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

1.1 Latar Belakang

Lautan beserta seluruh unsur yang terkandung di bawahnya merupakan tempat di planet bumi yang masih menimbulkan rasa keingintahuan bagi umat manusia. Seiring dengan perkembangan teknologi, maka berbagai teknologi eksplorasi lautan juga semakin maju. Lautan merupakan subyek bagi kepentingan komersial yang sangat kuat, seperti industri perikanan, industri minyak dan gas bumi, pertambangan dan lain-lain. Perkembangan yang sangat cepat, memunculkan permintaan akan teknologi pemetaan lautan, bukan hanya untuk eksploitasi lautan itu sendiri namun juga untuk kepentingan perlindungan ekosistem laut serta untuk membuat perencanaan manajemen yang berkelanjutan bagi perikanan. Dengan menggunakan berbagai sistem hidroakustik, maka dasar laut dapat dipetakan dengan resolusi yang sangat tinggi. Dasar perairan merupakan area yang menakjubkan untuk diamati karena begitu unik dengan gambaran relief dasar laut, juga memberikan informasi mengenai berbagai hal yang saling berkait antara abiotik dan biotik yang ada Pujiyati et al. 2010. Sifat-sifat dasar laut seperti relief dan komposisi material penyusunnya merupakan variabel fisis yang penting dalam pembentukan distribusi habitat-habitat dasar laut Diaz, 2000. Penelitian mengenai klasifikasi dasar laut dengan menggunakan teknik hidroakustik telah banyak dilakukan. Siwabessy et al. 1999 menggunakan teknik hidroakustik untuk mengklasifikasi dasar laut di Barat laut perairan Australia bagian Barat. Kim et al. 2004 menggunakan teknik hidroakustik untuk menentukan tipe-tipe sedimen di perairan Teluk Mexico bagian Timur laut. Manik et al. 2006 dan Manik 2011 menggunakan qantitative echosounder dan menerapkan model ring surface scattering RSS untuk mengkuantifikasi backscattering strength SS berbagai substrat dasar laut di perairan Selatan Jawa. Pujiyati et al. 2010 menggunakan split beam Simrad EY 60 scientific echosounder pada frekuensi 120 kHz untuk meneliti hubungan antara ukuran butiran, kekasaran dan kekerasan dengan nilai hambur balik dasar laut di perairan Pulau Pari Kepulauan Seribu. Allo 2011 menggunakan split beam Simrad EY 60 scientific echosounder pada frekuensi 120 kHz untuk kuantifikasi dan karakterisasi dasar laut di perairan Pulau Pramuka Kepulauan Seribu.

