Saat ini perkembangan teknologi peralatan untuk mendukung kegiatan
survey, pemetaan geologi dan untuk tujuan-tujuan pendeteksian lainnya
telah berkembang pesat. Salah satu peralatan tersebut yaitu GPR (Ground Penetrating Radar).
Alat ini memancarkan gelombang radar atau gelombang elektromagnetik
kedalam tanah yang nantinya akan dipantulkan kembali. Berdasarkan
pantulan tersebut dapat dianalisa dan diketahui hal-hal yang berkaitan
dengan : struktur tanah/batuan yang sangat berguna untuk survey jalan
& runway lapangan terbang, deteksi benda-benda yang ada didalam
tanah seperti situs arkeologi, deteksi pipa (air dan gas), deteksi kabel
(listrik dan telepon), rongga didalam tanah, penelitian air tanah,
mendeteksi senjata atau ranjau, dll. Kegiatan ini dilakukan tanpa harus
menyentuh langsung materi yang di deteksi.
Dalam tahun-tahun mendatang berbagai kegiatan survey dan deteksi
diperkirakan akan banyak ditopang oleh GPR ini sebagai alat pendeteksi
bawah tanah. Penggunaan GPR dengan menggunakan pulsa radar frekuensi
tinggi yang dipancarkan dengan antena dari permukaan tanah kedalam tanah
dapat mendeteksi keberadaan material dibawah tanah, sehingga dapat
diaplikasikan untuk berbagai kepentingan.
Tulisan ini menyajikan informasi teknis di lapangan tentang Aplikasi Teknologi Ground Penetrating Radar
(GPR) untuk deteksi struktur tanah / batuan dan material terpendam
dengan melaksanakan uji fungsi peralatan. Dengan melalui uji fungsi GPR
serta penggunaan teknologi pengolahan lebih lanjut, diharapkan GPR ini
dapat meningkatkan kemampuan Balitbang Dephan dalam menunjang kebutuhan
peralatan Dephan dan TNI dibidang pendeteksian material di bawah tanah
maupun untuk aplikasi lainnya.
Geofisika adalah bagian dari ilmu bumi yang mempelajari bumi
menggunakan kaidah atau prinsip-prinsip fisika. Di dalamnya termasuk
juga meteorologi, elektrisitas atmosferis dan fisika ionosfer.
Penelitian geofisika untuk mengetahui kondisi di bawah permukaan bumi
melibatkan pengukuran di atas permukaan bumi dari parameter-parameter
fisika yang dimiliki oleh batuan di dalam bumi. Dari pengukuran ini
dapat ditafsirkan bagaimana sifat-sifat dan kondisi di bawah permukaan
bumi baik itu secara vertikal maupun horisontal. Ilmu geofisika itu
sendiri merupakan pengabungan dari matematika, fisika, dan ilmu
komputer. Geofisika mempunyai beberapa metode yang digunakan untuk
mendeteksi bawah permukaan, diantaranya adalah seismik yang memanfaatkan
penjalaran gelombang, GPR yang memanfaatkan radiasi elektromagnetik
dalam gelombang mikro (Frekuensi UHF/VHF), VLF (Very Low Frequency) yang
memanfaatkan frekuensi radio (3 KHz hingga 30 KHz), Seismik yang
memanfaatkan penjalaran gelombang, geolistrik, dan lain- dalam tahapan
eksplorasi dapat diminimalisir dan juga memberikan hasil yang lebih
optimum.
Dalam skala yang berbeda, metode geofisika dapat diterapkan secara
global yaitu untuk menentukan struktur bumi, secara lokal yaitu untuk
eksplorasi mineral dan pertambangan termasuk minyak bumi dan dalam skala
kecil yaitu untuk aplikasi geoteknik (penentuan pondasi bangunan dll).
Bidang kajian ilmu geofisika meliputi meteorologi (udara), geofisika
bumi padat dan oseanografi (laut). Beberapa contoh kajian dari geofisika
bumi padat misalnya seismologi yang mempelajari gempabumi, ilmu tentang
gunungapi atau volcanology, geodinamika yang mempelajari
dinamika pergerakan lempeng-lempeng di bumi, dan eksplorasi seismik yang
digunakan dalam pencarian hidrokarbon.
