2. TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Sonar

Sonar merupakan alat pendeteksian bawah air yang menggunakan

gelombang suara untuk mendeteksi kedalaman serta benda-benda di dasar laut

(http://id.wikipedia.org/wiki/Sonar, 2 April 2009). Berdasarkan sistemnya, ada

dua macam tipe sonar, yaitu sonar pasif dan sonar aktif. Sonar pasif hanya

mendeteksi suara yang datang melalui hidrofon untuk mengubah energi suara

menjadi energi listrik. Sonar pasif menggunakan frekuensi rendah yaitu 20 Hz-

1000 Hz. Sonar aktif dapat mengirimkan sinyal dari sumber suara atau sensor

serta dapat menerima kembali sinyal tersebut setelah dipantulkan oleh objek atau

dasar laut melalui sensor yang sama (http://id.wikipedia.org/wiki/Sonar, 2 April

2009).

Pada sonar aktif, energi listrik diubah menjadi energi suara oleh

magnetostritif di transduser kemudian dipancarkan. Sinyal suara yang

dipancarkan akan diterima kembali oleh transduser setelah dipantulkan oleh objek

atau dasar laut. Pantulan suara tersebut diterima oleh transduser dan dirubah

kembali menjadi energi listrik.

2.2 Side Scan Sonar

Side scan sonar merupakan instrumen single beam yang mampu

menunjukkan gambar dua dimensional permukaan dasar laut dengan kondisi

kontur, topografi, dan target secara bersamaan. Secara umum side scan sonar

terdiri dari tiga bagian besar yaitu recorder yang berada di atas kapal survei,

towfish yang ditarik dibelakang kapal, dan tow cable yang menghubungkan

recorder dan towfish.

Side Scan Sonar mempunyai kemampuan menggandakan beam yang

diarahkan pada satu sisi ke sisi lainnya. Sehingga kita bisa melihat ke kedua sisi,

memetakan semua area penelitian secara efektif dan menghemat waktu penelitian.

SSS menggunakan narrow beam pada bidang horizontal untuk mendapatkan

resolusi tinggi di sepanjang lintasan dasar laut (Klein Associates Inc, 1985).

SSS menggunakan prinsip backscatter akustik dalam mengindikasikan

atau membedakan kenampakan bentuk dasar laut atau objek di dasar laut (Russel,

2001 dalam Edi, 2009). Material seperti besi, bongkahan, kerikil atau batuan

vulkanik sangat efisien dalam merefleksikan pulsa akustik. Sedimen halus seperti

tanah liat, lumpur tidak merefleksikan pulsa suara dengan baik (backscatter

lemah). Reflektor kuat akan menghasilkan pantulan backscatter yang kuat

sedangkan reflektor lemah menghailkan backscatter yang lemah. Dengan

pengetahuan akan karakteritik ini, pengguna SSS dapat menguji komposisi dasar

laut atau objek dengan mengamati pengembalian kekuatan akustik (Tritech

International Limited, 2008).

Gelombang suara yang digunakan dalam teknologi side scan sonar

biasanya mempunyai frekuensi antara 100 dan 500 kHz. Pulsa gelombang

dipancarkan dalam pola sudut yang lebar mengarah ke dasar laut, dan gemanya

diterima kembali oleh receiver dalam hitungan detik. Perekaman perlu mengikuti

pola lintasan survei tertentu dengan menggunakan peralatan penentu posisi GPS

dan video plotter.

Energi suara yang dilepas oleh side scan sonar sebagian diserap oleh dasar

perairan, sebagian lagi dipantulkan atau tersebar dengan kekuatan yang berbeda.

Perbedaan kekuatan pantulan ini menyebabkan terjadinya perbedaan tampilan dari

objek yang memantulkan energi suara tersebut (http://en.wikipedia.org/wiki/Side-

scan_sonar, 3 Februari 2009). Contohnya batu dan logam akan memantulkan

energi yang lebih kuat sehingga menghasilkan gambaran yang lebih jelas dari

pada lumpur yang cenderung menyerap energi sehingga menciptakan pantulan

yang lemah dan gambaran yang kurang jelas (Gambar 1).

