SISTEM KONTROL KONDISI PERALATAN

SISTEM KONTROL KONDISI PERALATAN SEISMOGRAPH JARINGAN INATEWS
Oleh : Bidang Instrumentasi Rekayasa dan Kalibrasi Peralatan Geofisika
I. PENDAHULUAN
Indonesia terletak didaerah yang memiliki resiko bencana gempa bumi tektonik yang
tinggi. BMKG sebagai institusi di Indonesia yang berwenang untuk memberikan
informasi tentang kejadian gempa bumi. Saat ini BMKG telah memiliki 164
seismograph yang dipasang diseluruh wilayah Indonesia yang merupakan bagian
dalam jaringan Seismik InaTews ( Indonesia Tsunami early warning system ).
Banyaknya sensor yang dipasang memudahkan dalam prosesing data seismograph
untuk memberikan informasi kejadian gempa bumi yang diberikan kepada masyarakat
dalam waktu yang cepat tepat dan akurat.
LIBRA
JISNET
: 104 Stasiun
: 19 Stasiun
GFZ (Jerman) : 21 Stasiun.
CEA (China)
: 11 Stasiun
CTBTO
: 6 Stasiun
Gambar1. Peta distribusi peralatan Seismograph
Untuk memberikan jaminan data yang cepat tepat dan akurat tersebut, pemerintah
melalui UU 31 pasal 48 menyatakan bahwa setiap peralatan pengamatan yang
dioperasikan di stasiun pengamatan wajib laik operasi dan kelaikan operasi tersebut
terjamin dengan dilaksanakannya kegiatan antara lain kalibrasi peralatan secara
berkala. Melalui peraturan Kepala BMKG Kep.01 tahun 2012 tentang tupoksi bidang
instrumentasi rekayasa dan kalibrasi peralatan geofisika diberikan tugas untuk
melakukan inventarisasi, monitoring dan evaluasi peralatan geofisika dan alat
pendukungnya, serta melakukan kalibrasi peralatan geofisika secara rutin.
Alat pemantau Gempabumi dan Tsunami yang ditempatkan diseluruh wilayah
Indonesian, yang terdiri dari 109 stasiun Libra, 17 Stasiun Jisnet (Japan), 21 stasiun
GFZ (German), 6 stasiun CTBTO, dan 11 stasiun CEA (China). Konfigurasi peralatan
yang digunakan adalah seismometer broadband, accelerometer dan digitizer 24 bit
dengan menggunakan komunikasi satelit untuk mengirim data ke BMKG pusat.
Kegiatan monitoring dilakukan
untuk mengetahui karakter sinyal seismograph
sehingga dapat diketahui kondisi- kondisi sebagai berikut ; kondisi peralatan akibat
gangguan teknis pada seismometer/digitizer, tingkat noise lingkungan sekitar stasiun
pemantauan akibat aktifitas masyarakat, kesalahan installasi, kesalahan metadata,
kalibrasi alat, dan kontinuitas data yang terkirim ke server pusat.
Peterson 1993, telah membuat baseline model background noise pada jaringan
seismology global. Badan Survey Geology Amerika (USGS) telah mengunakan metode
analisi spectral untuk mengetahui kondisi peralatan pada jaringan seismometer yang
dipasangnya (McNamara and Buland, 2009). Pada monitoring ini dilakukan analisa
fungsi kerapatan distribusi Probabilitas (PDF) dari Power Spectral Densities (PSD)
untuk masing masing stasiun pemantauan.
II. METODOLOGI
Untuk menganalisa kondisi peralatan seismograph melalui analisis spectrum, pertama
dilakukan perhitungan Power Spectral Density (PSD) dari data seismik yang ada pada
seedlink server secara detail alur pengolahan data dijelaskan pada diagram dibawah
ini.
Gambar 2. Diagram Alur Prosesing SQLX
Data dalam format Standard for the Exchange of Earthquake Data (SEED) dari seluruh
stasiun yang terkumpul pada SeedLink server ditambahkan dengan data Respons
Instrument kemudian ditransformasi dengan Fast Fourier Transform (FFT) menjadi
PSD, dalam algorithma yang ditulis oleh McNamara and Buland (2004). Rekaman
kontinus wave seismik dri masih masih chanel kemudian di transformasi dengan
interval sample 10 menit, kemudian bergerak dengan lebar window 240 detik dan
overlap 75% dan cosine-taper 10%. Kemudian power spectral density dikomparasi
dengan standar model noise untuk batas bawah (NLNM) dan batas atas model
(NHNM) (Peterson, 1993).
Gambar 3. Algorithma Power Spectral Density
Proses PSD diulang dalam 13 segment untuk data 1 jam.Untuk memperkirakan variasi
noise dari masing masing chanel dari stasiun yang diamanti kemudian dilakukan
perhitungan statistik dalam fungsi kerapatan probabilitas dari banyaknya PSD yang
dihasilkan
Gambar 4. Pola karakter wave form seismik dalam PSD
Karakter sinyal seismik yang terrekam oleh seismometer akan terlihat berbeda-beda
dalam pada PSD sesuai dengan variasi frequnecy yang diberikan. Pada gambar diatas
dapat dijelaskan bahwa pola sinyal pulsa kalibrasi, gaps data/kekosongan data, auto
mass center, dan sinyal noise alamiah serta sinyal gempa dekat dan gempa jauh,
dapat digambarkan dalam variasi dan tingkat noise yang berbeda-beda. Sehingga bila
seismograph mengalami kondisi tertentu dapat dengan mudah kelihat dalam PSD.
