Upload
duongphuc
View
223
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
84
2. TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Sejarah Penggunaan Drifter Buoy
Pengamatan menggunakan drifter diawali di pantai timur Amerika Serikat
pada pertengahan 1700-an (Franklin, 1785; Davis, 1991) dan diaplikasikan hampir
di seluruh dunia pada 1872-1876 yang terkenal dengan sebutan Challenger
Oceanography Survey di sebagian besar 354 stasiun hidrografi (Thomson, 1877;
Niiler, 2001). Munculnya radio kemudian memungkinkan posisi drifter dapat
ditransmisikan dengan menggunakan triangulasi dari pantai (Davis, 1991). Drifter
jenis ini masih diproduksi sampai saat ini, terinspirasi oleh desain berbentuk
silang yang digunakan di Coastal Ocean Dynamics Experiment (CODE). Dalam
CODE, 164 drifter digunakan untuk memetakan arus dan variabilitas dan untuk
menghitung Integral langrangian scale dan dispersi lepas pantai California
(Davis, 1985).
Pada tahun 1982 World Climate Research Program (WCRP) mengakui
bahwa array global drifter akan sangat berharga untuk penelitian oseanografi dan
iklim, tetapi ketidakpastian dan variasi yang besar dari berbagai desain drifter
merupakan tantangan tersendiri, ditambah dengan biaya tinggi dan berat drifter
yang berlebih (World Climate Research Program, 1988 in Niiler, 2001). WCRP
menyatakan bahwa standar yang baik yaitu biaya rendah, ringan, data mudah
dikirim merupakan syarat sebuah drifter permukaan yang harus dikembangkan,
dan dengan parasut semirigid yang akan mempertahankan bentuk pergerakan.
Desain kemudian dikembangkan dibawah program bernama Velocity Surface
Program (SVP) dari Tropical Ocean Global Atmosphere (TOGA) dan World
Ocean Circulation Experiment (WOCE). Dana awal diberikan oleh US Office of
Naval Research, dengan dukungan berikutnya dari NOAA dan National Science
Foundation. Desain lain juga diajukan oleh NOAA, Atlantic Oseanography dan
Meteorology Laboratorium (AOML), MIT's Draper Laboratory, dan Scripps
Institution of Oceanography (SIO) (Niiler, 2003). Selama tahun 1980-an desain
ini terus berevolusi, dan tahun 1985-1989 kemudian secara ketat dievaluasi
berdasarkan beberapa kriteria (Niiler et al., 1987, 1995). Beberapa parasut drifter
hasil rancangan diperiksa dan berbagai masalah diidentifikasi. Sebagai contoh,
85
window shade drogues bisa memutar dan berlayar melintasi arus sehingga parasut
bisa runtuh (Niiler et al., 1987, 1995; Niiler dan Paduan, 1995; Pazan dan Niiler,
2001). Faktor-faktor lain juga dipertimbangkan misalnya bentuk tiga dimensi
parasut tristar ditemukan lebih baik daripada karakteristik parasut berlubang yang
dikembangkan AOML. Pada tahun 1993 desain SVP untuk drifter telah muncul
dengan mengkombinasikan parasut berlubang dari drifter dan diperkuat
AOML. Desain tersebut (Sybrandy dan Niiler, 1992) menjadi dasar bagi
pengembangan drifter SVP sampai saat ini.
Kumpulan data dari SVP drifter memuat semua drifter yang dikerahkan
selama 1979 - 1993 memiliki parasut berlubang yang terpusat di kedalaman 15
meter. Drifter tipe AOML dengan parasut berlubang ditempatkan pertama kali
pada bulan Februari 1979 sebagai bagian dari TOGA/Equatorial Ocean
Circulation Experiment. Penyebaran skala besar dari Drifter SVP modern
pertama dilakukan pada tahun 1988 (World Climate Research Program, 1988)
dengan tujuan pemetaan sirkulasi permukaan Samudera Pasifik. Upaya ini
diperluas untuk skala global sebagai bagian Atlantik WOCE dan Atlantic Climate
Change Program (ACCP), di mana array drifter SVP diperbanyak untuk
menutupi Pasifik dan Samudra Atlantik Utara pada tahun 1992 dan Samudera
Hindia dan India pada tahun 1994 (Niiler, 2001). Gambar 2. memperlihatkan
bahwa drifter SVP hingga tahun 2000 telah menyebar hampir diseluruh dunia.
Saat ini array drifter SVP dikenal secara kolektif sebagai bagian dari Global
Drifter Program (GDP), komponen dari NOAA yaitu Global Ocean Observing
System (GOOS), Global Climate Observing System (GCOS) dan Data Buoy
Cooperation Panel (DBCP) dari Meteorological Organization and International
Oceanographic Comission.
Tujuan ilmiah dari GDP adalah untuk memberikan sistem operasional near-
real time data kecepatan arus permukaan laut, suhu permukaan laut (SST) dan
pengamatan tekanan permukaan laut yang dapat diaplikasikan untuk prakiraan
cuaca, penelitian, dan kalibrasi/verifikasi in-situ satelit. GDP dikelola dalam
kerjasama antara NOAA/AOML di Miami, Florida, Joint Institute of Marine
Observations (JIMO) di La Jolla, California, dan tiga produsen Drifter swasta
(Clearwater, Pacific Gyre dan Technocean). AOML mengatur dan melakukan
86
penyebaran drifter, memproses data, menyimpan file yang menggambarkan setiap
drifter, dan sebagai pengelola situs resmi dari GDP yaitu
http://www.aoml.noaa.gov/phod/abcd/gdp.html. JIMO mengawasi industri,
memperoleh drifter dari berbagai produsen, melakukan upgrade teknologi,
melakukan pengembangan sensor baru, dan mendokumentasikan data, dan
melakukan koreksi serta penyempurnaan data (Pazan dan Niiler, 2004) untuk
kemudian dipublikasikan kepada masyarakat riset. Produsen drifter SVP bertugas
melakukan produksi sesuai spesifikasi dan kebutuhan para peneliti.
Gambar 2. Peta penyebaran drifter SVP hingga tahun 2000
(Sumber: http://sunburn.aoml.noaa.gov/phod/dac/index.php)
2.2. Perancangan Drifter SVP
Saat ini ada dua desain dasar dari drifter SVP yaitu pertama drifter SVP
yang relatif besar dan yang terbaru yaitu mini drifter SVP. Desain pertama sangat
kuat tetapi cenderung mahal dan berat. Desain ulang yang menghasilkan mini
drifter SVP diusulkan pada bulan desember 2002 dan sudah diproduksi oleh
beberapa produsen drifter.
