oseanika - ejurnal2.bppt.go.id
TRANSCRIPT
OSEANIKA Jurnal Riset dan Rekayasa Kelautan
Diterbitkan Oleh:
Balai Teknologi Survei Kelautan
Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi
ISSN XXXX-XXXX
VOL. 1 NO.1 APRIL 2020
OSEANIKA Jurnal Riset dan Rekayasa Kelautan
Diterbitkan Oleh:
Balai Teknologi Survei Kelautan
Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi
ISSN XXXX-XXXX
VOL. 1 NO.1 APRIL 2020
i
VOLUME 1 NOMOR 1 APRIL 2020
Jurnal Riset dan Rekayasa Kelautan OSEANIKA
…….
EDITORIAL TEAM
EDITOR-IN CHIEF
Dr. Ir. Agus Sudaryanto, MSc. (Balai Teknologi Survei Kelautan, Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi, Indonesia)
EDITORIAL BOARD
Dr M. Ilyas, ST., MSc. (Balai Teknologi Survei Kelautan, Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi, Indonesia)
Dr. Ali, ST. MSi. (Balai Teknologi Survei Kelautan, Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi, Indonesia)
Ir. Muhamad Irfan, MEng. (Balai Teknologi Survei Kelautan, Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi, Indonesia)
Ikhsan Budi Wahyono, ST., MSi. (Balai Teknologi Survei Kelautan, Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi, Indonesia)
Adi Slamet Riyadi, ST, MSc. (Balai Teknologi Survei Kelautan, Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi, Indonesia)
PEER REVIEWER
Dr. Ali, ST. MSi. (Balai Teknologi Survei Kelautan, Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi, Indonesia)
Dr. Endro Soeyanto, SSi., MSc. (Balai Teknologi Survei Kelautan, Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi, Indonesia)
Dr. Ir. Imam Mudita, MSc. (Pusat Teknologi Pengembangan Sumberdaya Wilayah, Badan Pengkajian dan Penerapan
Teknologi, Indonesia)
Rahadian SSi, MT. (Balai Teknologi Survei Kelautan, Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi, Indonesia)
Xerandy ST., MSc. (Balai Teknologi Survei Kelautan, Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi, Indonesia)
Dr. Sakdullah, ST., MSc. (Ditjen Pengendalian Pencemaran dan Kerusakan Lingkungan, Kementerian Lingkungan
Hidup dan Kehutanan, Indonesia)
Dr. Djoko Hartoyo, ST., MSc. (Kementerian Koordinator Kemaritiman dan Investasi)
ii
VOLUME 1 NOMOR 1 APRIL 2020
Jurnal Riset dan Rekayasa Kelautan OSEANIKA
…….
EDITORIAL ASSISTANT
Belinda Febri Rahmawati, S.I.P. (Balai Teknologi Survei Kelautan, Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi, Indonesia)
Yohanes Christian (Balai Teknologi Survei Kelautan, Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi, Indonesia)
Rahmat Ridwan (Balai Teknologi Survei Kelautan, Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi, Indonesia)
SECRETARIAT
Suyatmin, ST., MT. (Balai Teknologi Survei Kelautan, Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi, Indonesia)
Adi Slamet Riyadi, ST., MSc. (Balai Teknologi Survei Kelautan, Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi, Indonesia)
Rizki Adi Nugroho, S.Kom. (Balai Teknologi Survei Kelautan, Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi, Indonesia)
Alamat Redaksi:
Balai Teknologi Survei Kelautan
Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi
Jl. MH. Thamrin 8, Jakarta – 10340
Phone: +62-21-316924
Fax: +62-21-3108149
E-mail: [email protected]
iii
VOLUME 1 NOMOR 1 APRIL 2020
Jurnal Riset dan Rekayasa Kelautan OSEANIKA
…….
KATA PENGANTAR
Pada kesempatan ini, Redaksi Oseanika: Jurnal Riset dan Rekayasa Kelautan yang
diterbitkan oleh Balai Teknologi Survei Kelautana (Badan Pengkajian dan Penerapan
Teknologi) menyampaikan dengan senang hati bahwa jurnal ini telah hadir perdana
untuk para pembaca melalui Vol. 1, No. 1, April 2020. Oseanika adalah jurnal ilmiah
online yang dikelola melalui platform Open Access Journal (OJS), merupakan jurnal
peer-review nasional yang dapat ditulis baik dalam Bahasa Indonesia maupun Bahasa
Inggris, dan menyediakan akses gratis bagi para penulis untuk menuangkan pemikiran,
hasil penelitian, pengembangan, inovasi dan penemuan asli dalam topik yang terkait
kelautan, serta terbit dua kali setahun.
Dalam edisi ini, Oseanika memuat 5 buah artikel yang berisi informasi maupun
gagasan yang berasal dari kajian penelitian, pengembangan dan kerekayasaan serta
tinjauan aspek ilmu dan teknologi kelautan yang bersifat ilmiah. Pada artikel pertama,
Hendra Kurnia Febriawan mencoba melakukan penelitian apakah penggunaan teknologi
sistem sonar yang berbiaya rendah (low-cost side scan sonar) dapat digunakan untuk
penentuan obyek bawah air pada perairan dangkal seperti muara sungai dimana wilayah
ini sering ditemui kesulitan dalam upaya pemetaan dasar perairan; artikel kedua, Dwi
Haryanto dan koleganya menyampaikan temuan menarik dari hasil pemetaan dasar laut
di perairan Sangihe Talaud menggunakan teknologi multibeam echosunder Seabeam
(MBES) 1050D dan wahana KR. Baruna Jaya IV, BPPT melalui Program INDEX
SATAL kerjasama dengan Kapal Riset Okeanos Explorer dari NOAA – Amerika
Serikat; artikel ke-3 Muhammad Irfan menyampaikan tinjauan (review) terhadap sistem
navigasi yang belum banyak dikenal namun sudah banyak digunakan yaitu apa yang
dikenal sebagai sistem navigasi inersial atau INS (inertial navigation system) dimana
kombinasinya dengan GPS menghasilkan sistem navigasi inersial terintegrasi yang
dapat memberikan data navigasi menjadi akurat dan kontinyu; sedangkan artikel ke-4
yaitu oleh Djunaidi Muljawan dan kolega melakuan penelitian untuk mengetahui sudut
simpangan roll, pitch dan yaw dari pemasangan transduser MBES KR. Baruna Jaya I
melalui kalibrasi Patch Test, dimana melalui studi ini informasi kesejajaran transduser
terhadap sistem koordinat kapal sangat diperlukan untuk menghadirkan kualitas data
yang terpercaya untuk sistem MBES yang baru dipasang pada kapal; serta terakhir
Dwitya Harits Waskito dalam penelitiannya mencoba untuk melihat perhitungan
performa sistem propulsi sebuah kapal secara real-time dan analitik dimana hal ini
sangat penting untuk dapat mengukur kualitas dan efisiensi dari komponen yang ada
pada sistem propulsi kapal itu sendiri.
iv
VOLUME 1 NOMOR 1 APRIL 2020
Jurnal Riset dan Rekayasa Kelautan OSEANIKA
…….
Akhir kata, kami ingin mengucapkan terima kasih kepada penulis, editor dan
mitra bestari, serta semua pihak yang telah bekerja sangat keras dan membantu untuk
menjaga kualitas isi artikel dan terwujudnya penerbitan Oseanika edisi ini. Kami
berharap semua artikel yang ditampilkan dalam edisi ini terbukti bermanfaat bagi
seluruh pembaca dan memberikan sumbangsih untuk pengkayaan, pengembangan dan
kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi.
Jakarta, 29 April 2020
Editor-in Chief
v
VOLUME 1 NOMOR 1 APRIL 2020
Jurnal Riset dan Rekayasa Kelautan OSEANIKA
…….
UCAPAN TERIMA KASIH KEPADA MITRA BESTARI
Redaktur Pelaksana Oseanika: Jurnal Riset dan Rekayasa Kelautan mengucapkan terima
kasih kepada para mitra bestari (reviewer) yang telah menyumbangkan waktu dan
keahliannya untuk melakukaan proses penelaahan (review) artikel yang telah dikirimkan
ke Oseanika dan diantaranya telah terbit pada Oseanika: Jurnal Riset dan Rekayasa
Kelautan, Vol. 1 No.1, Bulan April, 2020, yaitu:
1. Dr. Ali, ST. MSi.
(Balai Teknologi Survei Kelautan, Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi,
Indonesia)
2. Dr. Endro Soeyanto, SSi., MSc.
(Balai Teknologi Survei Kelautan, Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi,
Indonesia)
3. Dr. Ir. Imam Mudita, MSc.
(Pusat Teknologi Pengembangan Sumberdaya Wilayah, Badan Pengkajian dan
Penerapan Teknologi, Indonesia)
4. Rahadian SSi, MT.
(Balai Teknologi Survei Kelautan, Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi,
Indonesia)
5. Xerandy ST., MSc.
(Balai Teknologi Survei Kelautan, Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi,
Indonesia)
6. Dr. Ir. Agus Sudaryanto, MSc.
(Balai Teknologi Survei Kelautan, Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi,
Indonesia)
vi
VOLUME 1 NOMOR 1 APRIL 2020
Jurnal Riset dan Rekayasa Kelautan OSEANIKA
…….
DAFTAR ISI
EDITORIAL TEAM ........................................................................................................i
KATA PENGANTAR ................................................................................................... iii
UCAPAN TERIMA KASIH KEPADA MITRA BESTARI ........................................ v
DAFTAR ISI ...................................................................................................................vi
ASSESSMENT OF A LOW-COST SIDE-SCAN SONAR FOR RIVER
ESTUARY UNDERWATER IMAGING ........................................................................... 1-13 Hendra Kurnia Febriawan
SEABED TOPOGRAPHY MAPPING IN SANGIHE TALAUD WATERS
USING MULTIBEAM ECHOSOUNDER ..................................................................... 14-25 Dwi Haryanto, Muhamad Irfan, Taufan Wiguna and Hendra Kurnia Febriawan
MODEL SISTEM NAVIGASI INERSIAL: SEBUAH TINJAUAN .................... 26-38 Muhamad Irfan dan Dwi Haryanto
KALIBRASI PATCH TEST UNTUK MULTIBEAM ECHO SOUNDER
LAUT DALAM DI KR BARUNA JAYA-1 .................................................................... 39-51 Djunaedi Muljawan, Dwi Haryanto dan M. Ilyas
ESTIMASI PERFORMA SISTEM PROPULSI PADA KAPAL DENGAN
TIPE CONTROLLABLE PITCH PROPELLER ............................................................ 52-61 Dwitya Harits Waskito
1
ASSESSMENT OF A LOW-COST SIDE-SCAN SONAR FOR
RIVER ESTUARY UNDERWATER IMAGING
PENGKAJIAN SIDE-SCAN SONAR BERBIAYA RENDAH UNTUK
PEMETAAN BAWAH AIR MUARA SUNGAI
Hendra Kurnia Febriawan
1*
1Laboratory for Marine Survey Technology, Agency for Assessment and Application of
Technology (BPPT), Jakarta, 10340, Indonesia
*E-mail : [email protected]
ABSTRACT
River and estuary areas commonly exhibit complex and heterogeneous habitats. Thus, revealing
the distribution of riverbed morphologies could promote the area management and habitats
protection. Since the remote sensing method and manual survey are limited to use, side-scan sonar
performs an expectant outcome in underwater habitat imaging. In shallow water and stream areas,
low-cost side-scan sonar imaging has become a notable subject of study, yet its use in Indonesia is
still limited. This study describes an investigation of the use of a recreational-grade side-scan sonar
for stream underwater imaging. A visual inspection and interpretation were implemented using a
free-cost sonar software. The result shows some underwater objects and debris could be portrayed
perfectly and this indicates that the inexpensive sonar system is appropriate to be used in shallow
water and stream areas with a non-rough sea surface. It is suggested that this system could provide
a satisfactory product to the users who do not require high accuracy and high resolution of
riverbed imagery.
Keywords: estuary, river, underwater mapping, acoustic remote sensing, low-cost, side-scan
sonar.
ABSTRAK
[Pengkajian Side-Scan Sonar Berbiaya Rendah untuk Pemetaan Bawah Air Muara Sungai]
Area sungai dan muara pada umumnya memiliki habitat yang kompleks dan heterogen. Untuk itu,
pengungkapan distribusi morfologi dasar sungai dapat mendorong pengelolaan kawasan dan
perlindungan habitat di area tersebut. Dikarenakan metode penginderaan jauh dan survei manual
memiliki keterbatasan, side-scan sonar dapat menampilkan hasil yang dapat diandalkan dalam
pemetaan habitat bawah air. Di area perairan dangkal dan sungai, pemetaan side-scan sonar
menggunakan alat yang berbiaya rendah telah menjadi topik penelitian yang penting, walaupun
penggunaannya di Indonesia masih terbatas. Penelitian ini menggambarkan investigasi
penggunakan side-scan sonar tipe rekreasi untuk pemetaan bawah air di area muara sungai.
Inspeksi dan interpretasi visual dilakukan menggunakan perangkat lunak yang didapatkan secara
bebas. Hasil penelitian menunjukkan bahwa beberapa objek bawah air dan juga debris dapat
dipetakan dengan baik dan ini juga mengindikasikan bahwa sistem sonar yang berbiaya rendah
tersebut sesuai untuk digunakan pada perairan dangkal seperti muara sungai dengan permukaan
air yang tenang. Disarankan juga bahwa sistem tersebut dapat menghasilkan produk pemetaan
bawah air yang dapat meyakinkan pengguna yang tidak terlalu membutuhkan hasil dengan
akurasi dan resolusi yang tinggi.
Kata Kunci: muara, sungai, pemetaan bawah air, penginderaan jauh, akustik, murah, side-scan
sonar
2 Oseanika: Jurnal Riset dan Rekayasa Kelautan Volume 1 Nomor 1 Tahun 2020
1. INTRODUCTION
Divergent and various habitats exist in the estuary and streams areas. Buscombe
(2017), Kaeser et al. (2013), and Hasan et al. (2012) asserted that mapping the spatial
distribution of riverbed substrates and morphologies is essential to support the
ecosystem-based management and protection of these areas since these areas are
vulnerable to the damage due to natural and human activities. However, both in-situ
survey and satellite remote sensing technique are time and cost consuming due to the
complexity of this area and natural barriers such as reachability of the location and
water column remote sensing signal penetration (Kaeser et al., 2013). Additionally,
Kaeser & Litts (2010) also added that although LiDAR which is an active remote
sensing system can provide a dense and accurate elevation and depth for the shallow
water, this system has a limitation in canopy cover. Thus, this system is ineffective in
river areas.
Conversely, underwater acoustic-based remote sensing technologies provide a
sufficient outcome in the underwater mapping of stream areas. Echosounder (multibeam
and singlebeam) and side-scan sonar are two of the most popular of those technologies.
Although multibeam echosounder can cover a wide area and provide accurate depth
information, side-scan sonar offers a better spatial resolution to less than 10 cm (Diaz et
al., 2004). Thus, side-scan sonar is more suitable to portray and provide high-resolution
underwater imagery. Buscombe (2017) asserted that side-scan sonar allows a good
result to map the fluvial and estuarine areas; to quantify the bottom substrates and
morphologies; and to map underwater structures such as cables, pipelines, and wrecks.
