Rancang Bangun Algoritma Akustik Single Beam Untuk Deteksi Bawah Air
RANCANG BANGUN ALGORITMA AKUSTIK SINGLE
BEAM UNTUK DETEKSI BAWAH AIR
ASEP MA’MUN
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA*
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis berjudul Rancang Bangun
Algoritma Akustik Single Beam Untuk Deteksi Bawah Air adalah benar karya
saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk
apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau
dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah
disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir
tesis ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, Agustus 2014
Asep Ma’mun
NRP C552110091
RINGKASAN
ASEP MA’MUN. Rancang Bangun Algoritma Akustik Single Beam Untuk
Deteksi Bawah Air. Dibimbing oleh HENRY M. MANIK dan TOTOK
HESTIRIANOTO.
Aplikasi teknologi akustik untuk deteksi bawah laut dapat dibedakan
menjadi empat tipe, yaitu single beam, dual beam, split beam, dan multi beam.
Semakin banyak beam yang digunakan pada instrumen, maka semakin mahal
harganya dan detail serta akurasi yang didapat semakin tinggi. Meskipun
demikian, single beam merupakan alat yang lebih banyak digunakan di negara
berkembang. Kehadiran Cruzpro fishfinder digunakan sebagai alternatif
pemakaian multi beam. Penyimpanan data internal Cruzpro fishfinder cenderung
mudah dilakukan, tetapi ketiadaan software untuk pengolahan data mentah ini
menjadi hal penting untuk selanjutnya dikembangkan. Penelitian ini
mengembangkan algoritma untuk pengolahan sinyal akustik yang dibuat dalam
bentuk package Matlab. Pengujian dilakukan terhadap suatu nilai akustik pasti
yang sering disebut bola sphere dan kemudian hasil tersebut dibandingkan dengan
hasil dari instrumen akustik split beam. Alat yang digunakan sebagai pembanding
adalah Simrad EY60 dan Biosonics DTx1000. Uji statistik yang digunakan pada
penelitian yaitu Uji akurasi dan presisi, Uji homogenitas (Uji Fisher) dan Uji beda
rerata dua kelompok data tidak berpasangan. Pengujian statistik digunakan untuk
pembuktikan hipotesis penelitian. Dari penelitian ini didapatkan akurasi dan
presisi yang baik dari pengukuran terhadap bola sphere. Beberapa rumusan seperti
beam width, koefisien absorbsi, dan kecepatan suara, digunakan selama
pengembangan software dan dalam pendeteksian bola sphere. Hasil kuantifikasi
yang diperoleh merupakan nilai Target strength (TS) dan Scattering Volume (SV).
Pengembangan algoritma ini telah terbukti efisien dan berguna untuk pengolahan
data mentah single beam Cruzpro, dengan standar deviasi 0,13 dengan selang
kepercayaan 95%. Perangkat lunak yang dikembangkan untuk pengolahan data
single beam mengikuti kepada tiga bagian utama dalam sebuah software
pengolahan yaitu bagian masukan, bagian pengolahan dan bagian visualisasi.
Bagian masukan pada software ini terdiri dari beberapa inputan isian dan
beberapa bagian inputan pilihan secara bertahap.Dilakukan juga pemecahan
beberapa algoritma dalam bentuk fungsi untuk memudahkan dalam proses
pembelajaran dan pengembangan software dimasa berikutnya.Hasil
pengaplikasian algoritma single beam terhadap lamun, terumbu karang, pasir,
lumpur dan ikan menunjukan data yang homogen dengan hasil pengukuran split
beam. Disimpulkan bahwa algoritma yang diciptakan dapat diaplikasikan untuk
deteksi bawah air.
Kata kunci: Cruzpro fishfinder, single beam, pemerosesan signal, algoritma,
akurasi, presisi.
SUMMARY
ASEP MA’MUN. Design of Algorithms and It’s Application to Single beam
Acoustic For Underwater Detection. Supervised by HENRY M. MANIK and
TOTOK HESTIRIANOTO.
Application of acoustic technology for underwater detection can be
differentiated into four types, namely single beam, dual beam, split beam and
multi beam. The more acoustic beam constructed, the more expensive the
instrument the higher details of detection and accuracy resulted. Single beam
acoustic is the most widely applied acoustics particularly in developing country.
Cruzpro Fishfinder replace the using of multi beam. Its relatively easy for cruzpro
to storage the internal data, although found the lack of software to process the
raw data. However those problem become necessary to improve the instrument.
The aim of This study is to develope algorithm for acoustic signal processing
embedded in Matlab package. Tests conducted on a definite value which is often
called the acoustic sphere ball. The next step is comparing both of result from
cruzpro and and split beam acoustic instruments. The tools used for comparison
is the Simrad EY60 and Biosonics DTx1000. The statistical test used to study the
accuracy and precision test , homogeneity test ( Fisher test ) and the mean of two
different test unpaired data group. The test statistic used for proving the research
hypothesis. Measurement of sphere ball show a good in accuracy and precision.
Several functions were applied, beam width, absorption coefficient and sound
velocity; during software development and sphere detection. The result of
Quantification are value of Target strength ( TS ) and Scattering Volume ( SV ).
Algorithm developed was proven efficient and useful for raw data processing of
Cruzpro singlebeam acoustic, as revealed by low standard deviation of 0,13 with
95% confidence interval. The software developed for data processing single beam
follow the three main parts to a processing software that is part of the input , the
processing and visualization parts. The input to the software part consists of some
input fields and some parts of input choices with step by step. The sofware also
solving some algorithms in the form of functions to facilitate the learning process
and software development in the next time. The application of algorithm to sea
grass, coral reef, sand, clay and fish parallel to the split beam data. The
conclusion is that the algorithm created can be applied for underwater detection.
Keywords: Cruzpro Fishfinder, single beam, signal processing, algorithms,
accuracy, precision.
© Hak Cipta Milik IPB, Tahun 2014
Hak Cipta Dilindungi Undang-Undang
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan
atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan,
penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau
tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan
IPB
Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis ini
dalam bentuk apa pun tanpa izin IPB
RANCANG BANGUN ALGORITMA AKUSTIK SINGLE
BEAM UNTUK DETEKSI BAWAH AIR
ASEP MA’MUN
Tesis
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Magister Sains
pada
Program Studi Teknologi Kelautan
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014
Penguji Luar Komisi pada Ujian Tesis : Dr. Ir. Chandra Nainggolan, M.Sc
Judul Tesis : Rancang Bangun Algoritma Akustik Single Beam Untuk Deteksi
Bawah Air
Nama
: Asep Ma’mun
NIM
: C552110091
Disetujui oleh
Komisi Pembimbing
Henry M.Manik,S.Pi, MT.Ph.D
Ketua
Dr.Ir. Totok Hestirianoto, M.Sc.
Anggota
Diketahui oleh
Ketua Program Studi
Teknologi Kelautan
Dekan Sekolah Pascasarjana
Dr. Ir. Jonson Lumban. Gaol, M.Si.