Ada beberapa produsen SVP drifter hingga saat ini yaitu Clearwater
Instrument (Watertown, MA USA; http://www.clearwater-inst.com), Marlin-Yug
(Sevastopol, Ukraina; http://marlin.stel.sebastopol.ua), Metocean Data Systems
(Dartmouth, Nova Scotia, Kanada; http://www.metocean.com), Pacific Pilin
(Oceanside, CA USA; http://www.pacificgyre.com), dan Technocean (Cape Coral,
87
FL USA; http://www.technocean.com). Diameter drifter SVP berkisar dari 30.5
cm (mini terkecil) sampai 40 cm. Awalnya, pelampung permukaan terbuat dari
fiberglass dengan tebal 0.3-0.4 cm (Sybrandy dan Niiler 1991). Kebanyakan
produsen sekarang beralih ke bahan yang lebih murah yaitu bahan plastik ABS
(Akrilonitril-Butadiene-styrene) yang biasanya digunakan untuk konstruksi
lambung kapal. Pelampung pada bagian permukaan berisi baterai dengan
dilengkapi dioda pelindung, biasanya 4-5 buah masing-masing dengan 7-9 buah
D-sel baterai alkaline.
Pemancar satelit (401,650 MHz, 10 kHz) biasanya diaktifkan dengan
menghilangkan magnet dari lambung buoy, sebuah termistor untuk sub-surface
suhu permukaan laut, terletak di bagian bawah untuk menghindari pemanasan
akibat radiasi langsung dari matahari, dan alat lain seperti pengukur tekanan
udara, kecepatan angin dan arah angin, salinitas, atau warna lautan. Kebanyakan
produsen menggunakan cat oksida di bagian dasar hingga setengah dari
permukaan yang mengambang untuk mengurangi biofouling.
Adapun beberapa standarisasi dan spesifikasi dari SVP drifter
(http://www.aoml.noaa.gov/phod/dac/dacdata.php, Gambar. 3) yaitu pelampung
permukaan berdiameter 32 cm (atau 40 cm), terbuat dari bahan plastik ABS
setebal 4 mm (0,16 ") dan menggunakan mantel luar yang berfungsi untuk
melindungi terhadap sinar UV. Parasut berlubang terbuat dari kain berbahan non-
fray sintetik memiliki diameter 61 cm, panjang 490 cm. Konstruksi terdiri dari 4
bagian silinder, masing-masing memiliki panjang 122 cm dengan dua pasang
lubang dengan masing-masing berdiameter 30.5 cm. Transmiter menggunakan
transmitter ARGOS dengan 32 baterai D-Alkaline yang setara dengan 75 AH atau
dapat beroperasi selama 24 bulan. Catu daya utama sebesar 12 V dengan rata-rata
konsumsi daya sebesar 0.035 Watt (56 bit format data) atau 0.084 Watt ( 248 bit
format data pengiriman).
Thermistor ditempatkan pada bagian bawah pelampung berupa tipe YSI
4018 yang merupakan sensor suhu linier. Pada generasi drifter SVP terbaru
thermistor ini kemudian diganti menggunakan sensor suhu digital produksi
DALLAS DS18B20 (Motyzhev, 2010), dan adapun spesifikasi dari sensor
tersebut seperti terlihat pada Tabel 1.
88
Gambar 3. Desain wahana dan elektronik drifter SVP
Sumber: http://www.aoml.noaa.gov/phod/dac/schematic.jpg
Tabel 1. Spesifikasi sensor suhu SVP drifter.
Parameter Spesifikasi
Calibrated Temperature Range 0 to 40 С
Sensors DS18B20 (Dallas Semiconductor)
Accuracy +/-0,2 С
Sensitivity 0,04 С
Measurement Reading Time 20 s (for 10 sensors)
Number of sensors 10
Time Constant 100 s (in stirred water)
Levels 12,5; 17,0; 22,0; 27,0; 32; 37.0; 42,0;
47,0; 52,0; 57,0 m
Sensor suhu berjumlah sepuluh buah yang ditempatkan pada setiap
kedalaman 5 m dengan waktu pembacaan selama 20 detik untuk 10 sensor
tersebut dan memiliki akurasi sekitar 0.2 С. Kalibrasi data dilakukan pada selang
suhu 0-40С, dimana akurasi sangat dipengaruhi oleh cara pembungkusan sensor
agar kedap air. Data dari drifter biasanya dikirimkan setiap setengah jam atau satu
89
jam. Tabel 2, menunjukan beberapa contoh selang waktu transmisi data yang
dilakukan oleh beberapa drifter yang sudah diujicobakan. Data sensor (termasuk
SST dan tegangan baterai) biasanya diambil pada interval 90 detik. Rata-rata
dihitung melalui pengamatan tujuh sampai sepuluh contoh secara terus menerus.
Kemudian pada akhirnya data yang akan dikirimkan umumnya setiap 30-60
menit. Pada kasus tertentu transmisi data bervariasi seperti pada kasus yang
membutuhkan data yang cukup detail misalnya daerah pesisir, drifter dibuat agar
dapat dikonfigurasi ulang untuk mengatur selang waktu pengiriman.
Tabel 2. Beberapa contoh selang waktu transmisi drifter yang sudah ada
No Nama Program Selang Waktu Pencatatan (menit)
1 MONTED'ORO 2010 buoys 30
2 LATEX buoys 60
3 PELMED/SARDONE 2008 buoys 30
4 PELMED/SARDONE 2007 buoys 60
5 ECOLO4 buoys 60
6 ECOLO2005 60
7 EDILOIRE 2005 60
8 Juvaga 2005 60
Sumber: http://www.coriolis.eu.org/Data-Services-Products/View-
Download/Surface-Drifter-data/
2.3. Penggembangan Drifter untuk Pesisir
Menurut Ohlman, (2007), drifter yang digunakan untuk laut pesisir harus
memiliki dimensi kecil sehingga mampu mengukur pergerakan arus kecil, dan
harus ekonomis sehingga dapat digunakan dalam jumlah besar. Selain itu, harus
memiliki resolusi spasial yang baik, dengan sampling posisi hampir real-time
sehingga dapat dipantau dan dikonfigurasi kembali, memiliki daya rendah
sehingga dapat dioperasikan dalam waktu yang lama. Ohlman kemudian
menggunakan sebuah parasut disebut corner-radar-reflector-type (Gambar.
4a), Parasut ini dibuat menggunakan tiga bidang kain nilon seluas 85 cm2 yang
dibingkai dengan kayu. Pusat frame adalah batang baja galvanis yang berfungsi
sebagai pemberat. Pelampung permukaan terbuat dari plastik ABS berdiameter 20
cm dengan sistem telemetri menggunakan GSM. CODE juga mengembangkan
sebuah drifter yang dikhusukan diterapkan untuk laut pesisir yang disebut Davis
90
Drifter (Gambar 4b). Davis Drifter memiliki 3 komponen utama yaitu badan
utama yang terbuat dari PVC sepanjang 3 m dengan diameter 10 inci, pada bagian
inilah perangkat elektronika ditempatkan. Pelampung berjumlah 4 buah yang
ditempatkan pada setiap sudut, bagian kedua yaitu layar yang berfungsi untuk
menangkap aliran arus, dan terakhir yaitu paket elektronika dengan sistem
transmisi menggunakan transmisi ARGOS.
