lempung. Sedimen berbutir kasar berupa kerikil-pasir kuarsa akan diendapkan di sekitar pantai atau pesisir, sedangkan sedimen yang lebih halus seperti lanau dan lempung diendapkan di laut. Kerikil-pasir kuarsa, lanau dan lempung hasil proses sedimentasi itu akan membentuk endapan sedimen. Endapan sedimen itu dapat hanya berupa kerikil-pasir, atau campuran sehingga sulit untuk dipisahkan. Endapan sedimen tersebut dikelompokkan sebagai endapan klastik, seperti endapan pasir, lanau, lempung dan endapan campuran pasir dan lanau (Dewi dan Darlan, 2008).

Sedimen dicirikan atau dikarakterisasi menurut sifat-sifat alami yang dimilikinya, yaitu misalnya: ukuran butir (grain size), densitas, kecepatan jatuh, komposisi, porositas, bentuk dan sebagainya. Berdasarkan ukuran butirnya, sedimen diklasifikasikan menurut: lumpur (mud), pasir (sand) dan kerikil (gravel) (Poerbondono dan Djunasjah, 2005).

Ukuran-ukuran partikel sedimen merupakan salah satu cara yang mudah untuk menetukan klasifikasi sedimen. Klasifikasi berdasarkan ukuran partikelnya

(25)

menurut Wentworth (1922) in Dale dan William (1989) dapat dilihat pada Tabel 1.

Tabel 1. Klasifikasi sedimen berdasarkan ukuran

Jenis Partikel Diameter Partikel (mm) Boulder > 256 Cobble 64 – 256 Pebble 4 – 64 Granule 2 – 4 Sand 0,062 – 2 (62 – 2,000 µm) Silt 0,004 – 0,062 (4 – 62 µm) Clay < 0,004 (< 4 µm) Sumber : Dale dan William (1989)

2.2. Metode hidroakustik

Akustik merupakan ilmu yang mempelajari tentang gelombang suara dan perambatannya dalam suatu medium. Prinsip dari pengoperasian alat akustik adalah dengan gelombang suara yang ditransmisikan ke kolom perairan dalam bentuk pulsa yang nantinya akan mengenai target kemudian dilakukan analisa terhadap pantulan yang diberikan oleh target.

Prinsip dari pengoperasian metode hidroakustik (Gambar 2) adalah dimulai dari timer yang berfungsi sebagai penanda pulsa listrik untuk mengaktifkan pemancaran pulsa yang akan dipancarkan oleh transmitter melalui

transducer. Transducer berfungsi mengubah energi listrik menjadi energi suara

ketika suara akan dipancarkan ke medium. Gelombang akustik yang merambat di kolom perairan akan mengenai target seperti ikan atau dasar perairan dimana gelombang akustik ini akan dipantulkan kembali dalam bentuk echo dan akan diterima oleh transducer dan mengubahnya menjadi energi listrik dan diteruskan ke receiver amplifier yang berfungsi untuk menguatkan sinyal listrik sebelum diteruskan ke unit peraga untuk ditampilkan dalam bentuk echogram (MacLennan dan Simmonds, 2005).

(26)

Gambar 2. Prinsip hidroakustik

2.3. Split beam echosounder Split beam

memperbaiki kelemahan dan dual beam. Perbedaan konstruksi transducer dibagi dalam empat kuadran.

beam yang merupakan penggabungan dari keempat kuadran dalam pemancaran secara simultan. Selanjutnya, sinyal yang memancar kembali dari target diterima oleh masing-masing kuadran secara terpisah,

kemudian digabungkan lagi untu

split beam. Target tunggal diisolasi dengan menggunakan sedangkan posisi sudut target dihitung dari kedua set manual Simrad (1993), pada prinsipnya

kuadran yaitu Fore (bagian depan), dan Starboard (sisi kanan kapal)

. Prinsip hidroakustik (MacLennan dan Simmonds, 2005) chosounder

merupakan metode baru yang dikembangkan untuk memperbaiki kelemahan-kelemahan dari metode sebelumnya seperti

Perbedaan split beam dengan metode sebelumnya terdapat pada transducer yang digunakan, dimana pada echosounder

dalam empat kuadran. Pemancaran gelombang suara dilakukan dengan yang merupakan penggabungan dari keempat kuadran dalam pemancaran secara simultan. Selanjutnya, sinyal yang memancar kembali dari target diterima

masing kuadran secara terpisah, output dari masing -kemudian digabungkan lagi untuk membentuk suatu full beam Target tunggal diisolasi dengan menggunakan output sedangkan posisi sudut target dihitung dari kedua set split beam.

Simrad (1993), pada prinsipnya tranducer split beam terdiri dari empat (bagian depan), Aft (bagian belakang), Port

(sisi kanan kapal) (Gambar 3).

