BAB II GROUND PENETRATING RADAR (GPR)

BAB II
GROUND PENETRATING RADAR (GPR)
2.1 Gelombang Elektromagnetik
Gelombang adalah energi getar yang merambat. Bentuk ideal dari suatu
gelombang akan mengikuti gerak sinusoidal. Selain radiasi elektromagnetik,
dan mungkin radiasi gravitasional, yang bisa berjalan lewat vakum,
gelombang juga terdapat pada medium di mana mereka dapat berjalan dan
dapat memindahkan energi dari satu tempat ke tempat lain tanpa
mengakibatkan partikel medium berpindah secara permanen; yaitu tidak ada
perpindahan secara masal. Untuk gelombang elektromagnet, perambatan
energi tersebut tidak selalu berlangsung dalam medium material seperti telah
disebutkan diatas.
Sejajar dengan hukum Newton sebagai landasan hukum mekanika klasik,
maka persamaan Maxwell merupakan perumusan hukum – hukum alam yang
melandasi semua fenomena elektromagnetik. Berbeda dari persamaan
Newton, persamaan Maxwell dirumuskan dengan besaran fisis yang lebih
abstrak seperti medan listrik
dan medan magnet
. Seluruh perumusan
Maxwell terdiri dari empat persamaan medan, masing – masing dapat
dipandang sebagai hubungan antara medan dan distribusi sumber (muatan atau
arus) yang bersangkutan. Persamaan Maxwell untuk medium isotropic
heterogen dirumuskan sebagai berikut :
( 2.1 )
( 2.2 )
( 2.3 )
( 2.4 )
Dengan hubungan
dimana :
: Medan Listrik
: Medan Magnet
: Rapat Arus Listrik
: Konduktivitas listrik
: Permitivitas listrik
: Rapat muatan
Dengan menerapkan operasi curl pada persamaan Maxwell maka diperoleh :
∇ × ∇ × E = −∇ × {∂B ∂t}
= −∇ × {∂ ∂t (μH )}
(2.5)
∇ × ∇ × H = ∇ × {J + ∂D ∂t }
= ∇ × {σE + ∂ ∂t (εE )}
(2.6)
Dengan menggunakan persamaan Maxwell di atas, dapat diturunkan
persamaan gelombang elektromagnetik sebagai berikut :
∇ 2 E − με
∂2E
=0
∂t 2
∇ 2 H − με
∂2E
=0
∂t 2
(2.7)
2.2 Gelombang Radar
Gelombang Radar atau biasa disebut radar berasal dari radio detection and
ranging yang berarti deteksi dan penjarakan radio adalah suatu sistem yang
dibuat untuk mendeteksi, mengukur jarak dan memetakan benda – benda yang
cukup sulit dijangkau. Suatu gelombang kuat dikirim untuk selanjutnya
pemantulan dari gelombang tersebut diterima kembali oleh pengirim. Dengan
menganalisa sinyal hasil pemantulan kita dapat mengetahui posisi bidang
pantul tersebut serta mengetahui jenis dari bidang pantul tersebut.
Gelombang
radio
elektromagnetik
yang
dipergunakan
dalam
GPR
menggunakan prinsip pemantulan seperti telah dijelaskan sebelumnya.
Gelombang dapat diproduksi dengan kekuatan yang diinginkan, kemudian
mendeteksi gelombang yang lemah, dan diamplifikasi (diperkuat) beberapa
kali. Oleh karena itu gelombang ini dapat dipergunakan untuk eksplorasi
bawah permukaan.
2.3 Prinsip Kerja GPR
Ground Penetrating Radar (GPR) biasa disebut georadar. Berasal dari dua kata
yaitu geo berarti bumi dan radar singkatan dari radio detection and ranging
seperti telah dijelaskan pada sub bab sebelumnya. Jadi, arti harfiahnya adalah
alat pelacak bumi menggunakan gelombang radio. GPR baik digunakan untuk
eksplorasi dangkal (nearsurface) dengan ketelitian (resolusi) yang amat tinggi.
GPR merupakan salah satu metode geofisika yang menggunakan sumber
gelombang elektromagnetik. Karena itu, GPR tergolong metode geofisika
tidak
merusak
(nondestructive).
Kelebihan
lain
GPR
adalah
biaya
operasionalnya yang rendah, prosedur pengerjaan mudah, dan ketelitian sangat
tinggi (resolusi tinggi). Kelemahannya, penetrasinya tidak terlalu dalam atau
daya tembus metode ini hanya sampai puluhan meter (± 100 meter). Ground
Penetrating Radar (GPR) pertama kali dipergunakan pada tahun 1929 di
Austria untuk mengukur kedalaman sungai es (glacier).
