Kesimpulan Saran Pengukuran acoustic backscattering strength dasar perairan dengan instrumen single dan multi beam echo sounder
IHO. 2008. Standards for Hydrographic Surveys. International Hydrographic Bureau. Monaco.
Ilahude D. 2009. Studi perubahan morfologi dasar laut pada kegiatan penempatan tailing bawah laut Teluk Buyat Sulawesi Utara. PPPGL Bandung.
Jackson DR, Richardson MD. 2007. High Frequency Seafloor Acoustic. Springer Science Business Media. New York. 616 hlm.
Kagesten G. 2008. Geological Seafloor Mapping with Backscatter Data from A Multibeam Echo sounder [Tesis]. Uppsala : Uppsala University.
Kenny AJ, Andrulewicz E, Bokuniewicz H, Boyd E. 2000. An overview of seabed mapping technologies in the context of marine habitat
classification. ICES : Theme session on classification and mapping of marine habitats.
Kim GY, Richardson MD, Bibee DL, Kim DC, Wilkens RH, Shin SR, Song ST. 2004. Sediment types determination using acoustic techniques in the
Northeastern Gulf of Mexico. Geosciences Journal, 8:95-103. L-3 Communications SeaBeam Instruments. 2000. Multibeam Sonar Theory of
Operation. L-3 Communications Elac Nautic Gmbh. Seabeam 1050D-Multibeam Sonar.
L-3 Communications Elac Nautic. 2006. Maintenance Manual for SEABEAM
1000 Series. Technical Manual. TH 58 655 8003 E. Kiel Germany. Lurton X. 2002. An Introduction to Underwater Acoustics. Chichester, UK. Praxis
Publishing. MacLennan DN, Simmonds E J. 2005. Fisheries Acoustics. United Kingdom.
Blackwell Science. Manik HM. 2006. Pengukuran akustik Scattering Strength Dasar Laut dan
Identifikasi Habitat Ikan dengan Echosounder. Seminar Nasional Perikanan Tangkap. Departemen Pemanfaatan Sumberdaya Perikanan,
FPIK-IPB. Bogor.
Manik HM. 2011. Underwater Acoustic Detection and Signal Processing Near the Seabed. Di dalam: Kolev N, editor. Sonar Systems. Ed ke-1. Croatia:
Intechweb. hlm 255 – 274. Manik HM. 2012. Seabed Identification and Characterization Using Sonar.
Advances in Acoustics and Vibration. Volume 2012. Article ID 532458. doi: 10.11552012532458.
Medwin H, Clay CS. 1998. Fundamentals of Acoustical Oceanography. London.Academic Press Limited.
Penrose JD, Siwabessy PJW, Gavrilov A, Parnum I, Hamilton LJ. 2005. Acoustic Techniques for Seabed Classification. Cooperative Research Centre for
Coastal Zone Estuary and Waterway Management. Technical Report 32. Pujiyati S, Hartati S, Priyono P. 2010. Efek ukuran butiran, kekasaran, dan
kekerasan dasar perairan terhadap nilai hambur balik hasil deteksi hydroakustik. E-Jurnal Ilmu dan Teknologi Kelautan Tropis, 2:59-67.
Schmidt V, Chayes D, Caress D. 2004. The MB-System Cookbook. Columbia University.
Shepard FP. 1954. Nomenclature based on sand-silt-clay ratios: Journal of Sedimentary Petrology, v. 24, p. 151-158.
Siemes K, Snellen M, Simons DG, Herman JP. 2009. Using MBES backscatter strength measurements for assessing a shallow water soft sediment
environment. IEEE : 4244-2523. Simons DG, Snellen M. 2009. Seafloor mapping. Lecture notes. Delft University
of Technology. Siwabessy J, Penrose J, Kloser R, Fox D. 1999.
Seabed habitat classification. Sydney, Australia. Shallow Survey 99 - International Conference on High
Resolution Surveys in Shallow Water. Thurman HV. 1993. Essentials of Oceanography, Fourth Edition, New York.
Macmillan Publishing Company. hlm 84 – 103. Urick RJ. 1983. Principles of Underwater Sound, 3
rd
ed. New York. Mc-Graw- Hill.