Simmonds, 2005)

merupakan metode baru yang dikembangkan untuk kelemahan dari metode sebelumnya seperti single beam

dengan metode sebelumnya terdapat pada der ini transducer Pemancaran gelombang suara dilakukan dengan full

yang merupakan penggabungan dari keempat kuadran dalam pemancaran secara simultan. Selanjutnya, sinyal yang memancar kembali dari target diterima -masing kuadran dengan dua set output dari full beam . Menurut buku terdiri dari empat (sisi kiri kapal)

(27)

Gambar 3. Skema transducer split beam (Simrad, 1993)

Split beam echosounder memiliki fungsi Time Varied Gain (TVG) di

dalam sistem perolehan data akustik. TVG ini berfungsi secara otomatis untuk mengeleminir pengaruh atenuasi yang disebabkan baik oleh geometrical

spreading dan absorpsi suara ketika merambat ke dalam air.

Split beam SIMRAD EY 60 scientific echosounder system merupakan

instrumen hidroakustik yang paling baru dan merupakan generasi keenam yang dibuat oleh Simrad. SIMRAD EY 60 disebut sebagai alat hidroakustik pertama yang serba bisa, yang mampu menyediakan sounder tiga frekuensi, target strength

analyzer dan echo integrator lanjutan. Sinyal echo diproses secara on-line dan

hasilnya ditampilkan dengan echogram.

SIMRAD EY 60 disebut sebagai scientific echosounder karena konsep baru yang digunakan pada receiver memungkinkan alat ini mencapai rentang dinamis sampai dengan 160 dB. Sounder dapat beroperasi pada tiga frekuensi sebesar 12, 38 dan 120 kHz. Keunikan lain dari alat ini adalah kemampuannya untuk mengamati posisi horizontal dari ikan yang berada pada beam, hal ini memungkinkan peneliti untuk mempelajari tingkah laku ikan.

2.4. Backscattering dasar perairan

Metode hidroakustik mampu melakukan pengukuran terhadap besar kecilnya pantulan dasar perairan dari berbagai tipe partikel. Secara ringkas, gelombang akustik yang terjadi pada permukaan antara air laut dan dasar laut yang mencakup pantulan dan pembauran pada daerah tersebut dan transmisi di

(28)

medium kedua. Proses ini secara umum ditentukan oleh beda impedansi akustik (z = ρc) antara kedua media (Siwabessy, 2001).

Pada saat gelombang hidroakustik mengenai permukaan dasar perairan, sebagian energi akan menembus dasar perairan dan sebagian kembali ke

transducer. Pada frekuensi rendah, pantulan dasar akustik ditentukan oleh

sedimen dasar perairan yang berbeda-beda. Dasar perairan yang sangat keras memiliki pantulan dasar yang lebih kuat dari dasar perairan yang lunak. Dasar perairan yang keras memiliki pantulan yang lebih besar dari dasar perairan yang halus dan seterusnya (Siwabessy, 2001).

Dasar perairan memiliki karakteristik memantulkan dan menghamburkan kembali gelombang suara seperti halnya pada permukaan perairan laut. Namun efek pantulan dan backscattering yang dihasilkan lebih kompleks karena sifat dasar laut yang tersusun atas beragam unsur mulai dari lapisan bebatuan yang keras hingga lempung yang halus dan tersusun atas lapisan-lapisan yang memiliki komposisi yang berbeda-beda (Urick, 1983).

Beberapa kendala yang mempengaruhi sinyal pantul menjadi berbeda dari pulsa akustik yang dihasilkan adalah sebagai berikut (Siwabessy, 2001).

1. Ketidaksesuaian impedansi akustik dari air laut – dasar laut menyebabkan pembauran permukaan dari pulsa utama;

2. Parameter akustik dari instrumen;

3. Penetrasi sinyal akustik pada dasar laut menyebabkan besarnya pembauran pulsa utama;

4. Arah pemantulan pada interface air laut – dasar laut yang diakibatkan oleh kekasaran dasar laut;

5. Time delay dari hasil oblique karena spherical spreading terhadap

perubahan kedalaman;

6. Respon dari scattering yang berasal dari second acoustic bottom pada permukaan air, gelembung pada kolom air dan kapal;

7. Kemiringan dasar laut;

8. Penyerapan akustik air laut; dan 9. Noise.

(29)

Kloser et al. (2001b) dan Schlagintweit (1993) telah melakukan observasi klasifikasi dasar laut berdasarkan frekuensi akustik. Untuk dasar perairan yang memiliki ciri yang sama, indeks kekasaran (roughness) telah diamati dengan dua frekuensi berbeda yang mereka gunakan. Schlagintweit (1993) menemukan bahwa perbedaan muncul dari data frekuensi 40 dan 208 kHz yang disebabkan perbedaan penetrasi dasar perairan dari frekuensi ini pada berbagai macam tipe dasar perairan (Gambar 4).

Gambar 4. Echo dasar perairan (Hamouda and Abdel-Salam, 2010)

Besarnya tingkat penetrasi dan pantulan (refleksi) dasar perairan juga ditentukan oleh jenis sedimen itu sendiri (Krastel et al. 2006) dimana dasar perairan atau sedimen yang memiliki sifat lebih keras akan memberikan pantulan dengan nilai amplitudo yang lebih besar (Hamilton, 2001). Nilai backscattering

strength dipengaruhi oleh impedansi akustik sebagai faktor utama, selain itu juga

dipengaruhi oleh kekasaran (roughness) permukaan sedimen dan heterogenitas volume sedimen (Fonsesca dan Mayer, 2007).

