Ubiquitous Mobile Sensing untuk Sistem Monitoring Kualitas Sumber Daya Air PDAM Kota Surabaya

(1)

Politeknik Perkapalan Negeri Surabaya, 21 November 2016 ISSN: 2548-1509

Ubiquitous Mobile Sensing untuk Sistem Monitoring Kualitas

Sumber Daya Air PDAM Kota Surabaya

Adianto1*_{, Yuning Widiarti}1_{, dan Mirna Apriani}1

1_{Politeknik Perkapalan Negeri Surabaya, Jalan Teknik Kimia Sukolilo, Surabaya 60111} *_{adiantoanditsan@gmail.com}

Abstrak

Proyeksi kebutuhan terhadap air bersih di kota Surabaya semakin meningkat dari tahun ke tahun seiring bertambahnya jumlah penduduk. Teknologi komunikasi data yang berkembang pesat mendorong peneliti untuk mendesain sebuah sistem monitoring kualitas air PDAM yang efektif dan efisien. Ubiquitous Mobile Sensing merupakan solusi yang ditawarkan sebagai sarana pengambilan data secara real time dan dapat diakses dimanapun user berada. Pada paper ini peneliti menggunakan sistem komunikasi yang berbasis protokol UDP. Pengambilan data dilakukan oleh unit sensor dan mikrokontroler Arduino. Akses data secara realtime dan mudah dapat dilakukan oleh user dengan memanfaatkan smartphone. Dengan sistem Ubiquitous Mobile Sensing ini diharapkan data yang dihasilkan lebih akurat, cepat dan lebih murah.

Kata kunci: protokol UDP, sistem monitoring, ubiquitous mobile sensing

PENDAHULUAN

Kebutuhan air bersih di daerah perkotaan khususnya kota-kota besar sangat bergantung kepada jasa perusahaan penyediaan air minum daerah (PDAM). Kebutuhan akan air minum yang bersih semakin meningkat seiring dengan pertumbuhan jumlah penduduk dan industri, namun peningkatannya tidak sebanding dengan ketersediaannya. Saat ini, sumber-sumber air yang ada kualitasnya semakin menurun karena pencemaran. Seperti halnya kota Surabaya, dengan jumlah penduduk 2.711.090 jiwa (data BP3S Kota Surabaya) sangat berpengaruh pada tuntutan akan kebutuhan air bersih. Peningkatan kebutuhan air bersih mendorong manusia untuk berusaha meyediakan air bersih dengan standar kualitas dan kuantitas, dalam arti luas peningkatan jumlah penduduk dan aktifitas sosial berpengaruh pada peningkatan kebutuhan akan air bersih (Ikhsan S.,2003).

Gambar 1. Peta Kali Surabaya

(2)

DATA CENTER

badan air, lumpur, kerang, ikan, dan ekosistem Kali Surabaya telah terkontaminasi merkuri, timbal, kadmium, tembaga, dan besi dengan kadar yang melebihi ambang batas.

Permasalahan kualitas air menjadi perhatian bagi semua pihak. Dalam hal ini monitoring dan evaluasi kualitas air menjadi sesuatu yang sangat penting dalam pengelolaan dan pemanfaatan sumber daya air yang berkelanjutan. Selama ini monitoring dilakukan secara berkala pada periode tertentu dengan pendekatan secara manual. Pendekatan secara manual ini dilakukan dengan membawa sampling air ke laboratorium dan mengujinya. Analisis yang dilakukan memerlukan biaya yang mahal, waktu yang lama dan resolusi yang rendah.

Peneliti-peneliti sebelumnya telah banyak menyumbangkan hasil karya ilmiahnya diantaranya: Chaamwe (Chaamwe, N. et al, 2010) menekankan fakta bahwa WSNs cocok untuk pemantauan kualitas air. Dalam penelitiannya yang berjudul On the Design of a Water Quality Wireless Sensor Network (WQWSN): An

Application to Water Quality Monitoring inMalawi pada tahun 2009 Zennaro, dkk mengusulkan desain WSN

untuk sistem pemantauan kualitas air (Zennaro, M. et al,2009 ). Mereka menggunakan Sun motes SPOT dan 90-FLT seriE sensor oleh TPS untuk mengukur pH air, konduktivitas, jumlah garam terlarut (TDS), oksigen terlarut (DO), kekeruhan dan suhu. Biaya sistem yang diusulkan sekitar US $ 3.400. Namun solusi yang ditawarkan tidak cocok untuk jangka panjang lingkungan luar. Dengan menggunakan kontroler ARM, Kumar et al. (Kumar,