Waite AD. 2002. Sonar for Practising Engineers. Third Edition, Chichester ,
West Sussex, England. John Wiley Sons Ltd. Watt JV, Eng P. 1999. Seabed Classification – A New Layer for the Marine GIS.
Canada. Quester Tangent Corporation. http:www.htisonar.comwhat_are_hydroacoustics.htm
[5 juni 2012]. http:wwwPrincipal component analysis PCA.htm
[29 Mei 2012]. http:yudiagusta.wordpress.comclustering
[19 juni 2012].
LAMPIRAN
Lampiran 1 Kapal nelayan yang digunakan untuk pengambilan data akustik pada sistem single beam
Lampiran 2 Konfigurasi instrumen single beam di kapal
Lampiran 3 Alat pengukur parameter fisik sedimen di Laboratorium Fisika Tanah Balai Penelitian Tanah, Bogor
Shaker ASTM E-11, USA standart
Oven pengering Timbangan
Alat pengukur densitas sedimen Alat pengukur porositas
Lampiran 4 Foto tipe substrat dasar perairan di lokasi penelitian Kepulauan Seribu
Substrat pasir
Substrat pasir berlanau
Substrat pasir berliat
Lampiran 5 Listing program Matlab untuk menampilkan echogram, acoustic backscattering strength, dan echo level
PROGRAM MATLAB PENGOLAHAN DATA AKUSTIK CRUZPRO FISHFINDER
FPIK ITK IPB 2012 Rumusan Dasar
EL=SL-2TL+TS+2DI EL= SL-220LOG10RR-2alpRR+TS+2DI
SL=10log10p p=rhoCPaSigDI4phi
Pe=v2R k = 2phiFC
V = phir2t Memasukan variabel
a= 0.045; Pa = 53.9;
v = 12; R = v15; hambatan
r = 0.5; t = 1;
phi=3.14; Sound Speed formula
C=1404.3+4.7T-0.04T2 Memasukan variabel
C=1546.8; Kec. Suara dlm air laut Formula Medwin F=200000; Frekwensi Transducer Cruzpro 200 khz
a=0.045; Diameter Lingkaran Transducer phi=3.14;
ld= CF; Lamda, panjang gelombang suara t=0.004; Tau Pulse Length
r=r; Jarak target dari permukaan transducer pada tiap sta.m
rho=1000; Vreff=6.5043e-004;
beamwidth beamwidth=20log10ld2phia+7.7;Urick,1983 hal.243
Perhitungan Variabel k =2phiFC ;
DI=ka2; Pe=v2R;
Sig=PaPe0.01; p=rhoCPaSigDI4phi0.5;
Perhitungan Variabel Akustik Kecepatan suara medwin
Parameter Instrumen -----------------------------------------------------
AG0=-53.78; amplifier gain
RS=-185; Receiving sensitivity 200 kHz
SL=163; Source Level 200 kHz
RS2=-173; Receiving sensitivity 50 kHz
AGTR=10AG010; RSTR=10RS10;
KTRlin=AGTRRSTR; KTR=20log10KTRlin;
alpha=0.06971; koef absorpsi untuk 200 kHz [Formula Schulkin
dan Marsh, Urick hal.105] TL=20log10r+alphar;
count=12; contoh count makscount=255;
8 bit VR=20log10countmakscount;
jumrec=1; jumlah receiver
AVG=20log10jumrec; array voltage gain
Perhitungan Parameter Akustik load data melalui workspace
Surface Backscattering Strength SS
xx=sbst10x28I204141546i0x290x2810x2E780x29; inisialisasi data ke variabel
aa=xx1:sizexx,1,18:sizexx,2; aaa=rot90aa;
VR=20log10aaamakscount; SS=-RS-SL+2TL+VR-AVG+AG0;
Reverberation Level RL Urick 1983
RL=SL-2TL+SS+10log10beamwidth+10log10Ct2+10log10r;
Volume Backscattering Strength SV SV=10log10dens+TS
SV=RL-SL+2TL-10log10beamwidth-10log10Ct2-10log10r2; SV,Furusawa
SV=VR+20log10r+2ralpha1000-65-10log10Ct2+19.1; SV=RL-SL+2TL-10log10beamwidth-10log10Ct2-10log10r2;
Rata-rata Surface Backscattering Strength SSr NN=sizeaa,2;
NNN=NN-11; ff=aa:,1:NNN;
hh=meanff; VR1=20log10hhmakscount;
SSr=-RS-SL+2TL+VR1-AVG+AG0;
