BAB I
PENDAHULUAN
I.1. Latar Belakang
Indonesia memiliki tempat wisata yang sangat beragam dan sangat diminati oleh wisatawan domestik maupun mancanegara. Salah satu tempat wisata yang banyak menarik minat para wisatawan baik wisatawan lokal maupun mancanegara
adalah Candi Prambanan. Kawasan Candi Prambanan merupakan
kompleks candi Hindu terbesar di Indonesia yang dibangun pada abad ke-9 masehi. Candi Prambanan terletak 17 kilometer dari pusat kota Yogyakarta tepatnya di Kecamatan Prambanan, Kabupaten Sleman dan Kecamatan Prambanan, Kabupaten Klaten. Kawasan wisata Candi Prambanan memiliki tiga candi utama yang berada di halaman utama kompleks candi, yaitu Candi Wisnu, Brahma dan Siwa. Komplek Candi Prambanan ini dibangun di tengah area yang memiliki taman yang indah. Oleh karena itu Kawasan Candi Prambanan tersebut harus dilestarikan oleh pihak pengelola maupun pengunjung yang berwisata ke kawasan tersebut. Pelestarian Kawasan Candi Prambanan dikelola oleh pihak PT. Taman Wisata Candi.
Salah satu tindakan pelestarian yang dilakukan adalah terhadap sarana dan prasarana Kawasan Candi Prambanan tersebut yang memerlukan perencanaan, sehingga dapat dilakukan perbaikan ataupun pengembangan terhadap kawasan tersebut. Untuk memulai perencanaan yang baik sangat diperlukan proses pemetaan terhadap kawasan candi tersebut. Pemetaan tersebut dilakukan untuk mempermudah pengelolaan dan juga pengembangan agar kawasan tersebut semakin lebih baik. Pemetaan yang dimaksud meliputi pemetaan topografi (bagian atas tanah) dan juga pemetaan utilitas bawah tanah.
Pemetaan topografi atau situasi merupakan pemetaan dari suatu lokasi/daerah yang mencakup penyajian dalam bentuk horizontal dan vertikal dalam suatu gambaran yang disebut peta topografi (Davis, 1981). Pemetaan topografi pada kawasan tersebut mencakup bangunan candi, topografi kawasan candi maupun seluruh utilitas yang berada di atas tanah yang ada pada kawasan Candi Prambanan.
Pemetaan topografi tersebut dapat dilakukan dengan menggunakan alat seperti GPS,
Total Station maupun foto udara. Sedangkan pemetaan bawah tanah adalah pemetaan
yang dilakukan pada bagian bawah tanah kawasan candi yang meliputi pipa air bawah tanah dan jalur listrik yang berada di bawah tanah. Untuk melakukan pemetaan bawah tanah dapat digunakan alat Ground Penetrating Radar (GPR).
Ground Penetrating Radar atau GPR merupakan alat yang memancarkan
gelombang yang dapat menembus tanah sehingga dapat mendeteksi objek-objek yang ada di bawah tanah kemudian mengembalikan gelombang tersebut yang diterima kembali oleh alat GPR tersebut. Pemetaan yang dilakukan pada pekerjaan aplikatif GPR dapat digunakan untuk mendeteksi utilitas bawah tanah yang terdapat pada kawasan candi tersebut. Pada dasarnya teknologi GPR tidak hanya digunakan untuk mengetahui jalur kabel listrik dan pipa air saja, melainkan semua material di bawah tanah yang dapat mengembalikan gelombang yang dipancarkan oleh alat GPR, termasuk juga akar-akar pohon yang sangat banyak ditemui. Alat GPR tersebut kemudian dijalankan sesuai dengan line pengukuran yang telah memiliki desain jalur pengukuran. Dengan menggunakan data yang diterima oleh alat tersebut dan dilakukan interpretasi visual terhadap hasil citra GPR dapat diidentifikasi objek bawah tanah tersebut. Pada pekerjaan aplikatif ini digunakan alat GPR MALA 500
Mhz dan kegiatan aplikatif ini difokuskan untuk memetakan jalur pipa air bawah
tanah yang menghubungkan beberapa reservoir air bersih pada kawasan Candi Prambanan.
Kelemahan alat GPR MALA 500 Mhz tersebut adalah tidak dilengkapi dengan alat penentuan posisi sehingga harus dilakukan penentuan posisi, dalam kegiatan aplikatif ini dilakukan dengan menggunakan alat Total Station. Proses penentuan posisi GPR dilakukan dengan mengukur titik awal dan titik akhir pada setiap line pengukuran menggunakan metode terestris, menggunakan Total Station.
Kegiatan aplikatif ini melakukan pengukuran dengan alat GPR MALA 500
MHz untuk pembuatan peta utilitas pipa air bawah tanah. Hasilnya berupa peta utilitas
pipa air bawah tanah dengan profil kedalaman pipa air pada kawasan Candi Prambanan. Hasil gabungan peta topografi dengan peta utilitas pipa air bawah tanah yang dapat digunakan sebagai referensi untuk kegiatan perencanaan dan
pengembangan kawasan wisata, baik dalam kepentingan jangka pendek maupun jangka panjang.