1.2 Perumusan Masalah

Gelombang elektromagnetik tidak mampu menembus permukaan air laut lebih dari beberapa meter di bawahnya, apalagi bila medium air laut mengandung material-material padat tersuspensi atau biota seperti plankton. Pada sisi lain gelombang suara mampu menempuh jarak yang lebih jauh dalam medium air. Kelebihan ini dimanfaatkan oleh instrumen akustik yang memancarkan dan menerima kembali gelombang akustik untuk mendeteksi ikan maupun obyek lain di dasar laut. Sebagai konsekuensinya, teknologi akustik telah berdampak luas pada bidang perikanan. Dewasa ini, riset-riset dibidang perikanan telah semakin canggih dan bermanfaat MacLennan Simmonds 2005. Sistem akustik untuk klasifikasi sedimen dasar laut yang secara tidak langsung mampu memperkirakan tipe sedimen dan sifat-sifat geoteknisnya telah secara luas digunakan dalam berbagai bidang seperti geologi kelautan, teknik sipil, perikanan, dan pertahanan Kim et al. 2004. Secara konvensional, sifat-sifat sedimen dasar laut diperoleh dari hasil sampel coring dan sedimen grab. Namun cara ini bersifat lambat, mahal, memerlukan banyak tenaga, dan tidak memberikan pengumpulan data yang sifatnya real time atau in situ. Selain itu data yang didapat hanya menggambarkan sifat-sifat sedimen pada lokasi tertentu dan terbatas serta tidak memberikan kuantifikasi terhadap variabel-variabel alamiah pada sedimen dasar perairan. Sementara pada sisi lain, sistem akustik untuk klasifikasi sedimen dasar laut mampu memperkirakan secara akurat, mendekati real time, sifat-sifat akustik kecepatan suara, impedansi akustik, dan attenuation, tipe sedimen grain size, dan beberapa sifat geoteknik bulk density, porosity, shear strength pada kedalaman beberapa meter dari dasar laut, pada saat survei sedang berlangsung Kim et al. 2004. Klasifikasi sedimen dasar laut dapat dilakukan berdasarkan nilai acoustic backscattering strength nya. Pengukuran acoustic backscattering strength dasar perairan dapat dilakukan menggunakan instrumen single beam maupun multi beam. 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. Dua pendekatan dengan sistem yang berbeda tersebut akan diaplikasikan pada pengukuran acoustic backscattering strength berbagai jenis substrat dasar perairan. Perkembangan dewasa ini dalam bidang klasifikasi substrat dasar perairan dan kuantifikasi vegetasi bawah air, telah menjadikan teknik hidroakustik sebagai piranti yang efektif dalam monitoring dan mapping parameter-parameter habitat dalam ekosistem akuatik Hoffman et al. 2001.

1.3 Kerangka Pemikiran

Karakterisasi sedimen dasar laut menggunakan metode akustik telah menjadi suatu hal yang penting dalam berbagai bidang riset seperti hidrografi, geologi kelautan, biologi kelautan, teknik kelautan, dan perikanan Chanchal Chakraborty 2011. Ilmu yang mengaitkan sifat-sifat akustik dengan sedimen dasar laut telah dimulai sejak awal digunakannya marine acoustic Anderson et al. 2008. Klasifikasi dasar laut secara akustik berkembang dari aplikasi normal incidence pada sistem echosounder beam tunggal single beam echo sounder yang digunakan dalam ilmu-ilmu kelautan. Kemudian oblique incidence yang diterapkan pada side scan sonar SSS dan multibeam echo sounder digunakan untuk mengklasifikasi dan memetakan landscape dasar laut. Saat ini, teknik akustik yang diterapkan terhadap dasar laut dikaitkan dengan identifikasi, klasifikasi, dan mapping geologi dasar laut dan biotanya Anderson et al. 2008. Diaz 2000 menyatakan bahwa nilai rata-rata backscatter strength yang diperoleh dari penggunaan instrumen Simrad EM – 1000 Multibeam Sonar dapat digunakan untuk memprediksi tipe dasar laut seperti mud, silt, fine sand, medium sand, coarse sand, dan rock. Prinsip dari klasifikasi dasar laut secara akustik adalah bersandarkan pada pengamatan awal bahwa echo akustik yang berasal dari specular reflection sistem single beam mengandung informasi yang memiliki keterkaitan dengan sifat-sifat sedimen seperti kekerasan hardness, kekasaran roughness porositas, dan ukuran butir median grain size. Namun echosounder beam tunggal memiliki keterbatasan dalam hal kecilnya cakupan spasial yang dihasilkan Penrose et al. 2005. Penggunaan sistem multibeam telah memperluas secara signifikan klasifikasi dan mapping dasar laut hingga mencapai sekala yang halus dan cakupan yang lebih luas dan kontinyu Anderson et al. 2008. Berdasarkan uraian di atas, perlu dilakukan penelitian mengenai nilai backscatter strength dasar perairan serta kaitannya dengan sifat-sifat fisis sedimen penyusunnya. Secara diagramatik kerangka pemikiran yang mendasari penelitian ini disajikan pada Gambar 1.