Gelombang akustik yang dihamburkan secara acak karena ketidakteraturan dari dasar perairan mencakup kekasaran dari permukaan sedimen dasar perairan, variasi ruang dalam sifat fisis sedimen dan masukan oleh kulit karang atau gelembung. Proses backscattering ini dapat dilihat pada Gambar 5. Pada frekuensi tinggi, semua dasar perairan memiliki banyak ketidakteraturan pada skala gelombang akustik (Jackson dan Richardson, 2006).

(30)

Gambar 5. Sketsa backscattering akustik dasar perairan yang disebabkan kekasaran dari permukaan dan heterogenitas sedimen

(Jackson dan Richardson, 2006)

Adapun hubungan pantulan dasar perairan terhadap tipe dasar perairan yang berbeda (batu, kerikil, pasir dan lumpur) ditunjukkan pada Gambar 6.

Gambar 6. Hubungan sudut datang dan pantulan dasar pada berbagai tipe dasar perairan (Siwabessy, 2001)

Incident wave

Reflected wave

(31)

2.5. Pendekatan metode hidroakustik terhadap dasar perairan

Informasi tentang jenis lapisan dasar perairan dan vegetasi bawah air disandikan dalam sinyal echo. Sinyal tersebut dapat disimpan dan diperoleh secara bersamaan dengan data GPS. Sinyal yang disandikan dan informasi tentang dasar perairan dapat diproyeksikan ke dalam bentuk grafik digital.

Untuk proses verifikasi hasil, sampling fisik dasar perairan harus ada dan pengamatan dilakukan oleh penyelam atau kamera bawah air dan data yang diperoleh harus dicatat sebagai data akustik. Setelah diverifikasi, hasil disimpan sehingga jenis dasar perairan dapat diketahui dan dapat dibandingkan dengan data dari sinyal echo (Burczynski, 2002).

Parameter sinyal echo selain tergantung pada jenis dasar perairan (khususnya kekasaran (roughness) dan kekerasan (hardness) juga dipengaruhi oleh parameter dari alat (frekuensi seperti beamwidth transducer dan lain-lain). Oleh karena itu, hasil verifikasi akan sah hanya untuk sistem akustik yang digunakan untuk verifikasi (Burczynski, 2002).

Suatu perkiraan bahwa bagian dasar perairan keras akan menghasilkan

echo yang tajam dengan amplitudo yang tinggi sementara bagian dasar perairan

lunak akan menghasilkan echo yang panjang dengan amplitudo yang lebih rendah. Fenomena ini dapat diamati pada osiloskop yang ada pada echogram di

echosounder selama survei (Gambar 7).

Gambar 7. Contoh jejak dasar perairan kasar dan lunak pada perekaman hitam putih (Burczynski, 2002)

(32)

Gambar 8 memperlihatkan contoh echo dari dasar perairan yang keras dan lunak. Nilai amplitudo dari echo dikuadratkan, melalui pengintegrasian echo dan kemudian kurva kumulatif dari echo dasar perairan. Perbedaan yang nyata akan terlihat dari bentuk yang berbeda antara energi kumulatif dari sinyal dasar perairan yang keras dan lunak. Dasar perairan yang keras akan menghasilkan kurva dengan peningkatan yang tajam sementara bagian dasar perairan yang lunak akan menghasilkan kurva yang meningkat dengan kemiringan yang relatif rendah.

Echo yang berasal dari dasar perairan yang ditampilkan dalam bentuk energi

kumulatif dapat disimpan dalam database. Kemudian untuk jenis yang tidak diketahui dapat diimplementasikan sebagai “curve fitness algorithm” dan mengenali jenis dasar perairan sesuai dengan bentuk kurva energi kumulatif.

Gambar 8. Bentuk kurva dasar perairan dari dasar perairan yang keras dan lunak; (a) Amplitudo sinyal echo dan (b) Kurva energi kumulatif (Burczynski, 2002)

Amplitudo dan bentuk sinyal akustik yang dipantulkan dari dasar laut ditentukan oleh kekasaran dasar laut, perbedaan densitas antara air dan dasar laut, dan reverberasi di dalam substrat. Klasifikasi dasar laut memerlukan sistem akuisisi data akustik dan suatu algoritma yang menganalisis data, menentukan jenis dasar laut dan menghubungkannya dengan hasil klasifikasi akustik terhadap sifat fisik sedimen laut (Tsemahman et al. 1997).

Penggunaan sistem klasifikasi dasar laut telah terintegrasi dengan kombinasi perangkat keras dan perangkat lunak. Pengolahan data biasanya tergantung pada ekstraksi fitur karakteristik dari echo dasar laut (Gambar 9).

(33)

Klasifikasi memasukkan semacam teknik penyaringan untuk kelompok echo dengan fitur yang serupa.

Gambar 9. Echo yang menunjukkan jejak dari pulsa yang dikirim dan dipantulkan dari dasar laut (Collins dan McConnaughey, 1998)

Durasi echo mempengaruhi berbagai macam fitur yang selain tergantung pada bentuk echo, juga tergantung pada jenis sedimen dan kedalaman. Nilai amplitudo backscatter tergantung pada jenis sedimen, grazing angle dan jarak. Ketergantungan pada grazing angle dan jarak harus dikurangi untuk klasifikasi dasar perairan (Preston et al. 2004).