(a) (b)
Gambar 4. (a) Drifter Pesisir Ohlman (2007) ,(b) Drifter Davis milik CODE
AOML juga telah mengembangkan drifter untuk perairan dangkal yang
diterapkan di teluk Florida. Dasar pemikiranya adalah dibutuhkan perangkat
yang mampu beroperasi di kedalaman air satu meter atau kurang hingga jangka
waktu dua minggu. Ukuran kecil adalah faktor baik dalam meminimalkan
pengaruh angin permukaan. Drifter juga kemudian dilengkapi dengan GPS untuk
penentuan posisi yang akurat dan pengiriman data menggunakan pemancar
ARGOS. Pelampung terbuat dari bahan Lexan dengan tebal 0.125 inci,
bagian atas sedikit berkubah dan bagian bawah sirip dibentuk dalam upaya untuk
menampung pergerakan air. Sayangnya, pada saat uji coba terdapat beberapa
masalah yaitu pertama sirip yang digunakan terbukti tidak cukup untuk menjaga
pengaruh angin seminimal mungkin, sehingga kemudian ditambahkan parasut
dan di dapatkan hasil yang cukup baik. (lihat Gambar 5). Parasut ini dibuat saling
menyilang, lembaran PVC yang fleksibel dengan panjang 0.75 meter.
91
Gambar 5. Drifter Buoy produksi AOML
Sumber: http://www.aoml.noaa.gov/phod/instrument_development/
2.4. Drag Area Ratio untuk menentukan baik buruknya desain drifter
Gerak drifter berbeda dengan gerak masa air, dimana gerak tersebut sangat
ditentukan oleh kemampuan drifter menangkap aliran masa air. Penentuan
kemampuan drifter mengikuti masa air ini dapat dihitung menggunakan drag area
ratio yaitu perbandingan antara luas permukaan drogue dengan jumlah luas
permukaan lain seperti luas bola permukaan dan lainnya. Drag area ratio (R) ini
kemudian didefinisikan oleh Niiler et al (1995) yaitu:
∑ ........................................................................ (1)
Dimana C adalah nilai drag coefficient dan A adalah proyeksi dari luas
area. Koefisien s dan d adalah merupakan sub-index dari setiap komponen yang
dihitung dan ikut mempengaruhi pergerakan drifter. Drag coefficient adalah
kuantitas berdimensi yang digunakan untuk mengukur hambatan atau perlawanan
dari objek di lingkungan fluida seperti udara atau air. Secara sederhana kemudian
nilai dari koefisien tersebut dibuat dalam grafik Gambar 6, dimana bentuk silinder
memiliki nilai koefisien yang lebih besar dibandingkan dengan bentuk bola dan
lainya. Semakin besar nilai koefisien tersebut berarti semakin besar hambatan dari
sebuah objek terhadap aliran air.
Menurut Sybrandy et al (2009), yang ditulis pada manual penggunaan drifter
SVP yaitu perbandingan antara daya tangkap dari parasut (drogue) terhadap
pergerakan masa air dengan luas bola buoy permukaan dan lainnya sehingga
92
pergerakan drifter mampu mewakili pergerakan masa air dengan ketelitian
dibawah 1 cm/s terhadap pergerakan masa air sesungguhnya dimana drifter harus
memiliki nilai drag area ratio lebih besar dari 40. Kemudian secara sederhana
pada aplikasi drifter perumusan tersebut kemudian ditulis dalam bentuk (Niiler,
1995) berikut:
( )
......................(2)
dimana,
...................(3)
Gambar 6. Nilai drag coefficient beberapa bentuk geometri dasar.
93
Nilai R ini kemudian dapat digunakan untuk menghitung nilai slip velocity
dari drifter dan masa air, dimana pengaruh angin dan gradien vertikal dari arus
juga dimasukan, yang ditulis menjadi:
...........................................(4)
Dimana adalah slip velocity, adalah kecepatan angin dan adalah
gradien vertikal dari arus. Dari persamaan (4) terlihat bahwa semakin tinggi nilai
R maka semakin kecil slip velocity yang dihasilkan. Menurut Niiler dan Paduan
(1995) desain SVP memiliki slip velocity 0.7 cm/s pada saat kecepatan angin 10
cm/s tetapi jika kehilangan drogue maka slip velocity menjadi 8.9 cm/s pada
kecepatan angin tersebut. Tabel 3. merupakan contoh perhitungan drag area ratio
(Sybandry et al, 2009)
Tabel 3. Perhitungan drag area ratio (contoh)
Component
Frontal
Area
Drag
Coeficient
Drag
Area
Drag Area
Ratio
Surface Sphere 731 0.47 343 40.8
Pipe and cap below surface sphere 45 1.4 63
Urethane Below Surface Sphere 40 1.4 56
Tether 400 1.4 560
Pipe and cap above radial hub 45 1 45
Urethane Above Drogue 40 1 40
Drogue 29768 1 41675
Drag Coeficients:
Sphere 0.47
Holeysock type drogue 1.4
Other elements except Urethane and pipe on top of radial hub 1.4
Urethane and pipe on top of radial hub 1
Sumber : http://gisweb.wh.whoi.edu/ioos/drift/svpb_design_manual.pdf
2.5. Transmisi dan Format Data Drifter
Arsitektur sistem transmisi dan pengolahan data drifter yang dimiliki DAC
cukup kompleks. Data yang dikirimkan dari drifter dikirimkan melalui satelit,
kemudian oleh satelit dikirimkan ke stasiun penerima ARGOS. Data tersebut
94
kemudian diteruskan oleh ARGOS ke DAC (AOML) untuk kemudian dilakukan
proses pengolahan dan kontrol kualitas data (Gambar 7). Ada beberapa tahapan
yang dilakukan untuk melakukan kontrol kualitas data yang dilakukan oleh
AOML (Pazos, M. 2003 ) yaitu:
1) Decode data.
Mengkonversi data yang sekarang diterima ke data yang telah ditentukan
sesuai dengan metode konversi yang sudah ditentukan yaitu berdasarkan
data ID dari buoy yang diterima. Format data ARGOS dalam bentuk binari
kemudian di-decode menjadi angka dan nilai yang dimaksud.
2) Indentifikasi buoy baru dan memasukannya ke direktori file.
Menentukan waktu penyebaran dan posisi transmisi dari data yang baik
dan diterima pertama kali pada proses pengiriman. Hal ini dilakukan jika
ID buoy belum terdeteksi atau merupakan ID baru.
3) Mencari buoy yang mati (tidak mengirimkan data lagi), melihat posisi
terakhir dan kenapa buoy tersebut mati.
Menjalankan program yang mampu mengidentifikasi transmisi buoy dari
lokasi yang sama atau buoy yang tidak memiliki data baru setelah
update terakhir, kemudian memasukan nomor ID buoy tersebut ke
direktori file.
4) Melakukan pengecekan sensor SST, waktu terakhir sensor tersebut
mengirimkan data yang baik, dan kenapa sensor tersebut gagal.