Side scan sonar mampu membedakan besar kecil partikel penyusun

permukaan dasar laut seperti batuan, lumpur, pasir, kerikil, atau tipe-tipe dasar

perairan lainnya. Instrumen ini mampu menangkap gelombang pasir atau riak-

riak kecil yang tingginya beberapa sentimeter serta mampu memberikan informasi

dengan rinci tentang kondisi topografi dasar tidak hanya pada posos persis di

bawah towfish namun juga pada kedua sisinya dengan baik.

Dalam survei hidrografi, side scan sonar mempunyai empat fungsi utama,

yaitu mendeteksi kapal karam dan bahaya navigasi, mendeteksi keberadaan dasar

laut, mendeteksi gerakan-gerakan dasar laut, dan mendapatkan kumpulan data

tekstur laut yang dapat dikombinasikan dengan contoh-contoh dasar laut (bottom

sampling) yang berguna untuk operasi kapal selam dan operasi ranjau.

Gambar 1. (a) Diagram Side Scan Sonar dan (b) Citra Side Scan Sonar

Sumber : http://en.wikipedia.org/wiki/Side-scan_sonar.

2.3 Instalasi Side Scan Sonar

2.3.1 Ketinggian towfish

Ketinggian towfish merupakan posisi towfish terhadap permukaan dan

dasar laut. Jika towfish dioperasikan dekat permukaan air maka surface return

terekam lebih dekat terhadap output pulsa dibandingkan dengan bottom return dan

begitu sebaliknya. Saat towfish dioperasikan jauh dari permukaan air maka

surface return terekam menjauhi terhadap output pulsa dibandingkan dengan

bottom return.

Ketinggian towfish di atas dasar laut merupakan salah satu faktor penting

yang dapat mempengaruhi tampilan sonar. Melayangnya towfish yang terlalu

tinggi dari dasar laut mengakibatkan hilangnya gambar yang bagus karena adanya

celah diantara side lobes. Towfish yang terlalu rendah akan mengurangi jarak

akibatnya hanya tepi bagian main beam yang mencapainya,

Cara memberikan bayangan kontak yang baik, diperlukan keseimbangan

antara jarak dan syarat-syarat keselamatan. Umumnya towfish harus berjarak dari

dasar 10-20% dari jarak yang digunakan. Sebagai contoh, jika jaraknya 300

meter, maka towfish harus berjarak 30-50 meter dari dasar laut.

2.3.2 Jarak horizontal towfish

Pada saat perekaman, sounding boat bergerak sejajar mengikuti arah atau

haluan dari objek yang terdeteksi. Pada saat perekaman, harus ada dilakukan

koreksi jarak horizontal dari antena sampai ke towfish. Jarak towfish terhadap

objek akan mempengaruhi interpretasi rekaman akibat adanya slant range. Hal

tersebut akan menimbulkan suatu kompresi atau distorsi, kemudian

mempengaruhi objek dan posisi objek.

2.3.3 Pemakaian range scale

Pengaturan range scale yang tepat berfungsi untuk menghindari terjadinya

second sweep return. Sebagai contoh range scale di set 150 meter berarti

rekaman sonar maksimum di kertas adalah berjarak 150 meter di bagian kanan

dan kiri.

Jarak tersebut tidak menjamin bahwa towfish tidak menerima pulse return

dari objek di luar jarak 150 meter. Misalkan ada objek pada jarak 170 meter dan

termasuk klarifikasi strong objek dimana range scale yang dipakai 150 meter,

maka objek akan terekam pada jarak 20 meter.

