JARINGAN SENSOR KUALITAS AIR BERBASIS TCP-IP UNTUK PERINGATAN DINI BENCANA PENCEMARAN DAN PENYEBARAN
RACUN YANG MENDADAK DARI DASAR DANAU PADA AREA KOLAM JARING APUNG
*Dadin M,*Yudi Yuliyus M, *R.Indra Wijaya,**Sasono Rahardjo
*Pusat Penelitian Elektronika dan Telekomunikasi, LIPI Kampus LIPI Jl.Sangkuriang Bandung
**Pusat teknologi Informasi dan Komunikasi BPPT Jl.M.H. Thamrin No.8 Jakarta
e-mail:dadin@ppet.lipi.go.id
Abstrak
Sistem monitoring untuk memantau keadaan kualitas air saat ini telah menjadi kebutuhan yang mendesak bagi area kolam jaring apung yang tersebar di berbagai waduk dan danau seluruh Indonesia. Hal ini disebabkan karena dari catatan yang ada kerugian yang diakibatkan oleh adanya aktivitas bawah air dan kualitas air yang tidak terpantau secara realtime yang datang tiba-tiba mengakibatkan kerugian milyaran rupiah.Pada penelitian ini telah dirancang beberapa bagian jaringan sensor kualitas air berbasis TCP-IP sebagai alat monitoring kulaitas air secara real-time dan sekaligus sebagai alat pencegahan dini bagi datangnya bencana yang selama ini tidak terpantau seperti adanya up- welling (arus balik dari bawah air), penyebaran racun dari dasar danau, berasal dari endapan sisa pakan dan kotoran ikan, yang naik ke permukaan air, dan sebagainya. Lokasi yang dipilih untuk pilot projek penelitian ini adalah area tambak jaring terapung waduk Ciratadi di Kab. Cianjur, Jawa Barat.
Keyword: peringatan dini, up-welling, jaringan sensor, TCP-IP.
PENDAHULUAN
Sistem monitoring yang memantau keadaan kualitas air saat ini telah menjadi kebutuhan yang mendesak bagi area kolam jaring apung yang tersebar di berbagai waduk dan danau seluruh Indonesia. Hal ini disebabkan karena dari catatan yang ada, kerugian yang diakibatkan oleh adanya aktivitas bawah air dan kualitas air yang tidak terpantau secara realtime yang datang tiba-tiba, telah menunjukkan nilai milyaran rupiah.
Dari hasil penelusuran literatur sampai dengan saat ini, penyebab lain selain up- welling masih belum jelas. Fenomena up-welling sendiri diperkirakan muncul sebagai akibat dari adanya perbedaan suhu dasar danau yang lebih tinggi dari suhu permukaan air. Sensor yang akan dibuat nanti di lapangan akan dipasang di beberapa titik sehingga membentuk suatu jaringan. Ketika terjadi suatu data yang tersebar dalam suatu jaringan (network), maka mau tidak mau diperlukan sendiri adanya “protokol jaringan” yang dapat mengatur data tersebut akan dibagaimanakan.
Untuk jaringan sederhana, protokol jaringan dapat didisain sendiri. Akan tetapi kendalanya adalah ketika data-data tersebut harus dikirim atau harus dapat dipantau dari lokasi yang berbeda, maka diperlukan lagi interfacing dengan protokol
jaringan yang dapat memfasilitasi hal tersebut. Dalam hal ini adalah protokol TCP- IP, yakni protokol yang biasa dipakai dalam jaringan internet. Oleh karena itu, mengingat di pasaran juga sudah banyak produk yang mulai mengintegrasikan TCP-IP protokol dengan sensor, maka untuk kebutuhan-kebutuhan yang memerlukan solusi teknologi secara cepat di masyarakat, dibandingkan harus mengembangkan sendiri protokol jaringan, maka menggunakan yang sudah ada adalah lebih baik.
Lokasi yang dipilih untuk pilot projek penelitian ini adalah area tambak jaring terapung waduk Cirata. Hal tersebut menjadi pilihan karena adanya dukungan langsung dari Dinas Peternakan, Perikanan dan Kelautan Kabupaten Cianjur Penelitian ini dimaksudkan untuk membuat jaringan sensor kualitas air yang berbasis TCP-IP sebagai alat monitoring kualitas air secara realtime dan sekaligus sebagai alat pencegahan dini bagi datangnya bencana yang selama ini tidak terpantau, seperti adanya up-welling (arus balik dari bawah air), penyebaran racun dari dasar danau (sebagai akibat dari up-welling) yang diduga berasal dari endapan sisa pakan dan kotoran ikan.