Setiap data SST yang diterima kemudian dibandingkan dengan
Climatology Reynold’s untuk menentukan gagal tidaknya sensor suhu.
Waktu terakhir dari buoy tersebut mengirimkan data SST yang baik
kemudian dimasukan ke dalam direktori file.
5) Mengedit posisi dan SST.
Menjalankan perangkat lunak yang mampu mendeteksi posisi yang tidak
tepat berdasarkan kecepatan dan beberapa lokasi terakhir yang diberikan,
kemudian posisi yang tidak tepat akan dihapus. Pada saat yang sama
perangkat lunak memeriksan nilai SST. Nilai SST yang menyimpang akan
dibuang berdasarkan kriteria perubahan suhu relatif terhadap suhu baru
yang diberikan buoy. Setiap kesalahan posisi dan SST kemudian dicatat.
95
6) Deteksi lepasnya drogue.
Mendeteksi hilang tidaknya atau lepasnya drogue, bila drogue lepas
kemudian waktu dan ID buoy tersebut dicatat.
7) Melakukan interpolasi data per-6 jam menggunakan metode krigging.
Setiap data buoy yang aktif dan diterima kemudian diinterpolasi setiap 6
jam berdasarkan referensi Hansen and Poulain (1996).
8) Memasukan data ke basisdata
Data yang telah diolah berdasarkan langkah di atas kemudian dimasukan
ke http://www.aoml.noaa.gov/PHOD/DAC/DACDATA.HTML .
Gambar 7. Alur Data Drifter DAC (AOML)
Sumber: http://www.aoml.noaa.gov/
Ada 3 bagian utama dari sistem transmisi data drifter yaitu, drifter itu
sendiri, stasiun penerima dan bagian prosesing data. Pada beberapa perancangan
drifter sistem transmisi, khususnya untuk aplikasi drifter di perairan pantai sistem
transmisi memanfaatkan jaringan GSM, seperti yang dilakukan Ohlman (2005).
Sensor drifter mengukur data seperti suhu permukaan laut, rata-rata data biasanya
diukur setiap 90 detik, dan mengirimkan data perataan setiap selang waktu
tertentu dari sensor dengan frekuensi radio 401,65 MHz. Setiap pemancar drifter
diberikan kode Platform Terminal Transmitter (PTT) kemudian sering disebut
96
sebagai ID drifter. Sistem penentuan posisi drifter ARGOS bukanlah diberikan
GPS. melainkan dihitung berdasarkan pergeseran transmisi Doppler dari waktu
sinyal yang dikirimkan drifter seperti yang dijelaskan dalam Manual Pengguna
ARGOS. Motyzhev (2007), ada tiga pembagian lokasi yaitu kelas satu (error
antara 350-1000 meter), kelas dua (error antara 150-350 meter) dan kelas tiga
(error kurang dari 150 meter), sedangkan ORBCOMM dan IRRIDIUM
menggunakan GSP untuk penentuan posisi. Jenis komunikasi ARGOS
menggunakan komunikasi satu arah artinya tidak ada pengontrolan oleh stasiun
darat terhadap drifter, sedangkan pada ORBCOMM dan IRIDIUM
mengimplementasikan komunikasi dua arah (Tabel 4).
Tabel 4. Perbandingan sistem drifter dari IRIDIUM, ARGOS dan ORBOCOMM
Perbandinagan ARGOS ORBCOMM IRIDIUM
Communication
Method
one way
(transmission)
only two way two way
Coverage
Global (number of
messages per day
depend on
latitude)
between +60 and -60
deg latitude Global
Remote System
control (change
message rate and
message type) no yes yes
Max. Number of
bytes in message
32 bytes (20 bit
ID) 31 bytes (28
bit ID) 512 bytes 100 Kbytes
Position
by sattellite (± 300
m) by GPS (± 10 m) by GPS (± 10 m)
Position drift alarm
As option by Argis
or using
W@ves21 or
seasaw software
As option by Argis or
using W@ves21 or
seasaw software
As option by Argis
or using
W@ves21 or
seasaw software
Transmiter ID
to be obtained
from CLS to setup
buoy system
to be specified as part
of provisioning by an
orbcomm service
provider
phonenymber of
the iridium
subscription
Typical Power
consumption
ca 70 mW ca 40
mW
ca 100 mW ca 200
mW ca 74 mW
Combintaion with
local HF transmitter yes yes yes
Disable option
and/or activity yes yes yes
Sumber: http://download.datawell.nl/ argos-orbcomm_comparison_t-11-01.pdf
97
Penggunaan komunikasi GSM untuk transmisi data real-time kelautan
mulai dilakukan, hal ini dikarenakan biaya yang dikeluarkan untuk komunikasi ini
lebih murah jika dibandingkan transmisi data menggunakan satelit. Kelemahan
transmisi data menggunakan jaringan ini yaitu sangat bergantung dengan
coverage area dari operator GSM di tempat dilakukan pengukuran. Data real-time
seperti buoy yang ditempatkan di pesisir sudah cukup banyak yang mengadopsi
jaringan ini seperti terlihat di Tabel 5.
Tabel 5. Perbandingan teknologi buoy untuk ocean monitoring.
Buoy
(Program
Name)
Documentation Enabling Technologies
Body Hull
Sensor &
Parameters
Power
supply Telemetry
ESROB &
NMB This study
2.4 m
diameter
discus
Met.
Physical,
Biogeochemi
cal
solar
panel
Cellular
CDMA, two-
way
MAREL
buoy
Blain, et al
(2004) discus
4 m
diameter
Physio-
chemical
solar
panel
Cellular
GSM, two-
way
Smart Buoy
Milis, et al.
(2002)
Met. Physio-
biogeochemi
cal
satellite, one-
way
OASIS
moorings
Chavez, et al.
(1997)
~2 m
diameter
donat
Met. Physio-
biogeochemi
cal
solar
panel
Cellular, two
way
(COMPS)
USF
Weisberg, et al.
(2002)
met.,
physical
GOES
satellite, one-
way
TABS/SE
MB
Guinasso, et al.
(2001)
0.79 m
diameter
met.,
physical
solar
panel
Satellite/Celu
llar, two way
(NDBC)
Moored
Buoy
http://seaboard.
ndbc.noaa.gov
Various (12
m)
met.,
physical
solar
panel
ARGOS
satellite, one
way
Coastal
Buoy
SYSTEA
Brochure
Met. Physio-
biogeochemi
cal
solar
panel
GSM, two
way
CMBS
METOCEAN
Brochure Flexible
Flexible, one
ir two way
ATLAS
(TAO/TRI
TON)
Miliburn, et al.