2.4 Prinsip Kerja Side Scan Sonar

Secara umum prinsip kerja side scan sonar digambarkan sesuai dengan

Gambar 2. Pulsa listrik yang dihasilkan oleh recorder dikirim ke towfish melalui

towcable. Pulsa-pulsa listrik tersebut diubah menjadi energi mekanik. Hasil

perubahan tersebut berupa sinyal ultrasonic yang kemudian dipancarkan ke dasar

laut. Kemudian sinyal ultrasonic tersebut dipantulkan kembali oleh dasar laut dan

diterima towfish. Interval waktu dari pengembalian sinyal tesebut tergantung dari

jarak antara towfish dengan titik pemantulannya. Selain itu besarnya amplitudo

dan frekuensi sinyal ultrasonic, juga berbeda sesuai dengan jenis objek yang

memantulkan sinyal ultrasonic tersebut.

Sinyal ultrasonic yang diterima oleh towfish dirubah kembali menjadi

pulsa-pulsa listrik dan diteruskan ke recorder, selanjutnya direkam pada kertas

recorder yang terdapat di dalamnya. Hasil rekaman yang terdapat pada kertas

recorder kemudian diinterpretasikan jenis objek di dasar laut atau keadaan

topografi dasar laut.

Gambar 2. Blok Diagram Prinsip Kerja Side Scan Sonar

2.5 Interpretasi Citra Side Scan Sonar

Pengolahan citra Side Scan Sonar terdiri dari dua tahapan, yaitu real time

processing dan post processing. Tujuan real time processing adalah untuk

memberikan koreksi selama pencitraan berlangsung sedangkan tujuan post

processing adalah meningkatkan pemahaman akan suatu objek melalui

interprestasi (Mahyuddin, 2008 dalam Edi, 2009). Interpretasi pada post

processing dapat dilakukan secara kualitatif maupun kuantitatif. Interpretasi

secara kualitatif dilakukan untuk mendapatkan sifat fisik material dan bentuk

objek, baik dengan mengetahui derajat kehitaman (hue saturation), bentuk

(shape) maupun ukuran (size) dari objek atau target. Secara umum, berdasarkan

bentuk eksternalnya, target dapat dibedakan menjadi buatan manusia (man made

targets) atau objek alam (natural targets). Pada umunya, objek buatan manusia

memiliki bentuk yang tidak beraturan (Klein Associates Inc, 1985).

Interprestasi secara kuantitatif bertujuan untuk mendefinisikan hubungan

antara posisi kapal, posisi towfish dan posisi objek sehingga diperoleh besaran

horisontal dan besaran vertikal. Besaran horisontal meliputi nilai posisi objek

ketika lintasan towfish sejajar dengan lintasan kapal maupun ketika lintasan

dengan towfish membentuk sudut. Besaran vertikal meliputi tinggi objek dari asar

laut serta kedalaman objek (Mahyuddin, 2008).

Pada dasarnya, prinsip penginterpretasian ini sama dengan

penginterpretasian pada penginderaan jarak jauh, yaitu dengan menggunakan

kunci-kunci interpretasi. Kunci-kunci interpretasi yang dapat digunakan adalah

bentuk (shape), ukuran (size), bayangan (shadow), derajat kehitaman (tone),

tekstur, dan pola (pattern). Kesempurnaan interpretasi citra side scan sonar

ditentukan oleh tiga faktor yaitu tuning recorder (light or dark), towing operation,

dan operator skill. Ketiga faktor tersebut sangat berpengaruh terhadap

penginterpretasian citra side scan sonar. Human skill ikut menentukan hasil

analisa rekaman side scan sonar. Sebagai contoh, operator/surveyor mampu

membedakan projection dan depression. Projection adalah objek yang timbul

dari dasar laut, sedangkan depression adalah cekungan yang berada di dasar laut.

