mempermudah para nelayan untuk memperoleh ikan tangkap yang diinginkan. Disamping itu pula manfaat teknologi ini untuk pengembangan teknologi untuk
1 menerapkan beberapa aplikasi lainnya dengan menggunakan metode pendeteksian perubahan fase dari gelombang pantul suatu gerakan
sekelompok obyek yamg diamati dan 2 menentukan jenis kawanan ikan langsung di laut lepas dalam
jangkauan yang lebih luas
1.3 Lingkup
Kegiatan
Lingkup kegiatan dalam penelitian ini meliputi : 1 Rancang bangun peralatan fish school finder dengan teknologi
pendeteksian fase gelombang pantul yang diterima. 2 Rancang bangun perangkat lunak untuk mengenalidentifikasi jenis
kawanan ikan yang diamati dengan metode Hidden Markov Model. 3 Simulasi perubahan fase dalam bentuk ikan-ikanan
4 Simulasi pengaruh gangguan dalam bentuk rangkaian elektronika 5 Uji coba baik di dalam kolam dan keramba di laut.
6 Proses pengenalan dengan metode Hidden Markov Model
1.4
Batasan
Dalam disertasi ini pelaksanaanya dibatasi dengan ketentuan sebagai berikut :
1 Dilakukan di kolam dan di dalam keramba di laut tidak dilakukan di laut lepas.
2 Uji coba dilakukan pada beberapa jenis ikan, tetapi pengamatan dilakukan secara bergantian hanya untuk satu jenis ikan bukan multi species yang
diamati, baik di dalam kolam maupun di dalam keramba dalam setiap percobaan.
3 Jumlah dan jenis ikan yang digunakan terbatas pada jenis ikan yang dapat diperoleh maupun yang dijual di tambak dalam keadaan hidup.
4 Sinyal atau gelombang akustik yang dipancarkan menggunakan gelombang kontinyu dan tidak menggunakan gelombang periodik atau pulsa seperti
halnya pada perangkat fish finder umumnya. 5 Posisi pengamatan dilakukan kearah horisontal obyek kawanan ikan-
ikanan atau lateral aspect untuk kawanan ikan 6 Untuk pengujian menggunakan dua transducer terpisah untuk pemancar
dan penerima dan tidak menggunakan satu transducer baik untuk pemancar maupun untuk penerima.
7 Daya pancar yang digunakan dibatasi sebesar 10 Watt yaitu sebesar daya minimum dari transducer Simrad yang digunakan.
8 Transducer yang digunakan adalah transducer yang ada di pasar dan bukan khusus dipesan sehingga beam width yang digunakan terbatas
9 Proses pengenalan recognition dilakukan tidak langsung pada ikan yang diamati tetapi menggunakan gelombang gerakan ikan hasil rekaman pada
komputer terpisah.
1.5 Perumusan Hipotesis
1.5.1 Perubahan fase akibat gerakan target pantulan dengan bentuk random
Gambar 1 memperlihatkan proses terjadinya perubahan fase akibat adanya gerakan target pantul dengan permukaan yang tidak rata, atau berubah-ubah.
Waktu gelombang pantul yang diterima adalah :
τ
= c
L 2
1 +
- nT 1
sedangkan besarnya perbedaan fase antara gelombang pantul yang diterima dengan gelombang datang adalah :
π φ
2
=
T
τ
Æ
φ =
T πτ
2
2
Gambar 1. Proses perubahan fase gelombang pantul dari target yang
bergerak dimana TX adalah transducer pemancar dan Rx adalah transducer penerima.