(34)

3. METODOLOGI

3.1. Waktu dan lokasi penelitian

Penelitian ini dilaksanakan pada tanggal 29 Januari – 2 Februari 2011 yang berlokasi di sekitar perairan Pulau Pramuka, Pulau Panggang, Pulau Karya dan Pulau Semak Daun, Kepulauan Seribu – Jakarta Utara, yang memiliki kedalaman relatif dangkal yang berkisar pada kedalaman 2 – 8 m dan diduga memiliki tipe sedimen yang berbeda-beda pada beberapa lokasi. Pengambilan data difokuskan pada beberapa macam tipe substrat yang menjadi fokus kajian pada penelitian ini, dimana penulis terlibat langsung dalam proses pengambilan data di lapangan. Lokasi ditentukan berdasarkan informasi dari nelayan dan masyarakat di sekitar lokasi penelitian serta survei awal yang dilakukan dengan penyelaman. Gambar 10 menunjukkan peta lokasi penelitian.

(35)

Pengolahan data akustik dilakukan di Laboratorium Akustik dan Instrumentasi Kelautan, Departemen Ilmu dan Teknologi Kelautan, FPIK – IPB dan Pusat Penelitian Pengelolaan Perikanan dan Konservasi Sumber Daya Ikan (P4KSI) – KKP, Jakarta. Analisis sampel sedimen dilakukan di Laboratorium Fisika Tanah, Balai Penelitian Tanah – Bogor.

3.2. Perangkat dan peralatan penelitian

3.2.1. Instrumen SIMRAD EY 60 scientific echosounder system

Pengambilan data akustik menggunakan perangkat SIMRAD EY 60

scientific echosounder system. Transducer split beam dioperasikan dengan

menggunakan frekuensi 120 kHz, transmitted power 50 watt, kecepatan suara sebesar 1546,35 m/dtk dan dengan nilai transmitted pulse length 0,128 mdtk. Selain itu, digunakan laptop untuk merekam data secara real time dan juga GPS (Global Positioning System) untuk mengetahui posisi lintang (latitude) dan bujur (longitude). Spesifikasi SIMRAD EY 60 dapat dilihat pada Tabel 2.

Tabel 2. Spesifikasi SIMRAD EY 60 scientific echosounder system Spesifikasi SIMRAD EY60 Operation setting Operating frequency 120 kHz

Operating modes active

Transmission power adjustable in steps 50 watt

Ping rate adjustable 60 m

Maximum ping rate 20 pings/sec

Data collection range 0 to 1500 m

Receiver filtering matched digital filters Receiver noise figure 4 dB

Split-beam complex digital demodulation Synchronization internal and external

Bottom detection settings adjustable

Transmit power maximum 4 kW

Receiver instantenous dynamic range 150 dB Sumber: Simrad, 1993

(36)

3.2.2. Kapal

Survei pengambilan data akustik dilakukan dengan menggunakan kapal nelayan setempat. Penempatan komponen SIMRAD EY 60 (Laptop dan GPT) harus berada pada tempat yang aman dan mudah dioperasikan. Penempatan posisi transducer harus masuk ke dalam air, sehingga transducer diletakkan di sisi luar kapal tepatnya pada bagian kiri kapal dengan kedalaman transducer 0,5 m. Transducer diletakkan di sebelah kiri karena perputaran baling-baling kapal berlawanan dengan arah jarum jam. Hal ini dilakukan karena noise yang ditimbulkan oleh baling-baling lebih besar pada satu sisi kapal daripada sisi yang lain. Dalam hal ini, sisi kanan kapal memiliki noise yang besar karena baling-baling kapal berputar ke arah kiri. Namun pada saat pengambilan data akustik, lokasi pengambilan data hanya difokuskan pada posisi yang stasioner sehingga mesin kapal dimatikan untuk mengurangi noise yang mungkin saja ditimbulkan oleh baling-baling kapal.

Tabel 3. Alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian akustik dasar perairan

Alat dan bahan Jenis Kegunaan

Split beam echosounder SIMRAD EY 60 Pengambilan data akustik

GPS Garmin Pengambilan data posisi stasiun

Notebook/Laptop Hp Compac Pemrosesan dan penyimpanan data akustik

Alat selam SCUBA Alat bantu observasi dan

pengambilan sampel dasar perairan

Underwater camera Sony DCS-W170 10,1 megapixel

Dokumentasi objek bawah air

Pipa paralon Diameter 7,6 cm Panjang 10 cm

Alat untuk mengambil sampel dasar perairan

Kapal Kapal nelayan

(panjang 6 m dan lebar 1,8 m)

Wahana apung dan tempat pemasangan alat survei akustik

(37)

Spesifikasi transducer dalam sistem echosounder SIMRAD EY 60 adalah sebagai berikut (Tabel 4).