(1996)
2.3 m
diamter Met., T/S
Battery
pack
ARGOS
satellite, one
way
Sumber : http://plaza.snu.ac.kr/~gkim/lecture/paper/37.pdf
Pengiriman data drifter menggunakan format data tertentu dengan tujuan
untuk menghemat biaya transmisi dan kemudahan penerimaan dan pengolahan
98
data yang dilakukan. Format data sangat ditentukan oleh kompleksitas perangkat
keras terutama jenis dan jumlah sensor serta model komunikasi serta kebutuhan
dan kendali sistem. Contoh, ARGOS memiliki panjang format data 56 bit, seperti
Tabel 6. Selain data sensor dikirimkan juga tegangan baterai untuk mengetahui
kondisi drifter, age untuk waktu dan tanggal data, rank untuk pengenal baris serta
checksum untuk memastikan data terkirim sempurna atau tidak.
Tabel 6. Format data ARGOS
Item Bits No. Bits Loc. Min Max Res Formula
CheckSum 8 0-7 0 255 - Lower 8 bits
Rank Standard
Warning
4 8-11 0
0
0
3
- Rank=0, always
Rank=4 (0,1, 2, 3)
AgeB 6 12-17 0 63 - Age (minutes)
Air Pressure Standard
Warning
11 18-28 850.0
930.0
1054.7
1032.35
0.1
0.05
BP(hPa) = 0.1n + 850
BP(hPa) = 0.05n +
930
SST 9 29-37 -5.0 35.88 0.08 SST(C) = 0.08n – 5
Air Pressure
Tenden.
Standard
Warning
9 38-46 -25.5
-
12.75
25.6
12.8
0.1
0.05
APT(hPa) = 0.1n –
25.5
APT(hPa) = 0.05n –
12.75
Submergence 6 47-52 0 100 - Percent = 100n/63
Battery Volt. 3 53-55 7 14 - BV = n + 7
Total 56
Sumber: http://www.argos-system.org/?nocache=0.7871551238931715
2.6. Penentuan Posisi menggunakan GPS
. GPS dapat dikatakan sebagai sistem radio navigasi dan penentuan posisinya
menggunakan satelit. Konsep dasar penentuan posisi dengan GPS adalah dengan
melakukan pengamatan terhadap beberapa satelit secara simultan, dan tidak hanya
satu satelit saja, seperti halnya menentukan posisi pada bidang datar yaitu
membaring beberapa benda acuan/objek baringan, (Abidin et al, 1995). Sistem
GPS mulai direncanakan sejak tahun 1973 oleh angkatan udara Amerika Serikat
99
(Easton, 1980), dan pengembangannya sampai sekarang ini ditangani oleh
Departemen Pertahanan Amerika Serikat, dibawah lembaga yang dinamakan
NAVSTAR (Navigation Satellite Timing and Rangin Global Positioning System),
dan sistem yang dimiliki oleh Rusia dengan nama GLONASS singkatan dari
Global Navigation Satellite System. Sistem yang dapat digunakan oleh banyak
orang sekaligus dalam segala cuaca didesain untuk memberikan posisi dan
kecepatan dalam tiga dimensi dan juga informasi mengenai waktu secara kontinu
diseluruh dunia. Sinyal GPS mengandung tiga informasi yaitu kode
pseudorandom, data ephemeris dan data almanak. Sinyal transmisi dari satelit
GPS merupakan sinyal identifikasi satelit saat sedang mengirim informasi
terhadap GPS Penerima. Selanjutnya GPS penerima menghitung timing waktu
rambatan gelombang dari satelite NAVSTAR dengan menghitung selisih timing
pulsa antara pseudo random code dari GPS Penerima. Lebar frekuensi
(bandwidth) yang dibutuhkan untuk mentransmisikan pseudo random code sekitar
1 MHz, sehingga transmisi sinyal GPS ditransmisikan pada gelombang 20 cm
atau sekitar 1.2 -1.5 GHZ.
GPS yang digunakan pada drifter selama ini umumnya menggunakan GPS
yang diproduksi oleh pemberi layanan komunikasi transfer data satelit seperti
ARGOS, ORBCOMM. GPS ini langsung terintegrasi dengan sistem transmisi
perusahaan tersebut, dan memang didesain khusus untuk penentuan posisi aplikasi
sistem tracking. Adapun perbandingan spesifikasi instrumen tracking yang
diproduksi oleh ARGOS, ORBCOMM dan IRIDIUM terlihat pada Tabel 3.
dengan kesalahan rata-rata sekitar 10 m. Saat ini perangkat GPS diproduksi untuk
memenuhi kebutuhan lebih umum dan perancangan instrumen tepat guna. Sinyal
GPS yang terbuka untuk umum memungkinkan siapapun dapat membuat
penerimanya, dan dengan perkembangan kebutuhan akan penentuan posisi
mengakibatkan semakin banyak produsen pembuat chipset GPS ini yang
menyebabkan harganya semakin terjangkau.
100
Chipset GPS diproduksi secara massal dengan maksud memberikan
kemudahan bagi pengembang instrument dalam berbagai bidang aplikasi yang
membutuhkan penentuan posisi. Dengan alasan untuk kompatibilitas berbagai
chipset dengan produsen berbeda membuat sebuah standar kalimat yang
dikeluarkan oleh sebuah chipset GPS. Sampai saat ini standar kalimat tersebut
biasa disebut standar NMEA 0183. Standar NMEA memiliki banyak jenis bentuk
kalimat laporan, yang diantaranya berisi data koordinat lintang (latitude), bujur
(longitude), ketinggian (altitude), waktu sekarang standar UTC (UTC time), dan
kecepatan (speed over ground). Umumnya NMEA-0183 menggunakan
komunikasi RS232 sebagai jalur komunikasi dengan perangkat luar seperti
komputer atau mikrokontroler dengan beberapa kecepatan (baud rate) yang
biasanya dapat diatur. Beberapa jenis kalimat NMEA-0183 yang umum
digunakan dapat dilihat pada Tabel 7.
Tabel 7. Jenis kalimat NMEA yang umum digunakan
Kalimat Deskripsi
$GPGGA Meminta fixed data dari GPS
$GPGLL Meminta Posisi Latitude dan Longitude
$GPGSA GNSS DOP and active satellites
$GPGSV GNSS satellites yang tertangkap
$GPRMC Recommended minimum specific GNSS data
Jumlah kalimat NMEA yang didukung oleh sebuah GPS penerima
bervariasi, tergantung produsen dan tujuan dari GPS. Chipset GPS penerima
umumnya mendukung kelima kalimat NMEA pada Tabel 7. Pada beberapa
perancangan tidak semua kalimat NMEA digunakan karena NMEA dirancang
sesuai dengan kebutuhan umum pengguna sehingga dengan satu atau lebih
kalimat NMEA sudah dapat menyelesaikan masalah yang ingin diselesaikan.
2.7. Mikrokontroler sebagai Pusat Kendali dalam Rancang Bangun Drifter
Mikrokontroler adalah suatu alat elektronika digital yang mempunyai
masukan dan keluaran serta kendali dengan program yang bisa ditulis dan dihapus
dengan cara khusus, dimana cara kerja mikrokontroler sebenarnya membaca dan
menulis data. Mikrokontroler merupakan komputer didalam chip yang digunakan
untuk mengontrol peralatan elektronik. Secara harfiahnya bisa disebut
101
"pengendali kecil" dimana sebuah sistem elektronik yang sebelumnya banyak
memerlukan komponen-komponen pendukung seperti IC TTL dan CMOS dapat
dikurangi dan akhirnya terpusat serta dikendalikan oleh mikrokontroler ini.