1.4 Tujuan Penelitian

Tujuan penelitian ini adalah sebagai berikut : 1 Menghitung nilai acoustic backscattering strength dasar perairan untuk identifikasi jenis substrat dasar perairan. 2 Mengukur beberapa parameter fisik sedimen tekstur, densitas dan porositas yang diduga berpengaruh terhadap nilai backscattering strength dasar perairan.

1.5 Manfaat Penelitian

Penelitian ini dapat memberikan gambaran karakteristik dasar perairan berdasarkan nilai backscattering strength yang dihasilkan oleh beragam tipe substrat yang ada di dasar perairan. Selain itu, penelitian ini juga bisa dimanfaatkan untuk studi habitat ikan dan geologi kelautan. 2 TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Sedimen Dasar Laut

Seluruh permukaan dasar laut ditutupi oleh partikel-partikel sedimen yang telah diendapkan secara perlahan-lahan dalam jangka waktu berjuta-juta tahun. Sedimen ini terutama terdiri dari partikel-partikel yang berasal dari hasil pembongkaran batu-batuan dan potongan-potongan kulit shell serta sisa rangka- rangka dari organisme laut Hutabarat Evans 2000. Sedimen dapat diklasifikasikan berdasarkan sumbernya maupun ukuran partikelnya. Menurut Thurman 1993 sumber sedimen berkaitan dengan asal mula material sedimen, yaitu batuan, air laut, atmosfer, dan organisme. Sedimen yang berasal dari batuan dinamakan lithogenous, pada umumnya mengandung mineral feromagnesian seperti olivine, augite, dan biotite dan nonferomagnesian seperti quartz, feldspar, dan muscovite. Batuan ini mengalami proses pelapukan secara kimiawi maupun fisika, partikel-partikelnya dilarutkan dan akhirnya diendapkan di dasar laut. Sedimen lithogenous biasanya berada di sekitar batas- batas benua continents. Sedimen hydrogenous adalah sedimen yang berasal dari reaksi kimia di dalam air laut, umumnya mengandung mineral mangan, fosfor, dan glauconite. Sedimen cosmogenous adalah sedimen yang berasal dari partikel kosmik yang mengenai permukaan bumi, mengalami suspensi dalam jangka waktu yang lama, dan akhirnya terlarut ke dalam air laut dan terendapkan. Material ini umumnya mengandung unsur besi. Sedimen biogenous adalah sedimen yang terbentuk dari sisa-sisa organisme seperti tulang, gigi dan cangkang, umumnya mengandung unsur calcium carbonat CaCO 3 dan silica SiO 2 Ukuran partikel sedimen merupakan cara yang mudah untuk menentukan klasifikasi sedimen. Berdasarkan ukuran partikel ini, Wentworth 1922 mengelompokkan sedimen ke dalam beberapa nama Tabel 1. Boulder bongkah batu merupakan sedimen dengan ukuran partikel berdiameter lebih dari 256 mm. Sand pasir adalah sedimen dengan diameter partikel berukuran 0.062 – 2 mm. Silt lanau adalah sedimen dengan diameter partikel berukuran 0.004 – 0.062 . mm. Kelompok terakhir adalah clay lempung yaitu partikel sedimen dengan ukuran diameter kurang dari 0.004 mm. Tabel 1 Ukuran partikel sedimen skala Wentworth 1922 Fraksi Sedimen Jenis Partikel Sedimen Ukuran Diameter mm Boulder 256 Cobble 64 – 256 Pebble 4 – 64 Granule 2 – 4 Sand Very coarse sand 1 – 2 Coarse sand 0.5 – 1 Medium sand 0.25 – 0.5 Fine sand 0.125 – 0.25 Very fine sand 0.0625 – 0.125 Silt Coarse silt 0.031 – 0.0625 Medium silt 0.0156 – 0.031 Fine silt 0.0078 – 0.0156 Very fine silt 0.0039 – 0.0078 Clay Coarse clay 0.0015 – 0.0039 Medium clay 0.0009 – 0.0015 Fine clay 0.0004 – 0.0009 Very fine clay 0.0002 – 0.0004 Colloid 0.0002 Sumber : Thurman 1993 Ukuran partikel sedimen dasar laut ini sangat ditentukan oleh sifat-sifat fisiknya, sehingga berakibat terjadinya perbedaan sifat-sifat sedimen yang berada di berbagai belahan dunia. Sebagian besar dasar laut yang dalam ditutupi oleh jenis partikel yang kecil yang terdiri dari sedimen halus, sedangkan hampir semua pantai ditutupi oleh jenis partikel berukuran besar yang terdiri dari sedimen kasar. Hutabarat Evans 2000. Thurman 1993 menyatakan bahwa ukuran partikel juga mengindikasikan tingkat energi pada saat proses pengendapan deposit sedimen. Deposit yang diendapkan di area yang bergelombang kuat berenergi tinggi akan tersusun terutama oleh partikel-partikel berukuran besar, seperti cobble dan boulder. Sedangkan partikel-partikel berukuran clay akan diendapkan di area yang memiliki tingkat energi rendah dan kekuatan arus lautnya minimal.

