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.

Gambar1. Peta distribusi peralatan Seismograph

LIBRA : 104 Stasiun

JISNET : 19 Stasiun

GFZ (Jerman) : 21 Stasiun.

CEA (China) : 11 Stasiun

CTBTO : 6 Stasiun

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 Warna

Kondisi Definisi Penjelasan

Baik Stasiun ini dapat digunakan untuk monitoring InaTews

• 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

Sedang Stasiun ini masih

dapat digunakan untuk monitoring InaTews, namun ada kendala teknis pada chanel horisontal

• 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

Rusak Stasiun ini tidak dapat digunakan karena semua chanel ada kerusakan

• 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

Kesalahan Metadata

Stasiun ini masih dapat digunakan untuk monitoring InaTews, namun ada kesalahan metadata

• 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

Mati Stasiun ini tidak dapat digunakan karena tidak tersedia data di server

• 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.