Though its use is defied due to the complexity condition of river areas (Buscombe et al.,
2014).
Albeit the survey-grade of side-scan sonar has been used many years in broad
sectors from industry to scientific purposes, it has some challenges. First, the industry-
grade sonar system is expensive and costs around up to ~$20,000. Secondly, this system
commonly uses a towing transducer (tow-fish) during the survey and to record the data.
Thus, it is not convenient for shallow water and complex areas such as river and
estuarine due to the potential crash to the underwater hazards (Kaeser et al., 2013;
Cummings, 2015).
On the other hand, recreational-grade of side-scan sonar has started to become an
alternative solution in alluvial underwater mapping. Initially, recreational-grade of sonar
products such as Humminbird, Lowrance, and Garmin were used only for fishing
purposes since it can portray a better fish schools coverage in the water column and
near-bed than the fish finder. However, its use then more extensive to more scientific
purposes such as morphological mapping and underwater structures monitoring. This
sonar system has more flexible capabilities than the industrial-grade version. First of all,
the recreational-grade sonar system is affordable. To illustrate, one unit of Humminbird
Side Imaging (SI) system only costs ranging from ~$500 to $2,000. Additionally, its
transducer can be side mounted using a pole which makes the survey operation becomes
more trouble-free. It also offers adequate results and has been used in several studies
(Kaeser et al., 2013; Kaeser & Litts, 2010; Cummings, 2015). Other research also
shows that this low-cost sonar system can provide an acceptable outcome. For instance,
Parnum et al. (2017) used Humminbird sonar system in a wreck survey in the Swan
River (Western Australia) and seabed geomorphological mapping in the Sunshine
Coast, Queensland. Greene et al. (2018) also used this sonar system in the study of
seagrass monitoring in the shallow water area. In addition, free-cost sonar viewer
3
software such as HumViewer also offers a promising solution to initial inspect and
interpret the sonar data.
Although the study and assessment of the low-cost side-scan sonar system have
been carried out worldwide, there is limited such research in Indonesia’s river and
estuary areas. For that reasons, this study tries to investigate the capabilities of a
Humminbird Side Imaging (SI) Sonar for underwater imaging and mapping in one of
Indonesia’s stream areas. In addition, the HumViewer software was explored to view
and reply the sonar data and inspect the underwater objects. The underwater imaging
could reveal both natural phenomena (e.g., substrates and debris) and man-made
structures (e.g., wrecks and structures). Thus, it is expected that the low-cost side-scan
sonar can be an efficient alternative for underwater imaging and mapping, particularly
related to the river stream areas in Indonesia.
2. METHOD
2.1. Study Area
The study area is Glagah estuary river located in Kulon Progo District,
Yogyakarta Province, Indonesia and covering an area of about approximately 56,000 m2
from 7°54.5” S to 7°54.9” S and 110°05.018” E to 110°05.049” E (Figure 1). The study
area encompasses both natural process and man-made structures. The estuary river
characterizes with shallow water ranging from 3 m to less than 1 m. As peculiarize of
other common estuary areas, the end of the river shows very shallow water consists of
sediments accumulation from the river which is accumulated back due to the big waves
of the ocean. Thus, this location could not be passed by the survey boat. In addition, the
existing local fishing port consists of the jetty, riverbanks, and transportation facilities
such as bridge resulting the river as an ideal case for sonar study.
Figure 1. Map showing study area at Glagah River estuary, Kulon Progo.
2.2. Humminbird Side Imaging (SI) Sonar
This study used the Humminbird Helix 7 CHIRP SI G2N to record the sonar data.
According to Kaeser & Litts (2013), the Humminbird Helix 7 CHIRP SI sonar has two
options of underwater imaging: side imaging and down imaging. The Side Imaging
option allows users to get an accurate broad coverage of seabed imaging in two different
4 Oseanika: Jurnal Riset dan Rekayasa Kelautan Volume 1 Nomor 1 Tahun 2020
side (port and starboard) and could reach a total range of 60 meters side to side
(illustrated in blue in Figure 2). In addition, the Down Imaging offers a conform
coverage below the transducer and produce a 2D profile of seabed (depicted in yellow
and magenta in Figure 2). This option can reach a maximum depth of 30 meters below
the transducer.
Figure 2. Diagram of beam patterns in Humminbird SI (taken from: Humminbird
(2016)).
Parnum et al. (2017) asserted that there are two frequency options for Side-
Imaging operation (455 or 800 kHz). However, it seems that the built-in transducer of
Helix 7 only uses the 455 kHz of frequency. Although the 800 kHz can provide a
sharper signal return and resulting in the more vivid image, the 455 kHz is adequate to
be used in common applications. Kaeser & Litts (2013) also explained that the 455 kHz
of frequency could produce sonar imagery with 6 cm of pixel resolution. This resolution
is adequate in detecting and depicting underwater substrates and debris.
To avoid errors of the vertical and horizontal position of the transducer, Parnum et
al. (2017) suggested mounting the transducer with the same place of GNSS antenna
using a pole. This technique is suitable to be used in rivers or near-shore areas, which
haveshallow water and minimum effect of the vessel’s movement due to wave
influence. However, in some cases in using this sonar in deep water and require clearer
object imagery, it requires the transducer positioned as close as possible with the
seabed. Thus, in order to minimize the image distortion as an effect of the vessel’s
movement, the transducer can be mounted on a tow-fish with an extended cable which
similar to industrial-grade of side-scan sonar. This technique was also shown in
(Parnum et al., 2017).
2.3. Positioning System
Although the Humminbird Helix 7 SI provides an internal GPS receiver, an
external GPS receiver was used to avoid the sensor offset on the boat. A Furuno GP32
GPS receiver was used to provide the position during the survey. This GPS receiver
offers a capability to track not only the GPS satellites but also the WAAS satellites as
the positioning correction (DGPS). In addition, this unit also provides an option to
receive the DGPS beacon correction to increase the accuracy. The position and
navigation data can be outputted in NMEA 0183 format consisting of two standard
formats of GGA and GLL, which are suitable to be inputted to the Humminbird sonar
receiver. An additional cable was required to connect the GPS receiver to the
Humminbird sonar receiver. An example of this was shown by Africa et al. (2013) who
5
utilized this GPS receiver in their study regarding white sharks occurrence at Gansbaai,
South Africa using shark stall from diving boats. In their study, the Furuno GP32 was
used to determine the anchoring position to monitor the sharks.
2.4. Data Acquisition
Equipment trial and data acquisition were conducted in January 2019 at high tide
in the afternoon to avoid the grounded of the vessel due to shallow water and tide. A 5-
meter local fishing boat was used during the survey. This boat has a low draft
approximately 0.5 m below the water surface and suitable to be used in the shallow
water and river area. The Humminbird transducer was installed on the right side of the
boat by mounting it using a galvanized pole. The transducer was positioned 0.5 meters
below the water surface to avoid the signal obstruction from the boat hull. In addition,
the Furuno GPS antenna was also installed on the same pipe of the transducer on
approximately 3 meters above the water surface. This GPS receiver transmits latitude
and longitude positions in standard NMEA format through its data cable. An additional
connector cable of Humminbird receiver was provided to allow this GPS data can be
transmitted to the receiver. Hummingbird allows a straightforward solution in using an
external GPS receiver showed by no complicated settings inside the software menu. It
leads to the auto-detection of the position inside the Humminbird. This was resulting in
the imagery produced by the sonar does not contain sensor offset error. Moreover, a
Lowrance fish-finder was used during the survey to verify the depth information of the
Humminbird receiver. However, the depth data of the fish-finder was not recorded due
to the limitation of the connector cable. The sensors installation diagram and field
photograph can be seen in the Figure 3.
Figure 3. Equipment installation on board.
6 Oseanika: Jurnal Riset dan Rekayasa Kelautan Volume 1 Nomor 1 Tahun 2020
The Humminbird sonar has two options to capture the imagery: screen snapshot
and sonar recording. The study used a snapshot approach can be found in (Kaeser &
Litts, 2013), although their study explained both methods. However, the recording
option was chosen during the survey, and the Humminbird unit recorded the data
continuously using a micro SD storage card. This method was also used by (Hamill,
Buscombe, & Wheaton, 2018) in their study of river substrate mapping. In addition,
visual examination of the Humminbird recording screen was also conducted during the
survey. The photos of some essential structures which have extended objects in (e.g.,
pipeline, jetty, concrete riverbanks) were captured using a portable camera. These
photos then were compared with sonar image snapshots that contain these underwater
structures.
The continuous recording of sonar data during the survey allows more flexible
post-processing methods either reply-back the recording files and screenshot some
important information or using a post-processing software both industrial-standard
version (e.g., SonarWiz, CARIS HIPS SIPS) and low-cost version (e.g., HumViewer,
SonarTrx). Although the industrial-standard software offer more extensive tools and
more advanced capabilities in processing the sonar data (such as standard workflow of
side-scan sonar data processing and combination with other sensor data such as
multibeamechosounder), the low-cost version is adequate enough to process the raw
data, creating the mosaic, and plot the mosaic into common GIS software which can be
analyzed further. After data acquisition, the sonar files were downloaded from the micro
SD which then was replied and analyzed.
2.5. Image Viewer and Interpretation
The HumViewer software was used to reply and view the sonar files recorded on
the Humminbird sonar. This software can be freely downloaded from its official website
(http://humviewer.cm-johansen.dk/). This software offers several options to reply the
sonar data, to change the color display of the sonar and to take some screenshots of
important figures in the study area. Additionally, it allows the users to quantify the
length and estimate the height of the objects based on its shadow. Although this
software does not allow users to create a geo-referencing mosaic, it is adequate to
preliminary inspect and interpret the sonar image without an accurate result. For
example, Arney et al. (2017) used this software and has successfully assessed the
mobilization of adolescent fish in the artificial reef. Since the assessment of further
analysis of sonar data is not the concern of this paper and the geo-referenced mosaic is
not necessary, the snapshot images of important underwater objects were captured using
the HumViewer software.
Sonar imagery portrays underwater objects in amplitude (backscatter) differences.
This amplitude represents the strength of the reflected acoustic pulse. This returning
pulse then converted into differences in pixel tone (grey scale color level) on the image.
It is affected by several factors such as density of the object, surface and substrates type
that reflects the pulse, and grazing angle.
7
Figure 4. Illustration of acoustic signal transmission from the transducer (taken from:
Burguera & Oliver (2016)).
Kaeser & Litts (2013) explained that the grazing angle could influence the
amplitude in sonar imagery. This angle represents the angle at which the signal hits an
object or surface (incidence angle). Figure 4 can be used as the illustration, Burguera &
Oliver (2016) explained that the object P on the seafloor could be portrayed in the
image as a function of grazing angle (θ) and slant range (rs). A further object which
directly facing the transducer and has longer slant range would be portrayed brighter
than a closer object which facing an opposite direction to the transducer. In addition, the
same substrate composition will give different influence in the image. The edge of the
sandbar which facing the transducer will reflect more acoustic energy than the down-
slope of the sandbar resulting in the brighter tone on the image. The deficiency of
ground-truth data in this study leads to the uncertainty of the sediment substrates in that
area. Thus, the tone difference is not related to the substrates composition. Kaeser &
Litts (2013) also added that some degree of uncertainty exists in the interpretation of
sonar imagery. Thus, ground-truth data are prominent for verification. For instance,
Kaeser & Litts (2008) suggested that the ground-truth data would be useful to verify the
wood estimation in the sonar imagery in their study regarding deadhead logs
assessment.
Moreover, dense and hard objects such as wreck, rock boulders, or concrete
bridge abutments tend to reflect more sonar energy and depicted with brighter color in
the image. The soft substrates such as clay will give the darker tone in the image.
Conversely, hard substrates such as boulder rocks will be portrayed in a brighter tone in
the image. Additionally, flat surface will be depicted in a darker tone, and ripple surface
tends to have a brighter tone at the peak of the ripple and darker at the backside of the
ripple.
3. RESULT AND DISCUSSION
3.1. Sonar Files
The Humminbird SI sonar has an ability to record the sonar data in *.SON, *.IDX
and *.DAT format. Parnum et al. (2017) explained that *.SON files contain the 8-bit of
sonar data and *.IDX files indicate the indices of successive pings in corresponding to
the SON file. They also stated that *.DAT files comprise basic information about the
sonar such as time, position and sonar setting. Since the HumViewer only can view and
8 Oseanika: Jurnal Riset dan Rekayasa Kelautan Volume 1 Nomor 1 Tahun 2020
reply the sonar files so this software only can read the sonar files in *.DAT format.
There are other software (e.g., SonarTrx and ReefMaster) which have the capability to
process the sonar data in *.SON format and allow a more advanced stage such as
mosaicking and geo-referencing of sonar image.
3.2. Image Interpretation
The Humminbird SI imagery has similarity with common side-scan sonar
imagery. It exhibits some unique appearances such as non-linear distortion of the image
and noise on the image due to unstable transducer movement. In this regards, the use of
a tow-fish to mount the Humminbird’s transducer has more superiority to stabilize the
image than the side-mounted method since stabilization of tow-fish movement in the
water. However, this technique is much more risky to be used in shallow water and river
areas which have a fluctuate and unpredictable seabed. The Humminbird sonar imagery
depicts a coverage of 30 meters per side of the transducer. The Humminbird SI system
cannot give depth across the sonar swath and only record the vertical depth below the
transducer (nadir). Thus, extracting the depth and creating bathymetry from the sonar is
not possible. It is also stated in the International Hydrographic Bureau (2008) that side-
scan sonar is not recommended to measure the depth and is more to specify the
preliminary survey areas that need to be detailed afterward. In regards to image
interpretation in relation to the Humminbird SI and HumViewer, this study presents
several predominant findings during the survey.
3.2.1. Underwater Bridge Supports
Initially, the Humminbird SI was operated at surrounding of bridge abutments and
underwater pipeline in two adjacent directions. The screenshot of those objects
portrayed on the image can be seen in the Figure 5.
Figure 5. Underwater bridge supports and pipeline in the study area.
9
In order to interpret the sonar image, Kaeser & Litts (2013) suggests using the
bright and dark parts. Shadows could represent the height of the object with a taller
object will be depicted as a longer shadow. In addition, fish could also be portrayed as
shadows and these shadows could show their position (distance) from the seabed. In
addition to shadow, shades could also explain the seabed covers. A close and dense
terrain such as sediment, rocks, and step ascending terrain would be portrayed as bright
shades. Conversely, the soft returns (sand or mud) or descending terrain would be
depicted as dark shades.
Figure 5 shows that the shadows behind the bridge structures indicate that these
objects have a high dimension and reaching the water surface. This structure consists of
approximately 20 concrete abutments with a total dimension of 9.2 meters in length and
3.9 meters in width. The riverbank also depicts a narrower length near the bridge which
represents the bridge’s concrete structure from its natural riverbanks. There are some
rip-rap around the abutments as a remnantof its construction previously. Figure 5 also
depicts an underwater pipeline crossing the river. This pipeline has 2.4 meters of
diameter and consists of two parallel structures with its buffers. The two parallel
structures are separated 4 meters each other. Additionally in the sonar image, water
column represents important information that needs to be considered in interpreting the
image. Kaeser & Litts (2013) asserts that water column depicts the relative depth of the
water beneath the vessel nadir. Thus, in the transducer-mounted operation with a
relatively flat-water surface (e.g., river), the variations of water column width illustrate
the variations of the seabed terrain when the boat passes over. It is noticed from the
figure 5 that the water-column above the pipeline and the bridgechanges and decreasing
from 1 m to 3 m below the water surface. Presumably, the area of the pipeline has a
lower depth, and it goes deeper toward the bridge structures.