Rata-rata RL
RLr=SL-2TL+SSr+10log10beamwidth+10log10Ct2+10log10r;
Rata-rata Volume Backscattering Strength SVr
SVr=RLr-SL+2TL-10log10beamwidth-10log10Ct2- 10log10r2;
SVr=SSr-10log10Ctau2
Echo Level
EL=SL-2TL+SS; ELr=SL-2TL+SSr;
EL=SL-30log10r-2alphar+10log10phiCt+SS;
Rata rata Echo Level ELr
ELr=SL-30log10r-2alphar+10log10phiCt+SSr;
Matrik Kedalaman
lamda=3CF; range=[1:sizeaaa,1];
N=lengthrange; dpt=0:lamda:lengthaaa;
Y=dpt1:N; YX=Y+1;
YY=sortYX,1,descend; X=[1:1:lengthaaa];
XX=[1:1:lengthff]; N1=lengthhh;
dpt1=0:lamda:lengthhh; Y1=dpt11:N1;
YX1=Y1+1; YY1=sortYX1,1,ascend;
X1=[1:1:lengthhh]; time=X1:1:lengthhh;
Figure 1 figureName,Time Series of Surface Scattering
Strength,NumberTitle,on imagescX,YY,SS;
colorbarlocation,EastOutside Title Grafik Time Series of Surface Backscattering Strength
SSdB Stasion 1 ylabelDepth m
xlabelTime s Figure 2
figureName,Time Series of Volume Scattering Strength,NumberTitle,on
imagescX,YY,SV; colorbarlocation,EastOutside
Title Grafik Time Series of Volume Backscattering Strength SVdB
Stasion 1 ylabelDepth m
xlabelTime s
figure 3 figureName,Intensitas Acoustic Backscattering Strength Vs
Depth plotYY1,SSr,-r,YY1,SVr,-
h = legendSSr,SVr,2; seth,Interpreter,none
Title Substrat Sta 1 ylabelIntensitas Acoustic Backscattering Strength dB
xlabelDepth m grid on
figure 4 figureName,Echo LeveldBVs Time
plottime,ELr,- Title Substrat Sta1
ylabelEcho LeveldB xlabelTime s
grid on ________________________________________________
Lampiran 6 Tampilan echogram volume backscattering strength lanjutan
Stasiun 1
Stasiun 2
Stasiun 8
Stasiun 9
Lampiran 7 Tampilan echogram surface backscattering strength lanjutan
Stasiun 1
Stasiun 2
Stasiun 8
Stasiun 9
Lampiran 8 Tampilan grafik echo level lanjutan
Stasiun 1
Stasiun 2
Stasiun 3
Stasiun 4
2 4
6 8
10 12
14 16
18 20
115 120
125 130
135 140
E c
ho Lev el
dB
Time s
10 12
14 16
18 20
22 24
26 28
30 115
120 125
130 135
140
E c
ho Lev el
dB
Time s
5 10
15 20
25 115
120 125
130 135
140
E cho Lev
el dB
Time s
5 10
15 20
25 115
120 125
130 135
140
E c
ho Lev el
dB
Time s
Lampiran 8 lanjutan
Stasiun 5
Stasiun 6
Stasiun 7
5 10
15 20
25 115
120 125
130 135
140
E c
ho Lev el
dB
Time s
5 10
15 20
115 120
125 130
135 140
E c
ho Lev el
dB
Time s
2 4
6 8
10 12
14 16
18 20
115 120
125 130
135 140
E c
ho Lev el
dB
Time s
Lampiran 9 Tampilan pola SV dan SS pada stasiun pengamatan lanjutan
Stasiun 1
Stasiun 2
Stasiun 8
Stasiun 9
1 1.1
1.2 1.3
1.4 1.5
1.6 1.7
1.8 1.9
2 -40
-35 -30
-25 -20
-15
Depth m
A cous
tic B
ac ks
cat ter
ing S trengt
h dB
SSr SVr
1 1.1
1.2 1.3
1.4 1.5
1.6 1.7
1.8 1.9
2 -40
-35 -30
-25 -20
-15
Depth m
A cous
tic B
ac ks
cat ter
ing S tr
engt h
dB
SSr SVr
1 1.1
1.2 1.3
1.4 1.5
1.6 1.7
1.8 1.9
2 -45
-40 -35
-30 -25
-20 -15
Depth m A
cous tic
B ac
ks cat
ter ing S
tr engt
h dB
SSr SVr
1 1.1
1.2 1.3
1.4 1.5
1.6 1.7
1.8 1.9
2 -45
-40 -35
-30 -25
-20 -15
Depth m A
c ous
ti c
B ac
k s
c at
ter ing S
tr engt
h dB
SSr SVr
Lampiran 10 Cluster data parameter sedimen
Cluster Analysis of Observations: Pasir; Lumpur; Liat; Densitas; Porositas;
Pearson Distance, Average Linkage Amalgamation Steps
Number Number of obs.