Itu sebabnya, metode ini bisa dikatakan cocok untuk pencarian situs (atau
harta karun). Dengan catatan: tempat itu benar-benar diyakini atau barang
tambang yang tempatnya tidak terlalu dalam. Karena panjang gelombang itu
mencerminkan ukuran minimum benda yang dapat terdeteksi. Makin tinggi
frekuensi makin kecil panjang gelombang, sehingga makin kecil ukuran benda
yang dapat terdeteksi (makin tinggi pula ketelitiannya). Hasil pencitraan GPR
bisa memunculkan informasi semacam ketebalan permukaan aspal jalan, jalur
pipa bawah tanah untuk mencari bedrock yang pas guna pondasi bangunan
hingga mencari mayat hilang dan fosil arkeologis.
Seperti dijelaskan di awal, radar memancarkan gelombang elektromagnet yang
kemudian ditangkap balik oleh sensor alat. Spektrum frekuensi yang
digunakan
disesuaikan
kebutuhan
pengukurannya.
Gelombang
yang
dipancarkan adalah gelombang pendek (mikro) agar bisa terpenetrasi ke
bawah permukaan bumi. Respons data yang diterima, diolah berdasarkan
hukum pantulan (refleksi) dan pembiasaan (gelombang). Tentu saja banyak
hal yang mempengaruhi penjalaran (propagasi) gelombang.
Secara keseluruhan, alat GPR berbobot tidak lebih dari lima kilogram,
sehingga sangat leluasa bergerak. Alat ini bekerja dengan dua antena. Satu
berfungsi sebagai transmiter, yaitu bertugas memancarkan gelombang radar.
Lainnya sebagai receiver, bertugas menerima gelombang radar yang
dipantulkan bahan di sekelilingnya kemudian pola pemantulan ditampilkan
dalam bentuk radargram.
Data diambil di lintasan secara kontinu, lalu direkam secara langsung ke
dalam laptop (processing unit). Penerima diset untuk melakukan scan yang
secara normal mencapai 32 – 512 scan per detik. Setiap hasil scan ditampilkan
pada layar monitor sebagai fungsi waktu two-way time travel time, yaitu
waktu tempuh gelombang elektromagnetik menjalar dari transmisi-targetpenerima. Tampilan ini disebut radargram.
Gambar 2.1 Skema Ground Penetrating Radar
2.4 Akusisi Data GPR
Ada beberapa metode yang lazim dipergunakan pada akusisi data GPR,
akusisi data GPR dapat dilakukan dari atas permukaan bumi, dengan
menggunakan borehole (lubang bor) atau diantara dua buah borehole, dengan
pesawat atau menggunakan satelit.
Sumber
:
sense.com/methods.html
http://www.geo-
Sumber :
www.aurorageosciences.com/egpr.htm
Gambar 2.2 Akusisi Data GPR
Berikut akan dijelaskan lebih detail mengenai susunan transmitter dan
receiver pada akusisi data GPR.
2.4.1
Radar reflection profiling ( antena monostatik atau bistatik )
Metode ini biasa disebut profiling yaitu membawa transmitter dan receiver
bergerak bersamaan dimana jarak antara transmitter dan receiver sudah
disesuaikan sebelumnya bergantung dari besar frekuensi transmitter/antenna
yang dipergunakan.
T
T
R
Trace 1
R
Trace
Gambar 2.3 Profiling sounding
2.4.2
Wide Angle Reflection and Refraction (WARR)
WARR sounding adalah salah satu metode yang menaruh transmitter pada
posisi tetap dan receiver begerak pada daerah yang akan diamati. WARR
sounding diterapkan pada kasus dimana bidang reflektor relatif datar atau
memiliki kemiringan yang rendah.
T
R1
R2
R3
R4
Gambar 2.4 WARR sounding
2.4.3
Common mid Point (CMP)
Pada metode CMP, telah ditentukan sebelumnya titik tengah dari pengamatan.
Kemudian, pengambilan data dilakukan dengan cara menggerakkan
transmitter dan receciver secara bersamaan. Transmitter dan receiver
digerakkan saling menjauh, metode ini digunakan untuk mengatasi kelemahan
asumsi yang dimiliki oleh metode WARR.
T3
T2
T1
R1
R2
R3
Gambar 2.5 CMP sounding
2.4.4
Transillumination atau Radar Tomography
Pada Radar Tomography, pengambilan data dilakukan dengan cara
menempatkan transmiter dan receiver pada posisi yang berlawanan. Sebagai
contoh jika transmitter diletakan pada satu satu sisi, maka receiver diletakan
pada sisi yang lain dan saling berhadapan.
T1
R1
R2
R3
R4
Gambar 2.6 Radar Tomography sounding