It also can be seen that the seabed between the bridge abutments and the pipeline
shows a non-flat surface depicted by a contrast tone from the bright surface to sharply
darker. It can be assumed that the darker area has a lower surface than the bright area
which blocked the acoustic signal from the transducer. This surface difference causes a
different grazing angle. On the other hand, this fluctuate area are possibly caused by
sediment changes due to river current. Although the ground-truth data of riverbed
substrates are not available in this study, it is predicted that this area consists of clay or
sand which showed by the dark-medium bright of tone in the image.
Side-scan sonar also could provide a promising result for bridge inspection and
monitoring, as can be seen in the Figure 5 that depicts a bridge structure. Traditionally,
bridge inspection employs certified divers to provide underwater photographs and a
detailed report including maintenance recommendation of the bridge. However, it leads
to some hazards and dangerous situations for the divers such as strong currents, limited
visibility, unpredictability debris, and dangerous marine wildlife. Thus, the underwater
acoustic technique can tackle those limitations. For instance, Laurent (2017) utilized
side-scan sonar to investigate the bed conditions and existing scour near the bridge.
Although it is not possible to quantify the bathymetry or scour near the structure since it
only provides a two-dimensional map without vertical/height information.
3.2.2. Jetty Supports, Debris, and Riverbank
The second trial was trying to capture a fishing jetty and some debris at
surroundings. It can be seen that during the survey, the vessel was passing around 12
meters left side of the riverbank. The left side of the transducer shows a darker tone
10 Oseanika: Jurnal Riset dan Rekayasa Kelautan Volume 1 Nomor 1 Tahun 2020
from 10 meters of distance upwards. It is presumably due to the close distance of the
transducer and seabed resulting the further seabed (objects) cannot be portrayed clearly.
Figure 6. Jetty supports and debris in the study area.
The Humminbird sonar also captured a fishing jetty (Figure 6). It is noticed in the
Figure 6, the jetty’s supports consist of two parallel abutments. Although its structure
longwise straightly, it is portrayed as a bending structure in the image. This is due to the
vessel’s movement when it crossed the structure. The HumViewer software depicts the
jetty has approximately 50 meters of length. Two debris in the first rectangle (Figure 6)
show a height of 0.5 meters and 0.4 meters from the bed respectively (calculated from
its shadow). Twelve meters of an unidentified object (shown inside rectangle 2) was
also captured and lies almost 1 meter from the seabed. However, this object does not
have shadow since it is located below the nadir (depicted in the water column). Thus,
the measurement of its height was conducted using the scale bar.
The riverbank and some debris were also portrayed as the third instance (Figure
7). It can be seen that the riverbank, which consists of dense concrete material without
any underwater space, is portrayed as a continuous straight line with a bright tone. This
bright tone is due to the strong signal of the sonar that reflected from this hard concrete
material (effect of grazing angle) as the boat passed 15 meters from the wall. The
riverbed at the location is relatively flat and shallow (identified with the short water
column around 1.5 meters below the transducer). This shallow depth caused the acoustic
signal to only cover a short distance on both sides of the transducer. As a result, the
riverbed in the left side and outside 10 meters of the transducer is portrayed in the
darker tone. This is possibly due to obstruction of the signal since the transducer was
mounted in the right side of the boat. In addition, two debris were identified in the
image near the nadir. This debris has a height of 0.5 meters and 0.1 meters from the
riverbed respectively.
11
Figure 7. Riverbank and debris in the study area.
3.3. Future Directions
Some lookout research opportunity of the low-cost side-scan sonar is widely
opened. The use of more advanced processing software such as SonarTrx can lead to a
more preferable outcome. This software provides some functions to process the sonar
files, create geo-referenced mosaics and generate maps which can be exported further
into some GIS software such as Global Mapper and ESRI ArcGIS. Furthermore,
textural features which can be derived from that sonar mosaics also can be another
promising topic. The Grey Level Co-occurrence Matrix (GLCM), which is second-order
texture features, becomes a prevalent subject in many studies of side-scan sonar image
segmentation. As can be found in (Lianantonakis & Petillot, 2007; Hamilton, 2015;
Buscombe, 2017; Hamill et al., 2018) who used these textures in sonar image analysis.
The combination of both first and second-order also showed a promising result in sonar
image classification (Febriawan et al., 2019). Those approaches can be applied using
low-cost sonar image in this study.
Moreover, the automated and computer-based segmentation and classification
techniques of sonar imagery recently become a favorite subject of study. This low-cost
and customized classification program allows the researchers to explore, combine, and
compare different algorithms of classification. Additionally, the development of
machine learning techniques can be a prominent topic in sonar imagery classification.
For instance, Doherty et al. (1989) used Decision Tree (DT) in sonar classification,
Rhinelander (2017) who explored sonar image classification using Support Vector
Machine (SVM), and Febriawan et al., (2019) who compared both DT and SVM based
classification of side-scan sonar mosaics. Other machine learning techniques such as
Random Forest and Naïve Bayes also can be another option to study. Those such
algorithms combination and comparison also can be another preference topic in low-
cost side-scan sonar.
12 Oseanika: Jurnal Riset dan Rekayasa Kelautan Volume 1 Nomor 1 Tahun 2020
4. CONCLUSION
This study tried to examine the use of a low-cost sonar system and a free-cost
sonar viewer software for the riverbed imaging and mapping. A Humminbird Helix 7
CHIRP SI G2N was utilized along with Furuno GP32 GPS receiver to record the sonar
data in a river estuary. A continuous record method was carried out to conduct a sonar
post-processing stage. Additionally, a visual interpretation and measurement were also
conducted using HumViewer software.
Some primary results were presented: Underwater Bridge Supports, Jetty
Supports, Debris and Riverbank. Results show that sonar imagery portrays the
underwater objects such as bridge abutments, jetty supports, and riverbank very clearly.
The riverbed topography also can be depicted vividly with bright and dark tone showing
the fluctuation of the bed. The HumViewer software also shows a promising capability
to inspect the sonar. This software can identify the underwater structures and debris and
measure its dimension. In addition, the height of the objects also can be obtained.
Although the accuracy of the measurement is unknown, it can be used for preliminary
investigation. It is suggested that the more credible result could be achieved with more
adequate processing software. However, this study has proven that a combination of a
recreational-grade side-scan sonar and free-cost sonar software can provide a promising
result for underwater imaging and mapping in the shallow water and stream areas.
REFERENCES
Africa, S., Towner, A. V, Underhill, L. G., Jewell, O. J. D., & Smale, M. J. (2013).
Environmental influences on the abundance and sexual composition of white
sharks Carcharodon carcharias in Gansbaai, South Africa. PLOS ONE, 8(8), 1–11.
https://doi.org/10.1371/journal.pone.0071197.
Arney, R. N., Froehlich, C. Y. M., & Kline, R. J. (2017). Recruitment patterns of
juvenile fish at an artificial reef area in the Gulf of Mexico. Marine and Coastal
Fisheries, 9(1), 79–92. https://doi.org/10.1080/19425120.2016.1265031.
Burguera, A., & Oliver, G. (2016). High-resolution underwater mapping using side-scan
sonar. PLoS ONE, 11(1), 1–41. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0146396.
Buscombe, D, Grams, P. E., & Kaplinski, M. A. (2014). Characterizing riverbed
sediment using high-frequency acoustics : 1 . Spectral properties of scattering.
Journal of Geophysical Research: Earth Surface, 2674–2691.
https://doi.org/10.1002/2014JF003189.Received.
Buscombe, Daniel. (2017). Shallow water benthic imaging and substrate
characterization using recreational-grade sidescan-sonar. Environmental
Modelling and Software, 89, 1–18. https://doi.org/10.1016/j.envsoft.2016.12.003.
Cummings, G. A. (2015). Habitat Suitability and Availability for Rainbow Trout
Oncorhynchus Mykiss in the Canyon Reservoir Tailrace and Evaluation of Side
Scan Sonar for Habitat Mapping in a Semi-wadable River. M.S. thesis, Texas
State University.
Diaz, R. J., Solan, M., & Valente, R. M. (2004). A review of approaches for classifying
benthic habitats and evaluating habitat quality. Journal of Environmental
Management, 73, 165–181. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2004.06.004.
Doherty, M. F., Landowski, J. G., Maynard, P. F., Uber, G. T., Fries, D. W., & Maltz, F.
H. (1989). Side scan sonar object classification algorithms. In Proceedings of the
6th International Symposium on Unmanned Untethered Submersible Technology
13
(pp. 417–424). Durham, NH, USA, USA: IEEE.
https://doi.org/10.1109/UUST.1989.754734.
Febriawan, H. K., Helmholz, P., & Parnum, I. M. (2019). Support Vector Machine and
Decision Tree based classification of side-scan sonar mosaics using textural
features. In The International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing
and Spatial Information Sciences (Vol. XLII, pp. 10–14).
https://doi.org/https://doi.org/10.5194/isprs-archives-XLII-2-W13-27-2019.
Greene, A., Rahman, A. F., Kline, R., & Rahman, M. S. (2018). Side scan sonar: A
cost-efficient alternative method for measuring seagrass cover in shallow
environments. Estuarine, Coastal and Shelf Science, 207, 250–258.
https://doi.org/10.1016/j.ecss.2018.04.017.
Hamill, D., Buscombe, D., & Wheaton, J. M. (2018). Alluvial substrate mapping by
automated texture segmentation of recreational-grade side scan sonar imagery.
PLoS ONE, 13(3). https://doi.org/10.1371/journal.pone.0194373.
Hamilton, L. J. (2017). Towards autonomous characterisation of side scan sonar
imagery for seabed type by unmanned underwater vehicles. In Proceedings of
Acoustics 2017 (pp. 1–10). Perth, Australia.
Hasan, R. C., Ierodiaconou, D., & Monk, J. (2012). Evaluation of four supervised
learning methods for benthic habitat mapping using backscatter from multi-beam
sonar. Remote Sensing, 4(11), 3427–3443. https://doi.org/10.3390/rs4113427.
Humminbird. (2016). HELIX G2 and HELIX G2N series operations manual.
International Hydrographic Bureau. (2008). IHO standards for hydrographic surveys,
5th edition, SP no.44.
Kaeser, A. J., & Litts, T. L. (2008). An assessment of deadhead Logs and large woody
debris using side scan sonar and field surveys in streams of Southwest Georgia.
Fisheries, 33(12), 589–597. https://doi.org/10.1577/1548-8446-33.12.589.
Kaeser, A. J., & Litts, T. L. (2010). A novel technique for mapping habitat in navigable
streams using low-cost side scan sonar. Fisheries, 35(4), 163–174.
https://doi.org/10.1577/1548-8446-35.4.163.
Kaeser, A. J., & Litts, T. L. (2013). An illustrated guide to low-cost, side scan sonar
habitat mapping. TXAFS- San Marcos.
Kaeser, A. J., Litts, T. L., & Tracy, T. W. (2013). Using low-cost side-scan sonar for
benthic mapping throughout the lower Flint River, Georgia, USA. River And
Research Applications, 644(January 2012), 634–644. https://doi.org/10.1002/rra.
Laurent, W. K. (2017). Field study of scour critical bridges in Rhode Island. M.Sc.
Thesis, University Of Rhode Island.
Lianantonakis, M., & Petillot, Y. R. (2007). Sidescan sonar segmentation using texture
descriptors and active contours. In IEEE Journal of Oceanic Engineering (Vol.
32, pp. 744–752). IEEE. https://doi.org/10.1109/JOE.2007.893683.
Parnum, I. M., Ellement, T., Perry, M. A., Parsons, M. J. G., & Tecchiato, S. (2017).
Using recreational echo-sounders for marine science studies. In Proceedings of
Acoustics 2017 (pp. 1–10). Perth, Australia.
Rhinelander, J. (2017). Feature Extraction and Target Classification of Side-Scan Sonar
Images. In 2016 IEEE Symposium Series on Computational Intelligence (SSCI).
Athens, Greece. https://doi.org/10.1109/SSCI.2016.7850074.
14 Oseanika: Jurnal Riset dan Rekayasa Kelautan Volume 1 Nomor 1 Tahun 2020
SEABED TOPOGRAPHY MAPPING IN SANGIHE TALAUD
WATERS USING MULTIBEAM ECHOSOUNDER
PEMETAAN TOPOGRAFI DASAR LAUT DI PERAIRAN SANGIHE
TALAUD MENGGUNAKAN MULTIBEAM ECHOSOUNDER
Dwi Haryanto
1*, Muhamad Irfan
1, Taufan Wiguna
1, and
Hendra Kurnia Febriawan1
1Laboratory for Marine Survey Technology, Agency for Assessment and Application of
Technology (BBPT), Jl. MH. Thamrin 8, Jakarta, Indonesia
*E-mail: [email protected]
ABSTRACT
The application of multibeam echosounder for seabed topographic mapping is commonly used
recently. Multibeam echosounder is an efficient tool to get a wide seabed coverage for each
measurement ping, since it can produce high-resolution seabed topography maps. These maps can
be used for further investigation or exploration, such as geomorphology and marine habitats
studies. RV Baruna Jaya IV, which is operated by Laboratory for Marine Survey Technology –
BPPT, had been equipped with a Germany technology, a hull mounted multibeam echosounder
system of Seabeam 1050D. The Seabeam 1050D allows to cover the seabed using 126 beams
simultaneously in both sides (port and starboard). RV Baruna Jaya IV and RV Okeanos Explorer
of NOAA conducted a joint Indonesia - U.S. Expedition to Sangihe Talaud waters (INDEX
SATAL) in the northern area of the North Sulawesi Province during July - August, 2010. While
seabed topography which less than 2000m was covered by Seabeam 1050D system, the deeper
area between 2000m and 6000m was covered by Simrad EM-302 system from RV Okeanos
Explorer. The result shows that seabed Sangihe Talaud waters has a vary seabed topography. In
addition, the resulted map showed a 1600m height of seamount, risen up from the depth of 2300m
to 710m below the sea surface. Others geological features can be identified according to high
resolution bathymetry map resulted from this study.