Dr. Ir. Dahrul Syah, M.Sc.Agr
Tanggal Ujian: 26 Agustus 2014
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT karena rahmat dan
karunianya sehingga tesis ini dapat terselesaikan. Tesis yang berjudul Rancang
Bangun Algoritma Dan Aplikasinya Pada Akustik Single Beam Untuk
Pendeteksian Bawah Air sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan program
magister sains .
Penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada Dr. Ir.
Henry M. Manik, M.T dan Dr. Ir. Totok Hestirianoto, M.Sc yang bersedia menjadi
dosen pembimbing serta telah memberikan saran dan kritik atas penyelesaian tesis
ini. Terima kasih kepada Dr.Ir. Chandra Nainggolan, M.Sc selaku dosen penguji
tamu dan Dr.Ir. Sri Pujiyati, M.Si atas saran dan masukan kepada penulis. Kedua
orang tua Muhammad Shoim dan Siti Jubaedah atas do’a dan motivasinya. Istri
tercinta Ranum Esha Kharishma dan buah hati Hana Elora Faiha atas cinta kasih
serta motivasinya. Penulis mengucapkan banyak terima kasih kepada seluruh staff
Laboratorium Akustik dan Instrumentasi Kelautan serta Balai Riset Perikanan Laut
(BRPL-KKP) atas pembelajaran, kemudahan dan dukunganya terhadap penelitian
ini. Terima kasih kepada tim riset (2009) Sri Ratih Deswati dan Syahrul Purnawan
serta tim riset (2012) Bambang Purwanto, Siti Hasanah atas data pendukung yang
digunakan penulis. Terima kasih juga penulis sampaikan kepada pihak-pihak yang
senantiasa memberikan dukungan kepada penulis baik dalam doa dan motivasi
dalam mendukung pencapaian penelitian ini. Semoga karya ilmiah ini bermanfaat
bagi kemajuan ilmu pengetahuan.
Bogor, Agustus 2014
Asep Ma’mun
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
xi
DAFTAR GAMBAR
xi
DAFTAR LAMPIRAN
xii
1 ..PENDAHULUAN
Latar belakang
Perumusan masalah
Kerangka pemikiran
Tujuan penelitian
Manfaat Penelitian
Hipotesis
1
1
2
2
3
4
4
2 ..METODE
Bahan penelitian
Peralatan penelitian
Lokasi penelitian dan waktu penelitian
Prosedur penelitian
Analisis data
6
6
6
6
8
10
3 HASIL DAN PEMBAHASAN
Algoritma nilai hambur balik single beam echosounder
Hasil uji kalibrasi
Hasil uji akurasi dan presisi
Rancang bangun software pengolahan
Aplikasi terhadap objek dan perbandingan dari hasil alat lain
Vegetasi lamun
Terumbu karang
Substrat dasar
Lempung
Pasir
Ikan
14
14
16
21
21
26
27
29
32
33
35
38
4 SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Saran
40
40
41
DAFTAR PUSTAKA
41
LAMPIRAN
45
RIWAYAT HIDUP
55
DAFTAR TABEL
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Persamaan statistik
Persamaan statistik uji akurasi dan presisi
Deskripsi statistik
Distribusi persentase data hasil pengukuran
Uji homogenitas Fisher
Hasil uji akurasi dan presisi terhadap bola sphere
Deskripsi statistik data pengukuran lamun (Cruzpro & Simrad EY60)
Deskripsi statistik data Terumbu Karang (Cruzpro & Simrad EY60)
Deskripsi statistik data Lempung (Cruzpro & Simrad EY60)
Deskripsi statistik data Pasir (Cruzpro & Simrad EY60)
Deskripsi statistik data Ikan (Cruzpro & Biosonics Dtx1000)
11
11
18
19
20
21
28
31
34
37
39
DAFTAR GAMBAR
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
Lokasi aplikasi penelitian
Prosedur penelitian
Proses pembentukan dan ketentuan pengujian algoritma
Proses pembentukan package pengolahan data di Matlab
Pengujian hasil algoritma single beam (Cruzpro fishfinder) dengan hasil
split beam echosounder (Simrad EY 60 & Biosonics Dtx1000)
(a) spesifikasi bola sphere, (b) visualisasi data hasil pengukuran,
(c) Gambar echo envelope nilai TS (dB)
Distribusi frekuensi data hasil pengukuran
(a) Tampilan package input di Matlab, (b) input parameter alat, (c) input
parameter lingkungan dan pemilihan nilai kecepatan suara
Proses pembentukan algoritma nilai hambur balik akustik suatu objek
dalam bentuk Target Strength (TS) dan Scattering volume (Sv)
Vegetasi lamun (Enhalus acroides)
Hasil pengukuran lamun (Cruzpro & Simrad EY 60)
Terumbu karang Nonacropora (Massive)
Hasil pengukuran Terumbu karang (Cruzpro & Simrad EY 60)
Substrat dasar (lempung)
Hasil pengukuran lempung (Cruzpro & Simrad EY 60)
Substrat dasar (pasir)
Hasil pengukuran pasir (Cruzpro & Simrad EY 60)
Ikan air tawar Nila (Oreochromis niloticus)
Hasil pengukuran ikan Nila (Cruzpro & Biosonics Dtx1000)
7
9
10
12
13
17
19
22
24
27
28
30
31
33
34
36
36
38
39
DAFTAR LAMPIRAN
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
Spesifikasi Cruzpro fishfinder (Single beam)
Spesifikasi dan Setting Simrad EY 60 (Split beam)
Spesifikasi Biosonics Dtx1000 (Split beam)
Spesifikasi Bola sphere dan besarnya nilai Target Strength (TS)
Deskripsi statistik hasil pengukuran bola sphere
Nilai rata-rata, simpangan baku dan standart error dari Lamun
Hasil uji statistik homogenitas data Lamun (Cruzpro & Simrad EY60)
Nilai rata-rata, simpangan baku dan standart error dari Terumbu karang
Hasil uji statistik homogenitas data Terumbu Karang (Cruzpro & Simrad
EY60)
Nilai rata-rata, simpangan baku dan standart error dari Lempung
Hasil uji statistik homogenitas data Lempung (Cruzpro & Simrad EY60)
Nilai rata-rata, simpangan baku dan standart error dari Pasir
Hasil uji statistik homogenitas data Pasir (Cruzpro & Simrad EY60)
Nilai rata-rata, simpangan baku dan standart error dari ikan
Hasil uji statistik homogenitas data Pasir (Cruzpro & Biosonics
Dtx1000)
Format data binner Cruzpro fishfinder
45
46
47
48
48
49
49
50
50
51
51
52
52
53
53
54
1
1 PENDAHULUAN
Latar Belakang
Teknologi akustik merupakan teknologi yang kini banyak diandalkan dalam
pendekteksian bawah air seperti stok sumber daya organisme, klasifikasi dasar
perairan, migrasi organisme, bahkan dalam beberapa hal untuk pengkajian
struktur bangunan, monitoring dan estimasi kandungan mineral. Teknologi
hidroakustik pada dasarnya dikembangkan dalam dua jenis sistem, yaitu teknologi
akustik sistem pasif (memanfaatkan sumber suara dari luar instrument ) dan
teknologi akustik sistem aktif ( instrumen dapat membentuk dan memancarkan
suara kemudian menangkap suara yang kembali ke instrumen) (Simmonds and
MacLennan, 2005). Lurton (2002) menyatakan bahwa instrumen hidroakustik
dapat dibedakan menjadi 4 jenis yaitu single beam, dual beam, split beam dan
multi beam. Banyaknya beam pada instrumen tersebut yang membedakan satu dan
lainya. Dalam penginterpretasian data akustik meliputi beberapa tahapan yaitu
proses pembentukan suara, pelepasan suara, pemantulan oleh objek, penangkapan
sinyal yang kembali dan penginterpretasian data. Pemerosesan sinyal yang
kembali merupakan salah satu bagian yang penting dari penginterpretasian data,
karena pada tahapan ini akan menentukan kualitas data yang diharapkan dapat
menggambarkan objek atau lingkungan disekitarnya. Kalibrasi merupakan faktor
yang perlu dilakukan pada setiap pemerosesan data karena dalam proses
perjalananya akan dipengaruhi oleh beberapa faktor dari lingkungan maupun dari
komponen alat itu sendiri (Urick, 1983).