III. DATA DAN PEMBAHASAN
Jaringan Seismik InaTews menggunakan peralatan seismometer jenis broadband tiga
komponen dan jaringan accelerometer dari berbagai tipe dan merk yang tersebar
diseluruh wilayah Indonesia .
Gambar 5. Jenis seismograph yang digunakan dalam jarinagn InaTews
Dari hasil monitoring selama 3 (tiga) bulan sejak Oktober s/d Desember 2014 dapat
diketahui berbagai kondisi peralatan seismograph yang terpasang diseluruh stasiun
pemantau gempa bumi dalam jaringan InaTews
1.
Kondisi peralatan akibat kerusakan pada power supply
Pada spectrum terlihat banyaknya sinyal diluar batas Peterson Model, dan pada
wave form terlihat banyak tanda kuning, yang menandakan bahwa pada waktu
tertentu tidak ada data yang terkirim (Gaps). Dan terlihat pada jendela
ketersediaan data, bahwa dari jam 11 UTC – 23 UTC tidak ada data
kemungkinan karena alat mati akibat tidak adanya supply power pada malam
hari.
2.
Kondisi peralatan akibat kerusakan pada digitizer atau sensor
Spectrum dari ketiga komponen tampak tidak sesuai dengan pola Peterson
model, kemungkinan ada kerusakan pada bagian digitizer atau seismometer
3.
Kondisi Peralatan akibat variasi suhu diruang sensor
(a)
(b)
Variasi suhu antara siang dan malam hari dilokasi stasiun terkadang dapat
berubah secara drastis sehingga bila penutup/cover seismometer tidak baik,
variasi suhu tersebut dapat terrekam oleh seismometer, variasi tersebut terlihat
dari spectrum pada frequency rendah.
4.
Kondisi peralatan akibat gangguan aktifitas disekitar tempat sensor
Pada spectrum terlihat frequency diatas 1 hz berada diluar batas atas Peterson
model, hal tersebut kemungkinan aktibat aktifitas lingkungan disekitar tempat
sensor yang tinggi, akibat kendaraan dan aktifitas bandara, hal tersebut dapat
dilihat dari peta situasi disekitar tempat sensor.
5.
Kondisi perlatan akibat kesalahan metadata
Pada spectrum terlihat bahwa frequency dibawah 1 Hz berada dibawah batas
bawah Peterson model sedangkan pada frequency diatas 1 Hz berada diatas
batas atas Peterson model, hal ini disebakan adanya kesalahan metadata pada
informasi respons sensor dari alat dan yang tersimpan pada server metadata
tidak sama.
Dari kondisi peralatan tersebut maka perlu dilakukan penilaian kondisi peralatan
tersebut selanjutnya dapat digunakan atau tidak untuk pemantauan gempa bumi pada
jaringan InaTews.
Tabel 1. Kategori Penilaian Kondisi Peralatan :
Kode Kondisi
Warna
Baik
Definisi
Stasiun ini dapat
digunakan untuk
monitoring InaTews
Penjelasan
•
•
•
•
•
Sedang
Stasiun ini masih
dapat digunakan
untuk monitoring
InaTews, namun
ada kendala teknis
pada chanel
horisontal
•
•
•
•
•
Rusak
Stasiun ini tidak
dapat digunakan
karena semua
chanel ada
kerusakan
•
•
•
•
•
Kesalahan
Metadata
Mati
Stasiun ini masih
dapat digunakan
untuk monitoring
InaTews, namun
ada kesalahan
metadata
•
Stasiun ini tidak
dapat digunakan
karena tidak
tersedia data di
server
•
•
•
•
•
Primary dan Secondary
macroseismic peak terlihat jelas
pada semua chanel
Spectrum pada batasan peterson
model
RMS < 10,000 count per hari.
Amplitudo max/min seimbang
waktu GPS akurat
Primary dan Secondary
macroseismic peak terlihat jelas
pada chanel vertikal saja
Spectrum tidak pada batasan
peterson model
RMS > 10,000 count per hari.
Amplitudo max/min tidak
seimbang
waktu GPS tidak akurat
Primary dan Secondary
macroseismic peak tidak terlihat
jelas pada semua chanel
Spectrum tidak pada batasan
peterson model
RMS > 10,000 count per hari.
Amplitudo max/min tidak
seimbang
waktu GPS tidak akurat
Primary dan Secondary
macroseismic peak terlihat jelas
pada semua chanel tapi berada
pada batas bawah atau batas
atas dari peterson model
RMS < 10,000 count per hari.
Amplitudo max/min seimbang
waktu GPS akurat
Tidak tersedia data pada
Seedlink server sama sekali
Alat mati lebih dari 10 hari dan
seterusnya.
IV. KESIMPULAN
1. Untuk mendapatkan hasil analisa kegempaan yang tepat dan akurat diperlukan
peralatan yang terpeliharan baik dan laik operasi, dengan jaminan kalibrasi secara
berkala.
2. Untuk mengetahui kondisi peralatan seismograph diperlukan monitoring dan
evaluasi kondisi peralatan.
3. Analisa spektrum dari data seismograph yang terrekam dapat digunakan untuk
mengetahui kondisi peralatan .
V. DAFTAR PUSTAKA
1. McNamara, D.E. and R.P. Buland, Ambient Noise Levels in the Continental United
States, Bull. Seism. Soc. Am., 94,4,1517-1527, 2004.
2. Peterson, Observation and modeling of seismic background noise, U.S. Geol. Surv.
Tech. Rept., 93-322, 94p. 1993.