Keywords: multibeam echosounder, seabed topography, seamount, Sangihe Talaud
ABSTRAK
[Pemetaan Topografi Dasar Laut di Perairan Sangihe Talaud Menggunakan Multibeam
Echosounder] Penggunaan multibeam echosounder untuk pemetaan topografi dasar laut telah
umum digunakan saat ini. Multibeam echosounder adalah alat yang efisien untuk mendapatkan
cakupan dasar laut yang luas, sehingga dapat menghasilkan peta topografi dasar laut resolusi
tinggi. Peta-peta ini dapat digunakan untuk penyelidikan atau eksplorasi lebih lanjut, misalnya
studi geomorfologi dan habitat laut. KR Baruna Jaya IV yang dioperasikan oleh Balai Teknologi
Survei Kelautan – BPPT telah dilengkapi dengan multibeam echoounder teknologi Jerman, yaitu
sistem Seabeam 1050D yang dipasang di lambung kapal. Seabeam 1050D memungkinkan untuk
merekam topografi dasar laut menggunakan 126 beam secara bersamaan melintang dari kiri ke
kanan kapal. KR Baruna Jaya IV dan KR Okeanos Explorer dari NOAA telah melakukan
Ekspedisi gabungan Indonesia - AS keperairan Sangihe Talaud (INDEX SATAL) di wilayah utara
Provinsi Sulawesi Utara selama bulan Juli - Agustus 2010. Topografi dasar laut dengan
kedalaman kurang dari 2000m direkam datanya oleh sistem Seabeam 1050D, sedangkan area
yang lebih dalam antara 2000m dan 6000 m direkam datanya oleh sistem Simrad EM-302 dari KR
Okeanos Explorer. Hasil penelitian menunjukkan bahwa dasar laut di perairan Sangihe Talaud
memiliki variasi topografi dasar laut. Selain itu, peta yang dihasilkan menunjukkan adanya
gunung laut dengan ketinggian 1600m, naik dari kedalaman 2300m ke 710m di bawah permukaan
air laut, serta fitur geologi lainnya dapat diidentifikasi dari peta batimetri resolusi tinggi.
Kata Kunci: multibeam echosounder, topografi dasar laut, gunung laut, Sangihe Talaud
15
1. INTRODUCTION
Since the World Ocean Conference (WOC) in 2009, North Sulawesi Province of
Indonesia is becoming more popular due to its beauty of nature. The hilly land
topography and mountainous area reflect the variety of land use. To the north of
Sulawesi, several islands are spreading irregularly with their various sizes. Several main
islands in those areas, which are not widely known by the Indonesian people, are
Sangihe and Talaud Islands. Sulawesi Sea and Pacific Ocean surround those islands in
the west and east directions, respectively. The Philippine main land is located just
across the sea less than 200nm to the north. Various and steep topographies down to
5000s meters depth describes the ocean bottom in the area.
Sangihe Islands consist of several small islands which distributed in the north-
south direction. Siau Island, which is one of the island, is located 40nm to the south of
main Sangihe Island. A 1827m volcano raises up as a geographic landmark of this
island. Very steep and deep coastal waters surround the island. This volcano is one of
the active volcano within the Sangir-Talaud Islands.
A joint Indonesia - U.S. Expedition to Sangihe Talaud waters (INDEX SATAL)
in the north area of the North Sulawesi Province was conducted by the RV Okeanos
Explorer of NOAA and the RV Baruna Jaya IV of Indonesia during July - August, 2010
(Wirasantosa et al., 2010). Seabed topography was one of the multi aspects discoveries
as the purpose of this Expedition. Considering the advantage of both ship capabilities,
RV Okeanos Explorer covered area between 2000 meters and 6000 meters depth, while
RV Baruna Jaya IV covered area of less than 2000 meters depth (Figure 1). The survey
area of Exploration Sangihe Talaud (INDEX SATAL) 2010 covering territorial water of
Archipelago of Sangihe Talaud in North Sulawesi, started from north of Manado until
the border of Indonesia – Philippine, as shows by red line area. In this study, the
complexity of seabed topography in Sangihe Talaud waters will be verified using
multibeam echosounder Seabeam 1050D system.
Figure 1. Study area of RV Baruna Jaya IV; shows by red line area. There are four
locations: north of Talaud Island (Location A), north of Sangihe Island (Location B),
west of Siau Island (Location C), and north of Nain Island (Location D).
16 Oseanika: Jurnal Riset dan Rekayasa Kelautan Volume 1 Nomor 1 Tahun 2020
2. MATERIALS AND METHODS
2.1. MBES System Preparation
MBES system that used in this study was Seabeam 1050D by ELAC Nautik-
Germany. Seabeam 1050D has dual-frequencies, 50 kHz and 180 kHz. The 50 kHz
frequency can measure seabed topography until 3000m water depth. These are 126
umber of beams with the swath width is 153°. This study only describes the result using
transducer with 50 kHz frequency. The Hydrostar software was used for multibeam data
acquisition and display the seabed topography and depth profile in real-time, so it can
be directly monitored during multibeam data acquisition. Multibeam data processing
can be performed onboard processing so the results can be seen immediately, after
finished the survey. The maximum coverage area and water depth from Seabeam 1050D
can be seen in the Figure 2a.
The Seabeam1050D consist of transducer (projector and receiver) with a
frequency 50 kHz, sonar processing unit SEE-30, surface sound velocity real time (SV
real time), sound velocity profile, and integrated inertial navigation system. The
integrated inertial navigation system usedF180 Coda Octopus that integrates the data
from GNSS Receiver, GPS Gyro, and Inertial Motion Unit. The configuration of
Seabeam1050D is shown in Figure 2b.
Figure 2. (a) Coverage area according water depth of Seabeam 1050D, (b)
Configuration of Seambeam 1050D in RV Baruna Jaya IV Modified from L-3 Communications ELAC Nautik GmbH (2013).
17
Vessel Reference Frame (VRF) is defined with Reference Point (RP) is located in
the intersection between waterline and transducer head (Figure 3). Based on the Elac
sign convention, Y-axis is always positive directed from the Reference Point to the
Bow. X-axis is always positive directed from the Reference Point to the left, looking at
bow direction. Z-axis is always positive directed from the Reference Point to
downwards (Figure 3a and Figure 3b). The following sensors (antenna of the DGPS,
IMU, and center of active surface of each transducer (Port and Starboard) need to be
referenced to the Reference Point in 3D direction. This sensors arrangement is
commonly called with sensors offset. Sensor offset were measured using dimensional
control survey method while the vessel was on a floating dry dock. The sensors offset
diagram is illustrated in Figure 3c and Table 1.
Figure 3. (a) Position of Reference Point (RP), (b) Vessel reference frame in Elac sign
Convention, (c) Sensor offset at RV Baruna Jaya IV.
Table 1. Offset Sensors.
No Sensor Offset from RP Comment
X (m) Y (m) Z (m)
1 Reference Point (RP) 0 0 0 The intersection between
Waterline and Transducer Pole
2 Transducer Port 0.53 0 3.4 Mounted angle 38.05°
3 Transducer Starboard -0.53 0 3.4 Mounted angle 38.05°
4 DGPS (F180) 0.96 -14.65 -12.45 Antenna DGPS
The calibration (patch test) needs to be performed before the survey. The MBES
calibration is used to determine the system components such as roll, pitch, yaw offsets
and navigation string latency. The Seabeam 1050D calibration has been done and the
results are presented in the Table 2.
18 Oseanika: Jurnal Riset dan Rekayasa Kelautan Volume 1 Nomor 1 Tahun 2020
Table 2. The summary of Seabeam 1050D MBES Calibration Parameters.
System Components Calibration Parameters
Roll (Port Head) 0.88°
Roll (Starboard Head) 0.37°
Pitch (Port Head) 6.89°
Pitch (Starboard Head) 6.89°
Heading (Port Head) 0.0°
Heading (Starboard Head) 0.0°
Navigation Delay (Latency) 0.03s
2.2. Acquisition and Data Processing
Multibeam acquisition requires several sensors that transfer each data to the
Hydrostar software. There were seven input data to Hydrostar; (i) position and speed of
the vessel from the F180 Coda Octopus (real time input), (ii) vessel motion data (pith,
roll, heave, yaw) from the F180 Coda Octopus (real time input), (iii) headings and
course data from F180 Coda Octopus (real time input), (iv) Sound Velocity Surface data
from SV real time (real time input), (v) Sound Velocity Profile data from CTD Seabird
SBE 9plus data (manual input as ASCII file with special format and extention - *.sva),
(vi) Sensor offset from various sensor to RP (Reference Point), (vii) miss-alignment of
transducer which was result of path test. Data (vi) and (vii) were stored in vessel file
with special format and extention (*.ship).
MBES (Sonar processing unit and transducer) measures range and bearing only.
Depth is calculated afterward in the data collection by accounting for the following
data: motion, position, refraction, and heading. The projector generates a pulse of
sound, also known as a ping. When the sound reach the target (which could the seabed,
an object or a fish in the water column), it reflects back toward the receiver. The
returning sound is received in multiple beam, 126 beam in the case of Seabeam 1050D.
One beam refers to the sounding depth on the seabed afterward calculate the range
and bearing with the following data: motion, position, refraction, and heading. The
combination of several pings will produce a set of sounding depth point (commonly is
called point cloud) which can be visualized in 2D or 3D to produce seabed topography.
The result of the hydrostar acquisition software still have noise and outlier data.
The data need to be edited and filtered using multibeam data processing software.
The data was recorded by hydrostar software which can be saved in (*.dat), (*.XSE),
and (*.UNB) format. CARIS HIPS 6 and HDP 4061 were used to process the
multibeam data in RV Baruna Jaya IV. While the (* .XSE) and (*.UNB) processed by
CARIS HIPS 6 software, the (*.dat) one need to processed using HDP 4061 (HDPedit
and HDPpost) software.
The acquisition and processing MBES data which are onboard in RV Baruna Jaya
IV consist of:
Hypack 6.2b
Hypack software can be used to make line survey planning and guide the vessel
drivers to follow the line survey. When Hypack is logging status which will
display navigation data such as position, heading, bearing, distance traveled,
remaining distance, and vessel deviation from the survey line. In addition to guide
navigation that software can also record data (position, depth, heading, speed,
time, etc) from various sensors.
19
Hydrostar 3.5.3
Hydrostar software provides all sonar control functions, records bathymetric data
and includes various real-time data displays for quality control.
Multibeam processing Software HDP 4061
HDP 4061 software includes HDPedit and HDPpost. This software can only run
in the linux operating sytem which need to run in open Suse 10 distro. HDPedit is
used to filter the outlier data. HDPpost is used to process data involving vessel
file, sound velocity profile, geodetic parameter, and projection. HDPpost can be
used to produce gridding, contour map, DTM, and 3D from seabed topography. In
this study HDPpost is only used to generate ASCII format (position and depth).
Fledermous 6
Fledermous software is used to make 3D visualization of seabed topography from
ASCII format which contain the position and depth data.
Figure 4. The acquisition and processing multibeam data workflow at
RV. Baruna Jaya IV.
3. RESULTS AND DISCUSSION
The whole seabed topography in Sangihe Talaud water were presented in
geographical coordinate system and using ellipsoid WGS 1984 (Figure 4). It was due to
the differences of zone; 52N for the north of Talaud Island and 51N for the north of
Sangihe Island, west of Siau, and north of Nain Island. Seabed topography maps at each
location were presented using the UTM projection map. The depth of seabed
topography is defined by colors and some geomorphology which can be identified
(Figure 5).
20 Oseanika: Jurnal Riset dan Rekayasa Kelautan Volume 1 Nomor 1 Tahun 2020
Figure 5. Seabed topography result at study area.
Location B
Seabed topography at north of Sangihe shows a unique topography. These are
shown by many the igneous rock intrusion. These rocks are like hills, which the top
of hills is a flat topography. The top of igneous rock intrusion have the range of
water depth between 300-500m. The whole survey area have range of water depth
between 34.54 - 2375.27m. The deepest area is at northeast, while the shallowest
one is at southeast (Figure 6).
Location C
Seabed topography at location C shows also a vary topography. There are valley,
hill, and seamount. The west side of Ruang Island is found a hill with creek (Figure
7), while seamount is found between Siau Island and Makalehi Island. The hill with
creek has a flat area on the top of hill. The top of hill has about 300m water depth.
The seamount is located at position (E-125°17’3.43”/N-2°41’39.52”) just about 8
km to the west from the west coast of Siau Island. According to Menard (1964),
seamount are defined as materials originating from the seafloor, forming a slope
and height of at least 1 Km. The seamount rose up from the depth of 2100m to
710m, or nearly 1400m seamount high, and that very steep southern wall of the
seamount. The diameter of seamount is between 4000m-5000m, Figure 8 depicts
the base on seabed profile of seamount. The whole survey area have range of water
21
depth between 105.6m - 3308.2m. The shallowest area is found at near
Mahengetang Island, while the deepest area found at northwest of Siau Island.
Location D
Seabed topography at location D shows a unique topography. There is a conical
shape of seamount with lava flow (Figure 9). Schieferdecker (1959) explained that
seamounts are defined as an area on the surface of the earth where magma material
from the earth comes out or has been out in the past, and will form seamount, and
have a crater at the top. This phenomenon can be possible to occur at seamount at
location D. The seamount is located at position (E-124°41’50.86”/N-1°54’33.67”)
just about 14 km to the northwest from the west coast of Nain Island. The seamount
risen up from the depth of 2500m to 450m, or nearly 2000m seamount high, and
that very steep western wall of the seamount. The diameter of seamount is have
range 8000m - 10000m, it can be seen base on seabed profile of seamount (Figure
10). The whole survey area has range of water depth between 385.52m - 3165.12m.
The shallowest area is found at the top of seamount, while the deepest area found at
westward of seamount.
Figure 5. Seabed topography of north Talaud Island. Left picture show 2D view and
right picture show 3D view.
22 Oseanika: Jurnal Riset dan Rekayasa Kelautan Volume 1 Nomor 1 Tahun 2020
Figure 6. Seabed topography of north Sangihe Island. Left picture show 2D view and
right picture show 3D view.
Figure 7. Seabed topography of west Siau Island. Left picture show 2D view and
right picture show 3D view.
23
Figure 8. Seabed profile of seamount. Left picture show seabed profile from north to
south and right picture show seabed profile from west to east.
Figure 9. Seabed topography of north Nain Island. Left picture show 2D views and
right picture show 3D view.
24 Oseanika: Jurnal Riset dan Rekayasa Kelautan Volume 1 Nomor 1 Tahun 2020
Figure 10. Seabed profile of seamount. Left picture show seabed profile from northwest
to southeast, top right picture show seabed profile of first seamount from west to east,
and lower right picture show seabed profile of second one from west to east.
4. CONCLUSION
The seabed topography in Sangihe Talaud waters has a varied seabed topography.
Geomorphology features that found from the multibeam echosounder image are valley,
hill with creek, igneous rock intrusion, and seamount. The first seamount is located at
position (E-125°17’3.43”/N-2°41’39.52”) just about 8 km to the west from the west
coast of Siau Island. The seamount risen up from the depth of 2100m to 710m, or nearly
1400m seamount high, and that very steep southern wall of the seamount. The diameter
of seamount is about between 4000m-5000m. The second one is located at position (E-
124°41’50.86”/N-1°54’33.67”) just about 14 km to the northwest from the west coast of
Nain Island. The seamount rose up from the depth of 2500m to 450m below the sea
surface, or nearly 2000m of high, and can be categorized as a steep western wall of the
seamount. The diameter of seamount is between 8000m-10000m.
Seabed topography at the north of Sangihe shows a unique topography. There are
shown many the igneous rock intrusion. The other unique one is located the Westside of
Ruang Island which there is found hill with creek. The hill with creek has the flat area
on the top of hill. The top of hill has about 300m of water depth. While in northward of
Talaud is found a steep and long valley there is among dual ridge.
The seabed topography mapping using multibeam echosounder can offer high-
resolution map. The method can be used to produce a bathymetry map. Four bathymetry
maps have been produced in this study.All maps can be used to geological study, marine
habitats, and environmental base line assessment.
