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 :

{ }( ){ }Ht

tBE==

(2.5)

{ }( ){ }EtE

tDJH +=

+= (2.6)

Dengan menggunakan persamaan Maxwell di atas, dapat diturunkan

persamaan gelombang elektromagnetik sebagai berikut :

02

22 =

tEE

(2.7)

022

2 =

tEH

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-target-

penerima. 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 : http://www.geo-sense.com/methods.html

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.

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.

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

T R2 R3 R4 R1

Trace

Trace 1

T R T R

digerakkan saling menjauh, metode ini digunakan untuk mengatasi kelemahan

asumsi yang dimiliki oleh metode WARR.

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.

Gambar 2.6 Radar Tomography sounding

T1

R4

R3

R2

R1

T3 R3 R2 R1 T1 T2

)Gn4W=ZDFn/zL