Mikrokontroler adalah versi mini atau mikro dari sebuah komputer karena
mikrokontroler sudah mengandung beberapa peripheral yang langsung bisa
dimanfaatkan, misalnya port paralel, port serial, komparator, konversi digital ke
analog (DAC), konversi analog ke digital (ADC) dan sebagainya hanya
menggunakan sistem minimum yang tidak rumit atau kompleks.
Drifter awalnya menggunakan Central Processing Unit (CPU) atau
mikrokontroler yang secara khusus diproduksi oleh produsen Drifter, sehingga
mikrokontroler dan sistem transmisi serta penentuan posisi merupakan satu
kesatuan. Gambar 8. memperlihatkan struktur elektronik dari “Smart Buoy” yang
dikembangkan oleh Motyzhev (2004). Terlihat bahwa pemancar ARGOS, sensor,
GPS, dan transceiver GSM bermuara pada satu Central Processing Unit melalui
perantaraan komunikasi serial. CPU tersebut berfungsi mengatur semua alur kerja
dari peralatan yang terhubung, mengolah data dan kemudian mengirimkan data
tersebut.
Gambar 8. Struktur elektronik dari “Smart buoy”. (Motyzhev S, 2004)
102
Seiring dengan makin murahnya harga mikrokontroler dengan fasilitas
tambahan yang sangat memadai misalnya sebagai perantara komunikasi serial
internal. Beberapa perancang melakukan perancangan dengan menggunakan
mikrokontroler komersial, misalnya Perez C. (2003), yang menggunakan
RCM2300 dari Rabbit Semiconductor. Dalen et al. (2004) menggunakan MC
1460 CE2 mikrokontroler keluaran perusahaan MOTOROLA. Aplikasi tersebut
pada umumnya memiliki sistem diagram yang sederhana seperti Gambar 9,
dimana mikrokontroler dihubungkan dengan beberapa alat seperti GPS, RF
transmitter dan sensor serta kemudian mengaturnya dalam cara kerja yang
diinginkan oleh pembuat.
Gambar 9. Sistem diagram yang dibangun dari drifter wireless oleh Yu-Dong.
Sumber:http://www.ece.stevens-tech.edu/
Salah satu tipe mikrokontroler yang sering dan banyak digunakan karena
kecepatannya yang tinggi, harga yang relatif murah dengan fasilitas tambahan
yang cukup banyak yaitu mikrokontroler seri AVR ATMEGA keluaran
perusahaan ATMEL. Mikrokontroler AVR merupakan mikrokontroler keluaran
perusahaan ATMEL coorporation yang memiliki arsitektur RISC 8 Bit, semua
instruksi dikemas dalam kode 16-bit dan sebagian besar instruksi dieksekusi
dalam satu siklus instruksi clock. AVR dikelompokkan kedalam 4 kelas, yaitu
ATtiny, keluarga AT90Sxx, keluarga ATMega, dan keluarga AT86RFxx. Dari
semua kelas yang membedakan satu sama lain adalah ukuran onboard
memori, onboard peripheral dan fungsinya. Dari segi arsitektur dan instruksi
yang digunakan semua kelas ini bisa dikatakan hampir sama.
Microcontroler,
data log GPS Receiver RF
Transmiter
Battery Pack Sensor Elements
103
Beberapa arsitektur dasar yang dimiliki oleh ATMega32 yaitu:
Saluran IO sebanyak 32 buah, yaitu Port A, Port B, Port C dan Port D
ADC 10 bit sebanyak 8 Channel
Tiga buah timer / counter
32 register
Watchdog Timer dengan oscillator internal
Memori Flash sebesar 8 kb
Sumber Interrupt internal dan eksternal
Port SPI (Serial Pheriperal Interface)
Komparator analog
Port USART (Universal Synchronous Asynchronous Receiver
Transmitter)
Sistem prosesor 8 bit berbasis RISC dengan kecepatan maksimal 16 MHz.
Ukuran memory flash 8KB, SRAM sebesar 512 byte, EEPROM sebesar
512 byte.
Mode Sleep untuk penghematan penggunaan daya listrik
Di Indonesia mikrokontroler ini cukup terkenal, banyak digunakan dan
mudah didapatkan dikarenakan harga yang murah dan mudah digunakan. Fitur
yang lengkap juga menjadi alasan mengapa mikrokontroler ini banyak digunakan.
Fitur-fitur yang sering digunakan khusunya untuk perancangan instrument di
bidang kelautan seperti ADC (Analog to Digital Converter) biasa digunakan
untuk mengkonversi sinyal analog sensor. USART biasanya digunakan untuk
komunikasi dengan peralatan lain seperti GPS dan Modem GSM. EEPROM biasa
digunakan untuk penyimpanan data (data logger).
2.8. Modem GSM sebagai Pengirim dan Penerima data
Sebuah modem GSM adalah tipe khusus modem yang menerima kartu
SIM seperti ponsel. Dari sudut pandang operator, modem GSM terlihat seperti
ponsel. Sebuah modem GSM dapat menjadi perangkat modem khusus dengan
peripheral serial, USB atau sambungan Bluetooth. Istilah modem GSM
digunakan sebagai istilah umum untuk mengacu pada setiap modem yang
104
mendukung satu atau lebih dari protokol dalam evolusi keluarga GSM, termasuk
teknologi 2.5G GPRS dan EDGE, serta 3G teknologi WCDMA,UMTS, HSDPA
dan HSUPA (Mouly et al. 1992).
Saat ini banyak sekali produsen modem GSM dengan bentuk dan fasilitas
produk yang berbeda. Fasilitas seperti GPS-pun kemudian dimasukan kedalam
sebuah modem GPS oleh beberapa produsen modem GSM (Gambar 10), hal ini
dimaksudkan karena sifat komunikasi GSM yang bisa dilakukan dimanapun dapat
digabungkan dengan kemampuan pengukuran posisi GPS.
(a)
(b)
Gambar 10 . Modem GSM produksi Wavecom inc (a), Modem GSM dengan GPS
build-in produksi SIMCom inc (b)
Sebuah modem GSM memaparkan sebuah antarmuka yang
memungkinkan aplikasi komputer atau peralatan lain untuk mengirim dan
menerima pesan melalui antarmuka modem. Agar dapat melaksanakan tugas ini,
modem GSM harus mendukung sebuah extended perintah AT set seperti yang
didefinisikan dalam spesifikasi GSM 07.05 dan ETSI dan 3GPP TS 27,005 (Smith
Clint dan Daniel Collins. 2002).