25
ACKNOWLEDGEMENT
The author and colleagues would like to thank the Laboratory for Marine Survey
Technology, the Agency for the Assessment and Application of Technology (BPPT) for
joint in INDEX SATAL expedition and also for the permission granted to use the
activity data and reports for publication in this paper.
REFERENCES
L-3 Communications ELAC Nautik GmbH. (2013). Shallow and Medium Water
Multibeam SEA BEAM 1000. Neufeldtstrasse, 24118 Kiel, Germany
Menard, H.W. (1964). Marine geology of the Pacific. New York, McGraw Hill. 271p.
Schieferdecker, A.A.G. (1959). Geological nomenclature. Royal geology and minings
Society of the Netherlands. J. Noorduijn en Zoon NV, Gorinchem. 523p.
Wirasantosa, S., Hammond, S.R., Pandoe, W.W, Holden, J.F., Djamaluddin, R.,
Permana, H., Nganro, N., Abidin, H., Shank, T. M., Priadi, B., Fryer, P.,
Makarim, S., Sulistiyo, B., Triarso, E., Troa, R., Iswinardi, I., Potter, J.,
Anantasena, Y., Triyono, T., Surachman, Y.(2010). INDEX SATAL Expedition
2010, a discovery of deep sea potentials. American Geophysical Union, Fall
Meeting 2010, abstract id. OS11D-02, San Francisco, December 2010.
26 Oseanika: Jurnal Riset dan Rekayasa Kelautan Volume 1 Nomor 1 Tahun 2020
MODEL SISTEM NAVIGASI INERSIAL: SEBUAH TINJAUAN
MODEL OF INERTIAL NAVIGATION SYSTEM: A REVIEW
Muhamad Irfan1* dan Dwi Haryanto
1
1Balai Teknologi Survei Kelautan, Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi (BPPT),
Jl. MH. Thamrin No.8, Jakarta
*E-mail: [email protected]
ABSTRAK
Sistem navigasi merupakan sistem yang memandu wahana gerak dari satu tempat ke tempat
lainnya. Ada banyak sistem navigasi yang digunakan baik untuk kepentingan survei maupun untuk
kepentingan umum. Sistem navigasi yang sudah dikenal luas adalah sistem navigasi berbasis
satelit menggunakan global navigation satellite system (GNSS) atau global positioning system
(GPS). GPS mempunyai kelemahan akibat faktor eksternal yakni sangat tergantung pada
perambatan sinyal gelombang elektromagnetik dari satelit GPS ke receiver GPS. Sistem navigasi
yang lainnya dan belum banyak dikenal namun sudah banyak digunakan adalah sistem navigasi
inersial atau INS (inertial navigation system). INS ini merupakan sistem navigasi yang tidak
terpengaruh oleh faktor eksternal, karena dibuat dengan mengikuti hukum gerak Newton, dan
terdiri dari sensor accelerometer dan gyroscope. Biasanya INS ini dikombinasikan dengan sistem
navigasi GPS untuk mendapatkan informasi navigasi yang lengkap dan akurat, yaitu posisi
absolut, percepatan, kecepatan, arah, dan kelabilan (attitude) dengan frekuensi pengambilan data
yang tinggi. Tulisan ini membahas tentang model dasar INS dari buku “Inertial Navigation
Systems with Geodetic Applications” [Jekeli].
Kata kunci: navigasi, accelerometer, gyroscope, inersial, GPS, Kalman filter
ABSTRACT
[Model of Inertial Navigation System: A Review] Navigation system is a system that guides a
moving vehicle from one place to another. There are many navigation systems that are used for
survey purposes as well as for public use. One well-known navigation system is a satellite-based
navigation system that uses a global navigation satellite system (GNSS) or global positioning
system (GPS). GPS has a disadvantage due to external factors that are highly dependent on the
propagation of electromagnetic wave signals from GPS satellites to GPS receivers. Another
navigation system not so well known but many used is inertial navigation system (INS). This
navigation system is not affected by external factors, because this follows Newton’s rules and
consists of accelerometer and gyroscope sensors. Usually this INS is combined with GPS to get a
complete and accurate navigation information that is absolute position, acceleration, velocity,
heading, and attitude with high rate frequency data. This paper describes a basic model of INS
from the book “Inertial Navigation Systems with Geodetic Applications” [Jekeli].
Keywords: navigation, accelerometer, gyroscope, inertial, GPS, Kalman filter
1. PENDAHULUAN
Sistem navigasi yang sudah dikenal luas adalah sistem navigasi satelit atau
dikenal dengan GPS (global positioning system) atau GNSS (global navigation satellite
system)(Farrell and Barth, 1998). Saat ini alat navigasi terpasang pada hampir di setiap
smart phone yang sudah dimiliki banyak orang di dunia, sehingga sistem navigasi GPS
ini sudah sangat populer. Sistem navigasi lainnya yang juga terpasang pada smart phone
27
adalah sistem navigasi inersial. Sistem navigasi inersial biasanya terkait dengan wahana
bergerak yang akan memberikan informasi navigasiberupa vektor posisi, kecepatan,
arah (heading), dan kelabilan (attitude) (Farrell and Barth, 1998; Jekeli, 2001).
Navigasi merupakan alat bantu pengarah suatu wahana bergerak dari satu lokasi
ke lokasi lainnya dengan merujuk pada informasi posisi dan arah dari alat navigasi. Alat
navigasi adalah suatu perangkat yang dilengkapi dengan sensor yang dapat memberikan
data posisi dan arah geografis di permukaan bumi, sehingga alat navigasi ini diperlukan
ketika suatu wahana sedang menempuh perjalanan dari satu tempat ke tempat lainnya.
Salah satu alat navigasi yang sudah dikenal luas adalah receiver GPS (Farrell and Barth,
1998; Jekeli, 2001).
Metode penentuan posisi dengan GPS banyak memberikan keuntungan
diantaranya menyediakan informasi posisi absolut secara cepat dan teliti tanpa kendala
cuaca dan waktu. Namun GPS mempunyai kelemahan yakni sangat tergantung pada
perambatan sinyal gelombang elektromagnetik dari satelit GPS ke receiver GPS.
Apabila sinyal dari satelit GPS ke receiver GPS tersebut terhalang oleh suatu objek
maka sinyal tidak akan sampai pada receiver GPS yang berakibat terhentinya proses
penghitungan posisi. Kondisi ini terjadi apabila suatu wahana (seperti mobil) yang
terpasang receiver GPS bergerak melintasi terowongan, atau berada di sekitar
pepohonan yang rimbun. Untuk kasus receiver GPS yang terpasang pada smart phone,
kendala tersebut sudah teratasi dengan adanya metode assisted GPS (A-GPS), yaitu
dengan memanfaatkan sinyal GSM yang digunakan pada smart phone untuk
memberikan informasi tambahan tentang posisi yang diperoleh dari beberapa stasiun
pemancar atau base tranceiver station (BTS), sehingga pada saat receiver GPS berada
di area yang tertutup maka informasi posisi masih tetap ada.
Posisi, kecepatan, arah (heading) dan kelabilan (attitude) suatu wahana
merupakan informasi penting dalam suatu sistem navigasi. Gambar 1 merupakan
ilustrasi dari informasi navigasi yakni posisi, kecepatan, arah (a), dan kelabilan yang
terdiri dari roll, pitch, yaw, dan perubahan translasi yang dihasilkannya surge, sway,
heave (b). Informasi kelabilan tidak bisa diperoleh hanya dengan sebuah alat receiver
GPS, tapi harus dengan minimal tiga buah receiver GPS untuk mendapatkan data
spasial dalam 3D (tiga dimensi). Selain itu, kelabilan yang dihitung dengan metode GPS
masih tergantung pada kuat lemahnya perambatan sinyal GPS. Oleh karena itu untuk
mendapatkan informasi kelabilan secara kontinyu dapat digunakan sistem navigasi
alternatif, yakni inertial navigation system (INS) (Farrell and Barth, 1998; Jekeli, 2001).
INS merupakan sistem navigasi yang tidak terpengaruh oleh berbagai faktor
eksternal. Sistem navigasi ini berbeda dengan AHRS (Attitude and Heading Reference
System), perbedaannya terletak pada fungsinya, yakni AHRS hanya menyediakan
informasi kelabilan (attitude) dan orientasi arah (heading) saja, sementara INS
menyediakan informasi yang lebih dari AHRS yakni ditambah dengan informasi
kecepatan dan posisi.
INS mampu menghasilkan informasi navigasi dengan tingkat kontinyuitas yang
tinggi dan frekuensi pengiriman data yang tinggi. Selain itu, INS dapat dikategorikan
sebagai sistem navigasi yang mandiri hanya membutuhkan nilai inisialisasi awal sebagai
konstanta integrasi. Akan tetapi posisi yang dihasilkan INS mempunyai nilai kesalahan
yang selalu bertambah, sehingga terjadi akumulasi kesalahan yang menumpuk. INS
terdiri dari sensor yang tidak tergantung pada gelombang elektromagnetik, namun
berupa sensor mekanik dengan mengandalkan energi inersial yakni gerakan dari diri
28 Oseanika: Jurnal Riset dan Rekayasa Kelautan Volume 1 Nomor 1 Tahun 2020
sendiri akibat gaya luar yang mempengaruhinya dengan mengikuti hukum gerak
Newton.
(a)
(b)
Gambar 1. Informasi navigasi yang dihasilkan dari suatu sistem navigasi berupa: (a)
posisi dan kecepatan, (b) kelabilan.
Tulisan ini bertujuan untuk membahas tentang prinsip dasar sistem navigasi
inersial pada wahana bergerak, dengan penekanan pada model matematika.
Pembahasannya didasarkan pada buku “Inertial Navigation Systems with Geodetic
Applications” (Jekeli, 2001) dan beberapa literatur lainnya (Grewal, 1993; Farrell and
Barth, 1998; Salychev and Voronov, 2000). Simulasi data numerik dari model
matematika tidak dibahas dalam tulisan ini.
2. METODE DAN MODEL INERTIAL NAVIGATION SYSTEM
2.1. Metode Navigasi
Secara prinsip, sistem navigasi yang ideal adalah sistem yang dapat menyediakan
informasi posisi, kecepatan, arah, dan kelabilan. Dengan berkembangnya teknologi,
sistem navigasi dapat dibangun dari beberapa metode yang berbeda untuk menghasilkan
sistem yang akurat. Ada beberapa metode navigasi yang sudah dikenal umum, seperti:
Kompas : metode yang paling sederhana yang menggunakan kompas magnet
untuk menunjukkan arah utara
Astronomi : metode penghitungan posisi dari benda-benda angkasa luar (bintang
dan planet) yang tampak, biasanya digunakan oleh para pelaut/nelayan
Dead Reckoning : metode penentuan posisi dengan mengukur kecepatan dan
arah dari suatu wahana bergerak
29
Inertial navigation : metode penentuan posisi yang didasarkan pada otomatisasi
dead reckoning, dilengkapi dengan accelerometer yang terstabilkan secara
otomatis
Satellite navigation : metode penentuan posisi dengan mendefinisikan jarak
antara satelit dengan alat penerimanya di bumi.
Dari beberapa metode navigasi di atas hanya dua metode yang paling praktis
digunakan dengan ketelitian yang baik, relatif terhadap metode lainnya, yakni inertial
navigation dan satellite navigation(GPS). Kedua metode ini mempunyai kelebihan dan
kekurangan, dan karakteristik dari keduanya dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1. Karakteristik dua metode navigasi yang berbeda (Sumber: Jekeli,2001).
Kriteria GPS INS
Prinsip pengukuran Jarak dari beda waktu Akselerasi inersial (hukum
Newton)
Sistem operasi Mengandalkan ruang
angkasa
Kemandirian (autonomous)
Kesalahan pada periode
panjang
Rendah Tinggi
Kesalahan pada periode
pendek
Tinggi Rendah
Frekuensi data Rendah Tinggi
Harga Murah Mahal
Prinsip pengukuran GPS berdasarkan pada pengukuran jarak antara satelit GPS
dengan antena receiver GPS dari hasil pengukuran beda waktu perambatan gelombang
elektromagnetik (Farrell,1998), sementara INS didasarkan pada gerakan inersial yang
dihasilkan akibat pengaruh gaya luar. INS akan mengalami kesalahan yang tinggi dalam
periode waktu yang lama akibat dari gerakan inersial tersebut, karena kesalahan dari
sensor inersial akan bertumpuk dan terakumulasi. GPS sebaliknya, semakin panjang
periode waktu pengukuran akan semakin baik hasilnya dengan kesalahan yang rendah.
Frekuensi data yang dihasilkan GPS rendah dibandingkan INS yang tinggi, bisa
mencapai lebih dari 25 Hz. Namun dengan berkembangnya teknologi, frekuensi data
GPS bisa mencapai 10 Hz.
Terlihat dari Tabel 1 di atas, GPS dan INS merupakan 2 metode navigasi yang
bersifat komplementer bukan kompetitif. Apabila keduanya diintegrasikan kedalam satu
sistem yang terpadu, diharapkan masing-masing kekurangannya akan saling tertutupi
oleh kelebihan masing-masing metode, sehingga tercipta suatu sistem navigasi yang
kokoh (robust system).
2.2. Inertial Navigation System
Berawal dari ide hukum Newton, sistem inersial dikembangkan sejak tahun 1850
pertama kali oleh Jean Foucault yang mendemonstrasikan bagaimana bumi berputar
dengan alat yang dinamakan gyroscope (semacam alat pendulum). Maximilian Schuler
pada 1923 menyempurnakan alat gyroscopeagar bebas dari pengaruh rotasi bumi, yaitu
dengan cara gyroscope tersebut dibuat agar periode osilasi menjadi 84,4 menit (periode
Schuler) (Jekeli, 2001). Gyroscope tersebut dikembangkan menjadi gyrocompas yang
menjadi alat pertama navigasi inersial (Jekeli,2001).
30 Oseanika: Jurnal Riset dan Rekayasa Kelautan Volume 1 Nomor 1 Tahun 2020
Secara umum, ada 2 tipe desain INS yaitu tipe gimbal dan tipe strapdown. Tipe
gimbal merupakan INS yang sensor-sensornya terpasang pada sebuah platform yang
stabil dan terbebas dari gerakan rotasi wahana tempat platform tersebut terpasang. INS
gimbal ini merupakan tipe yang cukup akurat dalam menghasilkan data navigasi. Tipe
strapdown merupakan INS yang sensor-sensornya terpasang langsung ke badan wahana
secara terikat (strapped down). Tipe ini lebih murah, ukuran lebih kecil, namun
membutuhkan proses komputasi yang cukup kompleks.
INS menghasilkan kesalahan yang besar karena terakumulasi dari kesalahan
sensor accelerometer dan gyroscope secara kontinyu. Hal ini merupakan karakteristik
utama dari sistem inersial (Tabel 1), terutama pengaruh dari kesalahan gyroscope yang
bersifat drifting (tidak bisa dihilangkan secara sistematik). Tabel 2 merupakan
pengelompokan nilai deviasi akibat kesalahan drifting INS, semakin tinggi ketelitiannya
akan semakin mahal biaya pembuatannya.
Tabel 2. Kategori ketelitian INS (Sumber: Jekeli,2001).