Semakin banyak beam yang digunakan pada alat, umumnya akan
memberikan hasil yang baik untuk penginterpretasian data. Alat yang termasuk
jenis ini seperti pada jenis split beam dan multi beam. Alat jenis ini merupakan
teknologi yang cukup mahal, sehingga pada saat ini hanya beberapa instansi di
Indonesia yang memiliki kemampuan untuk pengadaan alat tersebut. Fishfinder
merupakan alat akustik yang relatif jauh lebih murah dan mudah dijangkau oleh
lembaga-lembaga atau institusi yang memiliki anggaran yang cukup minim seperti
perguruan tinggi.
Fishfinder merupakan salah satu alat akustik yang termasuk kedalam jenis
single beam. Seiring dengan terus berkembangnya teknologi akustik, pada saat ini
alat tersebut memiliki kemampuan untuk menyimpan data. Perkembangan
teknologi ini tidak diiringi dengan perkembangan teknologi pengolahan data yang
dihasilkan. Data yang tersimpan pada umumnya termasuk kedalam jenis data
bilangan biner. Data ini dapat diakses oleh bahasa pemrograman C++. Matlab
merupakan software berbasis C++ yang memiliki kemampuan tersebut. Matlab
bekerja dalam bentuk matrik-matrik data dalam pengoperasianya. Pada saat ini
banyak dikembangkan software-software berbasis package ataupun dalam bentuk
GUI (Graphical User Interface) Matlab untuk beberapa pengolahan data (Hunt et
al, 2001). Package saat ini yang dikembangkan untuk penginterpretasian data
akustik yaitu ReadEKraw dan SeisLab. Kedua package tersebut digunakan untuk
pernginterpretasian jenis multibeam dan seismik.
2
Perumusan Masalah
Teknologi akustik merupakan teknologi yang diandalkan dalam beberapa
kajian sumberdaya alam seperti pengkajian stok ikan di dalam kolom perairan,
pemetaan dasar perairan bahkan digunakan untuk melihat migrasi organ renik
seperti plankton (Lurton, 2002). Teknologi akustik umumnya merupakan
teknologi yang mahal, sehingga daya jangkau kepemilikan instrumen tertentu
seperti jenis split beam hanya dimiliki oleh lembaga-lembaga ataupun swasta yang
memiliki kepentingan dan memiliki anggaran yang cukup tinggi. Dengan seiring
berkembang teknologi akustik jenis single beam yang memiliki kemampuan
menyimpan data seperti data posisi dan kedalaman bahkan jenis tertentu dapat
menyimpan data echo. Salah satu instrumen ini adalah Cruzpro Fishfinder yang
dikembangkan di New Zealand.
Pada awalnya alat ini dikembangkan untuk pencarian ikan di dalam kolom
perairan. Kemampuanya menyimpan nilai hambur balik belum diiringi dengan
pengembangan algoritma pengkuantifikasian dan software pengolahan untuk
suatu pengkajian. Nilai hambur balik dapat digunakan dalam pengkajian dan
pemetaan suatu objek didalam kolom perairan, hal ini karena pada dasarnya setiap
organisme memiliki nilai hambur balik yang berbeda atau sering dikenal dengan
memiliki nilai Target Strength yang berbeda (Simmonds and MacLennan, 2005).
Pola beam yang berbentuk conical dengan luasan tertentu secara matematis dapat
digunakan untuk menentukan nilai hambur balik dalam luasan volume atau
dikenal dengan istilah Scattering volume (Lurton, 2002). Nilai-nilai tersebut
secara lebih jauh dapat digunakan untuk mengkaji sumberdaya organisme
diperairan, seperti kepadatan ikan.
Software pengolahan data akustik pada dasarnya dikembangkan dari
bahasa pemerograman C++, adapun perbedaan dalam pembuatanya biasanya
dalam bentuk penginisialisasian, alur kerja dan eksekusi dari suatu fungsi seperti
dikembangkan oleh Matlab (Hunt et al, 2001). Matlab merupakan bahasa
pemerograman yang mudah dipelajari, karena pada dasarnya bekerja dalam
bentuk matrik-matrik data. Kemampuan dalam pengolahan dan pengoperasian
matrik menjadi kunci utama untuk mempelajari program ini (Tanudjaja, 2007).
Pada saat ini bahasa pemerograman Matlab terus berkembang dalam berbagai hal
seperti pemerosesan signal bahkan dalam sistem kontrol. Program pemerosesan
signal akustik yang dikembangkan dari Matlab dalam bentuk package yaitu untuk
pengolahan data split beam yang dikembangkan oleh Rich Towler dengan nama
package yaitu ReadEKraw dan untuk pengkajian seismik yang diberi nama
SeisLab dikembangkan oleh Eike Rietsch. Oleh karena itu, perlu dikembangkan
juga package Matlab untuk pengolahan data single beam untuk pengkajian
pemetaan ataupun pengkajian kepadatan objek perairan.
Kerangka Pemikiran
Kualitas dari sebuah data akustik sangat bergantung kepada beam yang
digunakan, semakin banyak beam yang digunakan maka kualitas echo yang
dihasilkan semakin baik (Simmonds and MacLennan, ,2005). Kualitas yang
diberikan akan berkorelasi terhadap harga jual, semakin banyak beam yang
digunakan akan semakin mahal harga jualnya. Teknologi akustik single beam
3
mengalami perkembangan kemampuan dari yang tidak bisa menyimpan data
hingga kini memiliki kemampuan untuk menyimpan data. Salah satu jenis dari
alat ini adalah CruzPro Fishfinder yang dikembangkan perusahaan CruzPro Ltd
yang berlokasi di New Zealand. Teknologi ini jauh lebih murah bila dibandingkan
dengan jenis lainya, sehingga mudah dijangkau oleh instansi yang memiliki
keperluan akan alat ini.