Penggunaan modem GSM untuk aplikasi kelautan mulai dilakukan karena
alasan semakin murahnya harga instrumen ini dan murahnya biaya transmisi serta
coverage area yang sangat luas. Para produsen instrumen kelautan terkemuka
kemudian melakukan modifikasi terutama karena modem ini pada umumnya
dibuat untuk aplikasi darat (rumah) agar sesuai dengan instrumen yang mereka
105
bangun dan lingkungan kelautan, seperti AANDERA sebuah perusahaan produsen
instrumen kelautan terkemuka kemudian mengeluarkan produk yang berbasis
modem GSM Wavecom.inc seperti terlihat pada Gambar 11. Pada gambar modem
diletakkan dalam sebuah box yang terlindung rapi untuk menghindari udara
lembab dan air, memiliki mounting plate sehingga mudah ditempatkan dan tidak
terguncang. Modul modem tersebut digunakan untuk transmisi data dari produk
instrumen yang dikeluarkan AANDERA.inc seperti drifter buoy, buoy, tide
instrumen dan lainnya.
Gambar 11. GSM Communication unit 3742 berisi modem GSM produksi
Wavecom.inc digunakan AANDERA.inc sebagai transmitter data
produk yang dimilikinya.
Sumber: http://www.aadi.no/../GSM%20Communication%20Unit.pdf
2.8.1 Standar Pengantarmukaan Modem GSM (AT-COMMAND)
AT-Command adalah perintah yang dapat diberikan kepada ponsel atau
modem GSM/CDMA untuk melakukan sesuatu, termasuk untuk mengirim dan
menerima SMS. Dengan memberikan perintah ini di dalam komputer atau
mikrokontroler maka perangkat kita dapat melakukan pengiriman atau
penerimaan SMS secara otomatis untuk mencapai tujuan tertentu. AT-Command
ini sebenarnya adalah pengembangan dari perintah yang dapat diberikan kepada
106
modem Hayes yang sudah ada. Dinamakan AT-Command karena semua perintah
diawali dengan karakter A dan T. Antar perangkat ponsel dan modem
GSM/CDMA bisa memiliki AT-Command yang berbeda-beda, namun biasanya
mirip antara satu perangkat dengan perangkat lain. Untuk dapat mengetahui secara
persis maka kita harus mendapatkan dokumen teknis dari produsen pembuat
ponsel atau modem GSM/CDMA tersebut.
Beberapa perintah AT-Command yang biasanya digunakan (Tabel 8)
dalam pembuatan penerima dan pengirim SMS mengikuti spesifikasi GSM 07.05
dan ETSI dan 3GPP TS 27,005.
Tabel 8. Jenis kalimat AT-COMMAND sebuah modem GSM Standar
AT Command Keterangan AT Mengecek apakah modem telah terhubung AT+CMGF Untuk menetapkan format mode dari terminal AT+CSCS Untuk menetapkan jenis encoding AT+CNMI Untuk mendeteksi pesan SMS baru masuk secara otomatis AT+CMGL Membuka daftar SMS yang ada pada SIM Card AT+CMGS Mengirim pesan SMS AT+CMGR Membaca pesan SMS AT+CMGD Menghapus pasan SMS ATE1 Mengatur ECHO AT+CGMI Mengecek Merk HP AT+CGMM Mengecek Seri HP AT+CGMR Mengecek Versi Keluaran HP AT+CBC Mengecek Baterai AT+CSQ Mengecek Kualitas Sinyal
Ada beberapa komunikasi yang didukung oleh AT-Command yaitu
komunikasi serial RS232, IrDa, FBUS dan masih banyak yang lain tergantung
pada produsen. Umumnya modem GSM menggunakan komunikasi serial RS232
dikarenakan komunikasi ini lebih umum digunakan dan didukung oleh hampir
semua perangkat elektronik.
107
2.9. Sensor Suhu DALLAS DS18B20
DS18B20 adalah thermometer digital menyediakan 9-bit sampai 12-bit
untuk pengukuran suhu dalam derajat Celsius dengan fungsi tambahan seperti
fungsi alarm dengan nonvolatile user-programmable poin baik pemicu atas dan
bawah. DS18B20 yang berkomunikasi melalui bus 1-Wire dan memerlukan satu
baris data (dan ground) untuk komunikasi dengan mikroprosesor. Memiliki
rentang suhu operasi -55 °C sampai 125 °C dengan keakuratan ± 0.042 °C selama
rentang -10 °C hingga 85 °C. DS18B20 Masing-masing memiliki kode serial unik
64-bit, yang memungkinkan DS18B20 lebih dari satu untuk fungsi yang sama
dalam bus data 1-Wire, sehingga cukup mudah digunakan dengan satu
mikroprosesor untuk mengontrol banyak DS18B20 dan di distribusikan. Gambar
12. menunjukkan diagram blok DS18B20, dan deskripsi dari setiap pin. ROM 64-
bit menyimpan serial kode unik perangkat. Scratchpad memory berisi data suhu 2-
byte yang merupakan output digital dari sensor suhu. Selain itu, scratchpad
menyediakan akses ke register 1-byte untuk alarm pemicu atas dan bawah (TH
dan TL) dan 1-byte.untuk konfigurasi Register yang memungkinkan pengguna
untuk mengatur resolusi konversi suhu digital 9, 10, 11, atau 12 bit. Register TH,
TL, dan konfigurasi memori volatile (EEPROM), sehingga akan dapat
menyimpan data bila perangkat dimatikan.
108
Gambar 12. Bentuk fisik dan peta memori sensor suhu DS18B20
Penggunaan sensor ini untuk aplikasi drifter di ujicobakan oleh Motyzhev
(2010) dengan akurasi pengukuran sebesar 0.2 0C dan waktu pembacaan 20 detik
untuk sepuluh buah sensor yang disimpan pada 10 strata kedalaman. Olda
bondarenko et al (2007), menggunakan array sensor ini untuk aplikasi buoy,
dimana sensor ini ditempatkan untuk beberapa kedalaman memanfaatkan
komunikasi 1-wire yang dimiliki DS18B20.
2.10. Media Penyimpanan Data MMC/SD Card
Secure Digital Memory Card adalah kartu memori standar untuk peralatan
mobile. SD Card dikembangkan kompatibel dengan Multi Media Card (MMC)
sehingga peralatan SD Card juga dapat menggunakan MMC dengan beberapa
persyaratan. Kemudian, berkembang variasi dari versi ukuran, seperti RS-MMC,
miniSD dan microSD, dengan fungsi yang sama. MMC /SDC memiliki
mikrokontroler di dalamnya, kontrol memori flash (delete, read, write dan error
control). Data ditransfer antara kartu memori dan kontroler sebagai blok data
dalam unit 512 byte. Kartu MMC/SD lebih terbuka dari beberapa format lain
(XD, Memory Stick) tetapi kurang terbuka dari Compact flash dan USB flash
109
drive. Dari format serial interface, MMC/SD adalah yang paling mudah untuk
ditanamkan. Format SD card dilindungi oleh hak paten, lisensi, dan spesifikasi
yang tidak dipublikasikan secara terbuka. Namun, semua memori SD dan
kartu SDIO yang diperlukan mendukung komunikasi SPI (Serial Programming
Interface) yaitu interface 4 jalur yang sedikit lebih lambat (clock, serial, serial out,
chip select) dan kompatibel dengan port SPI pada banyak mikrokontroler.