I.2. Lingkup Kegiatan
Lingkup kegiatan meliputi area Kawasan Candi Prambanan yang terletak di Kecamatan Prambanan, Sleman dan kecamatan Prambanan, Klaten, kurang lebih 17 kilometer timur laut Yogyakarta, 50 kilometer barat daya Surakarta dan 120 kilometer selatan Semarang, kawasan Candi Prambanan ini terletak di perbatasan antara Provinsi Jawa Tengah dan Daerah Istimewa Yogyakarta. Secara lebih jelas lokasi kegiatan terlihat pada Gambar I.1.
Dalam kegiatan aplikatif ini dibatasi permasalahan yang ada dengan menggunakan kriteria sebagai berikut:
1. Peralatan GPR yang digunakan adalah GPR MALA 500 MHz yang tidak dilengkapi dengan alat penentuan posisi.
2. Jalur pipa yang dipetakan hanya jalur utama pipa air bawah tanah.
3. Penentuan posisi pipa air bawah tanah dilakukan secara terestris menggunakan Total Station.
4. Pengolahan dilakukan menggunakan perangkat lunak Object Mapper, sedangkan interpretasi dilakukan secara visual.
5. Penggambaran peta utilitas pipa air bawah tanah dilakukan dengan perangkat lunak Autocad Civil 2013, demikian juga dengan penggambaran profil memanjang kedalaman dan penggabungan dengan peta topografi. 6. Validasi jalur pipa air bawah tanah tidak dilakukan karena tidak ada izin
dari pengelola taman wisata Candi Prambanan.
I.3. Tujuan
Tujuan kegiatan ini meliputi:
1. Terbentuknya desain jalur pengukuran utilitas pipa air bawah tanah dengan menggunakan alat GPR MALA 500 MHz.
2. Terbentuknya peta utilitas pipa air bawah tanah pada kawasan wisata Candi Prambanan.
3. Terbentuknya profil kedalaman pipa air bawah tanah pada kawasan wisata Candi Prambanan.
I.4. Manfaat
Manfaat kegiatan aplikatif ini yaitu :
1. Mengetahui bagaimana prosedur melakukan pemetaan utilitas pipa air bawah tanah dengan menggunakan GPR mulai dari persiapan, pengukuran, pengolahan data, interpretasi dan penggambaran.
2. Diperolehnya peta gabungan antara peta topografi dan peta utilitas bawah tanah yang dapat digunakan untuk perencanaan dan pengelolaan kawasan wisata Candi Prambanan.
I.5. Landasan Teori I.5.1. Pemetaan Topografi
Pemetaan topografi atau situasi merupakan pemetaan dari suatu lokasi/daerah yang mencakup penyajian dalam bentuk horizontal dan vertikal dalam suatu gambaran yang disebut peta topografi (Davis, 1981). Peta topografi adalah peta yang menggambarkan fitur-fitur alami dan buatan manusia. Pemetaan situasi dapat dilakukan dengan dua metode yaitu metode terestris dan metode ekstraterestris. Metode terestris adalah metode menggunakan alat seperti Teodolit, Waterpass, Total
Station, sedangkan metode ekstraterestris adalah metode menggunakan alat GPS,
penginderaan jauh maupun fotogrametri. Pengukuran horizontal dan vertikal serta detil disebut juga pengukuran situasi. Jumlah detil topografi yang diukur harus merepresentasikan kenampakan permukaan bumi yang sebenarnya. Semakin rapat mengambil detil maka kenampakan aslinya akan lebih sesuai. Kerapatan detil yang diambil sesuai dengan skala peta yang dibuat. Kerapatan detil untuk skala 1:250 berbeda dengan skala 1:10.000. Untuk skala 1:250 mempunyai arti 1 cm ukuran di peta sama dengan 250 cm di lapangan atau 2,5 di lapangan maka setiap objek yang memiliki dimensi 2,5 di lapangan tergambar 1 cm di peta.
I.5.1.1. Pengukuran kerangka kontrol. Pengadaan kerangka kontrol pemetaan merupakan tahapan awal yang dilakukan dalam kegiatan survei topografi. Adapun kerangka kontrol pemetaan terbagi atas dua macam yaitu kerangka kontrol horizontal dan kerangka kontrol vertikal. Pengukuran kerangka kontrol horizontal dimaksudkan untuk memperoleh nilai koordinat 2D (X,Y) dan kerangka kontrol vertikal untuk memperoleh nilai ketinggian (Z) titik kontrol pemetaan yang teliti.
Pengukuran kerangka kontrol horizontal ada berbagai metode yang dapat digunakan, antara lain metode terestris dan extra-terestris. Metode yang digunakan untuk kegiatan aplikatif ini adalah metode extra-terestris dengan menggunakan GPS metode Real Time Kinematik berbasis radio. Pengukuran kerangka kontrol vertikal dilakukan menggunakan teknologi GPS maka perlu dilakukan reduksi menggunakan undulusi geoid untuk mengetahui tinggi titik terhadap geoid bukan lagi ellipsoid.
Global Positioning System (GPS) merupakan teknologi penentuan posisi
dengan menggunakan satelit yang berbeda-beda untuk penentuan posisi. Sistem GPS terdiri atas tiga segmen yaitu segmen angkasa (space segment) yang terdiri atas satelit-satelit yang dimiliki GPS, segmen sistem kontrol (control system segment) terdiri atas stasiun kontrol yang mengendalikan GPS dari bumi dan segmen pengguna (user segment) yang merupakan pengguna GPS termasuk alat yang digunakan serta data GPS.