Dengan mensubtitusikan persamaan 2 ke persamaan 1 maka besarnya perbedaan fase antara gelombang pantul yang diterima dengan gelombang datang adalah :
Gelombang datang
π 2π
φ
T t
θ Gelombang pantul
yang diterima
τ n T
TX
RX
2 L l
lt t
Pergerakan target
L RX
TX
⎥ ⎦
⎤ ⎢
⎣ ⎡
− +
= f
n c
L f
c fl
2 2
2 π
π φ
3
Bila l berubah sesuai dengan pergerakan dan bentuk target maka persamaan dapat ditulis sebagai berikut :
⎥ ⎦
⎤ ⎢
⎣ ⎡
− +
= f
n c
L f
dt dl
c f
dt d
2 2
2
π π
φ
4
dimana c adalah kecepatan suara di dalam air, f frekuensi sinyal yang dipancarkan. Dari persamaan di atas fase gelombang
φ
t berubah secara linear
terhadap perubahan simpangan target l t dimana target berubah secara random tergantung dari pergerakan target yang meliputi kecepatan dan bentuk perubahan
dari target tersebut. Untuk singkatnya persamaan 4 dapat ditulis sebagai berikut
2 1
C dt
dl C
dt d
+ =
φ
5
atau dapat juga ditulis
2 1
C t
l C
t +
=
φ
6
dimana
φ
t adalah perubahan fase gelombang sinyal yang dipantulkan,
l
t perubahan simpangan target pantulan yang besarnya tergantung dari bentuk
manuver dan kecepatan pergerakan target pantulan. Dari perumusan tersebut di atas diajukan hipotesis sebagai berikut :
dengan adanya pantulan gelombang akustik oleh sekelompok obyek yang bergerak
akan mengakibatkan terjadinya perubahan fase dari gelombang yang
dipantulkan tersebut.
1.5.2 Gerakan schooling berbagai jenis ikan
Gerakan kawanan ikan schooling berbeda tergantung jenisnya dan dibedakan oleh beberapa faktor yaitu :
1. Besarnya simpangan gerakan l 2. Kecepatan simpangan [lt] dan kecepatan berenang
3. Kepadatan ikan vertikal atau jumlah dan jarak lapisan vertikal schooling kawanan ikan
4. Jarak vertikal antar ikan dalam suatu kelompok 5. Besar, bentuk dan panjang ikan.
1 Besar dan kecepatan simpangan gerakan ikan
Besar dan kecepatan simpangan gerakan ikan dapat dijelaskan pada Gambar 2.
Gambar 2. Ilustrasi simpangan gerakan ikan.
dimana
l
adalah simpangan maksimum yang besarnya tergantung dari jenis ikan. Untuk ikan tertentu harga
l
= 0, sedangkan harga T tergantung dari kecepatan renang masing-masing jenis ikan.
Dari perumusan di atas, diajukan hipotesis sebagai berikut : gerakan suatu kawanan ikan
akan menghasilkan perubahan fase gelombang yang
t
Gerakan maju T
l
dipantulkan yang bentuknya tergantung dari besar simpangan dan kecepatannya.
2 Formasi horisontal atau jumlah lapisan
schooling ikan
Jumlah dan jarak lapisan schooling ikan tampak atas dorsal aspect dapat dijelaskan pada Gambar 3. Dari gambar dapat dilihat, makin besar jarak
antar individu , lapisan ke tiga atau seterusnya makin berpengaruh. Pada gambar lapisan ketiga tidak berpengaruh karena panjang per individu lebih kecil dari
jarak antar individu sehingga saat lapisan ketiga mendapat gelombang datang tetapi gelombang pantulnya terhalang oleh lapisan kedua, maka pada saat
tersebut besar fase yang diterima adalah nol.
φ
t3 -
φ
t4
. Jadi ketentuan tersebut berlaku bila panjang ikan jauh lebih besar dari panjang gelombang
datang yang dipancarkan.
Gambar 3. Formasi schooling horisontal sebagai fungsi fasa,
φ
t. Dari perumusan di atas, diajukan hipotesis sebagai berikut: formasi horisontal
suatu obyek bergerak yang tersusun dalam format tertentu akan menghasilkan
suatu perubahan fase gelombang yang dipantulkan yang bentuknya tergantung dari susunan horisontal schooling kawanan ikan
.
φ
t2
φ
t5
φ
t6
φ
t1
φ
t3
φ
t7
φ
t
3 Formasi vertikal
schooling ikan
Struktur schooling ikan terdiri dari 3 tiga jenis formasi vertikal yaitu : 1. Formasi belah ketupat
2. Formasi jajaran jenjang 3. Formasi persegi empat
sedangkan untuk ikan bersisik, sisik ikan akan berpengaruh bila panjang satu sisik lebih dari 0.7. Pada Gambar 4 dapat dilihat pengaruh perubahan fase
struktur schooling ikan dilihat dari arah samping untuk formasi belah ketupat.
Gambar 4. Perubahan fase akibat formasi vertikal schooling ikan.
φ
t Resultante
φ
t
φ
t Lapisan 1
φ
t Lapisan 2
Lapisan 4 Lapisan 3
φ
t
1.5.3 Pengaruh gangguan
Gangguan interferences yang terdapat di dalam laut adalah getaran dari suara ikan, suara ombak, getaran suara motor dengan frekuensi dibawah 5 kHz
dan getaran gelombang fish finder atau echo sounder yang mempunyai frekuensi sekitar 36 kHz sampai dengan 200 kHz.