Metode-metode geofisika
Secara umum, metode geofisika dibagi menjadi dua kategori yaitu
metode pasif dan aktif. Metode pasif dilakukan dengan mengukur medan
alami yang dipancarkan oleh bumi. Metode aktif dilakukan dengan membuat
medan gangguan kemudian mengukur respons yang dilakukan oleh bumi. Medan
alami yang dimaksud disini misalnya radiasi gelombang gempa bumi, medan
gravitasi bumi, medan magnetik bumi, medan listrik dan elektromagnetik
bumi serta radiasi radioaktifitas bumi. Medan buatan dapat berupa
ledakan dinamit, pemberian arus listrik ke dalam tanah, pengiriman
sinyal radar dan lain sebagainya.
Secara praktis, metode yang umum digunakan di dalam geofisika tampak seperti tabel di bawah ini:
METODE
|
PARAMETER YANG DIUKUR
|
SIFAT-SIFAT FISIKA YANG TERLIBAT
|
Seismik |
Waktu tiba gelombang seismik pantul atau bias, amplitudo dan frekuensigelombang seismik |
Densitas dan modulus elastisitas yang menentukan kecepatan rambat gelombang seismik |
Gravitasi |
Variasi harga percepatan gravitasi bumi pada posisi yang berbeda |
Densitas |
Magnetik |
Variasi harga intensitas medan magnetik pada posisi yang berbeda |
Suseptibilitas atau remanen magnetik |
Resistivitas |
Harga resistansi dari bumi |
Konduktivitas listrik |
Polarisasi terinduksi |
Tegangan polarisasi atau resistivitas batuan sebagai fungsi dari frekuensi |
Kapasitansi listrik |
Potensial diri |
Potensial listrik |
Konduktivitas listrik |
Elektromagnetik |
Respon terhadap radiasi elektromagnetik |
Konduktivitas atau Induktansi listrik |
Radar |
Waktu tiba perambatan gelombang radar |
Konstanta dielektrik |
GROUND PENETRATING RADAR
Ground Penetrating Radar (GPR) merupakan bagian dari metoda
Geofisika Elektromagnetik (EM) domain waktu. Pulsa radio dengan durasi
signal pendek ditransmisikan ke bawah (ke tanah) dan kemudian sinyal
radio yang kembali (terpantul) direkam.
GPR merupakan sistem radar yang digunakan dalam pendeteksian
objek yang terkubur di dalam tanah dengan kedalaman tertentu tanpa
harus menggali tanah. GPR juga dapat digunakan untuk mengetahui kondisi
dan karakteristik permukaan bawah tanah. Teknologi radar ini memiliki
beberapa kelebihan diantara metode geofisika lainnya, yaitu : Biaya
operasional lebih murah, resolusi yang sangat tinggi karena menggunakan
frekuensi tinggi (broadband atau wideband), Pengoperasian yang cukup mudah dan merupakan metoda non destructive sehingga aman digunakan.
Dalam penerapannya GPR dapat dibagi menjadi: Untuk Pemetaan geologi:
menggunakan antenna < 500 MHz dan untuk Rekayasa (Uji tidak merusak):
menggunakan antenna > 500 MHz. Metoda GPR menggunakan tanggapan
tanah terhadap gelombang EM yang merambat melaluinya. Gelombang EM
merupakan gelombang medan yang merambat secara transversal. Gelombang EM
terdiri dari dua komponen yang saling tegak lurus yaitu intensitas
medan listrik (E) dan intensitas medan magnet (H).
Sifat perambatan gel EM adalah dalam perambatannya medan listrik
berosilasi (bergetar) demikian juga dengan medan magnet. Arah getar
medan listrik selalu tegak lurus (orthogonal) dengan arah getar medan
magnet dan arah perambatan gelombang EM tegak lurus terhadap arah getar
dari medan listrik dan medan magnet.
Penerapan pada geologi dan geoteknik : Medium (tanah atau batuan)
dapat bersifat konduktif (misalnya lempung, daerah air asin) atau dapat
bersifat resistif (misalnya pasir) maka gelombang radar akan bersifat
difusif (amplitudo gelombang cepat meluruh) atau bersifat gelombang
(amplitudo gelombang dapat merambat dalam jarak yang jauh).
