Modul GGMPLUS PROGRAM STUDI TEKNIK GEOFISIKA INSTITUT TEKNOLOGI SUMATERA

(1)

56

(2)

1

(3)

2

BAB I PERSIAPAN DATA GRAVITASI GGMPLUS

1.1 Pengenalan GGMPlus

GGMplus (Global Gravity Model plus) merupakan perpaduan dari gravitasi satelit GRACE dan GOCE, EGM2008, dan efek gravitasi topografi gelombang pendek pada resolusi sekitar 200 m untuk semua wilayah terestrial dan dekat pesisir Bumi antara ±60° lintang. Gambar Gravitasi Bumi GGMplus yang mencakup data tentang percepatan gravitasi, komponen medan radial dan horizontal, serta elevasi quasigeoid dengan lebih dari 3 miliar titik yang mencakup 80% massa permukaan Bumi. GGMplus memberikan deskripsi paling lengkap tentang gravitasi bumi pada resolusi sangat tinggi dan cakupan global hingga saat ini. Sehingga memberikan manfaat langsung untuk banyak aplikasi di bidang teknik, eksplorasi, astronomi, survei, dan geofisika (Hirt dkk., 2013). Metode yang digunakan untuk pengembangan GGMplus adalah dengan menggabungkan satelit GRACE dan GOCE dengan EGM2008. Kemudian dilakukan sintesis harmonik sferis medan gravitasi, forward modelling dan perhitungan normal gravity pada permukaan.

Ketiga proses digabungkan untuk mendapatkan model gravitasi resolusi tinggi.

Gambar 1.1 Medan gravitasi pada berbagai tingkat resolusi di atas area Gunung Everest.

(a) Gravitasi khusus satelit (free air) dari satelit GOCE dan GRACE, (b) Gravitasi GGE (gravitasi satelit yang digabungkan dengan gravitasi EGM2008), dan (c) GGMplus sebagai gabungan gravitasi satelit, EGM2008, dan gravitasi topografi (Hirt dkk., 2013)

(4)

3

1.2 Langkah-Langkah Mengunduh Data GGMPlus

Langkah-langkah yang perlu dilakukan untuk mengunduh data GGMplus adalah sebagai berikut:

1. Kunjungi web http://ddfe.curtin.edu.au/gravitymodels/

2. Untuk mengunduh data gravity disturbance pilih folder GGMplus > data

>dg.

Gambar 1.2 Isi pada folder data GGMplus

3. Dalam modul ini akan dicontohkan cara mengambil data GGMplus untuk wilayah panas bumi Bonjol Kabupaten Pasaman, Sumatera Barat. Untuk menentukan data mana yang akan diunduh, harus diketahui terlebih dahulu letak longitude dan latitude daerah tersebut. Pada area panas bumi Bonjol terletak pada sekitar longitude 100⁰dan latitude 0⁰ maka data yang dipilih yakni N00E100. (Untuk daerah lainnya, silakan dicari dengan referensi koordinat dari data Google Earth).

4. Untuk mengunduh data geoid, klik laman seperti pada langkah 1 5. Kemudian pilih folder GGMplus > data > geoid.

6. Pilih data geoid yang sesuai dengan data gravity disturbance (.dg) sebelumnya.

7. Untuk mengunduh data DEM, klik laman seperti pada langkah 1

8. Pilih folder ERTM2160 > data > dem. Pilih data DEM sesuai dengan data gravity disturbance.

9.

Data yang sudah di-download memiliki tipe DG File dan DEM File. Untuk proses mengekstraknya menjadi tipe .txt akan dilakukan ekstraksi dengan

(5)

4

menggunakan MATLAB. Untuk mempermudah proses pengolahan dengan MATLAB, simpan DG File dalam folder dg dan DEM File dalam folder dem.

Kedua folder tersebut disimpan dalam satu folder yang sama dengan script GGMplus

Gambar 1.3 Contoh format penyimpanan data yang akan diekstrak.

10. Kemudian buka MATLAB, copy script GGMplus yang ada pada bagian lampiran

Gambar 1.4 Script pada MATLAB untuk ekstraksi data GGMplus

11. Aturlah lokasi penyimpanan path GGMplus sesuai dengan lokasi direktori penyimpanannya

Gambar 1.5 Format direktori penyimpanan path GGMplus

(6)

5

12. Tentukanlah area penelitian yang ingin diteliti dengan mengatur minlon (Minimum longitude), maxlon (Maximum longitude), maxlat (Maximum latitude), minlat (Minimum latitude). Untuk memudahkan dalam penentuan minimum dan maximum dari letak area penelitian, dapat dilakukan penandaan lokasi pada Google Earth seperti pada Gambar 1.6.