Kemampuan penyimpanan data ini tidak diiringi dengan pengembangan
software pengkuantifikasian data yang diperoleh, padahal data yang disimpan
merupakan data bilangan digital number berbentuk biner yang secara umum
mudah diekstrak dan dapat diolah. Data tersebut dapat diolah menjadi nilai-nilai
yang lebih untuk proses analisis lebih lanjut seperti untuk pemetaan suatu objek
bahkan untuk kajian kepadatan objek.
Kemampuan Cruzpro Fishfinder dalam menyimpan nilai hambur balik
dalam bentuk digital number diperlukan algoritma yang sesuai untuk
mengkonversinya menjadi nilai Target strength ataupun Scattering volume
sehingga dapat diaplikasikan lebih jauh. Mudahnya bahasa pemerograman Matlab
dan banyaknya user pengguna program ini sehingga memungkinkan
dikembangkanya software pengolahan data akustik berbasis package untuk
pengolahan data single beam CruzPro fishfinder. Proses akurasi dan presisi serta
kemudahan penggunaanya diperlukan nilai-nilai pembanding yang terlebih dahulu
telah dilakukan ataupun terhadap nilai baku yang sudah terukur yang telah ada,
sehingga algoritma yang dikembangkan sesuai dan dapat diaplikasikan.
Kemudahan dan user friendly dalam pembuatan program merupakan hal yang
terpenting, karena akan jauh lebih mudah dipahami dan dimengerti serta mudah
diaplikasikan oleh pengguna untuk hal tertentu.
Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut :
1) Menciptakan algoritma dan membentuknya dalam software pengolahan
berbasis package Matlab untuk pengkuantifikasian data hidroakustik seperti
Target strength dan Scattering volume dari data single beam, dimana nilainilai ini sangat penting untuk pengkajian sumber daya dan pemetaan habitat
dasar perairan.
2) Menguji akurasi dan presisi algoritma yang telah diciptakan terhadap suatu
objek dan membandingkanya dengan hasil dari instrumen lain.
4
Manfaat Penelitian
Penelitian ini dapat memberikan gambaran dalam pembentukan algoritma
untuk pengkuantifikasian data akustik, khususnya data single beam echosounder
sehingga dapat diaplikasikan untuk kegiatan pengkajian sumberdaya ataupun
habitat dasar perairan. Penelitian ini menghasilkan software pengolahan berbasis
package Matlab yang mudah dipelajari dan dikembangkan, sehingga sangat
bermanfaat untuk kegiatan-kegiatan pengajaran maupun penelitian aplikatif lainya.
Hipotesis
Dalam penelitian ini terdapat asumsi-asumsi yang berlaku pada algoritma yang
telah dibuat dan hipotesis yang akan diuji, dapat dijelaskan sebagai berikut:
Asumsi Algoritma
Setiap benda ataupun organisme memiliki nilai hambur balik yang
berbeda-beda tergantung kepada bahan penyusun dari benda atau
organisme tersebut, nilai hambur balik digunakan sebagai karakteristik
atau sebagai bahan identifikasi objek.
Penyimpangan nilai atau error pengukuran akibat faktor lainya yang tidak
diperhitungkan dalam pembentukan algoritma bersifat independen.
Hasil dari kuantifikasi algoritma jika dibandingkan dengan nilai kontrol
( Bola sphere, spesifikasi terlampir) dengan menggunakan uji akurasi
diperoleh hasil akurasi dan presisi yang baik, maka algoritma ini dapat
digunakan dan dicari turunan algoritmanya.
Perbedaan penggunaan jenis alat untuk data pembanding pada penelitian
ini tidak berpengaruh signifikan selama hasil yang diperoleh dalam kisaran
nilai hambur balik suatu objek, hal ini dirujuk dari beberapa penelitian
yang telah dilakukan.
Perbedaan waktu dan lokasi pengambilan data tidak berpengaruh
signifikan terhadap nilai hambur balik yang diperoleh, selama nilai
pengaruh lingkungan digunakan dalam pembentukan algoritma.
Data sekunder dan hasil data ground check yang digunakan sebagai data
pembanding dianggap telah teruji hasilnya, karena pada umumnya sudah
terpublikasikan secara ilmiah.
Beberapa hipotesis yang akan diuji pada penelitian ini antara lain :
Pembentukan hipotesis Uji Akurasi dan Presisi mengacu kepada Soeta’at (1996)
1. Uji Akurasi dan Uji Presisi
Akurasi
Akurasi baik
: jika jumlah total selisih kuadrat hasil pengukuran
dengan kontrol lebih kecil atau sama dengan tiga kali
jumlah total kuadrat kontrol (bola sphere).
5
Akurasi kurang : jika jumlah total selisih kuadrat hasil pengukuran
dengan kontrol lebih besar dari tiga kali jumlah total
kuadrat kontrol (bola sphere).
Presisi
Presisi baik
: jika jumlah total kuadrat hasil pengukuran lebih kecil
atau sama dengan dua kali jumlah total kuadrat kontrol
(bola sphere).
Presisi kurang
: jika jumlah total kuadrat hasil pengukuran lebih besar
dari dua kali jumlah total kuadrat kontrol (bola sphere).
Akurasi baik
Akurasi kurang
Presisi baik
Presisi kurang
: Σselisih2 (3x Σkntrl2)
: Σselisih2 > (3x Σkntrl2)
: Σpngkrn2 (2 x Σkntrl2)
: Σpngkrn2 > (2 x Σkntrl2)
Uji Homogenitas ( Uji Fisher) dan Uji Beda Rerata Dua Kelompok Data (tidak
berpasangan) mengacu kepada Supardi (2011)
2. Uji Homogenitas ( Uji Fisher)
H0 : Nilai varian dari kelompok data hasil pengukuran sama dengan nilai
varian dari kelompok data kontrol atau data pembanding (instrumen
lain). Dapat dikatakan nilai yang dihasilkan homogen.
H1 : Nilai varian dari kelompok data hasil pengukuran tidak sama dengan
nilai varian dari kelompok data kontrol atau data pembanding
(instrumen lain). Dapat dikatakan nilai yang dihasilkan tidak
homogen.
H0 : σ12 σ22
H1 : σ12 > σ22
Sedangkan untuk kriteria pengujian hipotesis adalah sebagai berikut:
Terima H0, jika Fhitung < Ftabel dan Tolak H0, jika Fhitung > Ftabel
3. Uji Beda Rerata Dua Kelompok Data (tidak berpasangan)
H0 : Varian nilai hambur balik menggunakan instrumen singel beam
Cruzpro fishfinder sama dengan menggunakan instrumen split beam
Biosonic Dtx 1000 atau Simrad EY 60.
H1 : Varian nilai hambur balik menggunakan instrumen singel beam
Cruzpro fishfinder tidak sama dengan nilai hambur balik
menggunakan instrumen split beam Biosonic Dtx 1000 atau Simrad
EY 60.