Setelah menempuh jarak tertentu, amplitudo gelombang radar mengalami peredaman (atenuasi). Amplitudo gelombang dapat ditulis:
• E = E0 exp (-ax)
• a = koefisien atenuasi
Faktor-faktor yang mempengaruhi amplitudo: Amplitudo gelombang radar mengalami peluruhan (atenuasi) karena:
a. Geometrical spreading (penyebaran geometris),
b. Hamburan energi karena ketidak homogenan medium,
c. Pantulan energi pada bidang batas medium,
d. Penyerapan energi (Atenuasi) (perubahan energi gelombang menjadi panas) (Paling besar),
e. Rugi akibat antenna.
Sedangkan kedalaman tembus efektif dapat dilihat apakah suatu target
memberikan tanggapan yang dapat dideteksi alat GPR, yang bergantung
kepada: Sifat fisis dari target (kontras dielektrik target dan
sekitarnya), rugi yang terjadi dalam perambatannya, Kuat dari antenna
pemancar dan Frekuensi dari antenna.
Resolusi vertikal adalah pemisahan vertikal minimum yaitu jarak
antara dua pemantul berdekatan yang masih bisa dibedakan oleh alat GPR.
Resolusi vertikal (pemisahan minimum) adalah sekitar l/4. Semakin tinggi
frekuensi suatu antenna, semakin tinggi resolusi vertikal, akan tetapi
kedalaman tembus efektif berkurang.
Panjang gelombang (l) dapat dihitung l = kecepatan gel radar pada
medium/(frekuensi tengah antenna). Umumnya sinyal radar terdiri dari
beberapa pulsa (akibat coupling antenna dan tanah). Sehingga menyulitkan
interpretasi dan menurunkan resolusi vertikal.
Profiling pantulan radar: Transmitter dan receiver antenna yang
berjarak sama digerakkan diatas tanah untuk merekam pantulan yang
terjadi. Umumnya dilakukan stacking yaitu dilakukan beberapa kali
pemancaran gel radar dan kemudian dijumlahkan. Beberapa rekaman dari
beberapa titik disajikan bersebelahan membentuk profile radargram dengan
sumbu jarak dan waktu.
Prinsip Kerja GPR
Pada dasarnya GPR bekerja dengan memanfaatkan pemantulan sinyal. Semua sistem GPR pasti memiliki pengirim (transmitter), yaitu sistem antena yang terhubung ke generator sinyal, dan penerima (receiver), yaitu sistem antena yang terhubung ke unit pengolahan sinyal. Pengirim akan menghasilkan sinyal listrik dengan bentuk, prf (pulse repetition frequency),
energi, dan durasi tertentu. pulsa ini akan dipancarkan oleh antena ke
dalam tanah. sinyal ini akan mengalami atenuasi dan cacat sinyal lainnya
selama perambatannya di tanah. Jika tanah bersifat homogen, maka sinyal
yang dipantulkan akan sangat kecil. Jika sinyal menabrak suatu
inhomogenitas di dalam tanah, maka akan ada sinyal yang dipantulkan ke
antena penerima. Sinyal ini kemudian diproses oleh penerima.
Kedalaman objek dapat diketahui dengan mengukur
selang waktu antara pengiriman dan penerimaan sinyal. Dalam selang waktu
ini, sinyal akan bolak balik dari antena ke objek dan kembali lagi ke
antena. Jika selang waktu dinyatakan dalam t, dan kecepatan propagasi
gelombang elektromagnetik dalam tanah v, maka kedalaman objek yang
dinyatakan dalam h adalah :
Untuk mengetahui kedalaman objek yang dideteksi, kecepatan perambatan
dari gelombang elektromagnetik haruslah diketahui. Kecepatan perambatan
tersebut tergantung kepada kecepatan cahaya di udara, konstanta
dielektrik relatif medium perambatan.
SISTEM PERALATAN DIGITAL GROUND PENETRATING RADAR
Mula-mula sinyal sinyal dihasilkan oleh generator sinyal (Source & Modulation), kemudian dipancarkan melalui antena pemancar (Transmitted Signal). Sinyal mengenai objek dan dan dipantulkan kembali (Reflected Signal) ke antena penerima (Receiver), lalu melewati proses sampling, pengolahan hasil collect data disimpan (Data Storage), kemudian sinyal-sinyal di proses (Signal Processing) lalu memasuki tahap display dimana kita dapat melihat citra hasil survey dan terakhir pengolahan data berupa A-Scan, B-Scan, maupun C-Scan sehingga didapatkan informasi mengenai objek yang dideteksi.