Prinsip penentuan posisi oleh GPS pada dasarnya adalah pemotongan ke belakang (space resection). Pengukuran jarak dilakukan ke beberapa satelit GPS yang telah diketahui koordinatnya, dengan pengamatan secara simultan ke minimal empat buah satelit untuk mendapatkan tiga parameter posisi dan satu parameter waktu. Jarak tersebut diperoleh dengan cara mengukur waktu rambat sinyal dari satelit ke stasiun pengamatan. Posisi yang diberikan oleh GPS adalah posisi tiga dimensi (X, Y, Z ataupun φ, λ, h) yang dinyatakan dalam datum World Geodetic
System (WGS) 1984 (Abidin, 2000).
Penentuan posisi menggunakan GPS diperoleh dengan dua metode penentuan posisi secara umum, antara lain metode penentuan posisi secara absolut dan relatif. Metode penentuan posisi secara absolut atau yang lebih dikenal dengan point
positioning merupakan penentuan posisi suatu titik secara mandiri dimana suatu
merupakan desain awal dari penentuan posisi dengan teknologi GPS. Dalam penentuannya, posisi titik yang ditentukan tidak bergantung pada titik lainnya, maka
receiver yang digunakan hanya satu buah. Sedangkan metode penenntuan posisi
secara relatif pada dasarnya adalah pengamatan posisi satelit GPS dalam konstelasi yang sama secara bersamaan dengan rentang waktu yang sama dan bertujuan untuk menentukan posisi relatif dua atau lebih stasiun pengamatan serta menentukan jarak antara dua stasiun atau lebih yang dikenal dengan jarak basis (baseline). Dalam metode ini posisi suatu titik ditentukan relatif terhadap titik lain yang sudah diketahui koordinatnya. Dalam hal ini, titik referensi tersebut adalah satelit-satelit GPS dan GLONASS yang posisinya di orbit dapat diketahui melalui data broadcast ephemeris maupun precise ephemeris. Berdasarkan data ephemeris tersebut, dapat diketahui posisi satelit dari sinyal yang dipancarkan oleh satelit GNSS, sehingga posisi pengamat atau receiver GPS dapat ditentukan.
Metode pengukuran kerangka dasar pemetaan horizontal dengan survei GPS ada beberapa macam yaitu (SNI 10-6742, 2002):
1. Metode statik adalah metode survei GPS dengan waktu pengamatan yang relatif lama (beberapa jam) di setiap titiknya. Titik-titik yang diukur posisinya diam (tidak bergerak).
2. Metode stop and go adalah proses pengamatan GPS dengan melakukan
inisialisasi di titik awal untuk penentuan ambiguitas fase, receiver GPS
bergerak dari titik ke titik lainnya dan melakukan pengamatan dalam waktu yang relatif singkat (sekitar 1 menit) pada setiap titiknya. Metode penentuan posisi ini kadang disebut juga sebagai metode semi-kinematik
3. Metode pseudo-kinematik adalah metode survei GPS yang pengamatannya dilakukan dua kali secara singkat (5 s.d 10 menit) pada satu titik dengan selang waktu yang relatif cukup lama (1 s.d 2 jam) antara keduanya.
Metode Real Time Kinematic (RTK) merupakan metode berbasiskan pada carier
phase dalam penentuan posisi secara relatif dengan tingkat ketelitian mencapai
satuan sentimeter secara real time. Prinsip penentuan posisi secara RTK dengan cara menggunakan satu stasiun penerima siyal (referensi/base station) dan beberapa rover
(receiver) yang dapat bergerak (mobile). Stasiun referensi penerima sinyal carrier phase dan unit rover yang bergerak membandingkan pengukuran fase itu sendiri
dengan membandingkan pengukuran fase yang diterima dari stasiun referensi (base
stasion) sehingga nantinya didapat data koreksi yang dibutuhkan untuk
pengukurannya secara real time. Ada tiga komponen penting dalam pengukuran menggunakan metode RTK (Abidin, 2000), yaitu :
1. Stasiun referensi
Stasiun referensi atau base station ini terdiri atas receiver dan antena. Base
station ini berfungsi untuk mengolah data differential dan melakukan koreksi carrier phase yang dikirimkan via radio modem base station ke radio modem rover.
2. Stasiun rover
Fungsi rover adalah untuk mengidentifikasi satelit-satelit pada daerah pengamatan dan menerima data differential dan koreksi carrier phase dari
base station. Cara kerja rover dalam melakukan pengukuran secara RTK
dengan cara menggerakkan rover (mobile) dari suatu titik ke titik lainnya yang ingin diketahui posisinya. Koreksi carrier phase tersebut dikirim via radio link dengan radio modem antara base station dan rover sehingga bisa mendapatkan posisi yang lebih teliti.
3. Data link (hubungan data) differential
Data link ini berfungsi mengirimkan data differential dan koreksi carrier phase dari base station ke rover melalui radio modem. Kecepatan radio
modem dan band frekuensi pada base station dan rover harus sama sehingga proses pengiriman data bisa lancar. Jenis-jenis band frekuensi yang dimanfaatkan dalam survei GPS-RTK meliputi:
a. Ultra Height Frequency (UHF)
Bekerja pada frekuensi antara 300 Mhz s.d. 3 Ghz dengan panjang gelombang antara 10 cm s.d. 1m.
b. Very Height Frequency (VHF)
Bekerja pada frekuensi antara 30 Mhz s.d. 300 Mhz dengan panjang gelombang antara 1 m s.d 10 m.
c. Height Frequency (HF)
Bekerja pada frekuensi antara 3 Mhz s.d. 30 Mhz dengan panjang gelombang antara 10 m s.d. 100 m.