Tabel 4. Spesifikasi transducer seri ES 120-7C

Spesifikasi Besaran Satuan

Resonant frequency 120 kHz

Circular beamwidth 7 derajat

Directivity

DI=10 log D 28 dB

Equivalent two-way beam angle

10 log ψ -21 dB re 1 steradian

Impedance 19 ohm

Transmitting response 185 dB re 1 µPa per V

Receiving sensitivity, open circuit -190 dB re 1 V per µPa

Sumber: Simrad, 1993

3.2.3. Alat pengambil contoh sedimen

Pengambilan contoh sedimen dilakukan pada tiap stasiun pengamatan yang memiliki data akustik. Proses pengambilan sedimen dilakukan melalui penyelaman dengan SCUBA dan menggunakan pipa paralon berdiameter 7,6 cm (3 inch) dengan panjang 10 cm yang ditancapkan ke dalam dasar perairan. Sedimen yang didapatkan dibiarkan berada dalam pipa paralon dalam keadaan tertutup sehingga tidak mengubah struktur sedimen yang terdapat dalam sedimen.

Gambar 11. Ilustrasi posisi paralon terhadap echogram Posisi paralon

dalam dasar laut dengan kedalaman paralon 10 cm

(38)

3.3. Pengambilan data akustik

Pengambilan data akustik dilakukan dengan menggunakan instrumen split

beam echosounder SIMRAD EY 60, dimana prinsip kerja instrumen ini adalah

pemancaran gelombang suara melalui transmitting transducer secara vertikal ke dasar perairan. Gelombang suara yang dikirim ke dasar perairan akan dipantulkan lagi dan diterima oleh receiver transducer. Instrumen ini dilengkapi dengan frekuensi 120 kHz.

Instrumen split beam echosounder SIMRAD EY 60 dioperasikan pada tiap stasiun pengamatan (stasioner). Kondisi kapal dalam keadaan diam dan tetap pada posisi yang telah ditentukan sehingga proses perekaman data diharapakan berasal dari tipe sedimen yang telah ditentukan. Diagram alir pengambilan data akustik dapat dilihat pada Gambar 12.

Gambar 12. Diagram alir pengambilan data akustik GPT Transducer Laptop SIMRAD EY 60 GPS Seabed

(39)

3.4. Pengambilan contoh sedimen

Pengambilan contoh sedimen dilakukan pada 9 stasiun pengamatan yang memiliki data akustik. Lokasi pengambilan data sedimen dilakukan disekitar Pulau Pramuka, Pulau Panggang, Pulau Karya dan Pulau Semak Daun yang lokasinya tidak terlalu jauh antar pulau. Proses pengambilan sedimen dilakukan melalui penyelaman dengan menggunakan SCUBA dan menggunakan pipa paralon berdiameter 7,6 cm (3 inch) dengan panjang 10 cm yang ditancapkan ke dalam dasar perairan. Sedimen yang didapatkan dibiarkan berada dalam pipa paralon dalam keadaan tertutup sehingga tidak mengubah struktur sedimen dan kandungan air yang terdapat dalam sedimen yang selanjutnya dibawa untuk dianalisis di laboratorium. Untuk mengetahui jenis/tipe substrat dari tiap sedimen yang diambil dilakukan analisis besar butir (grain size) sedimen melalui proses fraksinasi sedimen, selain itu dilakukan pengukuran porositas (porosity) dari sedimen dan densitas (density).

3.5. Pemrosesan data akustik

Tampilan echo dasar perairan dengan jelas ditampilkan berdasarkan variabilitasnya dari ping ke ping. Proses membedakan echo dasar perairan untuk beberapa kategori dasar perairan dilakukan dengan pengrata-rataan nilai dari sinyal echo dan menghasilkan suatu data berdasarkan rata-rata dari data. Nilai

roughness dan hardness dapat di ekstrak dari hamburan echo dasar perairan yang

pertama dan kedua. Data dasar perairan yang terbaik dihasilkan oleh specular

reflection dari dasar perairan (transmisi yang tegak lurus dasar perairan) (Gambar

13).

Energi yang paling tinggi dan echo terendah telah diestimasi pada beberapa penelitian. Ini diasumsikan bahwa echo dengan energi yang tinggi dihasilkan oleh specular reflection dan itu merupakan yang terbaik untuk klasifikasi dasar perairan sedangkan echo dengan energi level terendah dihasilkan oleh oblique reflection dan merupakan yang kurang baik untuk klasifikasi dasar perairan (Burczynski, 2002).

(40)

Gambar 13. Bentuk sinyal keluaran echosounder (Siwabessy et al. 2005) Bagian awal dari echo dasar perairan yang pertama disebabkan oleh pantulan pertama dasar perairan yang tegak lurus dengan transducer axis. Echo pada bagian pertama ini (specular dan coherent) sangat sensitif terhadap pitch dan

roll dari kapal dan transducer. Sisa dari echo pertama dasar dari dasar perairan

disebabkan oleh oblique back reflection (non coherent) dan lebih sedikit sensitif terhadap pitch dan roll. Echo pertama dasar perairan sebagian besar dihubungkan dengan nilai kekasaran (roughness) dan kekerasan (hardness) dari dasar perairan akan ditingkatkan dari bagian kedua dari echo pertama dasar perairan (oblique

reflection) (Gambar 14).