Gambar 1.6 Contoh penandaan batas lokasi penelitian untuk menentukan minimum dan maksimum koordinat

13. Pada modul ini area penelitian memiliki batas koordinat sebagai berikut

Gambar 1.7 Minimum dan maksimum lokasi penelitian.

14. Pilih data jenis data yang akan diekstraksi, pada modul ini contoh data yang akan di ekstrak adalah nilai gravity disturbance dan nilai percepatan gravitasi

Gambar 1.8 Menentukan jenis data yang akan diekstrak.

(7)

6

15. Tentukan 1 titik test point yang berada dalam area penelitian dengan mengatur nilai test_phi dan test_lam. Untuk menentukan nilainya pilih median dari longitude dan latitude

Gambar 1.9 Penentuan nilai test_phi dan test_lam.

16. Atur lokasi penyimpanan dan nama data yang akan diekstrak pada bagian output seperti Gambar 1.10.

Gambar 1.10 Mengatur lokasi dan nama dari data yang akan diekstrak 17. Kemudian klik run. Apabila telah berhasil diekstrak maka peta gravity

disturbance dan percepatan gravitasi akan muncul seperti Gambar 1.11 berikut

(8)

7

Gambar 1.11 Peta gravity disturbance dan percepatan gravitasi yang berhasil diekstrak.

18. Untuk melihat data yang telah di ekstrak, buka pada folder direktori yang dipiliha pada tahap output. Data yang telah diekstrak akan memiliki format txt.

Gambar 1.12 Data GGMplus yang telah berhasil diekstrak.

(9)

8

BAB II PENGOLAHAN DATA GGMPLUS

2.1 Menyiapkan Database Data GGMplus

1. Setelah berhasil melakukan ekstrak data gravity disturbance, dem, dan data geoid, kemudian satukan data tersebut pada Microsoft Excel.

Gambar 2.1 Data GGMplus pada Microsoft Excel

2. Kemudian lakukan konversi koordinat dari longitude latitude menjadi UTM dengan menggunakan Surfer

Gambar 2.2 Input data koordinat pada Surfer .

3. Kemudian klik menu Data > New Projected Coordinates. Kemudian atur letak zona UTM sesuai area penelitian. Kemudian klik OK

(10)

9

Gambar 2.3 Tampilan Pengaturan Input dan Output Jenis Koordinat.

2.2 Koreksi Topografi

Data yang diperoleh dari GGMplus masih berupa anomali udara bebas (gravity disturbance), sehingga tidak memperhitungkan massa antara ketinggian pengukuran dan ellipsoid. Anomali udara bebas masih dipengaruhi oleh massa tersebut sehingga perlu dilakukan perhitungan massa agar diperoleh anomali Bouguer. Perhitungan massa tersebut disebut koreksi topografi yang terdiri dari koreksi Bouguer dan koreksi terrain.

2.2.1 Koreksi Bouguer

Koreksi Bouguer bertujuan untuk mereduksi massa yang ada di antara stasiun pengukuran dengan bidang geoid dengan asumsi bahwa massa yang terletak pada datum sferoid dan topografi dengan panjang tak hingga dan ketebalan h didekati dengan slab tak hingga dengan densitas dan ketebalan yang seragam ke segala arah.

Adapun langkah langkah dari koreksi Bouguer adalah sebagai berikut : 1) Siapkan data elevasi area penelitian

2) Sebelum melakukan koreksi Bouguer, perlu dilakukan estimasi densitas Bouguer

3) terlebih dahulu dapat menggunakan metode parasnis maupun nettleton.

(11)

10

4) Nilai koreksi bouguer diperoleh dengan menggunakan rumus sebagai berikut :

𝜟𝒈_𝒃 = 𝟎. 𝟎𝟒𝟏𝟗𝟐𝝆𝒉

Dengan 𝛥𝑔_𝑏 merupakan koreksi bouguer, 𝜌 adalah nilai densitas rata rata yang telah diperoleh dari proses estimasi densitas sebelumnya, dan h adalah nilai elevasi ( dalam hal ini merupakan nilai dem dari proses ekstrak data GGMplus) .