Berdasarkan probabilitas (tk signifikansi: 5%)
Jika probabilitas (p>0,05), maka Ho diterima,
Jika probabilitas (p
BEAM UNTUK DETEKSI BAWAH AIR
ASEP MA’MUN
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA*
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis berjudul Rancang Bangun
Algoritma Akustik Single Beam Untuk Deteksi Bawah Air adalah benar karya
saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk
apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau
dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah
disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir
tesis ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, Agustus 2014
Asep Ma’mun
NRP C552110091
RINGKASAN
ASEP MA’MUN. Rancang Bangun Algoritma Akustik Single Beam Untuk
Deteksi Bawah Air. Dibimbing oleh HENRY M. MANIK dan TOTOK
HESTIRIANOTO.
Aplikasi teknologi akustik untuk deteksi bawah laut dapat dibedakan
menjadi empat tipe, yaitu single beam, dual beam, split beam, dan multi beam.
Semakin banyak beam yang digunakan pada instrumen, maka semakin mahal
harganya dan detail serta akurasi yang didapat semakin tinggi. Meskipun
demikian, single beam merupakan alat yang lebih banyak digunakan di negara
berkembang. Kehadiran Cruzpro fishfinder digunakan sebagai alternatif
pemakaian multi beam. Penyimpanan data internal Cruzpro fishfinder cenderung
mudah dilakukan, tetapi ketiadaan software untuk pengolahan data mentah ini
menjadi hal penting untuk selanjutnya dikembangkan. Penelitian ini
mengembangkan algoritma untuk pengolahan sinyal akustik yang dibuat dalam
bentuk package Matlab. Pengujian dilakukan terhadap suatu nilai akustik pasti
yang sering disebut bola sphere dan kemudian hasil tersebut dibandingkan dengan
hasil dari instrumen akustik split beam. Alat yang digunakan sebagai pembanding
adalah Simrad EY60 dan Biosonics DTx1000. Uji statistik yang digunakan pada
penelitian yaitu Uji akurasi dan presisi, Uji homogenitas (Uji Fisher) dan Uji beda
rerata dua kelompok data tidak berpasangan. Pengujian statistik digunakan untuk
pembuktikan hipotesis penelitian. Dari penelitian ini didapatkan akurasi dan
presisi yang baik dari pengukuran terhadap bola sphere. Beberapa rumusan seperti
beam width, koefisien absorbsi, dan kecepatan suara, digunakan selama
pengembangan software dan dalam pendeteksian bola sphere. Hasil kuantifikasi
yang diperoleh merupakan nilai Target strength (TS) dan Scattering Volume (SV).
Pengembangan algoritma ini telah terbukti efisien dan berguna untuk pengolahan
data mentah single beam Cruzpro, dengan standar deviasi 0,13 dengan selang
kepercayaan 95%. Perangkat lunak yang dikembangkan untuk pengolahan data
single beam mengikuti kepada tiga bagian utama dalam sebuah software
pengolahan yaitu bagian masukan, bagian pengolahan dan bagian visualisasi.
Bagian masukan pada software ini terdiri dari beberapa inputan isian dan
beberapa bagian inputan pilihan secara bertahap.Dilakukan juga pemecahan
beberapa algoritma dalam bentuk fungsi untuk memudahkan dalam proses
pembelajaran dan pengembangan software dimasa berikutnya.Hasil
pengaplikasian algoritma single beam terhadap lamun, terumbu karang, pasir,
lumpur dan ikan menunjukan data yang homogen dengan hasil pengukuran split
beam. Disimpulkan bahwa algoritma yang diciptakan dapat diaplikasikan untuk
deteksi bawah air.
Kata kunci: Cruzpro fishfinder, single beam, pemerosesan signal, algoritma,
akurasi, presisi.
SUMMARY
ASEP MA’MUN. Design of Algorithms and It’s Application to Single beam
Acoustic For Underwater Detection. Supervised by HENRY M. MANIK and
TOTOK HESTIRIANOTO.
Application of acoustic technology for underwater detection can be
differentiated into four types, namely single beam, dual beam, split beam and
multi beam. The more acoustic beam constructed, the more expensive the
instrument the higher details of detection and accuracy resulted. Single beam
acoustic is the most widely applied acoustics particularly in developing country.
Cruzpro Fishfinder replace the using of multi beam. Its relatively easy for cruzpro
to storage the internal data, although found the lack of software to process the
raw data. However those problem become necessary to improve the instrument.
The aim of This study is to develope algorithm for acoustic signal processing
embedded in Matlab package. Tests conducted on a definite value which is often
called the acoustic sphere ball. The next step is comparing both of result from
cruzpro and and split beam acoustic instruments. The tools used for comparison
is the Simrad EY60 and Biosonics DTx1000. The statistical test used to study the
accuracy and precision test , homogeneity test ( Fisher test ) and the mean of two
different test unpaired data group. The test statistic used for proving the research
hypothesis. Measurement of sphere ball show a good in accuracy and precision.
Several functions were applied, beam width, absorption coefficient and sound
velocity; during software development and sphere detection. The result of
Quantification are value of Target strength ( TS ) and Scattering Volume ( SV ).
Algorithm developed was proven efficient and useful for raw data processing of
Cruzpro singlebeam acoustic, as revealed by low standard deviation of 0,13 with
95% confidence interval. The software developed for data processing single beam
follow the three main parts to a processing software that is part of the input , the
processing and visualization parts. The input to the software part consists of some
input fields and some parts of input choices with step by step. The sofware also
solving some algorithms in the form of functions to facilitate the learning process
and software development in the next time. The application of algorithm to sea
grass, coral reef, sand, clay and fish parallel to the split beam data. The
conclusion is that the algorithm created can be applied for underwater detection.
Keywords: Cruzpro Fishfinder, single beam, signal processing, algorithms,
accuracy, precision.
© Hak Cipta Milik IPB, Tahun 2014
Hak Cipta Dilindungi Undang-Undang
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan
atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan,
penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau
tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan
IPB
Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis ini
dalam bentuk apa pun tanpa izin IPB
RANCANG BANGUN ALGORITMA AKUSTIK SINGLE
BEAM UNTUK DETEKSI BAWAH AIR
ASEP MA’MUN
Tesis
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Magister Sains
pada
Program Studi Teknologi Kelautan
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014
Penguji Luar Komisi pada Ujian Tesis : Dr. Ir. Chandra Nainggolan, M.Sc
Judul Tesis : Rancang Bangun Algoritma Akustik Single Beam Untuk Deteksi
Bawah Air
Nama
: Asep Ma’mun
NIM
: C552110091
Disetujui oleh
Komisi Pembimbing
Henry M.Manik,S.Pi, MT.Ph.D
Ketua
Dr.Ir. Totok Hestirianoto, M.Sc.
Anggota
Diketahui oleh
Ketua Program Studi
Teknologi Kelautan
Dekan Sekolah Pascasarjana
Dr. Ir. Jonson Lumban. Gaol, M.Si.