Gambar I.2. Konsep pengukuran RTK GNSS
(
Sumber: Atunggal, 2010)Pengukuran pada metode RTK memiliki tiga jenis solusi pengukuran (Diggelen, 2009), yaitu:
1. Fixed
Sudah terhubung dengan base station, memiliki ketelitian posisi 1 s.d. 5 cm, ambiguitas fase sudah terkoreksi, jumlah satelit yang ditangkap lebih dari empat, bias multipath terkoreksi dan Link Quality (LQ) 100%.
2. Float
Sudah terhubung dengan base station, memiliki ketelitian posisi lebih dari 5 cm, ambiguitas fase belum terkoreksi, jumlah satelit yang ditangkap kurang dari empat (too few satellite), bias multipath belum terkoreksi.
3. Standalone
Tidak terhubung dengan base station, memiliki ketelitian posisi lebih dari 1 m, ambiguitas fase belum terkoreksi secara diferensial, jumlah satelit yang ditangkap kurang dari empat (too few satellite), bias multipath belum terkoreksi.
Sistem RTK berkembang setelah diperkenalkannya suatu teknik untuk memecahkan ambiguitas fase di saat receiver dalam keadaan bergerak yang dikenal dengan metode penentuan ambiguitas fase secara On The Fly (OTF). Dengan adanya
radio modem, maka proses pengiriman data atau koreksi fase dapat dilakukan secara seketika membuat informasi posisi yang dihasilkan oleh sistem ini dapat diperoleh secara seketika (Rahmadi, 1997). Ketelitian tipikal posisi yang diberikan oleh sistem RTK adalah sekitar 1 s.d. 5 cm, dengan asumsi bahwa ambiguitas fase dapat ditentukan secara benar (Abidin, 2000). Dengan ketelitian yang sudah mencapai 1 s.d. 5cm maka akuisis detil topografi menggunakan teknologi RTK radio menjadi lebih efektif dan cepat.
I.5.1.3. Pengukuran titik awal dan akhir jalur GPR. Tahapan setelah pengadaan kerangka kontrol pemetaan adalah pengukuran titik awal dan akhir jalur GPR. Metode pengambilan titik tersebut yang digunakan dalam kegiatan aplikatif ini adalah metode polar menggunakan Total Station. Sebelum Total Station digunakan, terlebih dahulu harus diketahui adanya beberapa syarat yang harus dipenuhi terlebih dahulu sebelum digunakan untuk melakukan pengukuran di lapangan. Dalam praktik pengukuran di lapangan, pada dasarnya Total Station sendiri harus memenuhi beberapa syarat, yaitu:
1. Syarat dinamis
a. Centering adalah bahwa sumbu I segaris dengan garis gaya berat.
b. Sumbu I vertikal 2. Syarat statis:
a. Sumbu II tegak lurus sumbu I
b. Garis bidik/kolimasi tegak lurus sumbu II c. Kesalahan indeks vertikal sama dengan nol
Penentuan posisi dari titik-titik awal dan akhir diikatkan pada titik-titik kerangka pemetaan yang terdekat yang telah diukur sebelumnya atau mungkin juga ditentukan dari garis ukur yang merupakan sisi-sisi dari kerangka peta ataupun garis yang dibuat khusus untuk itu. Salah satu metode yang digunakan untuk pengukuran titik awal dan akhir adalah metode polar atau ekstrapolasi koordinat kutub. Metode polar dapat dilihat pada Gambar I.3.
Gambar 0.3. Ilustrasi pengikatan detil metode polar Keterangan :
Xd,Yd : Koordinat planimetrik titik detil
Xbm2, Ybm2 : Koordinat planimetrik titik BM2
Xbm1, Ybm1 : Koordinat planimetrik titik BM1
αbm2-bm1 : Azimut BM2 ke BM1
αbm2-d : Azimut BM2 ke titik detil
βbm2 : Sudut ukuran yang dibentuk antara BM1-BM2-titik detil
Dbm2-d : Jarak ukuran dari BM2 ke titik detil
Metode ini mengukur posisi tiga dimensi (X, Y, Z) dari setiap detil. Posisi detil ditentukan berdasarkan data jarak horizontal dan jarak miring, jarak vertikal, serta sudut horisontal dan sudut vertikal (Kavanagh, 2009) dari titik ikat atau bench
mark ke titik detil. Dengan menggunakan alat Total Station yang merupakan
gabungan antara teodolit dan Electronic Distance Meter (EDM), penentuan jarak secara optis, pengukuran sudut horizontal untuk azimut serta pengukuran sudut vertikal untuk penentuan beda tinggi dapat dilakukan secara bersamaan. Dalam pengukuran detil secara ekstrapolasi koordinat kutub pada metode takhimetri, komponen yang dikur meliputi :
a. Azimut/sudut antara titik BM dan titik awal dan akhir jalur GPR b. Jarak antara titik BM dan titik titik awal dan akhir jalur GPR
Dalam penentuan posisi secara ekstrapolasi koordinat kutub pada metode takhimetri, penentuan koordinat horizontal (X, Y) ditentukan dengan mengukur jarak optis dan azimut antara titik BM dengan titik detil. Penentuan beda tinggi dari setiap detil
dilakukan secara trigonometris, dimana pengukuran beda tinggi dengan cara trigonometris adalah suatu proses penentuan beda tinggi dari titik-titik pengamatan dengan cara mengukur sudut miring atau vertikalnya dengan jarak yang diketahui, baik jarak dalam bidang datar maupun jarak geodetis untuk menentukan nilai koordinat Z dari titik detil tersebut.