Hasil Citra bawah permukaan digambarkan dalam bentuk amplitudo gelombang (Radargram Display).
Amplitudo ini menggambarkan perubahan cepat rambat gelombang pada benda
terpendam maupun sedimen tertutup. Material yang dipendam mempunyai
cepat rambat gelombang yang lebih tinggi daripada sedimen penutupnya.
Tampilan profil yang tampak dilayar monitor berupa irisan suatu lapisan
demi lapisan seperti kue lapis legit yang disayat vertikal. Bila di
sepanjang garis penyisiran terdapat rongga atau obyek tertentu, akan
tampak perbedaan nyata pada citra berbeda rona atau kontras.
Sekitar tahun 1997, seorang ilmuwan malaysia yang bernama M.H. Loke
mengembangkan sebuah software yang dikenal dengan Res2Dinv, dengan
software ini maka akan memudahkan dalam proses interpretasi bawah
permukaan. seiring dengan perkembangan ilmu dan teknologi maka muncullah
sebuah alat yang biasa disebut dengan geoscanner yang memudahkan dalam
pengambilan data geolistrik/resistivitas, dengan menggunakan geoscanner
maka waktu yang diperlukan dalam pengambilan data lapangan menjadi lebih
singkat.
UJI FUNGSI GPR
Komponen dari radar sistem GPR yang digunakan oleh penulis untuk
melasanakan uji fungsi mendeteksi struktur tanah/batuan dan material
terpendam adalah sebagai berikut :
1. Professional Explorer (PROEX) + Optical Module Merk MALA, Meliputi
: PROEX Control Unit, PROEX Module – Optical, LI-ION Battery 12 Volt,
LI-ION Battery Charger 12 V / 110-220 V, 15 PIN, Ethernet Cable 1,2 M
Black, Ethernet Cable 3,0 M Black, Service KIT, MALA Software Package
(Ground Vision 2), Shipping Case untuk PROEX Control Unit.
2. 100-800 MHz Shielded Antenna Electronics untuk Control Unit dan
PROEX, meliputi : 100-800 MHz Shielded Electronics unit 12V, Multi Fibre
Cable (3 M) untuk 100-800 MHz Shielded Antenna Electronics, Battery
Pack 12 V, Battery Charger 12 V/ 110-220 V
3. 100 MHz Shielded Antenna, Distance Measuring Wheel ( 300 MM), Penarik atau Tow Handle untuk 100 MHz Antenna.
4. Laptop HP PAVILION DV4-1235TX, meliputi :
Intel Core 2 Duo Processor, T6600-2,2 GHZ, 2048 MB DDR2, 250 GB HDD
(5400 RPM), 14,1 “Diagonal Wide Bright View Infinity, Light Scribe
Supermulti DVD + RW DL, Support Integrated Bluetooth, 5-IN-1 Card Reader
Integrated HP Webcam, NVIDIA GEforce 9200 MGS dengan Windows Vista
Premium
Uji fungsi tentang “ Ground Penetrating Radar ” dengan
pelaksanaan sebagai berikut : Uji fungsi dilaksanakan di Balitbang
Dephan diawali dengan menginstalasi peralatan GPR dengan langkah-langkah
sebagai berikut :
a. Memasang roda Distance Measuring Wheel ( 300 MM), Penarik atau Tow Handle untuk 100 MHz Antenna.
b. Kemudian dilanjutkan ke bagian 100-800 MHz Shielded Antenna Electronics untuk Control Unit dan PROEX, meliputi : 100-800 MHz Shielded Electronics Unit 12V, Multi Fibre Cable (3 M) untuk 100-800 MHz Shielded Antenna Electronics,Battery Pack 12 V
c. dilanjutkan dengan menginstalasi PROEX Control Unit, yang terdiri dari PROEX Module – Optical, LI-ION Battery 12 Volt, Ethernet Cable 1,2 M Black,
d. menginstal MALA Software Package (Ground Vision 2).
e. Lalu menghubungkan Ethernet Cable ke Laptop HP PAVILION DV4-1235TX dan
f. menghidupkan Tombol Power untuk mulai dilakukan operasi
pelacakan pendeteksian struktur tanah/batuan dan material terpendam
dilingkungan Balitbang Dephan.