(41)

Data yang diperoleh dari instrumen SIMRAD EY 60 split beam

echosounder systems dalam bentuk raw data (echogram) selanjutnya diekstrak

dengan menggunakan software Echoview dan Matlab. Proses integrasi dasar perairan dilakukan pada kedua pantulan akustik dari dasar perairan (first bottom dan second bottom) untuk melihat respon karakteristik backscattering dari dasar perairan yang diamati (Gambar 15). Respon akustik dari dasar perairan dilihat dengan mengintegrasikan dasar laut dengan ketebalan integrasi 10 cm.

Elementary Distance Sampling Unit (EDSU) yang digunakan pada proses

integrasi adalah berdasarkan dengan ping number sebesar 20 ping. Nilai

threshold yang digunakan untuk energy of the 1st bottom echo (E1) minimum pada

-50 dB dan maksimum 0 dB, sedangkan threshold minimum untuk energy of the

2nd bottom echo (E2) sebesar -70 dB dan maksimum pada 0 dB.

Gambar 15. Geometri backscattering dari pantulan 1st dan 2nd echo dasar perairan (Penrose et al. 2005)

(42)

3.6. Analisis data

3.6.1. Komputasi acoustic bottom backscattering

Nilai acoustic backscattering volume (Sv) dari dasar perairan diperoleh dengan menggunakan software Echoview. Nilai SS diperoleh menggunakan persamaan yang menghubungkan bottom volume backscattering coefficient (Sv) dan surface backscattering coefficient (Ss) (Manik et al. 2006).

Sv = 

() ………. (1)

dimana, Φ = instantaneous equivalent beam angle for surface scattering Ψ = equivalent beam angle for volume scattering

c = kecepatan suara (m/s) τ = pulse length

Pada peak bottom echo, nilai integrasi Ψ ≈ Φ sehingga persamaan (1) menjadi :

Ss =

Sv ………. (2)

SS [dB] = 10*log Ss ………. (3)

Selanjutnya untuk beam dengan bukaan lebar beam yang sempit, dimana daerah insonifying terletak pada daerah normal incidence. Daerah permukaan

insonified adalah persimpangan dari directivity lobe (diasumsikan vertikal) dan

daerah permukaan ini dirumuskan sebagai berikut (Lurton, 2002):

A = ψ*H2 ………. (4)

dimana H merupakan tinggi dari sumber ke target dan ψ equivalent beam angle, dalam steradians. Jika beam berbentuk kerucut (conical), daerah permukaan dapat dinyatakan sebagai fungsi dari setengah bukaan sudut konvensional φ (Lurton, 2002):

(43)

Nilai maksimum dari intensitas echo level maka akan sama dengan (Lurton, 2002):

EL = SL – 40 log H – 2αH + 10 log (ψH2) + BSs(0) = SL – 20 log H – 2αH + 10 log ψ + BSs(0)

= SL – 20 log H – 2αH + 10 log(π tan2φ) + BSs(0) ………. (6) dimana, EL = echo level (dB)

SL = source level (dB re 1 µPa)

= 197,5 + 10log(50) = 214 dB re 1uPa @1m

BSs(0) = backscattering surface strength at normal incidence (dB) H = ketinggian dari sumber suara ke target (m)

α = koefisien absorpsi (dB/m)

Model ini menyatakan bahwa sinyal ditransmisikan dalam waktu yang cukup lama untuk jejak beam pada satu daerah insonified.

Untuk pulsa pendek, bidang dari dasar perairan yang ter-insonified tidak ditentukan oleh bukaan beam, tapi berdasarkan pulse duration. Proyeksi ini berbentuk lingkaran di atas dasar perairan, radius yang diberikan berupa delay antara tepi dan pusat. Kisaran antara sonar dengan tepian lingkaran adalah R = H + cτ/2. Radius lingkaran kira-kira sama dengan √ dan areanya adalah A = πHcτ. Pada kasus ini, maksimum echo level menjadi (Lurton, 2002):

EL = SL – 30 log H – 2αH + 10 log(πcτ) + BSs(0) ………. (7)

Pada persamaan (6) dan (7) simbol BSs(0) (Lurton, 2002) ≈ SS(0) (Manik

et al. 2006).

Transisi antara rezim pulsa panjang dan pulsa pendek terjadi ketika proyeksi sinyal ke permukaan memotong tepian dari jejak dari beam directivity. Dengan demikian, semuanya tergantung pada bentuk beam itu sendiri. Untuk

beam yang berbentuk kerucut (conical) setengah dari bukaan φ, merupakan batas

antara dua rezim tersebut yang terjadi pada kedalaman perairan H. H =

(44)

3.6.2. Komputasi acoustic reflection sedimen dasar perairan

Koefisien refleksi didefinisikan sebagai bagian dari gelombang tekanan suara yang dipantulkan oleh dasar perairan, dibagi dengan gelombang suara yang mengenai dasar perairan, atau dengan kata lain rasio antara gelombang suara yang dipantulkan (Pr) dengan gelombang suara yang mengenai dasar perairan (Pi). Dimana:

R = 



………. (9)

Untuk gelombang akustik normal incidence, koefisien refleksi berkaitan dengan impedansi akustik yang ditandai melalui hubungan berikut:

R =  

 

=

 

 

………. (10)

dimana Z1, ρ1, c1 dan Z2, ρ2, c2 masing-masing merupakan nilai akustik impedansi, densitas dan kecepatan suara di kolom air dan permukaan sedimen. Parameter sedimen ditunjukkan pada Gambar 16.