Ketelitian Nilai Deviasi
Rendah > 2-4 km/jam
Medium 1-4 km/jam
Tinggi 0.2-0.4 km/jam
2.2.1. Konsep Dasar
Sistem inersial didefinisikan sebagai sistem yang didalamnya berlaku hukum
Newton, yang berbunyi:
Hukum gerak pertama: sebuah benda yang berada di suatu sistem dalam keadaan
diam (bergerak lurus beraturan) akan cenderung untuk diam (bergerak lurus
beraturan) selama tidak ada gaya yang bekerja terhadap benda tersebut. Untuk
memformulasikan sistem inersial ini diperlukan persamaan gerak dinamik
berdasarkan hukum gerak kedua dan ketiga Newton.
Hukum gerak kedua: percepatan suatu partikel massa sama dengan gaya yang
bekerja terhadap partikel tersebut. Hukum ini dapat diformulasikan kedalam
model matematika.
Model sistem inersial yang menerapkan hukum Newton tersebut adalah
accelerometer dan gyroscope, masing-masing berfungsi sebagai sensor untuk mengukur
gerakan translasi, dan sebagai alat ukur gerakan rotasi. Kedua sensor ini merupakan
sensor mekanik dan tidak tergantung pada gelombang elektromagnetik, tapi merubah
gerakan inersial dari dirinya sendiri menjadi informasi navigasi. Ilustrasi dari INS
adalah seperti pada Gambar 2, terdiri dari 3 sensor accelerometer, 3 sensor gyroscope,
dan alat bantu hitung komputer. INS sangat tergantung dari komputer sebagai pengolah
data navigasi, karena model matematika INS yang cukup kompleks dan rumit sangat
membutuhkan perhitungan yang cepat.
Prinsip dasar accelerometer adalah pergerakan pegas yang dapat mendeteksi
gerakan sekecil apapun apabila dipengaruhi oleh gaya luar. Gerakan pegas tersebut
dipasang di 3 sumbu pada sistem koordinat lokal, sehingga akan diperoleh 3 besaran
vektor percepatan (acceleration) dari 3 arah.
Gambar 3 memperlihatkan sensor accelerometer yang mengukur gerakan translasi
berdasarkan gerakan mekanik pegas dari posisi stabil (a), dan akan memberikan respon
jika ada gaya F yang mempengaruhinya (b), sehingga terjadi pergeseran sebesar x.
31
Berdasarkan persamaan (1), percepatan benda tersebut dapat diketahui, selanjutnya
kecepatan dan posisi dapat dihitung.
Gambar 2. Konsep dasar INS (Sumber: Jekeli,2001).
Gambar 3. Sensor accelerometer untuk mengukur percepatan (Sumber: Jekeli,2001).
Gambar 4. Sensor Gyroscope (Sumber: Anonim,
https://electricalfundablog.com/gyroscope).
32 Oseanika: Jurnal Riset dan Rekayasa Kelautan Volume 1 Nomor 1 Tahun 2020
Sensor gyroscope digunakan untuk mendeteksi gerakan angular suatu benda
apabila ada gaya luar yang mempengaruhinya. Gyroscope dilengkapi dengan rotor yang
terpasang pada gimbal yang dapat bergerak dalam 3 sumbu rotasi (Gambar 4Gambar).
Pergerakan rotor yang bebas mempengaruhi gerakan gimbal yang terikat pada frame
yang tetap. Gerakan rotor dipengaruhi oleh gaya yang disebabkan gerakan platform
tempat frame diikat secara permanen. Informasi yang diperoleh dari gerakan rotor ini
berupa sudut angular yang disebut roll, pitch, yaw.
2.2.2. Bidang Referensi
Bidang referensi pada sistem navigasi inersial cukup kompleks karena bidang
tempat sensor berada berbeda dengan bidang pada saat informasi navigasi (posisi
geografis) dihasilkan. Bidang referensi yang dimaksud adalah sistem koordinat 3
dimensi atau identik dengan sistem koordinat kartesian. Akibat adanya perbedaan
bidang referensi, maka dibutuhkan proses transformasi antar sistem koordinat. Bidang
referensi yang terkait dengan sistem navigasi inersial terdiri dari:
- Bidang inersial, yaitu bidang tempat berlakunya hukum gerak Newton dimana
sensor-sensor inersial terpasang, seperti IMU (inertial measurement units)
- Bidang ECEF (earth-centered earth-fixed), yaitu bidang dengan titik pusat sistem
koordinatnya berada di pusat bumi, sumbu-z berimpit dengan sumbu putar bumi,
sumbu-x berimpit dengan arah meridian Greenwich, dan sumbu-y berada tegak
lurus dengan sumbu-x dengan arah mengikuti aturan putaran tangan kanan
- Bidang navigasi, yaitu bidang dengan sistem koordinat lokal dengan sumbu-x
berupa arah utara, sumbu-y arah timur, dan sumbu-z arah ke pusat bumi mengikuti
garis gaya berat
- Bidang wahana (body), yaitu bidang tempat IMU diletakkan dengan sumbu-x
terdefinisi sebagai arah ke depan, sumbu-z arah ke bawah, dan sumbu-y tegak lurus
sumbu-x dengan aturan putaran tangan kanan, serta titik pusat sistem koordinat
berada di pusat gravitasi wahana.
2.2.3. Transformasi Antar Bidang Referensi
Terdapat beberapa kemungkinan transformasi antar bidang referensi tergantung
dari pendefinisan bidang hitung yang akan digunakan. Transformasi akan mudah
dihitung apabila orientasi relatif antar bidang sudah diketahui. Besaran orientasi
dinyatakan dalam sudut kelabilan (attitude). Terdapat beberapa metode transformasi
untuk menentukan parameter kelabilan, yaitu:
- DCM (direction cosines matrix)
Jika ada 2 sistem koordinat yang berbeda maka masing-masing diwakili dengan
matriks:
s
s
s
s
x
x
x
x
3
2
1
;
t
t
t
t
x
x
x
x
3
2
1
Hubungan kedua sistem koordinat tersebut adalah:
ts
t
s xCx …(1)
33
333231
232221
131211
ccc
ccc
ccc
C s
t matriks transformasi dari bidang-t ke bidang-s (DCM)
- Euler angles
Metode ini menggunakan sudut orientasi relatif antar 2 bidang yang berbeda dengan
besaran yang dinyatakan dengan roll/bank , pitch/elevation ,
danyaw/heading , atau dikenal dengan kelabilan (attitude). Hubungan antara
DCM dengan Euler angles adalah:
123 RRRC s
t …(2)
R1, R2, R3 adalah matriks rotasi dengan sumbu rotasi masing-masing pada sumbu x,
y, z. Sedangkan α, β, γ adalah Euler angles masing-masing sudut rotasi pada sumbu
x, y, z. Ketiga variabel sudut rotasi tersebut dapat dianalogikan dengan sebuah
attitude platform yakni masing-masing sebagai roll, pitch, yaw.
33
321tanc
c ; 31
1sin c ;
11
211tanc
c
- Quaternion
Metode ini merupakan metode yang didasarkan pada bilangan kompleks yang
dinyatakan dengan vektor dalam 4 dimensi yaitu; kdjcibaq , dimana a, b, c,
d adalah bilangan real, dan i, j, k, adalah bilangan imajiner. Hubungan antara DCM
dengan quaternion adalah:
2222
2222
2222
22
22
22
dcbaabcdacbd
abcddcbaadbc
acbdadbcdcba
C s
t
2.2.4. Hukum Coriolis
Terkait dengan transformasi antar bidang referensi, ada parameter yang harus
diperhitungkan yakni perubahan waktu. Sistem navigasi inersial merupakan sistem yang
selalu berubah dengan waktu, dan akan berpengaruh terhadap nilai transformasi yang
dihasilkan. Gaspard G. de Coriolis (1792-1843) sudah memberikan solusi penting
dengan membuat persamaan hukum Coriolis. Persamaan ini digunakan untuk
mendefinisikan perubahan letak bidang terhadap waktu. Persamaan hukum Coriolis
adalah: tt
st
tst
s xxxC
2.2.5. Model Matematika
Sistem navigasi inersial dibuat berlandaskan pada hukum Newton di atas.
Informasi navigasi yang diperoleh dari sistem navigasi tersebut dapatdihitung dengan
model matematika yang diformulasikan dengan persamaan berikut.
34 Oseanika: Jurnal Riset dan Rekayasa Kelautan Volume 1 Nomor 1 Tahun 2020
xmF …(3)
Persamaan (3) merupakan model dasar untuk penentuan sistem koordinat inersial.
Sistem inersial ini dipengaruhi juga oleh gaya gravitasi yang bekerja terhadap benda
tersebut. Gaya gravitasi ini dapat berasal dari gravitasi benda itu sendiri seperti planet
yang beredar di dalam orbitnya, atau gravitasi dari benda luar yang mempengaruhinya,
seperti gravitasi bumi yang mempengaruhi suatu benda di atas permukaan bumi.
Sehingga perluasan dari persamaan (3) menjadi:
gax …(4)
dimana mFa , yang merupakan percepatan akibat gaya F terhadap massa m, x
adalah percepatan partikel, dan g percepatan gravitasi.
Posisi relatif yang dihasilkan pada persamaan (4) perlu terdefinisi pada bidang
hitung tertentu. Bidang hitung ini merupakan sistem koordinat yang menjadi landasan
penentuan referensi dalam pengukuran maupun perhitungan, seperti telah dijelaskan di
atas.
2.2.6. Persamaan Navigasi
Secara prinsip, dalam sistem navigasi inersial, posisi diperoleh dari hasil integrasi
percepatan sensor accelerometer terhadap waktu. Integral pertama dari percepatan
menghasilkan kecepatan, kemudian integral berikutnya menghasilkan posisi. Dari
persamaan (1) dan (4) dapat diturunkan persamaan umum navigasi relatif terhadap
bidang sembarang a, yaitu:
aa
aaaa
i
a
i
a
i
aa
i
a
xxdt
d
gaxxxdt
d
2
…(5)
a
i adalah matriks rotasi dari bidang i (inersial) ke bidang a (sembarang).
Bidang atau sistem koordinat yang dipakai pada persamaan (5) adalah bidang
sembarang yang bisa diaplikasikan ke bidang yang diinginkan. Apabilabidang
sembarang tersebut merupakan bidang navigasi, maka persamaan (5) dapat ditulis
dalam bentuk persamaan differential orde pertama di dalam sistem koordinat navigasi
sebagai berikut:
vfgav 1 …(6)
vfx 2 …(7)
dimana:
a : vektor percepatan dari accelerometer
g : vektor gravitasi local
35
TDEN vvvv ; Thx
0coscos2
coscos20sinsin2
sinsin20
1
e
ee
e
f …(8)
100
0cos
10
001
2hN
hM
f …(9)
Persamaan (6) dan (7) merupakan persamaan free inertial navigation, yang bebas
dari berbagai gaya eksternal. Persamaan navigasi ini dapat dipecahkan dengan metode
pendekatan numerik untuk menghasilkan nilai posisi dan kecepatan pengamat. Data
masukan diperoleh dari sensor accelerometer dan gyroscope yang tergabung dalam satu
alat inersial MRU (motion reference unit). Namun persamaan navigasi ini belum
memberikan informasi kesalahan hasil pengukuran sensor. Untuk mengetahui sejauh
mana pengaruh kesalahan sensor inersial tersebut terhadap solusi navigasi perlu
dijelaskan dengan konsep persamaan error dynamics. Model ini dapat memberikan
karakteristik perambatan kesalahan dari sensor inersial terhadap nilai yang dihasilkan
dari persamaan (6) dan (7).
Model matematik persamaan error dynamics di sistem koordinat navigasi adalah
sebagai berikut:
GuF …(10)
dimana:
Thh
32119
RhafF ,,,,
99
RCfG n
b ,,99
u: system error
ε: vektor kesalahan sudut orientasi, kecepatan, dan posisi
F: matriks free-inertial dynamics
36 Oseanika: Jurnal Riset dan Rekayasa Kelautan Volume 1 Nomor 1 Tahun 2020
3. PEMBAHASAN
Persamaan (6) dan (7) merupakan model numerik dasar dari sistem navigasi
inersial yang menghasilkan informasi navigasi berupa posisi dan kecepatan. Namun
kedua persamaan tersebut masih berupa differential model tingkat pertama yang harus
diselesaikan secara numerik. Selain itu juga harus diperhatikan mengenai bidang hitung
yang dijadikan referensi, karena implementasi dari sistem navigasi inersial ini terkait
dengan beberapa bidang referensi. Akibatnya proses transformasi antar bidang referensi
juga harus diperhitungkan secara numerik dengan beberapa alternatif metode.
Gambar 5. Algoritma INS pada bidang navigasi (Sumber: Jekeli,2001)
Solusi yang dihasilkan untuk pemecahan persamaan (6) dan (7) sesuai dengan
algoritma pada Gambar 5 adalah:
takCtakCtakCvv b
k
a
b
b
k
a
b
b
k
a
b
a
k
a
k ˆ
6
11ˆ
3
22ˆ
6
1122
...(11)
tvhh
hN
tv
hM
tv
kDkk
kkk
kEkk
kk
kNkk
12
111
12
11
12
cos
...(12)
dimana: N dan M adalah jarak sepanjang garis normal ellipsoid bumi.
Persamaan (11) merupakan solusi untuk mendapatkan nilai kecepatan, dan
persamaan (12) merupakan solusi untuk mendapatkan nilai posisi di bidang ECEF
dengan besaran lintang, bujur, dan ketinggian. Sementara nilai kelabilan dapat diperoleh
dari persamaan (2) dengan proses iterasi persamaan (11).
Sistem navigasi inersial sama seperti sistem navigasi lainnya yakni bentuk
implementasinya bersifat real-time, dan akan mengalami gangguan dari Gaussian white
37
noise, sehingga mengakibatkan data navigasi tidak akurat. Penentuan data navigasi
harus bersifat instan sehingga diperlukan model prediksi yang bersifat rekursif, dan nilai
yang diperoleh dianggap sudah terbebas dari noise. Hal ini dapat dilakukan dengan
Kalman filtering (Gambar 6).
Gambar 6. Kalman Filtering pada sistem navigasi inersial yang real-time.
Kalman filter adalah metode filtering yang dapat menghasilkan nilai estimasi atau
prediksi secara instan (real-time) dalam suatu sistem dinamis linear yang mengalami
gangguan Gaussian white noise. Dengan kata lain, Kalman filter merupakan algoritma
pengolahan data yang bersifat rekursif atau pengolahan yang berulang dengan
menggunakan parameter yang sama. Kalman filter menyediakan solusi untuk filtering,
prediction, dan smoothing (Grewal, 1993). Secara umum, algoritma Kalman filter dapat
dilihat pada Gambar 7.
Gambar 7. Algoritma Kalman Filter (Sumber: modifikasi dari Grewal, 1993).
38 Oseanika: Jurnal Riset dan Rekayasa Kelautan Volume 1 Nomor 1 Tahun 2020
Filtering adalah proses penentuan estimasi suatu nilai parameter berdasarkan data
pengamatan terbaru. Prediction adalah proses penentuan estimasi suatu parameter
setelah data pengamatan terakhir. Smoothing adalah proses penentuan estimasi suatu
parameter pada setiap waktu berdasarkan data pengamatan keseluruhan yang tersedia.