1 Frekuensi kerja pembawa tidak sama dengan frekuensi gangguan
Dengan menggunakan transistor dengan bandwidth 10 kHz frekuensi audio, frekuensi yang dapat diterima oleh penerima receiver berkisar dari 190
kHz sampai 210 kHz sehingga frekuensi-frekuensi gangguan tersebut di atas tidak dapat diterima oleh penerima kecuali yang menggunakan frekuensi 200
kHz. Demikian pula transduser yang digunakan hanya untuk frekuensi kerja tertentu sehingga tidak dapat mendeteksi frekuensi lainnya.
2 Gangguan terhadap frekuensi
yang sama dengan frekuensi echo sounder
atau fish finder yang beroperasi disekitarnya
Sinyal pantul dari gerakan ikan V
i
= C [cos ω
c
t + φt]
7 Sinyal pantul dari echo sounder atau fish finder yang masuk ke penerima
V
n
= N [cos ω
c
t + Δφ]
8 Sinyal yang keluar dari detektor fase adalah :
V
o
= {C [cos ω
c
t + φt] + N [cos ω
c
t + Δφ]} sin ω
c
t = C [cos
ω
c
t + φt]. sin ω
c
t + N [cos ω
c
t + Δφ]. sin ω
c
t = sin
φt + sin Δφ 9
Δφ adalah konstan sehingga sin Δφ = 0 jadi V
o
tidak dipengaruhi oleh gangguan dari perangkat echo sounder lainnya.
3 Gangguan terhadap gelombang-gelombang pantul disekitarnya
Akibat adanya obyek-obyek yang dapat memantulkan gelombang yang dipancarkan oleh transduser maka akan terjadi gangguan terhadap gelombang
yang dipantulkan kawanan ikan yang diamati.
Sinyal pantul dari gerakan ikan V
i
= C [cos ω
c
t + φt]
10 dimana
ω
c
= 2 πf
c
f
c
= frekuensi gelombang pembawa carrier atau gelombang akustik
φt] = perubahan fase Sinyal pantul dari obyek sekitarnya yang masuk ke penerima
V
n
= C
1
[cos ω
c
t + Δφ
1
] + C
2
[cos ω
c
t + Δφ
2
] +
C
3
[cos ω
c
t + Δφ
3
] 11
Sinyal yang keluar phase detektor adalah : V
o
= {C [cos ω
c
t + φt] + C
1
[cos ω
c
t + Δφ
1
] + C
2
[cos ω
c
t + Δφ
2
] + C
3
[cos ω
c
t + Δφ
3
] } sin ω
c
t = C [cos
ω
c
t + φt]. sin ω
c
t + C
1
[cos ω
c
t + Δφ
1
]. sin ω
c
t + C
2
[cos ω
c
t + Δφ
2
]. sin ω
c
t + C
3
[cos ω
c
t + Δφ
3
]. sin
ω
c
t = sin
φt + sin Δφ
1
+ sin Δφ
2
+ sin Δφ
3
12 dimana
Δφ
1
, Δφ
2
, Δφ
3
, adalah konstan sehingga sin Δφ
1
= sin Δφ
2
= sin Δφ
3
= 0 jadi V
o
tidak dipengaruhi oleh noise dari sinyal pantul obyek di sekitarnya.
4 Gangguan terhadap gelombang pantul dari pantulan kawanan ikan
Sinyal pantul akibat pantulan dari kawanan ikan tertentu ada kemungkinan dipantulkan oleh obyek-obyek disekitarnya Gambar 5
Adapun terhadap gelombang pantul tersebut secara matematis sebagai berikut : Sinyal pantul dari gerakan ikan
V
i
= C [cos ω
c
t + φt]
13 Sinyal pantul dari obyek sekitarnya yang masuk ke penerima
V
n
= C
1
[cos ω
c
t + φt + Δφ
1
] + C
2
[cos ω
c
t + φt + Δφ
2
] + C
3
[cos ω
c
t + φt + Δφ
3
]
Gambar 5 Gangguan gelombang pantul dari gelombang yang dipantulkan
kawanan ikan. Sinyal yang keluar dari detektor fase adalah :
V
o
= {C [cos ω
c
t + φt] + C
1
[cos ω
c
t + φt + Δφ
1
] + C
2
[cos ω
c
t + φt + Δφ
2
] + C
3
[cos ω
c
t + φt + Δφ
3
]} sin ω
c
t = C [cos
ω
c
t + φt]. sin ω
c
t + C
1
[cos ω
c
t + φt + Δφ
1
] sin ω
c
t+ C
2
[cos ω
c
t + φt + Δφ
2
]. sin ω
c
t + C
3
[cos ω
c
t + φt +
Δφ
3
]. sin ω
c
t = sin
φt + sin φt + Δφ
1
+ sin φt + Δφ
2
+ sin φt +Δφ
3
14 hal ini berakibat perubahan bentuk dari sinyal yang diterima seperti pada
Gambar 6.