Gambar 16. Ilustrasi stuktur sedimen dan kolom air (Medwin dan Clay, 1998) Nilai kecepatan suara dan densitas di dalam perairan dan di sebagian sedimen diketahui. Sedimen dasar perairan diasumsikan bertindak sebagai fluida dan oleh karena itu digunakan persamaan (10) untuk menghitung koefisien refleksi dasar perairan. Tekanan fraksional refleksi, R, sering disebut ”bottom

loss”. Bottom loss sering dinyatakan dalam dB sebagai bilangan positif.

(45)

3.6.3. Analisis sedimen

Contoh sedimen yang diambil dengan menggunakan pipa paralon berdiameter 7,6 cm dengan panjang 10 cm selanjutnya dianalisis sifat fisiknya seperti tekstur sedimen, densitas dan porositas dari sedimen tersebut (Ruang Pori Total) yang nantinya digunakan sebagai data insitu sekaligus sebagai data pembanding dari hasil hidroakustik.

Tekstur sedimen adalah susunan relatif dari besar butir sedimen, terdiri dari pasir berukuran 2 mm – 50 µ, lumpur berukuran 50 µ – 2 µ dan liat berukuran kurang dari 2 µ. Klasifikasi metode analisis tekstur dilakukan dengan menggunakan metode ayakan bertingkat dengan langkah-langkah sebagai berikut: 1. Contoh substrat diambil dari lapangan dan diperkirakan beratnya pada waktu

kering minimal 100 gram basah.

2. Substrat tersebut dikeringkan dalam oven dengan suhu 1000C sampai benar- benar kering (± 24 jam).

3. Contoh diayak dengan Shieve shaker berukuran 2 mm. 4. Berat asal kering contoh ditimbang dengan berat 10 gram.

5. Selanjutnya ditambahkan H2O2 30% sebanyak 100 ml dan didiamkan selama semalam, setelah itu contoh substrat dimasak untuk menghilangkan bahan organik.

6. Contoh substrat kemudian diayak dengan ayakan berukuran 325 mesh (mesh = banyaknya lubang (hole) dalam 1 mm2).

7. Hasil ayakan ini kemudian dimasukkan ke dalam Shieve shaker (5 ukuran mata ayakan) untuk kemudian diayak sehingga menghasilkan 5 ukuran besar butir sedimen yang nantinya akan digolongkan ke dalam substrat pasir.

8. Hasil lain dari ayakan berukuran 325 mesh yang dalam keadaan cair ditambahkan larutan Na2P2O7 . 10H2O untuk selanjutnya dianalisis untuk mengetahui substrat lumpur dan liat yang dilakukan dengan cara pemipetan dengan ukuran pipet 20 cc.

9. Untuk menentukan fraksi lumpur, larutan didiamkan selama 1 – 15 menit. Selanjutnya untuk fraksi liat dimana ukurannya sangat kecil, maka larutan tersebut didiamkan selama 3,5 sampai 24 jam untuk selanjutnya ditentukan persentasenya.

(46)

Proses pengukuran sediment properties selain untuk melihat tekstur, sedimen juga digunakan untuk melihat ruang pori total dan densitas yang terkandung dalam sedimen. Densitas sedimen merupakan berat suatu volume sedimen dalam keadaan utuh yang dinyatakan dalam g/cc. Pengukuran densitas dari sedimen dilakukan dengan menggunakan ring berukuran tinggi 5 cm dengan diameter 5 cm. Jika densitas (berat isi) telah diketahui, maka ruang pori total dihitung dengan menggunakan persamaan:

Ruang pori total =

1 −

!" 

!" #" $%

&

x 100% ………. (12)

Untuk klasifikasi tipe substrat di lokasi penelitian, maka dilakukan pengklasifikasian dengan menggunakan diagram segitiga tekstur USDA.

3.6.4. Principal Component Analysis

Principal Component Analysis (PCA) adalah cara untuk mengidentifikasi

pola-pola dalam data dan mengungkapkan data sedemikian rupa untuk melihat persamaan dan perbedaan dari data (Smith, 2002). Prosedur PCA pada dasarnya adalah bertujuan untuk menyederhanakan variabel yang diamati dengan cara menyusutkan (mereduksi) dimensinya. Hal ini dilakukan dengan cara menghilangkan korelasi diantara variabel bebas melalui transformasi variabel bebas asal ke variabel baru yang tidak berkorelasi sama sekali atau yang biasa disebut dengan principal component (Soemartini, 2008).

Principal Component Analysis (PCA) diterapkan pada data untuk

menghilang redundansi. Jumlah Principal Component yang dipilih ditentukan oleh banyaknya variasi yang ada. Principal Component Analysis (PCA) ini bertujuan untuk :

1. Mengidentifikasi peubah baru yang mendasari data peubah ganda.

2. Mengurangi banyaknya dimensi himpunan peubah yang biasanya terdiri dari peubah yang banyak dan saling berkorelasi menjadi peubah baru yang tidak berkorelasi dengan mempertahankan sebanyak mungkin keragaman dalam data.