2.6 Sedimen Dasar Laut

Sedimen adalah kerak bumi (regolith) yang ditransportasikan melalui

suatu proses hidrologi dari suatu tempat ke tempat lain, baik secara vertikal

maupun secara horizontal. Proses sedimentasi diperairan meliputi rangkaian

pelepasan (detachment), pengangkutan (transportation), dan pengendapan

(deposition) dari partikel-partikel sedimen. Proses pengangkutan meliputi empat

cara yaitu butiran dalam bentuk tersuspensi (suspension), melompat (saltation),

berputar (rolling), dan menggelinding (slidding). Selanjutnya butiran-butiran

tersebut mengendap akibat aliran air tidak dapat mempertahankan geraknya

(Friedman dan Sanders, 1978). Ukuran partikel-partikel sedimen sangat

ditentukan oleh sifat-sidat fisik mereka dan akibatnya sedimen yang terdapat

diberbagai tempat di dunia mempunyai sifat yang sangat berbeda satu dengan

lainnya. Contohnya sebagian besar dasar laut yang dalam ditutupi oleh jenis-jenis

partikel yang berbutir halus yang terdiri dari sedimen halus, sedangkan hamper

semua pantai ditutupi oleh jenis partikel yang berbutir kasar yang terdiri dari

sedimen kasar (Hutabarat dan Evans, 2000).

Ukuran-ukuran partikel sedimen merupakan suatu cara yang mudah untuk

menentukan klasifikasi sedimen. Menurut Wentworth (1992), sedimen berukuran

besar yang berdiameter 256 mm diklasifikasikan ke dalam boulder (batu

berukuran besar yang berasal dari kikisan arus air), sand (pasir) adalah partikel

yang berukuran diameter 0.063-2 mm, silt (lanau) partikel yang berdiameter

0.063-0.004 mm dan clay (lempung) adalah partikel yang berdiameter lebih kecil

dari 0.004 mm. Berikut klasifikasi sedimen berdasarkan ukuran partikelnya (Tabel

1).

Sedimen dapat diklasifikasikan menurut asal dan ukuran partikelnya.

Menurut asalnya sedimen dapat digolongkan menjadi tiga bagian yaitu

lithogenous, biogenous, dan hydrogenous (Gross, 1993). Sedimen yang berasal

dari batuan (lithogenous) umumnya berupa mineral silikat yang berasal dari

hancuran batuan. Sedimen yang berasal dari organisme (biogenous) berupa sisa-

sia tulang, gigi, atau cangkang organisme yang dapat digolongkan kedalam dua

tipe utama yaitu tipe calcareous dan siliceous, dan sedimen yang dibentuk dari

hasil reaksi kimia yang terjadi di laut (hydrogenous).

Ukuran partikel dapat digunakan untuk menjelaskan cara pengangkutan

dan seberapa jauh partikel tersebut terbawa aliran sebelum diendapkan. Partikel

yang berukuran besar akan diendapkan di daerah dekat pantai, sedangkan partikel

yang lebih halus akan diendapkan pada daerah yang lebih jauh karena adanya

aktivitas arus dan gelombang. Partikel halus yang terdiri dari lanau dan lempung

akan terbawa ke arah laut dan diendapkan pada kedalaman dimana aktifitas

gelombang tidak cukup kuat untuk mengaduk atau mengikis dasar perairan

(Gross, 1993). Nybakken (1992) menambahkan bahwa substrat berpasir

umumnya dijumpai didaerah estuaria yang pengaruh arusnya kuat, karena hanya

partikel yang berukuran besar yang akan lebih cepat mengendap sedangkan

partikel yang berukuran kecil akan dipertahankan dalam suspense dan terbawa

ketempat lain mengikuti arus dan gelombang.

Tabel 1. Ukuran partikel Sedimen Skala Wentworth (1992) dalam Stowie (1943)Fraksi Sedimen Partikel Sedimen Diameter (mm)

Boulder 256Cobble 64Pebble 4Granule 2

Sand

Very coarse sand 1Coarse sand ½Medium Sand ¼Fine Sand 1/8Very fine sand 1/16

Silt

Coarse Silt 1/32Medium Silt 1/64Fine Silt 1/128Very Fine silt 1/256

Clay

Coarse clay 1/640Medium clay 1/1024Fine Clay 1/2360Very Fine clay 1/4096

2.7 Kecepatan Suara

Kecepatan suara adalah istilah yang digunakan untuk menyebut kecepatan

gelombang suara yang melalui medium elastis. Kecepatan ini dapat berbeda

tergantung medium yang dilewati (misalnya suara lebih cepat melalui udara

daripada air), sifat-sifat medium tersebut, dan suhu. Namun, istilah ini lebih

banyak dipakai untuk kecepatan suara di udara. Pada ketinggian air laut, dengan

suhu 21 °C dan kondisi atmosfer normal, kecepatan suara adalah 344 m/detik atau

1238 km/jam (http://id.wikipedia.org/wiki/Kecepatan_suara, 2 November 2009).

