Low Versus High Frequencies Echosounder [PDF]

Citation preview

SURVEY HIDROGRAFI Dosen Pengampu : Khomsin, ST, MT.



LOW VS HIGH FREQUENCY ECHOSOUNDER



IHSAN NAUFAL MUAFIRY - 3511100064 TEKNIK GEOMATIKA FAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN PERENCANAAN INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2015



BAB I PENDAHULUAN 1.1



Latar Belakang Echosounding adalah jenis instrumen akustik suara (echo) yang digunakan untuk



menentukan kedalaman air dengan mengirimkan pulsa suara ke dalam air. Interval waktu antara pancaran sinyal dari transmitter (transducer) ke obyek (seabed) hingga ditangkap kembali oleh transducer adalah yang digunakan untuk menentukan kedalaman air bersama dengan kecepatan suara dalam air pada saat itu. Informasi ini kemudian biasanya digunakan untuk keperluan navigasi atau untuk mendapatkan kedalaman untuk memetakan tujuan. Kata sounding digunakan untuk semua jenis pengukuran kedalaman, termasuk mereka yang tidak menggunakan suara, dan tidak terkait dalam asal ke suara kata dalam arti kebisingan atau nada. Echo terdengar adalah metode yang lebih cepat untuk mengukur kedalaman dari teknik sebelumnya menurunkan garis terdengar sampai menyentuh bagian bawah. Echosounder Single-beam adalah sistem pemetaan dasar laut akustik asli dan sederhana. Alat ini terdiri dari transducer, dipasang baik untuk lambung perahu atau ke samping, sopir, dan sistem display. Dengan setiap ping sounder, pengemudi memberi energi transduser, menghasilkan sinyal dalam air diarahkan ke arah seabed. Energi yang dipantulkan kembali ke transduser, di mana pantulan ini mengena pada reciever, kemudian terdeteksi dan terakhir ditampilkan. Kedalaman berasal dari mengukur waktu tempuh, dan mengetahui kecepatan suara dalam air. Echosounder Single-beam terdapat dua model yaitu single-beam tunggal dan dualfrekuensi. Bedanya model dual-frekuensi menyediakan dua perkiraan kedalaman. Itu ditinjau dari model, adapun jenis spesifikasi echosounder juga bisa dikelaskan berdasarkan panjang gelombang yang dipancarkan. Semakin panjang gelombang suaranya maka dikatakan Low Frequency Echosounder, begitu juga sebaliknya. Lantas apa perbedaan antara Low dan High frequency pada instrumen echosunder akan di bahas pada makalah ini. 1.2



Tujuan Adapun tujuan dari makalah ini adalah : 



Mahasiswa mampu membedakan kegunaan single beam berfrekuensi rendah dengan frekuensi tinggi







Mahasiswa mampu mengetahui kegunaan dasar survey menggunakan single beam baik frekuensi rendah dan tinggi







Mahasiswa dapat menganalisa single beam frekuensi rendah dan frekuensi tinggi dalam bidang survey hidrografi



1.3



Manfaat Adapun manfaat dari makalah ini adalah : 



Mahasiswa mendapatkan wawasan mengenai jenis-jenis single beam echosounder







Mahasiswa mendapatkan pengetahuan mengenai kegunaan dari masibg-masing single beam echosunder dengan frekuensi rendah dan tinggi.