3. Menghilangkan peubah-peubah asal yang mempunyai sumbangan informasi yang kecil.

(47)

Pada penelitian ini Principal Component Analysis (PCA) digunakan untuk melihat hubungan antar parameter akustik dengan beberapa parameter fisika sedimen yang diduga dapat memberikan gambaran mengenai karakter dari dasar perairan. PCA menghitung suatu set variabel baru yang lebih kecil, variabel linear independen, yang disebut komponen utama (Principal Component) yang memberikan laporan dari sebagian besar perbedaan yang ada dalam data yang sebenarnya (Gambar 17).

Gambar 17. Proses klasifikasi nilai echo (Preston, 2004)

3.6.5.Clustering analysis

Clustering adalah operasi analisis multidimensional yang terdiri dari

pembagian parameter-parameter (deskriptor) dalam suatu penelitian (Legendre dan Legendre, 1998). Clustering dapat diartikan sebagai proses pengelompokkan objek berdasarkan informasi yang diperoleh dari data yang menjelaskan hubungan antar objek dengan prinsip untuk memaksimalkan kesamaan antar anggota satu kelas dan meminimumkan kesamaan antar kelas/cluster.

Ada beberapa pendekatan yang digunakan dalam mengembangkan metode

clustering. Dua pendekatan utama adalah clustering dengan pendekatan partisi

(K-Means) dan clustering dengan pendekatan hirarki. Clustering dengan pendekatan partisi atau sering disebut dengan partition-based clustering

(48)

mengelompokkan data dengan memilah-milah data yang dianalisa ke dalam

cluster-cluster yang ada. Clustering dengan pendekatan hirarki atau sering

disebut dengan hierarchical clustering mengelompokkan data dengan membuat suatu hirarki berupa dendogram dimana data yang mirip akan ditempatkan pada hirarki yang berdekatan dan yang tidak pada hirarki yang berjauhan.

Metode clustering yang akan digunakan pada penelitian ini untuk melihat hubungan antara nilai akustik dan sedimen properties yang ada adalah clustering dengan pendekatan hirarki. Metode clustering dengan pendekatan hirarki mengelompokkan data yang mirip dalam hirarki yang sama dan yang tidak mirip di hirarki yang agak jauh. Ada dua metode yang sering diterapkan yaitu

agglomerative hieararchical clustering dan divisive hierarchical clustering. Agglomerative melakukan proses clustering dari N cluster menjadi satu kesatuan cluster, dimana N adalah jumlah data, sedangkan divisive melakukan proses clustering yang sebaliknya yaitu dari satu cluster menjadi N cluster.

Salah satu cara untuk mempermudah pengembangan dendogram untuk

hierarchical clustering ini adalah dengan membuat similarity matrix yang

memuat tingkat kemiripan antar data yang dikelompokkan. Tingkat kemiripan bisa dihitung dengan berbagai macam cara seperti dengan Euclidean Distance

Space. Berangkat dari similarity matrix ini, kita bisa memilih lingkage jenis mana

yang akan digunakan untuk mengelompokkan data yang dianalisa, dimana pada penelitian ini digunakan average lingkage.

Gambar

Gambar 1. Kerangka pemikiran penelitian  Underwater
Tabel 1.  Klasifikasi sedimen berdasarkan ukuran
Gambar 2 . Prinsip hidroakustik 2.3. Split beam e chosounder
Gambar 3. Skema transducer split beam (Simrad, 1993)
+7

Referensi

Dokumen terkait

Secara umum rotan dapat tumbuh pada berbagai keadaan seperti : di rawa, tanah kering, dataran rendah, pegunungan tanah kering berpasir, tanah liat berpasir yang secara

project-based learning, problem-based learning, dan discovery learning telah direkomendasikan oleh kurikulum 2013 sebagai strategi efektif dalam pembelajaran

Potensi Kerak Limbah Cair Pabrik Pengolahan Kelapa Sawit sebagai Bahan Arnelioran pada Tanah Podzolik Merah Kuning Gajrug

Makmun, M.H bahwa akibat hukum yang ditimbulkan dalam perkara Nomor 0004/Pdt.G/2011/PA.Kra yakni setelah putusan pengadilan berkekuatan hukum tetap, perkawinan

lingkungan desa demulih yang kurang terdapat tanaman obat jenis tertentu. Dari survei yang dilakukan, minimnya tanaman obat pada tempat-. tempat penting seperti sekolah dan

Kegiatan pengabdian masyarakat ini dilaksanakan oleh dua dosen dari dua prodi Universitas Amikom Yogyakarta yang berbeda yang bermitra dengan Pokdarwis, Bumdes, masyarakat sekitar

Untuk menangani isu-isu ini dengan lebih berkesan pendokong gerakan Islam perlu melihat dan mempelajari kerangka dan sistem yang ada; bukan menghentam dan

Dengan pursed lips breathing (PLB) akan terjadi peningkatan tekanan pada rongga mulut, kemudian tekanan ini akan diteruskan melalui cabang-cabang bronkus sehingga dapat mencegah