Sistem navigasi inersial dapat dikombinasikan dengan sistem navigasi yang lain
untuk mendapatkan informasi navigasi yang lebih akurat. Kombinasi dengan sistem
navigasi satelit akan mendapatkan posisi absolut di permukaan bumi yang akurat
dengan frekuensi tinggi. Kombinasi ini biasa disebut dengan sistem navigasi terpadu
dengan model Integrated GPS/INS System (Salychev and Voronov, 2000).
4. KESIMPULAN
Sistem navigasi yang baik adalah sistem yang dapat menyediakan informasi
navigasi secara kontinyu dan akurat. Informasi navigasi yang berguna untuk suatu
perjalanan wahana bergerak terdiri dari posisi (position), kecepatan (velocity), dan
kelabilan (attitude). Ketiga informasi ini dapat diperoleh dengan sistem navigasi
inersial. Sistem ini tidak terpengaruh dengan faktor eksternal karena sistem ini memiliki
sensor mekanik yang mengikuti hukum gerak Newton.
Informasi navigasi yang diperoleh dari sistem navigasi inersial merupakan hasil
perhitungan numerik dengan mengintegralkan nilai percepatan yang dihasilkan dari
sensor akselerometer. Sensor ini terpasang pada suatu bidang inersial sehingga harus
diperhitungkan proses transformasi dari bidang tersebut ke bidang navigasi atau bidang
bumi. Dengan demikian informasi navigasi tersebut dapat digunakan untuk keperluan
navigasi di permukaan bumi.
Untuk kesempurnaan dari implementasi sistem navigasi inersial ini, diperlukan
kombinasi dengan sistem navigasi satelit seperti GPS atau GNSS untuk mendapatkan
informasi navigasi yang absolut dan terikat di bumi. Kombinasi antara sistem navigasi
inersial dan GPS biasa dikenal sebagai integrated inertial navigation system (IINS).
Kalman filter berfungsi untuk mengintegrasikan kedua sistem tersebut sehingga
diperoleh sistem navigasi inersial terintegrasi yang menghasilkan data navigasi akurat
dan kontinyu.
DAFTAR PUSTAKA
Anonim. (2020). What is Gyroscope – History, Three Degree of Freedom, Basic
Properties. https://electricalfundablog.com/gyroscope. Diakses 10 Maret 2020.
Farrell, J.A. and Barth, M. (1998). The Global Positioning System & Inertial
Navigation. Mc Graw Hill, New York.
Grewal, M.S. (1993).Kalman Filtering: Theory & Practice, Prentice Hall.
Jekeli, C. (2001). Inertial Navigation Systems with Geodetic Applications.Walter
deGruyter, Berlin.
Salychev, O.S., and Voronov, V.V. (2000). Low Cost INS/GPS Integration: Concepts
and Testing.Proceeding of ION. Anaheim, CA, pp. 98-105.
39
KALIBRASI PATCH TEST UNTUK MULTIBEAM
ECHOSOUNDER LAUT DALAM DI KR. BARUNA JAYA-I
PACTH TEST CALIBRATION OF DEEP WATER MULTIBEAM
ECHOSOUNDER IN RV. BARUNA JAYA-I
Djunaedi Muljawan1*, Dwi Haryanto
1, dan M. Ilyas
1
1Balai Teknologi Survei Kelautan, Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi (BPPT),
Jl. MH. Thamrin No. 8, Jakarta
*E-mail: [email protected] atau [email protected]
ABSTRAK
KR. Baruna Jaya I telah melakukan revitalisasi peralatan melalui pemasangan sistem Multibeam
Echosounder (MBES) laut dalam dengan transducer terpasang secara permanen di lunas kapal.
Untuk memperoleh kedalaman dasar laut yang berkualitas baik melalui sistem MBES, diperlukan
kesejajaran transducer terhadap sistem kordinat kapal. Ketidaksejajaran transducer ini
menyebabkan adanya sudut rotasi transducer terhadap sistem kordinat kapal dan dinyatakan
dengan komponen roll, pitch, dan yaw. Dengan metode kalibrasi Patch Test, penelitian ini
bertujuan untuk mengetahui sudut simpangan roll, pitch, dan yaw dari pemasangan transduces
MBES KR. Baruna Jaya I. Hasil kalibrasi patch test menunjukan komponen roll sebesar 0.200 dan
komponen pitch sebesar 0.450. Komponen roll dan pitch memenuhi toleransi dengan rentang
kesalahan ± 0.50.
Sedangkan untuk komponen yaw sebesar 1.430 di atas toleransi ± 0.5
0. Kalibrasi
yaw melewati batas toleransi dikarenakan perbedaan arah kapal terhadap lajur survei kalibrasi
yaw.
Kata kunci: multibeam echosounder, ketidaksejajaran transducer, pacth test, roll-pitch- yaw
ABSTRACT
[Pacth Test Calibration of Deep Water Multibeam Echosounder in RV. Baruna Jaya-I] RV.
Baruna Jaya I has revitalized the equipment through the installation of a deep sea Multibeam
Echosounder (MBES) system with a transducer permanently installed in the vessel's keel. To get a
good quality of seabed depth through the MBES system, the transducer alignment to the ship
coordinate system is needed. This transducer misalignment causes the transducer rotation angle to
the ship's coordinate system and is expressed in terms of roll, pitch and yaw components. Using
the Patch Test calibration method, this study aims to determine the angle of roll, pitch, and yaw
displacement of the MBES’s transducer installed in Baruna Jaya I. The Patch Test calibration
results showed roll component of 0.20o and pitch component of 0.45
o in which all components
meet tolerances with an error range of ± 0.5o. Whereas, the yaw component is 1,43
o above
tolerance of ± 0.5o. Yaw calibration exceeds the tolerance limit due to differences in the direction
of the vessel to the yaw calibration survey line.
Keywords: multibeam echosounder, transducer miss-alignment, pacth test, roll-pitch- yaw
1. PENDAHULUAN
Pengukuran kedalaman pada suatu perairan atau laut dengan menggunakan
singlebeam echosounder (SBES) biasanya hanya menggunakan parameter pergerakan
wahana survei berupa parameter heave, sedangkan pergerakan wahana survei yang
meliputi roll, pitch, dan yaw bukan menjadi parameter yang mempengaruhi hasil
pengukuran kedalaman. Hal ini tidak berlaku untuk pengukuran kedalaman
40 Oseanika: Jurnal Riset dan Rekayasa Kelautan Volume 1 Nomor 1 Tahun 2020
menggunakan multibeam echosounder (MBES). Pergerakan wahana survei menjadi
parameter yang harus diketahui secara real time untuk proses perhitungan nilai
kedalaman. MBES tidak mengukur kedalaman, tapi hanya mengukur range dan
bearing. Kedalaman perairan dengan posisi yang fix diperoleh melalui perhitungan
range, bearing, position, motion (roll, pitch, dan yaw) dan refraction. Sehingga data
roll, pitch, dan yaw mempunyai peranan penting untuk menghasilkan data kedalaman
hasil akuisisi data MBES. Hal ini menjadi alasan bahwa kalibrasi harus dilakukan untuk
menentukan sudut kesalahan pemasangan transducer MBES yaitu sudut kesalahan roll.
pitch dan heading. Untuk mendapatkan sudut kesalahan tersebut dapat ditentukan
dengan melakukan pengukuran dengan pola lajur tertentu.
Menurut IHO (2011), kalibrasi MBES atau patch test merupakan langkah yang
utama untuk menentukan sudut simpangan antara transducer, sensor gerak dan sistem
koordinat kapal. Sementara itu, setiap pemasangan baru transducer MBES atau apabila
transducer MBES dipindahkan maka harus dilakukan pacth test (Brennan, 2009).
Dalam kaitan ini, salah satu contoh kasus kalibrasi patch test adalah yang dilakukan
pada MBES laut dalam yang dipasang di Kapal Riset (KR.) Baruna Jaya I dalam rangka
revitalisasi peralatan survei pada KR. Baruna Jaya milik Badan Pengkajian dan
Penerapan Teknologi (BPPT) (Muljawan, 2017). Kegiatan ini merupakan bagian dari
peremajaan dan penambahan peralatan survei yang dilakukan pada tahun 2017 oleh
Balai Teknologi Survei Kelautan, BPPT (Muljawan, 2017). Sistem MBES laut dalam
yang dipasang pada KR. Baruna Jaya I adalah MBES untuk pengukuran kedalaman laut
hingga 11 km, sehingga kapal riset ini merupakan satu-satunya kapal milik pemerintah
Indonesia yang memiliki kemampuan untuk mengukur kedalaman laut terdalam
dibandingkan dengan kapal riset lainnya di Indonesia. Adapun MBES yang dipasang
adalah MBES Hydrosweep DS yang di produksi oleh Teledyne (Teledyne RESON,
2019).
Untuk memperoleh hasil pengukuran kedalaman yang berkualitas baik melalui
sistem MBES hydrosweep, maka data ketidaksejajaran transducer yang diwakili oleh
sudut rotasi roll, pitch, dan yaw harus diketahui. Dengan demikian patch test merupakan
faktor penting dalam mendukung aktivitas survei dan sebagai jaminan kualitas data
MBES yang didapatkan. Dalam kaitannya dengan pemasangan MBES, penelitian ini
bertujuan untuk mengetahui sudut simpangan roll, pitch dan yaw dari pemasangan
transducer MBES pada KR. Baruna Jaya I melalui patch test.
2. BAHAN DAN METODE
2.1. Transducer MBES Teledyne Hydrosweep DS
Transducer MBES Teledyne Hydrosweep DS bertipe single transducer dan
terpasang permanen (Hull Mounted) di KR. Baruna Jaya I (Teledyne RESON, 2019).
Transducer MBES mengikuti konfigurasi “T” (mills cross), yaitu bentuk yang saling
menyilang antara kedua transducer tersebut dan terdiri dari dua bagian yaitu transmitter
(TX) dan receiver (RX) (Gambar 1). Transducer yang berfungsi sebagai penerima
sinyal (RX) dipasang dengan arah kiri kanan kapal, sedangkan transducer pemancar
sinyal (TX) dipasang searah haluan kapal. Transducer MBES terpasang pada Fairing
yang menempel pada lunas KR. Baruna Jaya I (Gambar 1).
41
Gambar 1. Transducer Teledyne HydroSweep DS berbentuk Mills Cross.
2.2. Sistem Koordinat Kapal dan Gerakan Rotasi Kapal
Pergerakan wahana survei yang dinyatakan dengan parameter roll, pitch, dan yaw
pada prinsipnya merupakan nilai sudut perputaran atau rotasi pada sumbu Y disebut
Roll, rotasi pada sumbu X disebut Pitch dan rotasi pada sumbu Z disebut Yaw. Bidang
yang dibentuk oleh ketiga sumbu (X, Y, dan Z) dikenal sebagai sistem koordinat kapal
(Vessel Reference Frame/VRF). Hal ini sesuai dengan penelitian yang dilakukan
(Clarke, 2003), sistem koordinat kapal ditentukan secara tiga dimensi, dimana sumbu X
positif didefinisikan dari Reference Point (RP) ke arah kiri (port), sedangkan sumbu Y
positif dari RP ke arah depan kapal (fore), dan sumbu Z positif dari RP ke arah bawah
kapal (Gambar 2).
Gambar 2. Sistem koordinat kapal dan perputaran (Modifikasi dari Walter et al., 2017).
Pada pelaksanaan survei MBES, parameter roll, pitch, dan yaw harus diukur
secara real time. Sehingga posisi transducer MBES harus stabil dan tidak terjadi
gerakan yang tidak searah dengan gerakan kapal. Pemasangan transducer MBES harus
meminimalisasi kesalahan pemasangan atau ketidaksejajaran transducer terhadap
sistem koordinat kapal (VRF). Ketidaksejajaran transducer dapat diukur besarnya
dengan metode statis maupun metode dinamis. Metode statis dilakukan dengan
melakukan survei dimensional untuk mendapatkan sudut ketidaksejajaran transducer
dengan VRF. Survei dimensional merupakan prosedur pengukuran dimensi kapal secara
tiga dimensi (3D) guna mendapatkan kerangka 3D dari sistem koordinat kapal (VRF)
42 Oseanika: Jurnal Riset dan Rekayasa Kelautan Volume 1 Nomor 1 Tahun 2020
sekaligus ketidaksejajaran transducer terhadap VRF. Survei dimensional dilakukan saat
kapal berada dalam dok kering (dry dock), ketika kapal berada di atas penyangga yang
mengakibatkan kapal dalam keadaan stabil, sehingga adanya ketidaksejajaran
transducer (roll, pitch dan yaw) terhadap VRF dapat diketahui secara akurat.
Metode dinamis untuk mendapatkan nilai roll, pitch, dan yaw akibat transducer
miss-alignment adalah dengan kalibrasi patch test. Kalibrasi patch test dilakukan
dengan merekam data MBES melewati beberapa lajur survei yang paralel dan overlap
dengan kecepatan kapal, kedalaman, dan terrain dasar laut dengan spesifkasi tertentu.
MBES Teledyne Hydrosweep DS merupakan sebuah sistem yang terintegrasi yang
meliputi alat pengukur jarak atau range (MBES), alat penentuan posisi global (DGPS),
alat pengukur gerakan rotasi (roll, pitch, dan yaw) dan translasi kapal atau heave
(Inertial Motion Unit / IMU), alat pengukur arah atau heading (Gyro Compas atau GPS
Gyro), dan kecepatan suara dalam kolom air atau pengaruh refraksi (Sound Velocity
Profile atau SVP dan Surface Sound Velocity atau SVS). Offset static kedudukan
transducer MBES dan alat-alat atau sensor-sensor lainnya seperti DGPS, IMU, dan
Gyro Compas terhadap RP dilakukan menurut Mann (1998) seperti ditunjukkan dalam
Gambar 3. Pengukuran akurat lokasi sensor adalah prasyarat untuk menjaga agar data
yang diperoleh sesuai dengan spesifikasi yang ditentukan. Kesalahan pengukuran
kedudukan ini (miss alignments offset static) yang tidak terhitung dengan baik akan
menghasilkan kesalahan kedalaman dan posisi, yang terwujud sebagai artefak data
dalam bentuk riak heave (ripples) dan cross-talk antara roll dan pitch. Pengukuran
kedudukan transducer dan sensor-sensor terhadap RP dilakukan dengan metode survei
dimensional.
Gambar 3. Offset Static atau kedudukan transducer & GPS, MRU, Gyro, garis air
terhadap RP (Mann, 1998).
2.3. Kalibrasi Patch Test
Picth, Roll dan heading merupakan gerakan memutar terhadap sumbu X, Y dan Z.
Idealnya transducer multibeam harus sejajar dengan bidang X dan Y, dan tegak lurus
terhadap sumbu Z. Namun pada kenyataanya sulit untuk memasang transducer dengan
kondisi ideal sehingga mengakibatkan kesalahan sudut atau penyimpangan terhadap
bidang X dan Y (Gambar 2).
Akibat dari adanya penyimpangan tersebut akan menyebabkan kesalahan pada
data posisi dan kedalaman hasil akusisi dan penghitungan dari sistem MBES. Besarnya
penyimpangan (transducer miss-alignment) tersebut harus diketahui nilainya dan
nilainya perlu dimasukan ke perangkat lunak (software) sistem akuisi data MBES. Di
43
dalam perangkat lunak sistem akusisi MBES, nilai transducer miss-alignment tersebut
diaplikasikan untuk mengkoreksi semua data hasil perekaman MBES secara otomatis.
