Rancang Bangun dan Uji Kinerja Drifter Buoy

1. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Modern Drifter Buoy adalah versi teknologi tinggi dari “pesan dalam botol”,
dimana alat tersebut terdiri atas surface buoy dan subsurface drogue yang mampu
melakukan pengukuran terhadap posisi, suhu dan faktor fisik lain, serta data
tersebut dapat dikirimkan melalui satelit. Dengan kemajuan teknologi, drifter
sekarang mampu memberikan informasi kepada peneliti tentang pola sirkulasi laut
secara realtime. Data yang dikumpulkan dari instrumen ini akan memungkinkan
bagi ilmuwan untuk merancang model pola iklim dan cuaca, seperti El Niño dan
badai, serta memprediksi sebaran polutan, seperti minyak atau limbah (Niiler,
1995). Informasi dari drifter juga dapat digunakan untuk mempelajari lebih lanjut
tentang distribusi dan kelimpahan biota laut. Penggunaan drifter untuk penelitian
di bidang oseanografi telah cukup lama dilakukan, namun perancangan, desain,
dan pengembangan dari instrumen ini masih terus dilakukan. Rancangan drifter
yang murah, ringan dan stabil merupakan beberapa syarat yang dituju oleh para
perancang drifter. Di Indonesia penggunaan drifter sebagai alat penelitian
oseanografi masih jarang dilakukan dan drifter yang dilepas oleh ARGOS pun
hampir tidak ada yang memasuki perairan Indonesia.
Perkembangan teknologi elektronika seperti GPS (Global Positioning
System), mikrokontroler dan sensor yang sangat cepat menyebabkan alat-alat ini
menjadi semakin murah, dan dengan kemampuan yang makin baik. Penggunaan
teknologi elektronika tersebut sebagai alat bantu penelitian di bidang oseanografi
semakin memungkinkan dan menjanjikan dari sisi harga dan ketelitian. Jika pada
awalnya penggunaan teknologi GPS pada drifter merupakan sebuah project yang
cukup mahal yang hanya bisa dilakukan oleh lembaga-lembaga penelitian besar
seperti NOAA, kini alat-alat tersebut sudah makin cukup terjangkau.
Drifter memiliki beberapa keunggulan sebagai alat penelitian di bidang
oseanografi yaitu memiliki kemampuan melakukan pengukuran energi potensial
dan kinetik perairan walaupun pada perkembangannya masih memiliki hambatan
dari ketidakpastian dan variasi yang besar dari sisi desain (Griffa et al. 2007).
Penelitian, pengembangan dan uji coba instrumen drifter belum banyak dilakukan
78
di Indonesia. Soeboer (2007) merancang sebuah instrumen GPS Buoy yang
mampu mengukur pola arus permukaan laut Pelabuhan Ratu, namun instrumen ini
masih memiliki kendala dimana GPS yang digunakan masih mahal, operasi yang
tidak mudah dilakukan, memori penyimpanan yang terbatas, operasi dengan
jangka waktu yang tidak lama, serta belum dilengkapi sistem transmisi. Penelitian
dengan melakukan perancangan sistem dan instrumen yang mudah dioperasikan,
dan dengan kemampuan yang tepat guna perlu dilakukan sehingga diharapkan
dihasilkan sebuah drifter yang memiliki kemampuan handal dan tepat guna.
Penelitian ini menggunakan komponen, bahan dan material yang mudah
didapatkan di pasaran sehingga diharapkan mampu mengurangi ketergantungan
teknologi atau menciptakan kemandirian teknologi khususnya untuk teknologi
drifter dalam pemetaan pola arus permukaan laut.
1.2 Kerangka Pemikiran
Drifter bekerja mengikuti badan air, baik pada permukaan atau di kolom air.
Kecepatan rata-rata selama jangka waktu tertentu dihitung dari jarak antara posisi
awal dan akhir dibagi dengan waktu tersebut. Drifter cukup sederhana dalam
desain, umumnya terdiri atas pelampung permukaan, elektronika seperti pemancar
dan sensor serta parasut pengarah. Desain yang cukup terkenal, digunakan secara
luas dan telah menjadi standar yaitu desain dari Surface Velocity Program (SVP),
dikembangkan mulai sekitar 1979 hingga sekarang. Ada tiga bagian utama dari
drifter SVP (Stewart, 2007), yaitu pelampung permukaan, komponen elektonika
dan parasut pengarah. Pelampung memiliki beberapa fungsi yaitu memberikan
daya apung untuk parasut dan sensor, dan melindungi kotak elektronik, sensor dan
pemancar dari air. Pemancar mengirimkan data ke satelit berupa posisi pelampung
dan meneruskan data ke stasiun darat. Data drifter kemudian dikirim ke pusat
pengolahan data dimana data diproses dan kemudian didistribusikan. Bagian
elektronika berisi GPS sebagai sensor posisi dan mikrokontroler sebagai pengatur
kerja dan pembaca data, baik data posisi dari GPS maupun data dari sensor lain
yang ditambatkan di drifter. Parasut pengarah adalah bagian yang terbuat dari
parasut dan ditempatkan dikolom air, mampu menangkap aliran air rata-rata dan
membantu pergerakan pelampung permukaan ke arah aliran tersebut.
79
Ohlman (2007), mengembangkan drifter yang didesain untuk perairan pesisir.
Beberapa syarat yang ditemukan yaitu drifter pesisir harus memiliki resolusi
spasial beberapa meter, dan sampel posisi dilakukan setiap beberapa menit.