I.5.1.4. Penggambaran peta topografi. Penggambaran peta topografi secara digital dilakukan dengan mengolah data hasil download pengukuran, kemudian diolah dengan perangkat lunak Microsoft Excel untuk data yang diperoleh melalui pengukuran menggunakan Total Station. Untuk data hasil pengukuran GPS, khususnya data dengan format rinex hasil pengukuran GPS metode RTK radio, proses download data langsung dilakukan dari perangkat GPS tanpa harus diolah menggunakan Microsoft Excel seperti data ukuran dengan Total Station. Setelah proses download data, dapat dilakukan plotting titik-titik hasil pengukuran dengan menggunakan perangkat lunak CAD yaitu Autocad Civil 3D 2013.
Penggambaran peta situasi secara digital menggunakan perangkat lunak
Autocad mencakup tahapan plotting, editing dan finishing dari data ukuran yang
meliputi :
1. Penggambaran titik kontrol.
2. Penggambaran titik awal dan akhir jalur GPR.
Titik awal dan akhir jalur GPR yang digambar berupa titik-titik yang telah diukur dan telah diklompokkan menurut layernya. Titik-titik tersebut digambarkan agar pada peta situasi yang dihasilkan jalur GPR yang merepresentasikan kondisi sebenarnya dari daerah yang dipetakan.
3. Penggambaran garis kontur.
Garis kontur perlu digambarkan dalam suatu peta situasi dengan tujuan untuk mengetahui gambaran topografi dari daerah yang dipetakan. Garis kontur tersebut menggambarkan tren dari topografi di suatu daerah pemetaan karena memuat informasi tinggi yang ditampilkan dalam bentuk nilai dari interval kontur. Dalam proses penggambaran garis kontur harus mempertimbangkan karakteristik dan spesifikasi garis kontur yang benar.
a. Tidak berpotongan. b. Tidak bercabang. c. Tidak bersilangan.
d. Semakin jarang menunjukkan daerah yang semakin datar. e. Semakin rapat menunjukkan daerah yang semakin curam. f. Tidak berhenti didalam peta.
Penggambaran kontur pada perangkat lunak autocad dilakukan dengan menggunakan seluruh data dari titik tinggi topografi yang terkelompok dalam
layer khusus yang disebut spot height (kode SH). Dalam pelaksanaannya,
pembuatan kontur juga dipadu dengan layer-layer detil planimetrik yang telah dibuat sebelumnya.
I.5.2. Ground Penetrating Radar (GPR)
GPR merupakan metode geofisika yang menggunakan elektromagnetik untuk mendeteksi objek yang terkubur dalam tanah dan mengevaluasi kedalaman objek tersebut. Menurut David dan Annan (1989) dalam Kearey dan Brooks (2002), GPR merupakan teknik pencitraan tanah dan struktur batuan pada kedalaman dangkal dengan tingkat resolusi yang tinggi. Teknik ini menggunakan propagasi gelombang radar yang melewati media yang dikontrol oleh sumber elektrik dengan frekuensi tinggi (900 MHz-1 GHz).
Dalam penerapannya, GPR dapat digunakan untuk pemetaan geologi menggunakan antena < 500 MHz dan untuk rekayasa (uji tidak merusak) menggunakan antena > 500 MHz. Metode GPR menggunakan tanggapan tanah terhadap gelombang elektromagnetik yang merambat melaluinya. Gelombang elektromagnetik merupakan gelombang medan yang merambat secara transversal. Gelombang elektromagnetik terdiri atas dua komponen yang saling tegak lurus terhadap arah getar dari medan listrik dan medan magnet.
Setelah menempuh jarak tertentu, amplitudo gelombang radar mengalami peredaman/atenuasi (Supriyanto,2007). Amplitudo gelombang dapat dihitung dengan persamaan I.1 :
Dalam hal ini :
E0 : amplitudo medan listrik
a : koefisien atenuasi x : jarak
Faktor-faktor yang mempengaruhi amplitudo gelombang radar sehingga mengalami peluruhan (atenuasi) adalah :
1. Geometrical spreading (penyebaran geometris) 2. Hamburan energi karena ketidakhomogenan medium 3. Pantulan energi pada bidang batas medium
4. Penyerapan energi 5. Rugi akibat antena
Sistem GPR terdiri atas pengirim (transmitter), yaitu antena yang terhubung ke sumber pulsa dengan pengaturan timing circuit dan bagian penerima (receiver), yaitu antena yang terhubung ke unit pengolahan dan display sebagai tampilan akhir. Untuk mendapatkan hasil yang terbaik, GPR harus memiliki persyaratan, yaitu kopling radiasi yang efisien ke dalam tanah, penetrasi gelombang elektromagnetik yang efisien, menghsilkan sinyal dengan amplitudo yang besar dari objek yang dideteksi, dan bandwith yang cukup untuk menghasilkan resolusi yang baik.