Pemetaan dilaksanakan dengan menggunakan sumber sinyal gelombang radar (GPR 100 MHz) yang dipancarkan dengan antena transmitter dari permukaan ke dalam tanah. Sinyal mengenai objek dan dan dipantulkan kembali (Reflected Signal) ke antena penerima (Receiver), lalu melewati proses sampling, pengolahan hasil collect datadisimpan (Data Storage), kemudian sinyal-sinyal di proses (Signal Processing) lalu memasuki tahap display dimana kita dapat melihat citra hasil survey dan terakhir pengolahan data berupa A-Scan, B-Scan, maupun C-Scan sehingga
didapatkan informasi mengenai objek yang dideteksi. Hasil Citra bawah
permukaan digambarkan dalam bentuk amplitudo gelombang (Radargram Display).
Amplitudo ini menggambarkan perubahan cepat rambat gelombang pada benda
terpendam maupun sedimen tertutup. Material yang dipendam mempunyai
cepat rambat gelombang yang lebih tinggi daripada sedimen penutupnya.
Tampilan profil yang tampak dilayar monitor laptop dengan menggunakan
MALA Software (GroundVision2) akan terlihat berupa irisan suatu lapisan
struktur tanah/batuan dan material terpendam yang digunakan dalam proses
interpretasi bawah permukaan. Bila di sepanjang garis penyisiran
terdapat rongga atau obyek tertentu, akan tampak perbedaan nyata pada
citra berbeda rona atau kontras. Namun untuk mendapatkan informasi
mengenai objek yang dideteksi perlu dilakukan pengolahan data lebih
lanjut yang hasilnya nanti berupa A-Scan, B-Scan, maupun C-Scan. Software pengolahan data yang dapat digunakan misalnya Mala Object Mapperyang
dapat menampilkan 10 profil sekaligus dan dapat menghilangkan
tugas/kegiatan dalam menginterpretasi profil yang memakan waktu dan
tidak efisien. Obyek MALA Mapper dapat memproses beberapa data set dari
arah yang berbeda dengan garis-garis dasar yang berbeda untuk kemampuan
interpretasi maksimum.
KESIMPULAN.
a. Melalui Uji fungsi GPR yang dilaksanakan dengan aman dan lancar dapat diketahui informasi tentang Aplikasi Teknologi Ground Penetrating Radar (GPR) untuk deteksi struktur tanah / batuan dan material terpendam serta dapat bermanfaat bagi personel Balitbang Dephan.
b. GPR 100 MHz dengan antenna shielded memiliki pulsa radar frekuensi
tinggi untuk mendeteksi material bawah tanah yang dipancarkan dari
permukaan ke dalam tanah serta dapat diaplikasikan untuk berbagai
kegiatan.
c. Tampilan profil yang tampak dilayar monitor laptop dengan
menggunakan MALA Software (GroundVision2) berupa irisan suatu lapisan
struktur tanah/batuan dan material terpendam yang digunakan dalam proses
interpretasi bawah permukaan. Sedangkan untuk mendapatkan informasi
mengenai objek yang dideteksi perlu dilakukan pengolahan data lebih
lanjut.
SARAN.
a. Mengingat GPR ini sangat bermanfaat, penggunaan dan pemanfaatan
alat ini perlu disosialisasikan ke Satker Dephan lainnya dan Mabes TNI
serta instansi lain yang terkait guna menunjang kegiatan survey struktur
tanah/batuan dan pendeteksian lainnya.
b. Perlunya pembinaan pendidikan dan pelatihan SDM dalam
mengoperasikan GPR serta melibatkan seluruh institusi terkait untuk
mencari peluang kerja sama di dalam pengembangan GPR untuk kepentingan
pertahanan negara.
Oleh : Eko Joko Murwanto, S.Kom Bagdatin Set Balitbang Dephan
www.globalsurveybandung.com
BalasHapus