of Similarity Distance Clusters New in new Step clusters level level joined cluster cluster
1 8 91,7826 0,54544 1 2 1 2 2 7 87,4424 0,83353 7 9 7 2
3 6 83,6024 1,08842 1 7 1 4 4 5 81,3915 1,23516 3 4 3 2
5 4 65,9884 2,25757 1 6 1 5 6 3 52,7363 3,13720 1 3 1 7
7 2 40,1782 3,97076 5 8 5 2 8 1 24,5936 5,00521 1 5 1 9
Final Partition Number of clusters: 1
Within Average Maximum cluster distance distance
Number of sum of from from observations squares centroid centroid
Cluster1 9 2600,98 13,5540 34,6198
Lampiran 11 Cluster data parameter akustik
Cluster Analysis of Observations: SV; SS; EL
Manhattan Distance, Average Linkage Amalgamation Steps
Number Number of obs.
of Similarity Distance Clusters New in new Step clusters level level joined cluster cluster
1 8 88.3671 1.6100 7 9 7 2 2 7 86.1272 1.9200 4 5 4 2
3 6 81.3584 2.5800 1 2 1 2 4 5 77.9624 3.0500 3 4 3 3
5 4 69.2919 4.2500 1 6 1 3 6 3 63.4995 5.0517 3 7 3 5
7 2 60.3902 5.4820 1 3 1 8 8 1 19.2106 11.1813 1 8 1 9
Final Partition Number of clusters: 1
Within Average Maximum cluster distance distance
Number of sum of from from observations squares centroid centroid
Cluster1 9 84.8357 2.69497 5.84438
Lampiran 12 Hasil analisis contoh fisika tanah
Lampiran 12 Lanjutan
Lampiran 13 Profil KR Baruna Jaya IV
Sumber : BPPT 2010
Spesifikasi Keterangan
Nama Nama panggilan
Tahun pembuatan Galangan pembuatan
Pemilik Mesin utama
Dimensi kapal Draft kapal
Berat Kecepatan
Jangkauan Kapasitas bahan bakar
Air tawar Peralatan penelitian
Baruna Jaya IV P L I Q
1995 CMN – Cherbourg – France
BPPT 2 x 1100 PS Niigata Pielstick 5 PA5L
60.4 x 12.1 x 4.5 m 4.15 m
1219 T 10 – 12 knots
7500 nm 190.000 liter
90.000 liter Baruna Jaya IV didesain utama untuk
survei perikanan dan oseanografi, dilengkapi dengan peralatan : Fish
Finder, Squid Jigger, Bottom and Midwater Trawl Longline, Gill Net
Fish Processing, ADCP RDI Broadband 350 kHz, CTD Seabird
SBE-911, Water Sampler, Current Meter, Sediment Sampler.
Peralatan survei multi beam : Elac Seabeam 1050D MBES.