Kemampuan dasar laut dalam mendukung suatu objek tergantung pada

elastisitasnya, yaitu bulk modulus E dan modulus of rigity G. Hal ini terkait

dengan kompresi dan kecepatan gelombang c dan cs, dimana ρ adalah densitas.

Kecepatan suara pada sedimen bergantung pada tekanan dan suhu ( Hamilton,

1963 dalam Clay dan Medwin, 1977). Dengan asusmsi sederhana, dimana

kecepatan suara di dalam sedimen dan air pada kedalaman z, suhu in situ dan

salinitas adalah c(z) dan cw(z); kecepatan suara pada tekanan 1 atm, salinitas in

situ, dan suhu referensi c(0) dan cw(0). Pengukuran c(0) dan cw(0) dilakukan

dengan mentransmisikan ultrasonic ping melalui beberapa centimeter pada

sample. Menurut Horton (1974), ketergantungan c(z) pada frekuensi akan

diabaikan.

(1)

Nilai porositas n, densitas ρ dan compressional velocity c dari berbagai

jenis sedimen dapat dilihat pada tabel 2 (Hamilton, 1971a dalam Clay dan

Medwin, 1977). Pengukuran ini dilakukan di laboratorium menggunakan suhu 23̊̊

C dan tekanan 1 atm.

Target yang diduga pipa memiliki nilai densitas ρ dan compressional

velocity c yang tinggi, yaitu sebesar 8030 kg/cm3 dan 2580 m/s (AK Steel

Corporation, 2007).

Tabel 2. Hasil Pengukuran Rata-rata dan Perhitungan Elastik Konstan pada berbagai jenis Sedimen

JenisHasil Pengukuran Hasil Perhitungan

n ρ c E Σ G cs

Continental Terace (shelf and slope) Sand Coarse 38.6 2.03 1836 6.6859 0.491 0.1289 250 Sand Fine 43.9 1.98 1742 5.6877 0.469 0.3212 382 Sand Very Fine 47.4 1.91 1711 5.1182 0.453 0.5035 503 Silty Sand 52.8 1.83 1677 4.6812 0.457 0.3926 457

Sandy silt 68.3 1.56 1552 3.4152 0.461 0.2809 379 Sandy-silt-clay 67.5 1.58 1578 3.5781 0.463 0.2731 409 Calyey silt 75.0 1.43 1535 3.1720 0.478 0.1427 364 Silt claye 76.0 1.42 1519 3.1476 0.480 0.1323 287Abyssal plain (turbidite) Clayey silt 78.6 1.38 1535 3.0561 0.477 0.1435 312 Silty clay 85.8 1.24 1521 2.7772 0.486 0.0773 240 Clay 85.8 1.26 1505 2.7805 0.491 0.0483 196Abyssal plain (pelagic) Clayey silt 76.4 1.41 1531 3.1213 0.478 0.1408 312 Silty clay 79.4 1.37 1507 3.0316 0.487 0.0795 232 Clay 77.5 1.42 1491 3.0781 0.491 0.0544 195Sumber : Hamilton (1971a) dalam Clay dan Medwin (1977)

Keterangan:

n = porositas (%)

ρ = densitas (g/cm3; Mg/m3, dimana M = 106)

c = compressional wave (sound) velocity (m/s)

E = bulk Modulus (GN/m2, dimana G = 109)

σ = Rasio Poisson, dimana σ = (3E - ρc2)/( 3E + ρc2)

G = Rigity Modulus, dimana G = [(ρc2-E)3]/4 (GN/m2)

cs = shear wave velocity, dimana cs = (G/ρ)1/2 (m/s)