Secara umum sistem jaringan sensor yang akan dibangun melalui kegitan penelitian ini dapat dilihat pada Gambar-1 :
Gambar-1. Desain Sistem Jaringan
Stasiun pengukuran dan stasiun perantara ditempatkan secara terapung pada beberapa lokasi karamba jaring apung di sekitar waduk cirata. Kedua stasiun ini difungsikan sebagai stasiun pengukuran fenomena upwelling dan kualitas air.
Sedangkan stasiun perantara memiliki fungsi tambahan untuk mengumpulkan data hasil pengukuran dari seluruh stasiun pengukuran, mengolah data, menampilkan datanya secara realtime dan mengirimkannya kembali (relay) data tersebut ke stasiun pengendali utama yang berada di Kantor DKP. Data data ini selanjutnya juga akan tersedia secara online melalui interface Web yang dapat diakses secara realtime dari mana saja, kapan saja dan oleh siapa saja. Sebagai media transfer data antara stasiun perantara dengan stasiun pengukuran digunakan jaringan WiFi
berstandar 802.11g/n. Stasiun perantara berfungsi sebagai Akses Point (AP) yang direncanakan jangkauannya meliputi seluruh area waduk cirata secara Line of Sight (LOS) dengan radius kurang lebih 7 kilometer. Gambar-2 menunjukkan radius jangkauan akses point yang digunakan.
Gambar-2. Peta penempatan Stasiun Pengukuran dan Radius jangkauan Akses point Stasiun Perantara.
1. Latar Belakang & Masalah
Ada beberapa hal yang menjadi latar belakang dari dicetuskannya penelitian ini, yaitu:
Kolam jaring apung (KJA) di banyak wilayah di Indonesia yang memanfaatkan danau, waduk dan pesisir telah menjadi andalan penting dalam produksi ikan-ikan tambak. Sebagai contoh omset jual beli di tambak waduk Cirata telah mencapai milyaran rupiah setiap harinya (sumber: Dinas Perikanan Jawa Barat). Belum ditambah perputaran uang dari sisi lain misalnya jual-beli pakan, wisata dan lain sebagainya, maka diperkirakan perputaran uang di waduk cirata dalam setahun mencapai 1 trilyun lebih. Melihat besarnya omset tersebut, perlu dilakukan langkah-langkah mitigasi yang dapat mencegah kerugian akibat dari bencana yang tidak terduga sebagaimana kejadian-kejiadian yang pernah terjadi di masa lalu diantaranya dapat disebutkan sebagai berikut :
Desember 2004 : 550 ton ikan mati mendadak terjangkit virus herpes yang diakibatkan oleh up-welling
Januari 2007 : Ikan mati dengan kerugian kira-kira Rp. 500 juta akibat up-welling
Januari 2009 : Puluhan ton ikan mati akibat cuaca buruk di cirata
Dari kajian para peniliti lain dan dinas terkait, bencana itu muncul kemungkinan besar diakibatkan adanya up-welling yang membawa naik racun yang dihasilkan dari endapan sisa-sisa pakan ikan di dasar danau. Sampai sejauh ini belum ada peneliti yang melakukan penelitian detail tentang penyebab munculnya up-welling
7
ini yang didukung dengan data-data eksperimen laboratorium. Semua pendapat yang kami kumpulkan berkisar pada tataran teoritis dan dugaan.
Kegiatan penelitian ini telah banyak ditemukan permasalahan yang membutuhkan solusi teknologi yang cepat dalam membantu para pengusaha jaring terapung diantaranya adalah kebutuhan akan sensor-sensor kualitas air dan sensor bawah air untuk mitigasi bencana up-welling dan penyeberan racun di dalam air secara mendadak.
Penetrasi jaringan telepon seluler ke pelosok-pelosok desa pada 3 tahun terakhir ini terlihat meningkat tajam sebagaimana terlihat dari dibangunnya ribuan tower-tower baru oleh seluruh operator, bahkan terdapat operator baru yang menyemarakkan persaingan telepon seluler. Kondisi ini membuat semakin mudahnya suatu jaringan sensor yang ada di suatu tempat, yakni danau, dipantau dari tempat yang jauh dengan memanfaatkan jaringan tersebut. Terlebih lagi terdapat kecenderungan semakin murahnya akses internet melalui jaringan seluler. Dengan kondisi yang seperti ini, penggunaan protokol TCP-IP dalam jaringan sensor akan menjadi lebih mudah diintegrasikan dengan jaringan diluar jaringan sensor.
Berdasarkan kasus-kasus kematian ikan yang muncul, telah membawa pesan mendesaknya kebutuhan suatu sistem sensor yang terintegrasi yang dapat mengukur parameter-parameter air secara simultan dan realtime baik di dasar danau atau di permukaan air. Mengingat kedalaman danau/waduk itu dapat berkisar 50 m, maka perlu dikembangkan suatu sistem sensor yang dapat bekerja pada kondisi kedalaman seperti ini.