Memenuhi tugas perkuliahan mata kuliah Survey Hidrografi



BAB II DASAR TEORI 2.1 Echosounder dan Jenisnya Echosounder adalah jenis instrumen akustik suara (echo) yang digunakan untuk menentukan kedalaman air dengan mengirimkan pulsa suara ke dalam air. Interval waktu antara pancaran sinyal dari transmitter (transducer) ke obyek (seabed) hingga ditangkap kembali oleh transducer adalah yang digunakan untuk menentukan kedalaman air bersama dengan kecepatan suara dalam air pada saat itu. Informasi ini kemudian biasanya digunakan untuk keperluan navigasi atau untuk mendapatkan kedalaman untuk memetakan tujuan. Kata sounding digunakan untuk semua jenis pengukuran kedalaman, termasuk mereka yang tidak menggunakan suara, dan tidak terkait dalam asal ke suara kata dalam arti kebisingan atau nada. Echo terdengar adalah metode yang lebih cepat untuk mengukur kedalaman dari teknik sebelumnya menurunkan garis terdengar sampai menyentuh bagian bawah. Echosounder Single-beam adalah sistem pemetaan dasar laut akustik asli dan sederhana. Alat ini terdiri dari transducer, dipasang baik untuk lambung perahu atau ke samping, sopir, dan sistem display. Dengan setiap ping sounder, pengemudi memberi energi transduser, menghasilkan sinyal dalam air diarahkan ke arah seabed. Energi yang dipantulkan kembali ke transduser, di mana pantulan ini mengena pada reciever, kemudian terdeteksi dan terakhir ditampilkan. Berdasarkan jumlah pancaran sinyal yang dihasilkan echosounder di bagi menjadi dua jenis; yaitu Single Beam Echosounder (SBES) daan Multi Beam Echosounder (MBES). Untuk SBES jumlah ping beam yang dikeluarkan dari transducer setiap epok pengambilan datanya hanya berjumlah satu ping beam. Sedangkan MBES mengeluarkan ping beam lebih dari satu bahkan bisa hingga 1400 ping beam. Sehingga jumlah titik yang didapatkan dari MBES lebih banyak dan kerapatan pemodelan yang dihasilkan akan semakin teliti pula. 2.1.1 Cara Kerja Echosounder (Single Beam) Sinar echosounder tunggal mengirimkan pulsa akustik dari transduser ke dalam kolom air menuju dasar laut. Waktu tempuh sebelum sinyal diterima kembali akan memberikan, bersama-sama dengan kecepatan suara yang benar, kedalaman air di bawah transduser.



H adalah kedalaman air, t adalah waktu tempuh dua arah dan c kecepatan suara di dalam kolom air. Biasanya beberapa sinyal yang diterima kembali. Hal ini sebagian karena hamburan, tetapi untuk frekuensi yang lebih rendah dan kedalaman sinyal sering (beberapa kali) menyebarkan kembali dari antarmuka permukaan laut ke bawah di mana itu mencerminkan kembali ke echosounder. 2.1.2 Durasi Gelombang Durasi gelombang adalah lamanya waktu sounder mentransmisikan kekuatan pada transduser. Hal ini secara langsung (proporsional) terkait dengan jumlah energi yang disebarkan ke dalam air. Sebuah durasi gelombang pendek tidak memberikan banyak energi ke dasar laut sebagai gelombang panjang dan kemungkinan akan berisi informasi kurang dari dengan durasi gelombang yang panjang. Untuk air dangkal durasi gelombang panjang bisa mengakibatkan memiliki sinyal kembali sebelum gelombang telah sepenuhnya ditransmisikan, menyebabkan ketidakmampuan untuk membedakan sinyal kembali pada transduser. Dua arah waktu tempuh t dari sinyal antara transduser dan bawah karena itu harus lebih besar dari durasi sinyal T. 2.1.3 Daya yang Ditransmisikan Memilih pengaturan daya yang tepat harus dilakukan dengan baik untuk memaksimalkan kemampuan sounder. Sinyal terlalu lemah dapat dilemahkan banyak dengan dasar laut yang lembut di mana gelombang yang sangat kuat dapat menyebabkan sinyal kliping di dasar keras. 2.1.4 Tingkat Ping Tingkat pengulangan sinyal dapat diubah selama survei tanpa mempengaruhi sifat sinyal (asalkan tingkat ping tidak begitu tinggi terjadi gangguan). Sebuah tingkat ping optimal dapat ditentukan sesuai kecepatan kapal dan kedalaman, memastikan cakupan yang tepat dari daerah yang akan disurvei.