Pengukuran near-real-time data telemetri diperlukan sehingga drifter dapat
digunakan untuk membantu dalam melacak dan memulihkan jika terjadi
kehilangan, dan untuk memberikan posisi terbaru sehingga drifter dapat
dipulihkan tanpa pemantauan visual. Kemampuan memulihkan sendiri dan dapat
melakukan penugasan kembali sangat meningkatkan nilai ekonomi drifter. Drifter
elektronik harus hemat energi sehingga dapat beroperasi selama beberapa hari
sedangkan sampling dan transmisi setiap beberapa menit. Perkembangan
teknologi elektronika dan komunikasi saat ini memungkinkan dikembangkannya
sebuah instrumen drifter murah yang merupakan salah satu tujuan dari penelitian
ini. Perancangan dilakukan dengan memanfaatkan bahan-bahan yang tersedia di
pasaran dengan harga yang murah seperti modul GPS, modul mikrokontroler,
SD/MMC Card dan Modem GSM.
Penelitian ini dimulai dengan melakukan perancangan instrumen yang
dilakukan di Laboratorium Instrumentasi dan Telemetri Kelautan, Departemen
Ilmu dan Teknologi Kelautan Institut Pertanian Bogor. Perancangan wahana buoy
drifter juga dilakukan di laboratorium yang sama. Setelah perancangan dan
penyatuan serta pengujian instrumen dilakukan di laboratorium, drifter kemudian
diujicobakan di teluk Pelabuhan Ratu selama 2 hari. Sebagai data pendukung
untuk proses analisis juga dilakukan pengukuran pasang surut pada hari yang
sama. Setelah uji coba lapangan kemudian dilakukan analisis data yang dihasilkan
dengan melakukan pengolahan data posisi menjadi kecepatan dan arah arus serta
melihatnya dengan perubahan pasang surut selama pelepasan drifter. Secara
skematik alur pemikiran yang mendasari penelitian ini disajikan pada Gambar 1.
80
Masalah Desain Rancang Bangun,
Analysis Data Drifter Buoy
Perancangan
Elekronika dan
Sistem Transmisi
Desain dan
Perancangan
Wahana Buoy
Tes Kinerja
Sistem Transmiter
dan Receiver
Tes Buoyancy
dan Kebocoran
Penyatuan Sistem
Pengukuran
Pasang Surut
Uji Coba
Lapangan Drifter
-Plot Trek Arus
- Stick Plot Arus
Spesifikasi dan penilaian kinerja Drifter Hasil
Rancangan
Gambar 1. Skema alur penelitian
1.3 Perumusan Masalah
Menurut Ohlmann (2005), transmisi data menggunakan sistem satelit yang
ada, seperti GLOBALSTAR, ORBCOMM, dan ARGOS membutuhkan biaya dari
$5,00 hingga $15,00 per-hari per-drifter untuk update data setiap 10-menit.
Transmisi data seperti sistem seluler terbatas pada Line of Sight dari BTS GSM
terdekat. Namun, biaya komunikasi seluler yang mendekati US $ 0,50 per hari per
drifter untuk pencatatan posisi setiap 10 menit dengan beberapa pembatasan pada
jumlah data yang dapat ditransmisikan.
Beberapa kesalahan umum dari sebuah drifter (Stewart, 2007), yaitu :
a) Kegagalan drifter untuk mengikuti kolom air tertentu. Asumsinya drifter
menempati kolom air tertentu, tetapi gaya luar yang bekerja pada drifter
seperti angin dapat menyebabkan drifter melayang relatif terhadap air.
b) Kesalahan dalam menentukan posisi drifter itu.
81
c) Kesalahan Sampling. Drifter cenderung tidak ada di daerah-daerah aliran
berbeda.
Pada dasarnya drifter adalah GPS yang ditempatkan dalam sebuah wahana
yang terapung mengikuti massa air tertentu dan dapat mencatat posisi serta
mengirimkan posisi dan data dari sensor yang dibawanya. Makin murahnya harga
single chip GPS, mikrokontroler (chip yang mampu diprogram), dan komponen
elektronika lainnya, serta dukungan BTS seluler yang semakin tersebar
memungkinkan untuk dikembangkannya sebuah drifter pesisir pantai yang
tercakup sinyal seluler.
Penelitian ini mencoba melakukan perancangan instrumen drifter ekonomis
dengan mengikuti tipe desain SVP yang disesuaikan dengan alat dan bahan yang
tersedia di Indonesia. Sensor yang digunakan yaitu GPS sebagai sensor posisi dan
sensor suhu. Drifter digunakan di daerah yang terjangkau sinyal GSM sehingga
transmisi data menggunakan sinyal GSM berupa SMS (Short Message Services).
Hipotesis yang akan dibuktikan adalah komponen elektronika GPS dan
mikrokontroler serta bahan material yang tersedia dipasaran dapat dibuat menjadi
drifter yang mampu memetakan pola pergerakan arus permukaan dan suhu
perairan.
1.4 Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini yaitu:
1. Menghasilkan desain dan konstruksi sistem drifter buoy untuk perairan pantai
2. Mendapatkan data pengamatan drifter buoy yang handal/berkualitas.
1.5 Manfaat Penelitian
Penelitian ini diharapkan mampu memberikan gambaran tahapan desain, uji
coba dan analisis dari sebuah drifter di perairan pesisir sehingga menghasilkan
sebuah drifter murah dan sesuai kebutuhan. Selain itu, diharapkan dimasa yang
akan datang penggunaan teknologi drifter untuk penelitian di bidang oseanografi
dapat meningkat di Indonesia.
82