Dr. Ir. Dahrul Syah, M.Sc.Agr
Tanggal Ujian: 26 Agustus 2014
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT karena rahmat dan
karunianya sehingga tesis ini dapat terselesaikan. Tesis yang berjudul Rancang
Bangun Algoritma Dan Aplikasinya Pada Akustik Single Beam Untuk
Pendeteksian Bawah Air sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan program
magister sains .
Penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada Dr. Ir.
Henry M. Manik, M.T dan Dr. Ir. Totok Hestirianoto, M.Sc yang bersedia menjadi
dosen pembimbing serta telah memberikan saran dan kritik atas penyelesaian tesis
ini. Terima kasih kepada Dr.Ir. Chandra Nainggolan, M.Sc selaku dosen penguji
tamu dan Dr.Ir. Sri Pujiyati, M.Si atas saran dan masukan kepada penulis. Kedua
orang tua Muhammad Shoim dan Siti Jubaedah atas do’a dan motivasinya. Istri
tercinta Ranum Esha Kharishma dan buah hati Hana Elora Faiha atas cinta kasih
serta motivasinya. Penulis mengucapkan banyak terima kasih kepada seluruh staff
Laboratorium Akustik dan Instrumentasi Kelautan serta Balai Riset Perikanan Laut
(BRPL-KKP) atas pembelajaran, kemudahan dan dukunganya terhadap penelitian
ini. Terima kasih kepada tim riset (2009) Sri Ratih Deswati dan Syahrul Purnawan
serta tim riset (2012) Bambang Purwanto, Siti Hasanah atas data pendukung yang
digunakan penulis. Terima kasih juga penulis sampaikan kepada pihak-pihak yang
senantiasa memberikan dukungan kepada penulis baik dalam doa dan motivasi
dalam mendukung pencapaian penelitian ini. Semoga karya ilmiah ini bermanfaat
bagi kemajuan ilmu pengetahuan.
Bogor, Agustus 2014
Asep Ma’mun
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
xi
DAFTAR GAMBAR
xi
DAFTAR LAMPIRAN
xii
1 ..PENDAHULUAN
Latar belakang
Perumusan masalah
Kerangka pemikiran
Tujuan penelitian
Manfaat Penelitian
Hipotesis
1
1
2
2
3
4
4
2 ..METODE
Bahan penelitian
Peralatan penelitian
Lokasi penelitian dan waktu penelitian
Prosedur penelitian
Analisis data
6
6
6
6
8
10
3 HASIL DAN PEMBAHASAN
Algoritma nilai hambur balik single beam echosounder
Hasil uji kalibrasi
Hasil uji akurasi dan presisi
Rancang bangun software pengolahan
Aplikasi terhadap objek dan perbandingan dari hasil alat lain
Vegetasi lamun
Terumbu karang
Substrat dasar
Lempung
Pasir
Ikan
14
14
16
21
21
26
27
29
32
33
35
38
4 SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Saran
40
40
41
DAFTAR PUSTAKA
41
LAMPIRAN
45
RIWAYAT HIDUP
55
DAFTAR TABEL
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Persamaan statistik
Persamaan statistik uji akurasi dan presisi
Deskripsi statistik
Distribusi persentase data hasil pengukuran
Uji homogenitas Fisher
Hasil uji akurasi dan presisi terhadap bola sphere
Deskripsi statistik data pengukuran lamun (Cruzpro & Simrad EY60)
Deskripsi statistik data Terumbu Karang (Cruzpro & Simrad EY60)
Deskripsi statistik data Lempung (Cruzpro & Simrad EY60)
Deskripsi statistik data Pasir (Cruzpro & Simrad EY60)
Deskripsi statistik data Ikan (Cruzpro & Biosonics Dtx1000)
11
11
18
19
20
21
28
31
34
37
39
DAFTAR GAMBAR
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
Lokasi aplikasi penelitian
Prosedur penelitian
Proses pembentukan dan ketentuan pengujian algoritma
Proses pembentukan package pengolahan data di Matlab
Pengujian hasil algoritma single beam (Cruzpro fishfinder) dengan hasil
split beam echosounder (Simrad EY 60 & Biosonics Dtx1000)
(a) spesifikasi bola sphere, (b) visualisasi data hasil pengukuran,
(c) Gambar echo envelope nilai TS (dB)
Distribusi frekuensi data hasil pengukuran
(a) Tampilan package input di Matlab, (b) input parameter alat, (c) input
parameter lingkungan dan pemilihan nilai kecepatan suara
Proses pembentukan algoritma nilai hambur balik akustik suatu objek
dalam bentuk Target Strength (TS) dan Scattering volume (Sv)
Vegetasi lamun (Enhalus acroides)
Hasil pengukuran lamun (Cruzpro & Simrad EY 60)
Terumbu karang Nonacropora (Massive)
Hasil pengukuran Terumbu karang (Cruzpro & Simrad EY 60)
Substrat dasar (lempung)
Hasil pengukuran lempung (Cruzpro & Simrad EY 60)
Substrat dasar (pasir)
Hasil pengukuran pasir (Cruzpro & Simrad EY 60)
Ikan air tawar Nila (Oreochromis niloticus)
Hasil pengukuran ikan Nila (Cruzpro & Biosonics Dtx1000)
7
9
10
12
13
17
19
22
24
27
28
30
31
33
34
36
36
38
39
DAFTAR LAMPIRAN
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
Spesifikasi Cruzpro fishfinder (Single beam)
Spesifikasi dan Setting Simrad EY 60 (Split beam)
Spesifikasi Biosonics Dtx1000 (Split beam)
Spesifikasi Bola sphere dan besarnya nilai Target Strength (TS)
Deskripsi statistik hasil pengukuran bola sphere
Nilai rata-rata, simpangan baku dan standart error dari Lamun
Hasil uji statistik homogenitas data Lamun (Cruzpro & Simrad EY60)
Nilai rata-rata, simpangan baku dan standart error dari Terumbu karang
Hasil uji statistik homogenitas data Terumbu Karang (Cruzpro & Simrad
EY60)
Nilai rata-rata, simpangan baku dan standart error dari Lempung
Hasil uji statistik homogenitas data Lempung (Cruzpro & Simrad EY60)
Nilai rata-rata, simpangan baku dan standart error dari Pasir
Hasil uji statistik homogenitas data Pasir (Cruzpro & Simrad EY60)
Nilai rata-rata, simpangan baku dan standart error dari ikan
Hasil uji statistik homogenitas data Pasir (Cruzpro & Biosonics
Dtx1000)
Format data binner Cruzpro fishfinder
45
46
47
48
48
49
49
50
50
51
51
52
52
53
53
54
1
1 PENDAHULUAN
Latar Belakang
Teknologi akustik merupakan teknologi yang kini banyak diandalkan dalam
pendekteksian bawah air seperti stok sumber daya organisme, klasifikasi dasar
perairan, migrasi organisme, bahkan dalam beberapa hal untuk pengkajian
struktur bangunan, monitoring dan estimasi kandungan mineral. Teknologi
hidroakustik pada dasarnya dikembangkan dalam dua jenis sistem, yaitu teknologi
akustik sistem pasif (memanfaatkan sumber suara dari luar instrument ) dan
teknologi akustik sistem aktif ( instrumen dapat membentuk dan memancarkan
suara kemudian menangkap suara yang kembali ke instrumen) (Simmonds and
MacLennan, 2005). Lurton (2002) menyatakan bahwa instrumen hidroakustik
dapat dibedakan menjadi 4 jenis yaitu single beam, dual beam, split beam dan
multi beam. Banyaknya beam pada instrumen tersebut yang membedakan satu dan
lainya. Dalam penginterpretasian data akustik meliputi beberapa tahapan yaitu
proses pembentukan suara, pelepasan suara, pemantulan oleh objek, penangkapan
sinyal yang kembali dan penginterpretasian data. Pemerosesan sinyal yang
kembali merupakan salah satu bagian yang penting dari penginterpretasian data,
karena pada tahapan ini akan menentukan kualitas data yang diharapkan dapat
menggambarkan objek atau lingkungan disekitarnya. Kalibrasi merupakan faktor
yang perlu dilakukan pada setiap pemerosesan data karena dalam proses
perjalananya akan dipengaruhi oleh beberapa faktor dari lingkungan maupun dari
komponen alat itu sendiri (Urick, 1983).