Gambar 6. Bentuk gelombang yang dihasilkan dari gabungan beberapa gelombang dengan frekuensi yang sama tetapi berbeda fase.
Bentuk gelombang yang dihasilkan tersebut tergantung dari jarak pantul dan amplitude gelombang pantul yang diterima yang besarnya tergantung selain
t
dari jarak tempuh juga tergantung dari Target Strength TS ikan yang dipantulkan.
Dari perumusan pengaruh dari beberapa jenis gangguan terhadap penerimaan perubahan fase dari gelombang pantul obyek bergerak atau gerakan
kawanan ikan di atas, diajukan hipotesis sebagai berikut : Gangguan akibat pantulan oleh obyek disekitarnya, dari perangkat lainnya
dengan frekuensi sama dengan frekuensi keja alat dan dari bising suara mesin, tidak mempengaruhi
perubahan fase gelombang pantul dari gerakan kawanan ikan atau obyek yang bergerak.
1.5.4 Posisi transducer terhadap arah gerakan kawanan ikan ke arah horisontal
Dalam kenyataan kawanan ikan yang akan diamati arah gerakannya tidak selalu tegak lurus terhadap arah pancar transducer secara horisontal. Berdasarkan
Gambar 7 posisi transducer terhadap arah gerakan kawanan ikan tidak
a b
c Gambar 7. Arah pancar transducer terhadap arah gerakan kawanan ikan
a arah gerakan tegak lurus pancaran transducer b arah gerakan
φ terhadap arah pancar transducer
c bentuk gelombang pantul yang dihasilkan.
Arah gerakan
α φ
v
t’
2
t’
1
ϕ d
1
d
2
Arah gerakan
t
1
v
t
2
d
1
d
2
t
1
= d
1
v t
2
= d
2
v t’
1
= d
1
v t’
2
= d
2
v
t
t’
2
= t
2
t’
1
= t
1
mempengaruhi bentuk gelombang yang dipantulkan gerakan kawanan ikan tersebut. Hal tersebut dapat dikatakan juga arah gerakan kawanan ikan terhadap
posisi transducer tidak berpengaruh sehingga perubahan fase dari gelombang pantul yang diterima tidak terpengaruh arah datangnya kawanan ikan yang
diamati. Dari perumusan di atas, diajukan hipotesis sebagai berikut : pengaruh
terhadap posisi transducer terhadap arah gerakan kawanan ikan tidak mempengaruhi perubahan fase gelombang
yang dipantulkan oleh gerakan kawanan ikan.
1.5.5 Pengaruh pantulan pada permukaan perairan
Pengaruh pantulan pada permukaan perairan terjadi bila gelombang dipancarkan kearah horisontal. Peristiwa ini dapat terjadi bila jarak transducer
sedemikian dekatnya dengan permukaan perairan sehingga dapat terjadi pantulan pada permukaan perairan. Hal ini disebabkan adanya perbedaan indeks bias antara
udara dengan air . Bedasarkan hukum Snellius, bila gelombang mengenai lapisan yang berbeda indeks biasnya akan terjadi pantulan atau pembiasan tergantung dari
besar sudut datangnya. Untuk gelombang yang arah rambatannya horisontal, makin jauh jaraknya, makin besar sudut datangnya sehingga pada saat sudut datangnya
besarnya adalah critical angle :
i
Sin θ
= 0,707
udara air
η η
15 dimana
air
η = indeks bias air =
air
ε = 1.26
udara
η = indeks bias udara = 1
maka sudut datang kritis critical angle θ
i
= 63
o
. Jika θ
i
63
o
maka gelombang akan dibiaskan ke udara. Untuk transducer dengan beamwidth 45
, untuk sudut 63 redamannya terhadap daya pada sudut 0
atau pada arah horisontal adalah 6345 x 0.707 = 0.98 atau besar gain terhadap null dalam dB turun 5.9 dB dimana untuk
sudut 45 gainnya turun 3 dB. Untuk transducer dengan beamwidth 15
, gain pada sudut 63
turun menjadi 15.48 dB terhadap gain pada sudut null, dimana gain pada
sudut 15 turun 3 dB. Untuk menghindari adanya pantulan pada perumukaan
perairan, digunakan transducer dengan beamwidth sekecil mungkin. Meskipun demikian dari hipotesis pada Subbab 1.5.3 3, gelombang yang dipantulkan obyek
disekitarnya termasuk permukaan perairan tidak berpengaruh nyata. Dari perumusan di atas, diajukan hipotesis sebagai berikut : pengaruh pantulan dari
permukaan perairan dapat diredam sesuai dengan hipotesis pada Subbab 1.5.3. 3.