R.K. et al, 2014) menampilkan sistem pemantauan kualitas air berbasis WSN tenaga surya untuk mengukur pH

air, tingkat oksigen dan kekeruhan. Selanjutnya,Aravinda et al. (Rao, A.S. et al, 2013) menyajikan sistem monitoring parameter fisik-kimia air secara nirkabel murah menggunakan Arduino Mega 2560. Mereka mengukur pH, DO, conductibility, potensial reduksi oksidasi, cahaya dan suhu air. Penulisnya melaporkan bahwa sistem membutuhkan biaya sekitar US $ 1.040. Namun pendekatan mereka menggunakan komputer sebagai gateway yang mahal.

Pada paper ini penulis mengusulkan pembuatan sebuah sistem UMS untuk memonitor kualitas air. Sistem ini terdiri dari mikrokontroler Arduino, unit sensor parameter kualitas air dan smartphone Android. Parameter kualitas air yang dimonitor pada penelitian ini meliputi: temperatur, DO, pH dan nilai konduktivitas listrik. Data yang dihasilkan disajikan dalam bentuk visualisasi yang dapat diakses secara realtime dan mudah tanpa menginstal perangkat lunak tertentu. Sistem monitoring ini sesuai diaplikasikan pada lingkungan outdoor dan dapat digunakan dalam waktu yang lama.

METODOLOGI

(3)

Perangkat sensor terdiri dari mikrokontroler Arduino, unit sensor dan power supply, seperti ditunjukkan pada Gambar 3. Sensor EC, pH, dan DO diinterface dengan mikrokontroler kecuali sensor temperatur yang secara langsung dihubungkan dengan mikrokontroler Arduino. Sensor-sensor tersebut dikalibrasi secara akurat agar dapat digunakan dengan benar.

Gambar 3. Sensor Unit

Modul Bluetooth serial digunakan untuk menyediakan komunikasi antara perangkat sensor dan smartphone Android. Banyak smartphone saat ini memiliki kemampuan untuk berkomunikasi menggunakan Bluetooth. Modul Bluetooth juga dapat dengan mudah digunakan dengan Arduino untuk komunikasi serial nirkabel. Modul ini memiliki dua mode, yaitu: perangkat master dan slave yang dikonfigurasi untuk beroperasi dalam modus master.

Perangkat jaringan yang akan dipakai pada penelitian ini meliputi modem untuk menerima data dari WAN/INTERNET, dalam hal ini akan melalui jalur VPN. Untuk mendesain jalur VPN sendiri memerlukan perangkat Router. Perangkat Router ini memiliki fungsi membuat jalur khusus dengan smartphone yang melewati jaringan internet. Jalur khusus yang dibentuk ini memiliki fungsi seperti pipa. Sehinggga data yang dikirimkan dari perangkat smartphone android akan cepat dan aman. Dari router ini data akan disimpan dalam

datacenter.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Pada penelitian ini peneliti telah menyelesaikan pembuatan sistem monitoring parameter kualitas sumber daya air PDAM. Bagian dari sistem yang akan dibangun yaitu :

a. Pembuatan datacenter yang digunakan untuk log record dari Sistem Monitoring Kualitas Kolam Ikan Gurami yang pekerjaannya meliputi:

 Instalasi Server dengan menggunakan Linux Ubuntu Server 14.04  Pengaturan net / jaringan pada network interface

 Instalasi dan pengaturan web server dengan menggunakan perangkat lunak Nginx  Instalasi dan pengaturan database server dengan menggunakan peragkat lunak MySQL

 Instalasi dan pengaturan phpmyadmin yang digunakan sebagai panel pengaturan database MySQL  Instalasi dan pembuatan perangkat lunak yang dipakai sebagai aplikasi server dengan menggunakan Node

Js

 Instalasi dan pembuatan perangkat lunak yang dipakai sebagai interface secara online dan dapat diakses dari berbagai tempat dengan menggunakan jaringan internet dengan menggunakan perangkat lunak pengembang berupa PHP, HTML, Jquery AJAX

 Alamat datacenter yang dapat diakses ada di http://103.24.50.18/new_phiber/ A

TX

RX

E

B

(4)

Gambar 4. Sistem Kualitas Sumber Daya Air PDAM

b. Peneliti telah membuat perangkat lunak dalam smartphone android yang berperan sebagai interface monitor internal dan perangkat yang mengirimkan data parameter kualitas air kedalam datacenter.