Semakin banyak beam yang digunakan pada alat, umumnya akan
memberikan hasil yang baik untuk penginterpretasian data. Alat yang termasuk
jenis ini seperti pada jenis split beam dan multi beam. Alat jenis ini merupakan
teknologi yang cukup mahal, sehingga pada saat ini hanya beberapa instansi di
Indonesia yang memiliki kemampuan untuk pengadaan alat tersebut. Fishfinder
merupakan alat akustik yang relatif jauh lebih murah dan mudah dijangkau oleh
lembaga-lembaga atau institusi yang memiliki anggaran yang cukup minim seperti
perguruan tinggi.
Fishfinder merupakan salah satu alat akustik yang termasuk kedalam jenis
single beam. Seiring dengan terus berkembangnya teknologi akustik, pada saat ini
alat tersebut memiliki kemampuan untuk menyimpan data. Perkembangan
teknologi ini tidak diiringi dengan perkembangan teknologi pengolahan data yang
dihasilkan. Data yang tersimpan pada umumnya termasuk kedalam jenis data
bilangan biner. Data ini dapat diakses oleh bahasa pemrograman C++. Matlab
merupakan software berbasis C++ yang memiliki kemampuan tersebut. Matlab
bekerja dalam bentuk matrik-matrik data dalam pengoperasianya. Pada saat ini
banyak dikembangkan software-software berbasis package ataupun dalam bentuk
GUI (Graphical User Interface) Matlab untuk beberapa pengolahan data (Hunt et
al, 2001). Package saat ini yang dikembangkan untuk penginterpretasian data
akustik yaitu ReadEKraw dan SeisLab. Kedua package tersebut digunakan untuk
pernginterpretasian jenis multibeam dan seismik.
2
Perumusan Masalah
Teknologi akustik merupakan teknologi yang diandalkan dalam beberapa
kajian sumberdaya alam seperti pengkajian stok ikan di dalam kolom perairan,
pemetaan dasar perairan bahkan digunakan untuk melihat migrasi organ renik
seperti plankton (Lurton, 2002). Teknologi akustik umumnya merupakan
teknologi yang mahal, sehingga daya jangkau kepemilikan instrumen tertentu
seperti jenis split beam hanya dimiliki oleh lembaga-lembaga ataupun swasta yang
memiliki kepentingan dan memiliki anggaran yang cukup tinggi. Dengan seiring
berkembang teknologi akustik jenis single beam yang memiliki kemampuan
menyimpan data seperti data posisi dan kedalaman bahkan jenis tertentu dapat
menyimpan data echo. Salah satu instrumen ini adalah Cruzpro Fishfinder yang
dikembangkan di New Zealand.
Pada awalnya alat ini dikembangkan untuk pencarian ikan di dalam kolom
perairan. Kemampuanya menyimpan nilai hambur balik belum diiringi dengan
pengembangan algoritma pengkuantifikasian dan software pengolahan untuk
suatu pengkajian. Nilai hambur balik dapat digunakan dalam pengkajian dan
pemetaan suatu objek didalam kolom perairan, hal ini karena pada dasarnya setiap
organisme memiliki nilai hambur balik yang berbeda atau sering dikenal dengan
memiliki nilai Target Strength yang berbeda (Simmonds and MacLennan, 2005).
Pola beam yang berbentuk conical dengan luasan tertentu secara matematis dapat
digunakan untuk menentukan nilai hambur balik dalam luasan volume atau
dikenal dengan istilah Scattering volume (Lurton, 2002). Nilai-nilai tersebut
secara lebih jauh dapat digunakan untuk mengkaji sumberdaya organisme
diperairan, seperti kepadatan ikan.
Software pengolahan data akustik pada dasarnya dikembangkan dari
bahasa pemerograman C++, adapun perbedaan dalam pembuatanya biasanya
dalam bentuk penginisialisasian, alur kerja dan eksekusi dari suatu fungsi seperti
dikembangkan oleh Matlab (Hunt et al, 2001). Matlab merupakan bahasa
pemerograman yang mudah dipelajari, karena pada dasarnya bekerja dalam
bentuk matrik-matrik data. Kemampuan dalam pengolahan dan pengoperasian
matrik menjadi kunci utama untuk mempelajari program ini (Tanudjaja, 2007).
Pada saat ini bahasa pemerograman Matlab terus berkembang dalam berbagai hal
seperti pemerosesan signal bahkan dalam sistem kontrol. Program pemerosesan
signal akustik yang dikembangkan dari Matlab dalam bentuk package yaitu untuk
pengolahan data split beam yang dikembangkan oleh Rich Towler dengan nama
package yaitu ReadEKraw dan untuk pengkajian seismik yang diberi nama
SeisLab dikembangkan oleh Eike Rietsch. Oleh karena itu, perlu dikembangkan
juga package Matlab untuk pengolahan data single beam untuk pengkajian
pemetaan ataupun pengkajian kepadatan objek perairan.
Kerangka Pemikiran
Kualitas dari sebuah data akustik sangat bergantung kepada beam yang
digunakan, semakin banyak beam yang digunakan maka kualitas echo yang
dihasilkan semakin baik (Simmonds and MacLennan, ,2005). Kualitas yang
diberikan akan berkorelasi terhadap harga jual, semakin banyak beam yang
digunakan akan semakin mahal harga jualnya. Teknologi akustik single beam
3
mengalami perkembangan kemampuan dari yang tidak bisa menyimpan data
hingga kini memiliki kemampuan untuk menyimpan data. Salah satu jenis dari
alat ini adalah CruzPro Fishfinder yang dikembangkan perusahaan CruzPro Ltd
yang berlokasi di New Zealand. Teknologi ini jauh lebih murah bila dibandingkan
dengan jenis lainya, sehingga mudah dijangkau oleh instansi yang memiliki
keperluan akan alat ini.