2.11. Biaya Implementasi dan Biaya Rancang bangun Drifter
Implementasi drifter dibagi menjadi beberapa bagian biaya yaitu harga alat
drifter itu sendiri, biaya transmisi data dan biaya server ground segment. Drifter
SVP berharga $1500 dengan biaya transmisi $15 per-hari transmisi (Sybandri,
2009). Drifter Davis seharga $1200, dengan transmisi menggunakan satelit
ORBOCOM yaitu $30 untuk biaya aktivasi dan $2.35 biaya per-bulan.
Implementasi menggunakan transmisi GSM lebih murah dibandingkan
dengan transmisi via satelit seperti satelit ARGOS, ORBCOMM dan IRRIDIUM
yaitu mendekati $0.5 perhari (Ohlmann, 2005). Pada perancangan sendiri biaya
implementasi mendekati $1000 seperti yang dilakukan Yu-dong (2007), drifter
yang dirancang menggunakan gelombang RF sendiri sehingga tidak memiliki
biaya transmisi (Tabel 9)
Tabel 9. Biaya pembuatan drifter Wireless Yu-dong (2007)
Biaya ground segment sangat bergantung pada kompleksitas proses
pengolahan terutama pengolahan otomatis dari data yang diterima. Biaya
perangkat keras dan perangkat lunak akan sangat besar seperti implementasi skala
besar yang dilakukan pada drifter SVP. Namun untuk aplikasi sederhana biaya ini
110
hanya cukup menggunakan sebuah komputer dan alat penerima data, seperti
modem GSM pada aplikasi yang menggunakan transmisi GSM, atau penerima RF
untuk aplikasi yang menggunakan transmisi radio frequency (RF).
2.12. Keadaan Umum di Perairan Teluk Pelabuhan Ratu
Teluk Pelabuhan Ratu merupakan teluk terbesar di pantai selatan Jawa yang
berhadapan langsung dengan Samudera Hindia. Perairan Teluk Pelabuhan Ratu
merupakan tempat bermuaranya 4 sungai yakni sungai Cimandiri, sungai
Cibareno, Sungai Ciletuh dan sungai Cikanteh. Dasar perairan ini cukup curam
dimana di sepanjang pantai teluk, kedalaman relatif dangkal dan semakin dalam
pada bagian tengah sampai ke arah mulut teluk (Gambar 13). Kedalaman perairan
pada bagian dangkal mencapai 100 meter dan berjarak 2 sampai 3 km dari pantai
kearah tengah teluk. Perairan pada bagian tengah teluk mencapai kedalaman 300
meter yang terus semakin dalam ke arah mulut teluk yang mencapai kedalaman
1500 meter.
Gambar 13. Peta Bathymetry teluk Pelabuhan Ratu
(Diolah dari : http://topex.ucsd.edu/cgi-bin/get_srtm30.cgi)
Arus Teluk Pelabuhan Ratu
Arus adalah gerakan horizontal atau verikal dari suatu massa air sehingga
massa air menuju kestabilan. Ada dua gaya yang bekerja terhadap air laut
Longitude
Latitu
de
106.4 106.45 106.5 106.55
-7.06
-7.04
-7.02
-7
-6.98
-6.96
-350
-300
-250
-200
-150
-100
-50
0
111
sehingga dapat terjadi arus, yaitu gaya eksternal dan gaya internal. Gaya eksternal
terdiri dari angin, perbedaan tekanan udara, gaya gravitasi, gaya tektonik, gaya
tarik matahari dan bulan yang dipengaruhi oleh tahanan dasar laut dan gaya
coriolis, sedangkan gaya internal dari perbedaan densitas air laut, gradien tekanan
mendatar dan gesekan lapisan air (Gross, 1979).
Purba (1995) melaporkan dari hasil pemodelan pada penelitianya bahwa
pola arus hasil simulasi menunjukan bahwa faktor pasang surut dan faktor angin
bersama-sama mempengaruhi kondisi hidrodinamika di perairan teluk Pelabuhan
Ratu. Penelitian tersebut juga menjelaskan adanya perbedaan pola elevasi saat air
pasang dan surut. Saat air pasang, penumpukan massa air hanya terjadi di titik
Ujung Karang Taraje (bagian barat teluk), sedangkan bagian dalam teluk
memperlihatkan nilai elevasi yang lebih rendah dibandingkan elevasi di titik
ujung Karang Taraje. Saat air surut pola elevasi memperlihatkan nilai garis kontur
pada bagian dalam teluk lebih tinggi dibandingkan dengan nilai garis kontur pada
bagian mulut teluk. Hal ini menunjukan massa air pada bagian dalam teluk
mengalir keluar menuju mulut teluk.
Pasang Surut Teluk Pelabuhan Ratu
Hasil pengamatan pasang surut pada penelitian terdahulu di Teluk
Pelabuhan Ratu memberikan kesimpulan bahwa tipe pasang surut perairan teluk
Pelabuhan Ratu adalah pasang surut campuran cenderung semi diurnal (Pariwono
et al., 1988; Palit 1992). Pariwono (1985) dalam studinya tentang pasut di
perairan Asia Tenggara menyatakan bahwa, di Samudera Hindia komponen pasut
M2 dan K1 merambat dari bagian barat menuju timur, ketika memasuki perairan
teluk Pelabuhan Ratu komponen pasut tersebut diduga akan merambat melalui
alur yang dalam karena di kawasan tersebut tahanan dasarnya kecil. Hatayama et
al. (1996) dalam penelitiannya juga mendapatkan hasil yang sama bahwa di
Samudera Hindia, komponen pasut M2 dan K1 merambat dari bagian barat
menuju timur.
Sannang (2003) dalam studinya menyatakan bahwa secara umum
rambatan pasut di teluk Pelabuhan Ratu mempunyai pola yang sama, yaitu
dimulai dari batas terbuka bagian utara dan kepala teluk menuju selatan teluk. Hal
112
ini berarti pada bagian utara teluk dan kepala teluk terjadi pasang maupun surut
secara bersamaan. Saat pasang tertinggi, massa air masuk melalui bagian selatan
mulut teluk kemudian menyebar ke arah utara dan bertemu dengan massa air yang
mengarah keluar teluk lalu massa air tersebut mengikuti pola arus pasut yang
keluar teluk di bagian utara mulut teluk, sebagian lagi menuju daerah
Balekambang. Pada kondisi ini elevasi muka laut mencapai ketinggian
maksimum, gradien tekanan menurun sehingga kecepatan arus relatif kecil dan
seragam dibandingkan dengan kondisi sebelumnya (saat air pasang). Saat surut
terendah tampak pola arus pasut bergerak keluar teluk.