2.2.2 Koreksi Terrain

Dalam reduksi Bouguer titik pengukuran di lapangan diasumsikan datar, akan tetapi kenyataan di lapangan topografi tidak rata karena adanya lembah dan bukit. Oleh karena itu dilakukan koreksi selain koreksi Bouguer yaitu koreksi medan. Adapun tahapan dalam koreksi medan sebagai berikut :

1. Saipkan data DEM SRTM sesuai lokasi penelitian

2. Buka data DEM SRTM tersebut pada Global Mapper, kemudian klik menu Tool > configuration > Projection (UTM) > Zone (sesuai daerah pengukuran) > datum (WGS84) > planar units (meters) > OK

3. Kemudian Melakukan elevation regional grid dengan klik menu File >

export > export elevation grid format (format geosoft) > ubah general (meter )>ubah export bounds sesuai daerah pengukuran lalu ubah koordinat pengukuran semula dengan menambah 20000 (optional) untuk north dan east. Sedangkan untuk south dan west dengan mengurangkan 20000 (optional) > OK > ketik nama regional>OK

4. Lakukan langkah yang sama untuk membuat lokal grid akan tetapi ganti nilai 20000 menjadi 5000.

5. Buka software Oasis Montaj, lalu buat projek baru dan masukan data UTM dan elevasi dengan cara : Database > import > ASCII > wizard > cek data >

next > tab delimited > next > data (cek channel name dan label) >OK > new database name (ketik nama file) kemudian klik OK.

6.

Kemduian klik menu GX > pilih gravity.omn. Akan muncul menu gravity pada menu bar. Klik menu Gravity > Terrain Corrections > create regional

(12)

11

correction grid >pilih regional DEM grid dengan nama file regional dan lokal grid sesuai nama yang dibuat pada Global Mapper > ketik nama file untuk output grid (contoh: TC Correction ) > isi nilai terrain density > OK

7.

Tunggu proses hingga selesai. Kemudian klik lagi menu Gravity >Terrain Corrections > Terrain Corrections > pilih X channel dan Y channel lalu klik OK. Kemudian akan muncul nilai koreksi terrain

Setelah dilakukan reduksi topografi maka nilai Anomali Bouguer Lengkap (ABL) dapat diperoleh sebagai berikut :

𝑨𝑩𝑳 = 𝑭𝑨𝑨 − 𝑩𝑪 + 𝑻𝑪

Dengan FAA adalah gravity disturbance, BC adalah nilai koreksi Bouguer, dan TC adalah nilai koreksi terrain.

(13)

12

DAFTAR PUSTAKA

Hirt, C., Claessens, S., Fecher, T., Kuhn, M., Pail, R., & Rexer, M. (2013). New ultrahigh-resolution picture of Earth’s gravity field: NEW PICTURE OF EARTH’S GRAVITY FIELD. Geophysical Research Letters, 40(16), 4279–4283.

(14)

13

LAMPIRAN MODUL

Script MATLAB GGMPlus

%--- ---

% Testdriver for GGMplus access and use

%

% Requires ggmplus2013_v3.m for seamless access of GGMplus binary files

%

% Christian Hirt and Sten Claessens,

% Western Australian Centre for Geodesy,

% Curtin University, Perth, Australia

% 2013-05-30

%--- ---

clear all close all

% --- ---

% INPUT SELECTION

% --- ---

% Insert path where GGMplus files are located --- ---

pathGGMplus='D:\Laila\GGMplus\data';

% Choose no-data value for points where GGMplus is unavailable --- ---

ndv = NaN; %NaN produces best results for plotting

% Define desired target area --- ---

minlon1 = 100.14456; % longitude of western edge (negative for western hemisphere)

maxlon1 = 100.23810; % longitude of eastern edge (negative for western hemisphere)

minlat1 = -0.044104; % geodetic latitude of southern edge (negative for southern hemisphere)

maxlat1 = 0.051684; % geodetic latitude of northern edge (negative for southern hemisphere)

% NB: In this example, the files N45E010.suffix are assumed to be available

% at the following locations

% 'E:\GGMplus\data\dg\N45E010.dg' (gravity disturbances)

% 'E:\GGMplus\data\ga\N45E010.ga' (gravity accelerations)

% 'E:\GGMplus\data\xi\N45E010.xi' (NS DoVs)

% 'E:\GGMplus\data\eta\N45E010.eta' (EW DoVs)

% 'E:\GGMplus\data\geoid\N45E010.ha' (quasigeoid)

(15)

14

% Factor applied on GGMplus basis resolution of 0.002 deg --- ---

% Use facX=facY=1 to extract GGMplus data over target area *without*

% interpolation.

% Use facX=facY=2 to downsample GGMplus data by factor 2 using the

% interpolation method specified below. Other factors can also be used.

facX =1.0;

facY =1.0;

% Interpolation methods available are 'nearest', 'linear', 'spline' and

% 'cubic'.

method = 'linear';

% Select functionals of interest --- ---

% Functionals not of interest can be commented out

[x1,y1,z1] =

ggmplus2013_v4('gravity',minlon1,maxlon1,minlat1,maxlat1,facX,facY ,pathGGMplus,ndv,method);

[x1,y1,z2 ] = ggmplus2013_v4('acceleration', minlon1,maxlon1,minlat1,maxlat1,facX,facY,pathGGMplus,ndv,method);

% [x1,y1,z5 ] =

ggmplus2013_v4('geoid',minlon1,maxlon1,minlat1,maxlat1,facX,facY,p athGGMplus,ndv,method);

% Select test point coordinates --- ---

% Select coordinates of a single point for which functionals will be

% calculated. The point must be inside the area selected above. The

% results will be displayed in Matlab's command window.