Gambar 2.2: Penyerapan vs frekuensi [13] untuk dua model. Ekspresi Thorpe berkaitan penyerapan secara eksklusif untuk frekuensi dan memiliki karena itu akurasi dan diterapkan secara terbatas. Sering kali ini cukup untuk penggunaan praktis. Ekspresi oleh Francois dan Garrison adalah, di samping frekuensi, fungsi dari suhu, salinitas, kedalaman dan pH. Hal ini lebih rumit namun memiliki penerapan yang lebih luas. Dimana lp adalah jarak antara berhasil ping, Vship adalah kecepatan kapal dan p adalah tingkat ping. Tingkat ping maksimum ditentukan oleh kedalaman, dari mana waktu tempuh sinyal dapat dihitung, menulis ulang persamaan 3.1 sebagai:



Di mana t adalah waktu tempuh dua arah sinyal dan H adalah kedalaman air di bawah echosounder. Untuk memastikan rekaman tepat gema p harus memungkinkan sinyal untuk melakukan perjalanan beberapa kali antara dasar laut dan permukaan laut.



2.2 Echosounder Low Frequency Frekuensi secara langsung berkaitan dengan penyerapan dalam medium. Pada umumnya frekuensi Single Beam Echosounder berkisar dari 12 kHz hingga 300 kHz. Frekuensi rendah akan memiliki penetrasi lebih dalam ke dasar laut dan karena itu membawa informasi lebih lanjut tentang lapisan yang lebih dalam kembali ke penerima. Sistem frekuensi rendah adalah sistem yang besar, hal ini karena sudut pembukaan sistem tergantung pada frekuensi sebagai



Dengan c kecepatan suara, f frekuensi dan dt diameter transduser. menjaga sudut pembukaan terbatas 200 kHz) Untuk kedalaman air hingga 1500 meter, maka frekuensi yang digunakan adalah frekuensi yang lebih rendah (50-200 kHz) Untuk kedalaman air hingga lebih dari 1500 meter, maka frekuensii yang digunakan adalah frekuemsi rendah ( 12-50 kHz) Jenis gelombang ini memiliki kemampuan yang baik dalam menampilkan resolusi



horisontalnya. Sehingga memudahkan kita untuk membedakan detail yang ada di dalam air dengan dasar laut itu sendiri. Jenis gelombang ini mempengaruhi dua parameter lainnya. Seperti lebar pancaran/sudut pancaran gelombang (beam) dan ukuran transduser pada instrument MBESnya. Lebar pancaran dengan frekuensi tinggi akan membutuhkan transduser yang lebih kecil dibandingkan gelombang yang berfrekuensi rendah. Begitu juga sebaliknya. Seperti pada gambar grafik di bawah ini.



Gambar 1 . Grafik Panjang Diameter dan Sudut Pancar pada Gelombang Frekuensi Tinggi dan Rendah (Geng, X., A. Zielinski: Precise multibeam acoustic bathymetry. Marine Geodesy, 221999) Diameter transduser pada gelombang frekuensi tinggi berkisar Antara 0-0,5 m dan untuk sudut pancarnya berkisar antara 0-90o.



Gambar 2. Ilustrasi Transduser dan sudut pancarnya Ditinjau dari karakteristik jenis echosounder bergelombang frekuensi tinggi baik dan efektif digunakan untuk pengukuran kedalaman air pada air dangkal (mulai dari 0.5-1000 meter). Hal ini disebabkan dari frekuensinya yang besar memiliki redaman yang besar pula sehingga range pancarannya menjadi lebih terbatas daripada gelombang yang memiliki frekuensi rendah.



BAB III PEMBAHASAN 3.1 Low Frequency dan High Frequency Echosuonder Low Frequency biasanya adalah saat mengukur kedalaman dari laut dalam, karena mempunyai atenuasi yang rendah, tetapi membutuhkan transducer atau penerima yang besar karena gelombangnya tidak sejalan dengan arah kapal biasanya, sedangkan frekuensi tinggi digunakan dalam pengukuran kedalaman laut yang lebih dangkal karena mempunyai atenuasi tinggi, tetapi keuntungannya adalah transducer dari frekuensi tinggi ini lebih kecil, sehingga cocok digunakan dalam kapal yang kecil dan biasa, seperti kapal nelayan. Untuk ketelitian, sebenarnya kedua frekuensi ini sama saja, tetapi karena frekuensi tinggi lebih cepat kembali ke kapal, maka lebih detail milik frekuensi tinggi, tetapi data yang dihasilkan lebih besar dan membutuhkan computer yang lebih canggih dan mumpuni daripada frekuensi rendah. Ditinjau dari kelebihan low frequency echosounder, insturumen jenis ini berkemampuan untuk menembus bahan-bahan material bawah laut yang konsolidasinya sedikit, sehingga jika pada saat pengolahan data tidak perlu dilakukan banyak penghapusan noises. Namun kelemahan single beam echosounder frekuensi lemah adalah dalam penggunaan beam yang lebih besar akan dihasilkan distorsi dan menghasilkan survey dengan resolusi yang rendah, kesalahan posisi yang signifikan akibat dari footprint akan lebih besar, deteksi kemiringan terdistorsi dan determinasi navigasi kedalaman akan sulit di interpretasikan pada saat pengolahan.