1.5.6 Pengaruh azas Doppler
Pengaruh azas Doppler terhadap gelombang yang dipantulkan gerakan kawanan ikan terjadi bila arus air mengalir searah rambatan gelombang ke arah
penerima. Perubahan frekuensi yang terjadi besarnya tergantung dari kecepatan arus air kearah penerima yang diwakili oleh partikel-pertikel yang menyerap
energi gelombang tersebut dalam air. Dengan mangacu hipotesis pada Subbab 1.5.3.3, frekuensi Doppler tersebut tidak berpengaruh. Dari perumusan di atas,
diajukan hipotesis sebagai berikut : azas Doppler berpengaruh tetapi dapat diredam sesuai dengan hipotesis pada Subbab 1.5.3. 3.
1.5.7 Posisi transducer terhadap gerakan kawanan ikan kearah vertikal
Pada Gambar 8 dapat dilihat posisi transducer terhadap kawanan ikan kearah vertikal dimana posisinya dinyatakan dengan sudut
α.
Gambar 8. Posisi tranducer membentuk sudut
α
secara vertikal terhadap gerakan ikan.
α
t
α
t
’
t
‘
= t Cos
α
Tinggi badan ikan yang terdeteksi adalah
t
’
yang besarnya =
t
Cos
α.
Makin besar sudut α, makin kecil tinggi badan ikan yang terdeteksi dan ukurannya
tidak lagi mendekati tinggi sesungguhnya. Untuk mengetahui sudut α yang
optimum perlu dilakukan uji coba tersendiri diluar dari penelitian yang saat ini dilakukan yang dibatasi untuk pancaran kearah horizontal lateral aspect.
1.6 Sistimatika
Penulisan
Penulisan disertasi ini terdiri dari 9 sembilan bab yaitu Bab 1 : Menjelaskan latar belakang, tujuan, lingkup kegiatan, luaran yang
diharapkan dan batasan-batasan yang tidak dibahas dalam penelitian ini. Dalam bab ini dijelaskan pula hipotesis hasil-hasil yang akan
diharapkan berdasarkan teori yang ada. Bab 2 : Menjelaskan teori-teori yang menunjang proses penelitian dalam disertasi
Bab 3 : Bab ini menjelaskan metodologi penelitian yang akan dilakukan Bab 4 : Bab ini menjelaskan rancang bangun pendeteksi jenis ikan yang
dapat mendeteksi jenis ikan yang diamati berdasarkan pendeteksian fase gelombang pantul gerakan kawanan ikan yang diamati, dan rancang
bangun perangkat lunak proses pengenalan dengan menggunakan metode Hidden Markov Model
Bab 5 : Menjelaskan proses simulasi perubahan fase dari penerimaan penerimaan gelombang pantul akibat gerakan kawanan berbagai bentuk
ikan-ikanan yang dilakukan dengan menggunakan motor listrik dan simulasi pengaruh berbagai gangguan dengan menggunakan rangkaian
elektronika Bab 6 : Bab ini menjelaskan proses uji coba di dalam kolam dan di keramba laut
Bab7 : Bab ini memperlihatkan proses pengenalan recognition dengan menggunakan metode Hidden Markov Model.
Bab 8 : Dalam bab ini dibahas analisis hasil uji coba yang telah dilakukan serta hasil proses pengenalan dengan metode Hidden Markov Model
Bab 9 : Kesimpulan dan saran
2 TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Gerakan Kawanan Ikan