ABSTRACT
BAMBANG SUPARTONO. Measurement of Acoustic Backscattering Strength of Sea-Bottom with Single and Multi Beam Echosounder. Under direction of
HENRY M. MANIK and IMAM MUDITA.
Underwater acoustic instruments has been an indispensable tool to study the ocean. Application of acoustic such as sonar technologies to bottom acoustics
study has made significant advances over recent decades. The sonar systems evolved from single beam systems to more sophisticated digital ones like multi
beam echo sounder. In this paper, both systems of single beam echo sounder SBES and multi beam echo sounder MBES were applied to detect and measure
acoustic backscattering strength of sea-bottom. Sampling sediment was taken for ground truth data using bottom sampler. For SBES, data collection was carried out
in Seribu Islands, Jakarta. Data were collected using CruzPro PcFF80 FishFinder with operating frequency 200 kHz. The algorithm to compute underwater signal
using this instrument had been developed by Manik 2011. For MBES, data collection was carried out in Buyat Bay, North Sulawesi Province. Data were
collected using Elac Seabeam 1050D MBES with operating frequency 180 kHz and processed with MBSystem version 5 software. For SBES, the results showed
the value of surface backscattering strength SS for sand varied from -18.68 dB to -17.39 dB, silty sand -23.25 dB to -19.32 dB, and clayey sand was -19.83 dB.
The echo level EL for sand varied from 131.4 dB to 138.2 dB, silty sand 133.5 dB to 135.4 dB, and for clayey sand was 136.5 dB using source level SL 163
dB. For MBES, the SS for silty sand varied from -24.26 dB to -20.56 dB, and sandy silt -25.12 dB to -24.30 dB.
Key words:
acoustic backscattering strength, ground truth, multi beam echo sounder, single beam echo sounder, sonar
RINGKASAN
BAMBANG SUPARTONO. Pengukuran Acoustic Backscattering Strength Dasar Perairan Dengan Instrumen Single dan Multi Beam Echosounder. Dibimbing oleh
HENRY M. MANIK dan IMAM MUDITA.
Dasar perairan mengandung informasi mengenai berbagai hal yang saling terkait antara abiotik dan biotik yang ada. Sifat-sifat dasar perairan seperti relief
dan komposisi material penyusunnya merupakan variabel fisis yang penting dalam pembentukan distribusi habitat-habitat dasar perairan. Pengetahuan akan habitat
dasar perairan bersama dengan habitat laut dan lingkungan pesisir bermanfaat untuk membuat perencanaan manajemen yang berkelanjutan bagi perikanan dan
untuk kepentingan perlindungan ekosistem laut.
Untuk mendeskripsikan habitat dasar perairan digunakan teknik hidro akustik. Sistem akustik untuk klasifikasi sedimen dasar perairan secara tidak
langsung mampu memperkirakan jenis-jenis sedimen penyusunnya. Klasifikasi sedimen dasar perairan dapat dilakukan berdasarkan nilai
acoustic backscattering strength nya. Pengukuran acoustic backscattering strength backscatter dasar perairan dapat dilakukan menggunakan instrumen
single beam maupun multi beam echo sounder. Pada sistem single beam, setiap pemancaran pulsa akustik satu ping akan dihasilkan sebuah footprint beam
akustik pada posisi tepat di bawah badan kapal. Acoustic backscattering strength yang berasal dari beam akustik ini mengandung sejumlah informasi yang
berkaitan dengan karakteristik permukaan dasar laut, seperti kekerasan maupun kekasaran. Pada sistem multi beam, setiap pemancaran pulsa akustik satu ping
akan dihasilkan banyak footprint beam akustik pada posisi melintang di bawah badan kapal. Tiap beam akustik mengandung informasi tentang amplitudo pulsa
suara yang dipantulkan oleh dasar laut.