GPR memiliki kesamaan prinsip dengan seismik refleksi dan survei sonar. Propagasi gelombang dikontrol oleh konstanta dielektrik (permitivitas relatif) dan konduktivitas di bawah permukaan. Konstanta dielektrik dapat berpindah pada konduktor buruk. Air memiliki konstanta dielektrik 80, dimana hampir seluruh material geologi memiliki kisaran nilai konstanta dielektrik antara 4 s.d. 8. Akibatnya, air yang terkandung dalam suatu material akan memiliki pengaruh kuat untuk propagasi gelombang radar.
Kontras antara konduktivitas dan konstanta dielektrik yang melewati permukaan mengakibatkan gelombang radar tersebut dipantulkan. Kedalaman objek dapat diketahui dengan mengukur selang waktu antara pemancaran dan penerimaan pulsa dimana kecepatan perambatan gelombang elektromagnetik harus diketahui tergantung kepada kecepatan cahaya di udara. Jika konstanta dielektrik medium semakin besar, maka kecepatan gelombang elektromagnetik yang dirambatkan semakin kecil. Pulse Repetition Frequency (PRF) merupakan nilai yang menyatakan
seberapa seringnya pulsa radar diradiasikan ke dalam tanah dan dilandasi dengan kedalaman maksimum yang ingin dicapai.
I.5.3.1. Prinsip kerja GPR. GPR memiliki cara kerja yang sama dengan radar konvensional. GPR mengirim pulsa energi antara 10 s.d. 1000 MHz ke dalam tanah dari suatu antena, dan kemudian merekam pemantulannya dalam waktu yang sangat singkat.
Gambar I.4. Prinsip kerja GPR
(Sumber : https://georadargpr.files.wordpress.com/2014/10/prinsip-gpr.jpg)
Jika suatu pulsa GPR mengenai suatu lapisan atau objek dengan suatu konstanta dielektrik berbeda, pulsa dipantulkan kembali, diterima oleh antena
receiver, waktu dan besar pulsa direkam, seperti ditunjukan pada Gambar 1.4. Pada
banyak kasus, antena transmitter dan antena receiver adalah sama. Walaupun GPR beroperasi sama seperti sistem radar konvensional pada umumnya, dalam artian bahwa ia mengirimkan gelombang elektromagnetik dan menerima radar yang kembali, yang kemudian diproses untuk melihat target. Namun demikian, GPR dikarekterisasi oleh tiga prinsip mendasar yang membedakannya dari sistem radar konvensional.
Pertama, bandwidth operasi dari GPR diletakkan pada frekuensi rendah untuk mendapatkan kedalaman penetrasi yang memadai ke dalam tanah. Kenyataannya, kedalaman penetrasi dari sinyal yang dipancarkan, pada umumnya sangat terbatas sesuai dengan panjang gelombangnya. Di sisi lain, radar harus mampu menyediakan resolusi down-range yang memadai, untuk itu bandwidth operasi diperlukan
bandwidth operasi puluhan s.d. ratusan megahertz. Bandwidth operasi ini sesuai
dengan frekuensi tengah radar, yang menyebabkan bandwidth relatif (rasio
bandwidth terhadap frekuensi tengah) mendekati satu atau terkadang lebih besar. Ini
berarti GPR bersifat ultrawideband dan berbeda dengan sistem radar konvensional, yang beroperasi pada band frekuensi yang lebih tinggi. Kompromi antara kedalaman penetrasi dan resolusi harus selalu dilakukan, penetrasi yang lebih dalam dapat dicapai dengan menggunakan frekuensi yang lebih rendah namun dengan resolusi
downrange yang lebih rendah pula.
Kedua, tidak seperti sistem radar konvensional, GPR beroperasi di dekat permukaan tanah. Hal ini berakibat kekasaran dari permukaan tanah dan ketidakhomogenan tanah dapat meningkatkan clutter. Dalam banyak kasus penguna GPR dengan terpaksa harus melakukan image prosesing tingkat lanjut untuk membedakan target dari clutter.
Ketiga, kebanyakan GPR merupakan sistem radar jarak dekat (short-range). Pada kondisi ini target biasanya terletak di daerah medan dekat atau medan menengah sehingga karakteristik medan dekat antenna menjadi sangat penting. Hal ini sangat berbeda dengan radar konvensional, yang beroperasi pada medan jauh.
Kemampuan penetrasi GPR tergantung pada frekuensi sinyal, efisiensi radiasi antena dan sifat dielektrik material. Sinyal radar dengan frekuensi yang tinggi menghasilkan resolusi yang tinggi dengan kedalaman penetrasinya terbatas, sebaliknya sinyal radar dengan frekuensi rendah menghasilkan penetrasi kedalaman yang jauh tetapi resolusinya rendah (Arcone, 1984). Frekuensi gelombang radar yang dipancarkan dapat diatur dengan mengganti antena. Dimensi antena bervariasi dengan frekuensi gelombang radar, sebagai misal antena 1 Ghz berukuran 30 cm sedangkan antena 25 Mhz mempunyai panjang 6 m (Astutik, 2001). Pemilihan frekuensi yang digunakan tergantung pada ukuran target. Aproksimasi range
kedalaman dan aproksimasi maksimum kedalaman penetrasi seperti yang ditunjukkan pada Tabel I.1.