Kemampuan penyimpanan data ini tidak diiringi dengan pengembangan
software pengkuantifikasian data yang diperoleh, padahal data yang disimpan
merupakan data bilangan digital number berbentuk biner yang secara umum
mudah diekstrak dan dapat diolah. Data tersebut dapat diolah menjadi nilai-nilai
yang lebih untuk proses analisis lebih lanjut seperti untuk pemetaan suatu objek
bahkan untuk kajian kepadatan objek.
Kemampuan Cruzpro Fishfinder dalam menyimpan nilai hambur balik
dalam bentuk digital number diperlukan algoritma yang sesuai untuk
mengkonversinya menjadi nilai Target strength ataupun Scattering volume
sehingga dapat diaplikasikan lebih jauh. Mudahnya bahasa pemerograman Matlab
dan banyaknya user pengguna program ini sehingga memungkinkan
dikembangkanya software pengolahan data akustik berbasis package untuk
pengolahan data single beam CruzPro fishfinder. Proses akurasi dan presisi serta
kemudahan penggunaanya diperlukan nilai-nilai pembanding yang terlebih dahulu
telah dilakukan ataupun terhadap nilai baku yang sudah terukur yang telah ada,
sehingga algoritma yang dikembangkan sesuai dan dapat diaplikasikan.
Kemudahan dan user friendly dalam pembuatan program merupakan hal yang
terpenting, karena akan jauh lebih mudah dipahami dan dimengerti serta mudah
diaplikasikan oleh pengguna untuk hal tertentu.
Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut :
1) Menciptakan algoritma dan membentuknya dalam software pengolahan
berbasis package Matlab untuk pengkuantifikasian data hidroakustik seperti
Target strength dan Scattering volume dari data single beam, dimana nilainilai ini sangat penting untuk pengkajian sumber daya dan pemetaan habitat
dasar perairan.
2) Menguji akurasi dan presisi algoritma yang telah diciptakan terhadap suatu
objek dan membandingkanya dengan hasil dari instrumen lain.
4
Manfaat Penelitian
Penelitian ini dapat memberikan gambaran dalam pembentukan algoritma
untuk pengkuantifikasian data akustik, khususnya data single beam echosounder
sehingga dapat diaplikasikan untuk kegiatan pengkajian sumberdaya ataupun
habitat dasar perairan. Penelitian ini menghasilkan software pengolahan berbasis
package Matlab yang mudah dipelajari dan dikembangkan, sehingga sangat
bermanfaat untuk kegiatan-kegiatan pengajaran maupun penelitian aplikatif lainya.
Hipotesis
Dalam penelitian ini terdapat asumsi-asumsi yang berlaku pada algoritma yang
telah dibuat dan hipotesis yang akan diuji, dapat dijelaskan sebagai berikut:
Asumsi Algoritma
Setiap benda ataupun organisme memiliki nilai hambur balik yang
berbeda-beda tergantung kepada bahan penyusun dari benda atau
organisme tersebut, nilai hambur balik digunakan sebagai karakteristik
atau sebagai bahan identifikasi objek.
Penyimpangan nilai atau error pengukuran akibat faktor lainya yang tidak
diperhitungkan dalam pembentukan algoritma bersifat independen.
Hasil dari kuantifikasi algoritma jika dibandingkan dengan nilai kontrol
( Bola sphere, spesifikasi terlampir) dengan menggunakan uji akurasi
diperoleh hasil akurasi dan presisi yang baik, maka algoritma ini dapat
digunakan dan dicari turunan algoritmanya.
Perbedaan penggunaan jenis alat untuk data pembanding pada penelitian
ini tidak berpengaruh signifikan selama hasil yang diperoleh dalam kisaran
nilai hambur balik suatu objek, hal ini dirujuk dari beberapa penelitian
yang telah dilakukan.
Perbedaan waktu dan lokasi pengambilan data tidak berpengaruh
signifikan terhadap nilai hambur balik yang diperoleh, selama nilai
pengaruh lingkungan digunakan dalam pembentukan algoritma.
Data sekunder dan hasil data ground check yang digunakan sebagai data
pembanding dianggap telah teruji hasilnya, karena pada umumnya sudah
terpublikasikan secara ilmiah.
Beberapa hipotesis yang akan diuji pada penelitian ini antara lain :
Pembentukan hipotesis Uji Akurasi dan Presisi mengacu kepada Soeta’at (1996)
1. Uji Akurasi dan Uji Presisi
Akurasi
Akurasi baik
: jika jumlah total selisih kuadrat hasil pengukuran
dengan kontrol lebih kecil atau sama dengan tiga kali
jumlah total kuadrat kontrol (bola sphere).
5
Akurasi kurang : jika jumlah total selisih kuadrat hasil pengukuran
dengan kontrol lebih besar dari tiga kali jumlah total
kuadrat kontrol (bola sphere).
Presisi
Presisi baik
: jika jumlah total kuadrat hasil pengukuran lebih kecil
atau sama dengan dua kali jumlah total kuadrat kontrol
(bola sphere).
Presisi kurang
: jika jumlah total kuadrat hasil pengukuran lebih besar
dari dua kali jumlah total kuadrat kontrol (bola sphere).
Akurasi baik
Akurasi kurang
Presisi baik
Presisi kurang
: Σselisih2 (3x Σkntrl2)
: Σselisih2 > (3x Σkntrl2)
: Σpngkrn2 (2 x Σkntrl2)
: Σpngkrn2 > (2 x Σkntrl2)
Uji Homogenitas ( Uji Fisher) dan Uji Beda Rerata Dua Kelompok Data (tidak
berpasangan) mengacu kepada Supardi (2011)
2. Uji Homogenitas ( Uji Fisher)
H0 : Nilai varian dari kelompok data hasil pengukuran sama dengan nilai
varian dari kelompok data kontrol atau data pembanding (instrumen
lain). Dapat dikatakan nilai yang dihasilkan homogen.
H1 : Nilai varian dari kelompok data hasil pengukuran tidak sama dengan
nilai varian dari kelompok data kontrol atau data pembanding
(instrumen lain). Dapat dikatakan nilai yang dihasilkan tidak
homogen.
H0 : σ12 σ22
H1 : σ12 > σ22
Sedangkan untuk kriteria pengujian hipotesis adalah sebagai berikut:
Terima H0, jika Fhitung < Ftabel dan Tolak H0, jika Fhitung > Ftabel
3. Uji Beda Rerata Dua Kelompok Data (tidak berpasangan)
H0 : Varian nilai hambur balik menggunakan instrumen singel beam
Cruzpro fishfinder sama dengan menggunakan instrumen split beam
Biosonic Dtx 1000 atau Simrad EY 60.
H1 : Varian nilai hambur balik menggunakan instrumen singel beam
Cruzpro fishfinder tidak sama dengan nilai hambur balik
menggunakan instrumen split beam Biosonic Dtx 1000 atau Simrad
EY 60.
Berdasarkan probabilitas (tk signifikansi: 5%)
Jika probabilitas (p>0,05), maka Ho diterima,
Jika probabilitas (p