Berdasarkan pemikiran tersebut, maka dalam penelitian ini dilakukan pengukuran acostic backscattering strength dasar perairan menggunakan dua
sistem instrumen yang berbeda yaitu sistem single beam dan multi beam. Untuk sistem single beam, pengambilan data akustik berlokasi di perairan Kepulauan
Seribu, menggunakan Cruzpro PcFF80 PC Fishfinder yang bekerja pada frekuensi 200 kHz, transmitted power 80 watt adjustable, pulse duration 4 ms,
serta kecepatan rambat suara dalam medium air laut sebesar 1546.8 mdtk. Pengambilan sampel sedimen sebagai ground truth data, dilakukan menggunakan
pipa paralon 3 inch. Ketebalan lapisan sedimen yang diambil sebesar 10 cm. Analisa terhadap sampel sedimen dilakukan di Laboratorium Fisika Tanah, Balai
Penelitian Tanah – Bogor menggunakan metode ayakan bertingkat dan pemipetan.
Untuk sistem multi beam, pengambilan data akustik berlokasi di perairan Teluk Buyat, menggunakan Elac Seabeam 1050D MBES yang bekerja pada
frekuensi 180 kHz, lebar swath 153°, jumlah beam yang dihasilkan sebanyak 126 beam, transmitted power 500 watt, transmitted pulse length 0.15 ms. Data
sampling sedimen yang digunakan berasal dari survei P3GL.
Pengolahan data akustik single beam menggunakan perangkat lunak Matlab V.7.0.1. Untuk mendapatkan nilai acostic bottom backscattering dasar
perairan yang meliputi volume backscattering strength SV, surface
backscattering strength SS, serta echo level EL, digunakan formula Manik 2012 dan Lurton 2002.
Pengolahan data akustik multi beam menggunakan perangkat lunak Caris HIPS SIPS 6.1 untuk mendapatkan nilai batimetrinya. Untuk memperoleh nilai
acostic backscattering strength dasar perairan dalam hal ini amplitudo digunakan perangkat lunak MBSystem V.5. Selanjutnya dilakukan konversi dari
amplitudo mV menjadi backscatter dB.
Hasil analisis sedimen menunjukkan bahwa di lokasi penelitian Kepulauan Seribu ditemukan tiga tipe substrat, yaitu pasir, pasir berlanau, dan pasir berliat.
Karakteristik fisik sedimen dasar perairan yang terukur seperti tekstur, porositas, dan densitas merupakan beberapa faktor yang mempengaruhi besarnya nilai
acoustic backscattering strength dasar perairan. Hasil penelitian menggunakan sistem single beam dengan instrumen Cruzpro PcFF80 PC Fishfinder di perairan
Kepulauan Seribu menunjukkan bahwa nilai SS dasar perairan untuk substrat pasir berkisar antara -18.68 dB hingga -17.39 dB, substrat pasir berlanau antara -23.25
dB hingga -19.32 dB, dan substrat pasir berliat sebesar -19.83 dB. Hasil perhitungan nilai EL menunjukkan bahwa untuk substrat pasir berkisar antara
131.4 dB hingga 138.2 dB, substrat pasir berlanau antara 133.5 dB hingga 135.4 dB, dan substrat pasir berliat sebesar 136.5 dB nilai SL pada frekuensi 200 kHz
sebesar 163 dB.
Berdasarkan data sampling sedimen dari P3GL, di perairan Teluk Buyat yang menjadi area kajian, ditemukan dua tipe substrat, yaitu pasir lanauan dan
lanau pasiran. Hasil penelitian menggunakan sistem multi beam dengan instrumen Elac Seabeam 1050D MBES di perairan Teluk Buyat menunjukkan bahwa nilai
SS dasar perairan untuk substrat pasir lanauan berkisar antara -24.26 dB hingga - 20.56 dB dan substrat lanau pasiran antara -25.12 dB hingga -24.30 dB.
Adanya perbedaan nilai acoustic backscattering strength pada tipe substrat yang sama, yang terletak pada lokasi perairan yang berbeda disebabkan oleh
beberapa faktor, antara lain : frekuensi alat yang digunakan, sifat-sifat fisis dasar perairan, komposisi partikel penyusun sedimen dasar perairan, konfigurasi sonar
jarak, beamwidth, kecepatan rambat gelombang akustik dalam kolom air faktor oseanografis perairan, serta geometri pengukuran.
Kata kunci : acoustic backscattering strength, dasar perairan, footprint, multi beam, klasifikasi sedimen, sampling, single beam
1 PENDAHULUAN