Adapun



berlaku



sebaliknya



pada



high



frequensy



echosounder.



Seperti yang dijelaskan oleh Geng, X., A. Zielinski, jenis frekuensi yang ada pada survey batimetrik menggunakan echosounder, seperti dibawah ini (Precise multibeam acoustic bathymetry. Marine Geodesy, 221999):   



Untuk kedalaman air hingga 100 meter, maka frekuensi yang harus digunakan adalah jenis frekuensi yang tinggi (>200 kHz). Untuk kedalaman air hingga 1500 meter, maka frekuensi yang digunakan adalah frekuensi yang lebih rendah (50-200 kHz). Untuk kedalaman air hingga lebih dari 1500 meter, maka frekuensii yang digunakan adalah frekuemsi rendah ( 12-50 kHz).



BAB IV PENUTUP 4.1 Kesimpulan Kesimmpulan yang bisa diambil dari makalah ini adalah sebagai berikut: 1. Salah satu metode terkini yang digunakan sebagai penentuan kedalaman suatu perairan adalah dengan menggunakan metode akustik (suara/echo). 2. Istrumen akustik yang digunakan dalam penentuan kedalaman adalah Echosounder yang dibagi menjadi dua jenis berdasarkan jumlah pancaran gelombang yang dihasilkan alatnya (transducer); Single beam echosounder (SBES) dan Multi beam echosounder (MBES). 3. Berdasarkan frekuensi gelombangnya, echosounder dibagi menjadi ke dalam dua jenis; Low frequency echosounder dan High frequency echosounder. 4. Kelebihan low frequency echosounder, insturumen jenis ini berkemampuan untuk menembus bahan-bahan material bawah laut yang konsolidasinya sedikit. 5. Kelemahan single beam echosounder frekuensi lemah adalah dalam penggunaan beam yang lebih besar akan dihasilkan distorsi dan menghasilkan survey dengan resolusi yang rendah, kesalahan posisi yang signifikan akibat dari footprint akan lebih besar, deteksi kemiringan terdistorsi dan determinasi navigasi kedalaman akan sulit di interpretasikan pada saat pengolahan. 6. Kelebihan dan kekurangan pada high frequency echosounder adalah kebalikan daripada kelebihan dan kekurangan low frequency echosounder. 7. Penggunaan yang tepat anatara low dan high frequency echosounder apabila digunakan sesuai dengan kriteria sebagai berikut:   



Untuk kedalaman air hingga 100 meter, maka frekuensi yang harus digunakan adalah jenis frekuensi yang tinggi (>200 kHz). Untuk kedalaman air hingga 1500 meter, maka frekuensi yang digunakan adalah frekuensi yang lebih rendah (50-200 kHz). Untuk kedalaman air hingga lebih dari 1500 meter, maka frekuensii yang digunakan adalah frekuemsi rendah ( 12-50 kHz).



DAFTAR PUSTAKA Geng, X., A. Zielinski. Precise multibeam acoustic bathymetry. Marine Geodesy, 221999. Ingham, A. E. (1975). Sea Surveying. London: John Wiley & son Ltd. Kongsberg Brochure, EM 1002 Multi Beam Overview Poerbandono, D. r. (2005). Survei Hidrografi. Bandung: PT. Refika Aditama. Professional Surveyors. (2014, March Sunday). Magazine for Hydrographic Surveys. Retrieved from Proffesional Surveyors of North America: http://www.profsurv.com/assets/magazines/articles/70298/productsurvey_v_pdfdocument _30.pdf.