% Test point Zugspitze summit, German Alps.

test_phi = (minlat1 + maxlat1)/2 ; % geodetic latitude test_lam = ( minlon1 +maxlon1)/2; % longitude

methodtp = 'cubic'; % interpolation method for test point calculation

% --- ---

% MAP PRODUCTION

% --- ---

% Gravity disturbance if (exist('z1','var')==1) figure(1)

h=imagesc(x1(1,1:end),y1(1:end,1),z1);

set(gca,'XDir','normal','YDir','normal');

axis equal; axis ([minlon1 maxlon1 minlat1 maxlat1]);

set(h,'AlphaData',~isnan(z1));

title(' GGMplus Gravity disturbances (mGal)'); colorbar(); hold on;

grid on

xlabel(' Longitude [deg]'); ylabel('Latitude [deg]') end

% Acceleration

if (exist('z2','var')==1)

(16)

15 figure(2)

h=imagesc(x1(1,1:end),y1(1:end,1),z2);

axis equal; axis ([minlon1 maxlon1 minlat1 maxlat1]);

title(' GGMplus Accelerations (mGal)'); colorbar(); hold on; grid on

xlabel(' Longitude [deg]'); ylabel('Latitude [deg]');

end

% % North-South DoV (xi)

% if (exist('z3','var')==1)

% figure(3)

% h=imagesc(x1(1,1:end),y1(1:end,1),z3);

% axis equal; axis ([minlon1 maxlon1 minlat1 maxlat1]);

% title(' GGMplus North-South DoV (arc-sec)'); colorbar(); hold on;

grid on

% xlabel(' Longitude [deg]'); ylabel('Latitude [deg]')

% end

%

% % East-West DoV (eta)

% if (exist('z4','var')==1)

% figure(4)

% h=imagesc(x1(1,1:end),y1(1:end,1),z4);

% axis equal; axis ([minlon1 maxlon1 minlat1 maxlat1]);

% title(' GGMplus East-West DoV (arc-sec)'); colorbar(); hold on;

grid on

% xlabel(' Longitude [deg]'); ylabel('Latitude [deg]')

% end

% --- ---

% CALCULATION AT A SINGLE POINT OF INTEREST

% --- ---

disp('---') disp(' Interpolated GGMplus functionals at test point') disp('---')

% Interpolate GGMplus functionals for the test point--- --- ---

test_dg = interp2(x1,y1,z1,test_lam,test_phi,methodtp);

fprintf('Gravity disturbance:%10.4f mGal\n',test_dg) end

test_dg = interp2(x1,y1,z1,test_lam,test_phi,methodtp);

fprintf('Gravity acceleration:%10.4f mGal\n',test_dg) end

test_ha = interp2(x1,y1,z5,test_lam,test_phi,methodtp);

fprintf('Geoid:%10.4f m\n',test_ha) end

(17)

16

% --- ---

% ASCII OUTPUT

% --- ---

% A text file containing longitude, latitude and functional values in

% ASCII format can be created for each functional using the code below.

% By default, this is commented out, as it may result in very large text

% files if a large area is selected with a low downsampling factor.

% This example (when uncommented) prints gravity disturbances (z1) in the

% selected area to the text file 'gravity.txt'.

outputfile='D:\Laila\GGMplus\data\gravitydisturbance.txt';

fid=fopen(outputfile,'wt');

[m,n]=size(x1);

for i=1:m for j=1:n

fprintf(fid,'%8.3f %7.3f %6.1f

\n',x1(i,j),y1(i,j),z1(i,j));

end end

outputfile='D:\Laila\GGMplus\data\percepatangravitasi.txt';

fid=fopen(outputfile,'wt');

[m,n]=size(x1);

for i=1:m for j=1:n

fprintf(fid,'%8.3f %7.3f %6.1f

\n',x1(i,j),y1(i,j),z2(i,j));

end end

% outputfile='D:\Laila\GGMplus\data\gravitYgeoid.txt';

% fid=fopen(outputfile,'wt');

% [m,n]=size(x1);

% for i=1:m

% for j=1:n

% fprintf(fid,'%8.3f %7.3f %6.1f

\n',x1(i,j),y1(i,j),z5(i,j));

% end