Tabel I.1. Resolusi dan daya tembus gelombang radar (Mala Geoscience, 1997)
Frekuensi antena (MHz) Ukuran target minimum yang terdeteksi (m) Aproksimasi range kedalaman (m) Penetrasi kedalaman maksimum (m) 25 ≥ 1,0 5 s.d. 30 35 s.d. 60 50 ≥ 0,5 5 s.d. 20 20 s.d. 30 100 0,1 – 1,0 2 s.d. 15 15 s.d. 25 200 0,05 – 0,50 1 s.d. 10 5 s.d. 15 400 ᴝ 0,05 1 s.d. 5 3 s.d. 10 1000 Cm 0,05 s.d. 2 0,5 s.d. 4
Tahapan dalam metode GPR, terdiri atas akuisisi data GPR, pengolahan data, dan tahap interpretasi.
I.5.3.2. Sistem komponen pada GPR. Sistem GPR yang digunakan untuk mengukur keadaan di bawah permukaan tanah terdiri atas unit kontrol, antena pengirim dan antena penerima, penyimpanan data yang sesuai dan peralatan display. Unit kontrol radar menghasilkan pulsa trigger tersinkronasi ke pengirim dan penerima elektronik di antena. Pulsa ini mengendalikan pengirim dan penerima elektronik untuk menghasilkan sampel gelombang dari pulsa radar yang dipantulkan. Antena merupakan tranduser yang mengkonversikan arus elektrik pada elemen-elemen antena logam (biasanya antena bowtie-dipole sederhana) untuk mengirimkan gelombang elektromagnetik yang dipropagasikan ke dalam material. Antena memancarkan energi elektromagnetik ketika terjadi perubahan percepatan arus pada antena. Radiasi terjadi sepanjang garis, dan radisi terjadi sepanjang waktu ketika terjadi perubahan arah arus (misalnya pada ujung elemen antena). Mengendalikan dan mengarahkan energi elektromagnetik dari antena merupakan tujuan dari perancangan antena. Antena juga mengubah gelombang elektromagnetik ke arus pada suatu elemen antena, bertindak sebagai suatu penerima energi elektromagnetik dengan cara menangkap bagian gelombang elektromagnetik. Frekuensi tengah
antena yang disediakan untuk tujuan komersial berkisar antara 10 s.d. 1000 MHz. Antena ini menghasilkan pulsa yang secara khas memiliki 2 atau 3 oktav bandwidth. Secara umum, antena dengan frekuensi rendah dapat menyediakan kedalaman penetrasi yang lebih tinggi namun memiliki resolusi yang lebih rendah dibandingkan dengan antena dengan frekuensi tinggi. Sistem GPR dikendalikan secara digital, dan data selalu direkam secara digital untuk kebutuhan pemrosesan survei akhir dan
display. Kendali digital dan display bagian dari sistem GPR secara umum terdiri atas
sebuah mikroprosesor, memori, dan mass storage yaitu medium untuk menyimpan bidang pengukuran. Sebuah mikrokomputer yang kecil dan operating system
standard kerapkali digunakan untuk mengendalikan proses pengukuran, menyimpan
data, dan bertindak sebagai penghubung dengan pengguna. Data kemungkinan dapat mengalami proses penyaringan pada bidang untuk menghilangkan noise, atau data kasar mungkin direkam terlebih dahulu dan pemrosesan data untuk menghilangkan
noise dilakukan di kemudian waktu. Penyaringan medan untuk menghilangkan noise
yang terdiri atas pemfilteran elektronik dan/atau pemfilteran digital dilakukan terlebih dahulu untuk merekam data pada medium penyimpanan data. Bidang pemfilteran secara normal harus diperkecil kecuali pada kasus-kasus tertentu ketika data harus ditafsirkan segera setelah direkam.
I.5.3.3. Tahap akuisisi data GPR. Tahap akuisisi data GPR diawali dengan penentuan kedalaman dan frekuensi. Kemudian dilanjutkan dengan mendeteksi kondisi bawah permukaan dengan cara memindahkan kedua antena sesuai model yang dikehendaki. Gelombang yang dipancarkan dapat dipantulkan setelah melalui two-way travel time tertentu dan ditampilkan pada radargram yang berbentuk penampang. Konfigurasi inilah yang merupakan perbedaan litologi.
Terdapat tiga model data GPR, yaitu reflection profiling, wide angel
reflection and refraction (WARR), dan radar tomografi. Reflection profiling
dilakukan dengan membawa antena yang bergerak dan kedalaman target atau reflektor dapat diketahui jika cepat rambat gelombang diketahui. Metode WARR dilakukan dengan meletakkan sumber pemancar dengan posisi tetap dan receiver yang dipindahkan sepanjang lintasan penyelidikan. Metode ini biasanya dilakukan pada reflektor yang relatif datar atau kemiringan rendah. Sedangkan metode radar
tomografi dilakukan dengan menempatkan transmitter dan receiver pada posisi berlawanan.
I.5.3.4. Tahap pengolahan data. Setelah memperoleh data GPR, maka data ini harus diproses. Untuk mempermudah teknik interpretasi dan visualisasi maka data perlu diolah menggunakan teknik seperti berikut :
a. Konversi data ke penggunaan format digital.
b. Penghilangan/minimalisasi gelombang direct dan gelombang udara dari data.
c. Penyesuaian amplitudo pada data. d. Penyesuaian penguatan pada data. e. Penyesuaian statis pada data. f. Filtering data.
g. Velocity analisttis. h. Migrasi.