2. Perumusan Masalah
Dari latar belakang yang telah dikemukakan, beberapa masalah yang akan diteliti dan dikembangkan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut :
Seberapa besar perbedaan suhu antara dasar danau dan permukaan sehingga dapat menimbulkan gejala up-welling ? Untuk dapat mengetahui hal ini perlu dilakukan suatu percobaan dalam suatu miniatur laboratorium. Kisaran nilai perbedaan suhu ini sangat perlu diketahui dalam penelitian ini sebagai bahan untuk perancangan sensor.
Dalam masalah perancangan suatu jaringan (networking), perlu dikaji terlebih dahulu soal topologi jaringan yang akan dipakai sehingga peralatan hardware yang akan dipakai pun dapat disesuaikan, karena tidak semua perangkat keras jaringan dapat dipakai dalam semua jenis topologi.
Ketika disain jaringan telah selesai dilakukan, mengingat pada kegiatan ini media transmisi data yang digunakan adalah radio, maka perlu dikaji kombinasi penggunaan perangkat radio-link dengan perangkat modul GSM, yakni dimana cukup menggunakan radio-link dan dimana saja harus menggunakan modul GSM.
Karena sistem ini didisain untuk dapat dilihat dari tempat mana saja, maka perlu dibuatkan software tampilan yang berbasis web programming.
3. Tujuan & Sasaran
Tujuan dari penelitian ini adalah membuat sistem deteksi dini bagi bencana yang muncul dari aktifitas bawah air yang dapat dimanfaatkan bagi KJA di waduk, danau dan pesisir seluruh Indonesia serta membantu pengusaha KJA dari kerugian-kerugian akibat bencana yang tidak terduga.
4. Metodologi
Jaringan sensor dapat juga diintegrasikan dengan TCP-IP, karena sebagaimana diketahui bahwa dengan menggunakan A/D converter, sinyal analog yang keluar dari sensor (dapat berbentuk tegangan atau arus listrik) dapat diubah menjadi deretan bit (data digital). Data digital inilah yang akan dimuatkan dalam protokol TCP-IP. Dari hasil penelusuran produk di internet telah ditemukan bahwa sudah ada kemasan komersial yang sudah mengintegrasikan sensor dalam format TCP-IP, maka penelitian yang akan kami laksanakan menjadi lebih cepat dapat terealisasi tanpa harus mengembangkan sendiri modul-modul tersebut secara terpisah
5. Hasil dan Pembahasan
Seperti telah dijelaskan pada Bab Pendahuluan bahwa sistem ini Stasiun Pengukuran ditempatkan secara terapung pada beberapa lokasi karamba jaring apung di sekitar waduk cirata. Kedua stasiun ini difungsikan sebagai stasiun pengukuran fenomena upwelling dan kualitas air. Sedangkan stasiun perantara memiliki fungsi tambahan untuk mengumpulkan data hasil pengukuran dari seluruh stasiun pengukuran, mengolah data, menampilkan datanya secara realtime dan mengirimkannya kembali (relay) data tersebut ke stasiun pengendali utama yang berada di Kantor DKP
Dibawah ini akan dijelaskan Prototype dari Stasiun Pengukuran dan Stasiun Perantara.
5.1 Prototype Stasiun Pengukuran
Setiap titik stasiun pengukuran bertugas untuk membaca beberapa rangkaian sensor temperatur untuk mengetahui fenomena upwelling sekaligus membaca beberapa sensor kualitas air. Sensor temperatur ini disusun secara bertingkat dan diletakkan pada setiap kedalaman 0,5m dari permukaan air untuk mengetahui perbedaan suhu air yang dapat menyebabkan terjadinya fenomena upwelling. Pada kegiatan penelitian ini pada setiap titik pengukuran akan ditempatkan 10 buah sensor temperature pada kedalaman 0,5 m, 1m, 1,5 m ,2m sampai kedalaman 5 m. Sebagai tahap awal sensor kualitas air yang digunakan pada kegiatan ini meliputi sensor tiga parameter dasar kualisat air yaitu pH, DO dan TDS (Conductivity). Setiap sensor yang digunakan terhubung melalui sebuah rangkaian pengkondisian sinyal (signal conditioning) dan pemancar arus loop (current loop transmitte)r. Rangkaian pengkondisian sinyal bertugas untuk memperkuat besaran keluaran dari sensor yang memiliki orde sangat kecil dan impedansi yang sangat besar menjadi besaran yang dapat dibaca oleh perangkat Modul Data Akuisisi. Rangkaian pengkondisian sinyal ini memiliki fungsi sebagai rangkaian penyangga (buffer), rangkaian penguat, filter, linierisasi, dan kompensasi. Rangkaian pemancar arus loop digunakan untuk mengubah besaran yang dihasilkan dari rangkaian signal conditioning menjadi besaran arus loop 4- 20mA sesuai dengan standar industri yang lazim digunakan. Curent loop digunakan untuk menghilangkan rugi-rugi dan noise yang disebabkan oleh panjangnya saluran kabel dari sensor ke Data Acquisition Modul. Data Acquisition Modul berfungsi untuk membaca data analog dari tiap sensor, mengubahnya menjadi data digital secara periodik dan mengirimkannya melalui saluran TCP/IP ke Radio Wifi Client.