2.2 Teknik Hidroakustik

Dalam medium air, gelombang akustik memiliki karakteristik transmisi yang lebih baik dibandingkan dalam medium udara. Kecepatan perambatannya mencapai empat hingga lima kali lebih besar dari cepat rambatnya dalam medium udara. Sehingga gelombang akustik mampu menempuh jarak yang jauh bahkan mampu menembus perlapisan batuan yang ada di bawah dasar laut. Berbagai informasi yang berasal dari bawah permukaan air underwater bisa diberikan oleh gelombang akustik Lurton 2002. Berbagai kelebihan gelombang akustik tersebut kemudian dimanfaatkan oleh instrumen akustik bawah air underwater acoustic instrument untuk : - Mendeteksi dan melokalisasi target bawah air; hal ini merupakan fungsi utama dari sistem sonar yang banyak diaplikasikan dalam bidang militer dan perikanan. - Mengukur measure karakteristik lingkungan laut, seperti topografi dasar laut dan kehidupan organisme bawah laut. - Mentransmisikan sinyal, seperti data yang dibutuhkan oleh instrumentasi saintifik bawah air, serta pengiriman pesan antara submarine dan kapal permukaan Lurton 2002. Prinsip dasar pengoperasian instrumen akustik bisa dijelaskan sebagai berikut Gambar 2. Energi gelombang akustik akan dipancarkan ke kolom perairan dalam bentuk pulsa suara melalui transducer. Pulsa suara ini akan merambat dalam medium air dengan kecepatan berkisar 1500 ms. Ketika pulsa suara mengenai suatu obyek atau target, seperti ikan ataupun dasar perairan, sebagian energinya akan dipantulkan kembali ke transducer dalam bentuk echo. Transducer akan mengubah echo menjadi energi listrik dan diteruskan ke amplifier yang berada dalam echosounder untuk diperkuat. Apabila transducer yang digunakan lebih dari satu, maka digunakan multiplexer. Selanjutnya sinyal echo yang sudah diperkuat ini akan diteruskan ke output device seperti digital recorder, chart recorder ataupun video display http:www. htisonar.com what_are_hydroacoustics.htm. Sumber : Hydroacoustic Technology Inc. Gambar 2 Prinsip hidroakustik.

2.3 Perambatan Gelombang Akustik

Gelombang akustik berasal dari perambatan gangguan mekanik yang akan menimbulkan kompresi dan dilatasi lokal pada partikel-partikel medium yang dilewatinya dengan adanya sifat-sifat elastik medium. Laju perambatan dari gangguan mekanik pada medium dinamakan kecepatan velocity Lurton 2002.