Pemetaan pipa bawah tanah dengan menggunakan GPR dilakukan dengan melakukan pengukuran cross section koridor 10 s.d. 20 m sepanjang jalur induk pipa air yang dipetakan dengan interval 5 s.d.15 m. Material di bawah permukaan bumi terdiri atas karakteristik yang berbeda (heterogen) sehingga sinyal yang dipancarkan dan kembali dapat mengalami perubahan (atenuasi) di sepanjang lintasan. Tahap ini terbagi menjadi dua fase, yaitu selama akuisisi dan setelah akuisisi. Selama akuisisi, sinyal difiltrasi untuk mendapatkan data yang potensial sehingga tidak memerlukan penyelidikan ulang. Sedangkan setelah akuisi, filtrasi data tetap dilakukan, terutama data digital.
I.5.3.5. Tahap interpretasi. Yang perlu diperhatian dalam interpretasi adalah interpretasi grafik, analisis kuantitatif, dan kegagalan interpretasi. Berdasarkan interpretasi grafik, kecepatan gelombang dapat diketahui dengan asumsi suatu konstanta dielektrik relatif yang mendekati suatu nilai material tertentu. Hal ini mengakibatkan Two-Way Travel Time (TWT) dapat diterjemahkan menjadi kedalaman dan dapat diketahui nilai sebenarnya dari kecepatan gelombang.
Dengan analisis kuantitatif, kedalaman target dapat diketahui dari cukup tidaknya nilai yang diketahui dari analisis kecepatan, variasi konstanta dielektrik material yang dilewati, amplitudo, dan koefisien refleksi. Namun, perlu diketahui interpretasi menggunakan metode GPR ini memiliki kelemahan yaitu tidak mampu mengidentifikasi permukaan tanah akibat perlakuan yang dialami oleh sinyal selama perjalanan melewati medium.
1.5.3. Penentuan Posisi Pipa dengan Total Station
Proses interpretasi data citra dapat menghasilkan titik-titik pipa yang sudah pada citra tersebut tetapi belum dalam bentuk titik-titik koordinat pipa. Oleh karena itu diperlukan data pengukuran Total Station yang digabungkan sehingga titik titik pipa yang telah diinterpretasikan dapat diketahui koordinat sesuai dengan sistem koordinat yang telah ditentukan. Koordinat titik awal dan akhir pengukuran GPR dapat langsung digabungkan dengan hasil dari pengolahan data GPR. Dengan demikian diketahui posisi pipa dengan menggunakan fungsi waktu yaitu diukur waktu tempuh alat GPR dari titik awal ke titik akhir dengan asumsi kecepatan GPR konstan sehingga posisi pipa dapat diketahui. Ilustrasi penentuan posisi pipa dapat diliat pada Gambar I.5.
Gambar I.5. Ilustrasi penentuan posisi pipa Keterangan Gambar I.5. :
: cross section pengukuran GPR
XA, YA : koordinat planimetrik titik awal pengukuran GPR
XB, YB : koordinat planimetrik titik akhir pengukuran GPR
XP, YP : koordinat planimetrik titik pipa bawah tanah
∆tAB : waktu tempuh dari titik awal ke titik akhir pengukuran GPR
∆tAP : waktu tempuh dari titik awal ke titik indikasi pipa
Berdasarkan Gambar I.5. posisi pipa (XP, YP) dapat ditentukan menggunakan
interpolasi linear dari fungsi waktu. Interpolasi linear ini menggunakan data pengukuran ∆tAB dari alat GPR sedangkan ∆tAP hasil interpretasi pipa pada data
pengukuran GPR. Persamaan interpolasi linear posisi pipa disajikan pada persamaan I.2 dan I.3.(Sulistian, Teguh., 2015)
XP = XA+ ∆tAP ∆tAB ∙ (XB− XA) ……….. (I.2) YP = YA+ ∆tAP ∆tAB ∙ (YB− YA) ……….….. (I.3)
Ada cara lain untuk mendapatkan posisi pipa yaitu dengan menghitung azimut dari dua titik yaitu antara titik awal dan akhir kemudian mencari koordinat pipa dari titik awal. Persamaan tersebut disajikan pada persamaan I.4, I.5 dan I.6.
𝛼𝐴𝐵 = Arc Tg (𝑋𝑏−𝑋𝑎)
(𝑌𝑏−𝑌𝑎). . . .(I.4)
XP = XA + D Sin α . . . .(I.5) YP = YA + D Cos α . . . .(I.6)
Selanjutnya untuk posisi tinggi (Z) pipa dihitung menggunakan nilai kedalaman hasil pengukuran GPR dengan bidang acuan Digital Terrain Model (DTM). Sebelumnya perlu dicari nilai Z pipa pada bidang DTM menggunakan metode drape. Drape merupakan langkah mencari nilai ketinggian (Z) pada DTM berdasar posisi planimetrik (X,Y) yang diketahui. Setelah nilai Z pada DTM sudah
didapatkan maka nilai Z pipa bawah tanah dapat dihitung menggunakan persamaan I.7.
ZP = Z DTM – D Pipa ……….(I.7)
Dalam hal ini :
ZP : tinggi pipa (m)
ZDTM : tinggi pipa pada DTM (m)