Gambar 5. Aplikasi Android Sistem Kualitas Sumber Daya Air PDAM

Dalam aplikasi yang ditanam pada perangkat smartphone android juga terdapat aplikasi untuk log record

(5)

Di dalam smartphone, data sensor yang telah diperoleh melalui serial komunikasi akan ditambahkan hari dan waktu penyimpanan data. Data ini selanjutnya melalui protokol UDP akan dikirimkan ke datacenter dengan balasan bahwa data telah diterima dengan benar. Pada penelitian ini digunakan protocol UDP yang bersifat

connectionless. Pada penelitian sebelumnya digunakan connection oriented communication, namun operator

seluler yang ada tidak mengijinkan pengiriman data dengan menggunakan jenis ini. Oleh karena itu pada penelitian ini digunakan jenis connectionless communication yang di modifikasi dengan pemberian notifikasi setelah data sampai pada datacenter.

Data dari smarthphone saat dikirimkan ke datacenter akan ditangani oleh aplikasi server yang berfungsi sebagai pemisah data untuk dimasukan kedalam database. Proses memisah dan memasukkan data ini dengan menggunakan Node Js. Node Js adalah program varian untuk pengembangan program javascript. Data yang diterima di server yaitu data tanggal,waktu,posisi, suhu, pH, kadar oksigen terlarut dan konduktivitas listrik yang selanjutnya data ini dimasukan dalam MySql. Pada saat yang sama, data juga ditampilkan pada web secara

realtime, seperti terlihat pada Gambar 4.

KESIMPULAN

Dari tahap kegiatan penelitian yang telah dilakukan, maka diperoleh kesimpulan sebagai berikut:

1. Ubiquitous mobile sensing yang digunakan untuk memonitor kualitas sumber daya air PDAM telah terbukti bekerja dengan baik.

2. Program database server MySQL terbukti efektif digunakan dalam proses penyimpanan data dari smartphone android ke datacenter.

3. Proses penyimpanan data melalui jaringan wireless dengan jalur data LTE juga harus mempertimbangkan datacenter yang digunakan karena berkaitan dengan regulasi tiap operator yang membolehkan komunikasi data wireless berbasis socket dengan protokol TCP/IP

UCAPAN TERIMA KASIH

Penulis mengucapkan terima kasih kepada Direktorat Riset dan Pengabdian Masyarakat (DRPM) DIKTI yang telah memberikan pendanaan dalam pelaksanaan program penelitian Hibah Bersaing Tahun 2016, Politeknik Perkapalan Negeri Surabaya sebagai institusi yang telah banyak memberikan dukungan sarana dan prasarana demi terselesaikannya penelitian dan PDAM yang telah memberikan dukungan dan kerjasama yang baik dalam kegiatan penelitian ini.

DAFTAR PUSTAKA

Setiawan, M. Ikhsan, Study Pemenuhan Kebutuhan Air Bersih PDAM Kota Surabaya Tahun Proyeksi (2015) Herera, A. (2013). Studi Penentuan Daya Tampung Beban Pencemaran Kali Surabaya Dengan Menggunakan

Paket Program QUAL2Kw. Universitas Brawijaya.

Kusumawardani, D. 2010. Valuasi Ekonomi Air Bersih di Surabaya. Universitas Gajah Mada.

Fatnasari, H. dan Joni H. 2010. Strategi Pengelolaan Air Limbah Permukiman di Bantaran Kali Surabaya.

ProsidingSeminar Nasional Manajemen TeknologiXI. 6 Pebruari .2010. D-5-1.

Chaamwe, N., Liu, W. and Jiang, H. (2010) Wireless Sensor Networks in the Context of Zambia: A Developing Country. 2010 Second International Conference on Information Technology and Computer Science

(ITCS), Kiev, 24-25 July 2010, 474-478. http://dx.doi.org/10.1109/ITCS.2010.122

Zennaro, M., Floros, A., Dogan, G., Sun, T., Cao, Z., Huang, C., Bahader, M., Ntareme, H. and Bagula, A. (2009) On the Design of a Water Quality Wireless Sensor Network (WQWSN): An Application to Water Quality Monitoring in Malawi. 2009 International Conference on Parallel Processing Workshops, Vienna, 22-25 September 2009, 330-336.http://dx.doi.org/10.1109/ICPPW.2009.57

Kumar, R.K., Mohan, M.C., Vengateshapandiyan, S., Kumar, M.M. and Eswaran, R. (2014) Solar Based Advanced Water Quality Monitoring System Using Wireless Sensor Network. International Journal of

(6)