Selanjutnya melalui Radio WiFi client inilah data dikirimkan secara nirkabel ke Stasiun Perantara. Prototype dari Stasiun Pengukuran dapat dilihat pada Gambar 3.
Gambar-3. Stasiun Pengukuran
5.2 Prototype Stasiun Perantara
Stasiun perantara pada prinsipnya merupakan stasiun pengukuran yang ditambahkan fungsi untuk mengumpulkan data pengukuran dari stasiun stasiun yang lain, menampilkan hasil pengukurannya secara real time dan kemudian mengikirimkannya ke stasiun pengendali utama melalui jalur koneksi internet. Pada stasiun ini ditambahkan sebuah miniPC yang berfungsi sebagai server, modem 3G/GPRS GSM beserta antennanya, LAN switch dan UPS.
Gambar-4 adalah desain stasiun perantara yang kami buat. Kotak display (Display Box) diletakkan di dalam ruangan sebagai display monitoring secara real time.
Gambar berikutnya merupakan diagram blok hubungan antar perangkat pada stasiun pengukuran dan foto Display Box telah selesai kami rakit setelah
sebelumnya telah berhasil dioperasikan sebagai media server dan display dengan baik.
Gambar-4. Stasiun Perantara
5.3 Perancangan Perangkat Lunak
Pada bagaian ini, pembuatan software pembacaan Data TCP-IP dibangun dengan menggunakan bahasa C#. Program ini akan menterjemahkan output dari sensor yang berupa besaran fisis menjadi nilai-nilai yang diinginkan secara real
time yang kemudian dapat dibaca pada display di layar monitor. Display ini juga akan menampilkan titik lokasi tempat pengukuran dan Peta dari Waduk/bendungan tersebut. Display yang dibangun dengan program Microsoft Visual C# Expres Edition 2008 ini dapat dilihat pada Gambar-5 dan Gambar-6 dibawah ini.
Gambar-5. Visualisasi pemempatan stasiun
Gambar-6. Visualisasi data pengukuran secara real time.
6. Kesimpulan…
Pada penelitian ini telah dirancang beberapa bagian jaringan sensor kualitas air berbasis TCP-IP sebagai alat monitoring kulaitas air secara real-time dan sekaligus sebagai alat pencegahan dini bagi datangnya bencana yang selama ini tidak terpantau seperti adanya up-welling (arus balik dari bawah air), penyebaran racun dari dasar danau, berasal dari endapan sisa pakan dan kotoran ikan, yang membludak ke permukaan air, dan sebagainya. Lokasi yang dipilih untuk pilot projek penelitian ini adalah area tambak jaring terapung waduk Cirata
Sumber Pustaka:
1. Murdahayu Makmur Prosiding Seminar nasional Teknologi Pengolahan Limbah VI Pusat Teknologi Limbah Radioaktif-Pusat Penelitian Ilmu Pengetahuan dan Teknologi-RISTEK, Hal 240-245, 2008.
2. Utaminingsih S., 1995. Pendugaan Lokasi Upwelling dengan Menggunakan Data Penginderaan Jauh, Prosiding Seminar Kelautan Nasional 1995, 15 – 16 Nopember 1995. Jakarta. Hal. 1-4.
3. Http:// www.frf.usace.army.mil
4. http://oregonstate.edu/dept/ncs/newsarch/2008/Sep08/artificialupwelling.htm 5. D. R. Lyzenga, “Remote sensing of bottom reflectance and water attenuation
parameters in shallow water using aircraft and Landsat data,” Int. J. Remote Sensing 2, 71–82 (1981).
6. H. R . Gordon, O. B. Brown, R . H. Evans, J. W. Brown, R . C. Smith, K. S.
Baker, and D. K. Clark, “A semianalytic radiance model of ocean color,” J.
Geophys. Res. 93, 10909–10924 (1988).
7 . D. R. Lyzenga, “Passive remote sensing techniques for mapping water depth and bottom features,” Appl. Opt. 17, 379–383 (1978).