2.3.1. Kalibrasi Roll
Kesalahan roll (roll offset) menyebabkan dasar laut yang datar terlihat miring
ketika kapal melewati lajur survei yang sama dengan arah berlawanan. Roll offset dapat
dikuantifikasi dengan memeriksa data kedalaman (sounding data) antara lajur survei
yang sama, yang dijalankan dalam arah yang berlawanan pada kecepatan yang sama.
Kasus ini untuk single transducer seperti tipe transducer dari sistem MBES Teledyne
Hydrosweep DS. Sedangkan untuk tipe dual transducer, Roll offset dapat dikuantifikasi
dengan memeriksa data kedalaman (sounding data) antara dua lajur survei paralel, yang
dijalankan dalam arah yang berlawanan pada kecepatan yang sama.
Jika ada Roll offset pada transducer MBES maka profil yang dihasilkan akan
tidak sama. Antara profil 1 dengan profil 2 akan merupakan persilangan dengan
membentuk sudut (Gambar 4). Gambar 4 menunjukan kondisi yang menggunakan
single transducer, sedangkan untuk kondisi dual transducer tidak dibahas pada
penelitian ini.
Gambar 4. Lajur survei yang berlawan arah (gambar kiri) dan profil seabed dari dua
lajur survei yang disebabkan adanya Roll offset (gambar kanan).
Gambar 5. Geometri Roll Offset.
Sudut “a” merupakan dua kali roll offset (Gambar 4), sedangkan sudut “b”
merupakan roll offset (Gambar 5) yang dapat ditentukan dengan mengacu pada
persamaan menurut Mann (1998):
b = arc tan (Y/X) ….…… (1)
44 Oseanika: Jurnal Riset dan Rekayasa Kelautan Volume 1 Nomor 1 Tahun 2020
dimana:
b = offset roll
Y = kedalaman titik pada lajur survei terluar
X = lebar lajur survei dari garis tengah
2.3.2. Kalibrasi Pitch
Kesalahan pitch (pitch offset) menyebabkan fitur-fitur atau objek-objek tampak
bergeser di sepanjang lintasan di tengah sapuan (coverage) MBES, hal ini disebabkan
adanya penyimpangan transducer terhadap sumbu Y. Pitch offset dapat ditentukan
dengan menjalankan lajur survei yang sama di atas fitur dasar laut yang menonjol atau
yang memiliki kemiringan yang curam dengan lajur survei berlawanan arah dan pada
kecepatan yang sama.
Apabila terjadi pitch offset pada transducer MBES maka akan terjadi pergeseran
objek antara profil 1 dan profil 2 (Gambar 6). Gambar 6 menunjukan kondisi yang
menggunakan single transducer, sedangkan untuk kondisi dual transducer tidak
dibahas pada penelitian ini.
Gambar 6. (Kiri) Geometri lajur survei untuk kalibrasi Pitch, dan (kanan) pergeseran
profil hasil lajur 1 dan lajur 2 akibat adaanya pitch offset.
Sudut pitch offset yang disimbulkan dengan sudut “a” (Gambar 6) dapat
ditentukan dengan mengacu pada persamaan menurut Mann (1998):
a = arc tan ( ….…… (2)
dimana:
a = sudut pitch offset
Z= kedalaman objek
d = jarak titik objek hasil pengukuran lajur 1 dan lajur 2
2.3.3. Kalibrasi Yaw
Kesalahan Yaw (Yaw offset) menyebabkan objek-objek di dasar laut tampak
bergeser di sepanjang lajur survei tepat di tengah sapuan (coverage) MBES (Gambar 7).
Perpindahan objek-objek sepanjang lajur survei akan meningkat dengan jarak yang jauh
dari lajur survei. Yaw offset dapat dikuantifikasi dengan memeriksa data kedalaman
(sounding data) pada area yang tumpang-tindih (overlap) antara dua lajur survei yang
45
saling berdekatan. Sapuan kedua lajur survei ini dilewatkan di kedua sisi objek dasar
laut dengan arah lajur survei yang berlawanan dan pada kecepatan yang sama. Bagian
sapuan kanan (starboard) lajur 1 overlap dengan sapuan bagian kanan lajur 2, begitu
juga untuk bagian sapuan kiri (port).
Gambar 7. Geometri lajur survei untuk kalibrasi yaw (gambar kiri) dan pergeseran
profil hasil lajur 1 dan lajur 2 akibat adaanya yaw offset (gambar kanan) (Modifikasi
dari Lugsdin and Schultze, 2006).
Sudut yaw offset yang disimbulkan dengan sudut “γ” (Gambar 6) dapat ditentukan
dengan mengacu pada persamaan menurut Mann (1998):
γ = sin-1 ( ….…… (3)
dimana:
γ = sudut yaw offset
da= jarak titik objek hasil pengukuran lajur 1 dan lajur 2
X = jarak melintang relative terhadap beam no ke-i
2.3.4. Kalibrasi Navigation Delay (Latency)
Navigation delay menyebabkan fitur-fitur tampak bergeser di sepanjang lajur
survei relatif terhadap posisi transduser (Gambar 8). Navigation delay dapat ditentukan
dengan menjalankan lajur survei dua kali dalam arah yang sama pada objek dasar laut
yang menonjol, lajur survei satu pada kecepatan tercepat dan lajur survei kedua pada
kecepatan yang paling lambat.
Navigation delay yang disimbulkan dengan sudut “TD” (Gambar 7) dapat
ditentukan dengan mengacu pada persamaan menurut Mann (1998):
….…… (4)
dimana:
TD = Navigation delay dalam satuan detik
Da = jarak titik objek hasil pengukuran dengan kecepatan tinggi dan rendah
Vh = Kecepatan kapal (tinggi)
Vi = Kecepatan kapal (rendah)
46 Oseanika: Jurnal Riset dan Rekayasa Kelautan Volume 1 Nomor 1 Tahun 2020
Gambar 8. (Kiri) Geometri lajur survei untuk kalibrasi navigation delay (gambar kiri)
dan pergeseran profil hasil lajur 1 dan lajur 2 akibat adanya navigation delay (gambar
kanan) (Modifikasi dari Lugsdin and Schultze, 2006).
2.4. Kalibrasi Navigation Delay (Latency)
Kalibrasi patch test MBES dilaksanakan tanggal 26 Nopember 2017 di sekitar
Selat Sunda pada kedalaman antara 500 - 1500 meter dengan posisi sekitar
6°20'44.15"S, 104°45'44.31"E (Gambar 9). Kalibrasi patch test dilaksanakan dengan
melakukan survei pada 2 (dua) lajur survei yang sejajar dan 1 lajur survei yang
melintang (crossing) pada dua lajur survei yang sejajar. Setiap lajur survei dilewati dan
direkam data MBES secara bolak balik. Ilustrasi lajur survei untuk kalibrasi patch test
disajikan pada Gambar 10.
Gambar 9. Lokasi penelitian kalibrasi patch test transduser MBES KR. Baruna Jaya I
di perairan Selat Sunda.
Gambar 10. Lajur survei untuk kalibrasi patch test.
47
Lokasi kalibrasi patch test area harus memenuhi kriteria dengan seabed
topography berupa: dasar laut yang memiliki objek atau artefak yang menonjol seperti
gundukan atau pipa, atau dasar laut memiliki kemiringan yang curam (slope) dan dasar
laut yang rata (flat). Lokasi yang memenuhi kriteria seabed topography yang dimaksud
berada pada latitude 6°20'30.00"S dan longitude 104°46'30.00"E. Lokasi ini memiliki
slope yang curam dengan kedalaman 300 m sampai dengan 1000 m (Gambar 11).
Gambar 11. Seabed topography pada lokasi kalibrasi patch test.
Prosedur kalibrasi roll dilakukan dengan dua buah lajur survei yang arahnya
saling berlawanan, dengan kecepatan kapal yang sama, melintasi area yang datar, dan
saling bertampalan (overlap). Kalibrasi pitch dilaksanakan mirip seperti kalibrasi roll,
tetapi harus melintasi daerah yang memiliki slope yang curam atau objek yang
menonjol. Sedangkan kalibrasi yaw mensyaratkan dua lajur yang memiliki arah yang
sama dan melintasi objek yang menonjol atau tegak lurus slope. Semua proses kalibrasi
harus diusahakan dengan kecepatan kapal yang relatif sama. Sedangkan untuk koreksi
latency diabaikan karena telah dilakukan sinkronisasi waktu dengan teliti.
3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Sebelum memulai kalibrasi patch test MBES, profil kecepatan suara pada kolom
air harus diukur menggunakan peralatan Sound Velocity Profile (SVP) atau alat
Conductivity Temperature Depth (CTD). Lokasi pengambilan SVP berada di lokasi
penelitian dengan penurunan SVP di air hingga kedalaman maksimum lokasi penelitian.
Profil kecepatan suara pada kolom air disajikan pada Gambar 12. Data SVP merupakan
syarat mutlak untuk mendapatkan data kedalaman yang akurat hasil penghitungan
perhitungan range, bearing, position, motion (roll, pitch, dan yaw) dan refraction. SVP
berkaitan dengan proses refraksi gelombang suara dalam media air.
Pada kalibrasi patch test MBES tidak dilakukan kalibrasi navigation delay karena
sistem MBES Teledyne Hydrosweep DS sudah disinkronisasi dengan waktu dalam
bentuk string NMEA ZDA untuk menghasilkan penyamaan waktu (time-stamp) selama
akuisisi MBES. Karena itu dalam kalibrasi patch test MBES hanya untuk parameter
roll, pitch, dan yaw. Lajur survei dan loaksi baik roll, pitch, dan yaw untuk kalibrasi
patch test MBES disajikan pada Gambar 13, sedangkan koordinat posisi lajur disajikan
pada Tabel 1.
48 Oseanika: Jurnal Riset dan Rekayasa Kelautan Volume 1 Nomor 1 Tahun 2020
Gambar 12. SVP yang digunakan untuk kalibrasi patch test.
Gambar 13. Lajur survei dan lokasi untuk kalibrasi patch test.
Tabel 1. Lajur survei untuk kalibrasi patch test.
Line Start of Line (SOL) End of Line (SOL) Heading Comment
1 06-20.682 S/104-48.171 E 06-20.779 S/104-43.538 E 270/90 Pararel Line
2 06-20.044 S/104.47.816 E 06-20.119 S/104-43.872 E 270/90 Pararel Line
3 06-18.488 S/104-46.177 E 06-22.133 S/104-46.083 E 170 Crossing Line
Lajur survei 1 digunakan untuk kalibrasi roll dan pitch. Kalibrasi roll dilakukan
pada topografi dasar laut yang realtif datar (flat) dan lokasi berada dibagian timur
(ditunjukan pada Gambar 10 di bagian bawah), sedangkan kalibrasi pitch dilakukan
pada topografi dasar laut yang relatif curam dan lokasi berada di bagian tengah-tengah
lajur survei 1 (Gambar 13). Kombinasi dari lajur survei 1 dan lajur survei 2 digunakan
untuk kalibrasi yaw. Kalibrasi yaw dilakukan pada topografi dasar laut yang relatif
curam dan lokasi berada di bagian tengah-tengah lajur survei 1 dan lajur survei 2
49
(Gambar 13). Lajur survei 3 dilakukan secara tegak lurus terhadap lajur survei 1 dan
lajur survei 2 tepat di atas lokasi kalibrasi patch test untuk memverifikasi validitas
parameter kalibrasi patch test. Hasil kalibrasi patch test ditunjukan pada Tabel 2 dan
Gambar 14.
Tabel 2. Ringkasan parameter kalibrasi patch dari MBES Teledyne Hydrosweep DS.
System Components Calibration Parameters Orientation
Roll 0.20° Port Up (+)
Pitch 0.45° Bow Up (+)
Heading 1.43°
Navigation Delay (Latency) 0.00s
(a) Hasil Kalibrasi Roll.
(b) Hasil Kalibrasi Pitch.
(c) Hasil Kalibrasi Yaw.
Gambar 14. Hasil kalibrasi Patch Test.
50 Oseanika: Jurnal Riset dan Rekayasa Kelautan Volume 1 Nomor 1 Tahun 2020
Pada Tabel 2 ditunjukan nilai hasil kalibrasi patch test, yang mana parameter roll
nilainya +0.20° (transducer bagian port naik sebesar +0.20°) dan parameter pitch
nilainya +0.45° (transducer bagian bow naik sebesar +0.45°). Hasil kalibrasi roll dan
pitch memenuhi toleransi kesalahan transducer miss-alignment yang disyaratkan oleh
Teledyne (rentang kesalahan transducer miss-alignment ± 0.5°). Sedangkan parameter
yaw nilainya +1.43°, sehingga transducer seolah-olah berputar terhadap sumbu Z
searah jarum jam sebesar 1.43°. Besarnya nilai kalibrasi yaw kemungkinan disebabkan
adanya ketidaklurusan kapal terhadap lajur survei pada saat kalibrasi patch test. Faktor
angin dan arus menyebabkan kapal survei sulit dikendalikan agar heading kapal searah
dengan lajur survei, sehingga sapuan data MBES tidak tegak lurus dengan lajur survei.
Hal ini akan menyebabkan data Digital Elevation Model (DEM) yang dihasilkan akan
kurang sesuai untuk area yang bertampalan (overlap) antar dua lajur survei.
Bedasarkan penelitian yang telah dilakukan oleh Richardson (1997), faktor angin
dan arus laut dapat mempengaruhi pergerakan kapal survei sehingga menyebabkan
kesalahan baik pada arah (heading) maupun posisi kapal. Pada proses kalibrasi patch
test MBES khususnya kabibrasi yaw, yang mana harus menggunakan dua lajur survei
yang sapuannya harus bertampalan (overlap) maka arah kapal yang tidak sesuai dengan
arah lajur survei akan menyebabkan kesalahan sebesar dua kali lipat efek kesalahan
pada data yang direkam.
Parameter kalibrasi patch test (Tabel 2), selanjutnya diinputkan ke perangkat
lunak akuisisi data MBES dan disimpan dalam ship parameter (vessel file). Parameter
kalibrasi patch test merupakan nilai koreksi akibat dari ketidaksejajaran dari transducer
MBES terhadap Vessel Reference Frame.
4. KESIMPULAN
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui simpangan roll, pitch dan yaw melalui
kalibrasi patch test MBES laut pada K.R Baruna Jaya I - BPPT. Dari hasil proses
kalibrasi diperoleh ketidaksejajaran transducer MBES terhadap Vessel Reference Frame
untuk komponen roll sebesar 0.200 dan kesalahan ketidaksejajaran transducer MBES
untuk komponen pitch sebesar 0.450. Ketidaksejajaran transducer untuk komponen roll
dan pitch memenuhi toleransi yang disyaratkan oleh Teledyne dengan rentang kesalahan
± 0.5°. Sedangkan kesalahan ketidaksejajaran transducer MBES komponen yaw sebesar
1.430. Ketidaksejajaran transducer untuk komponen yaw melewati batas toleransi yang
disyaratkan oleh Teledyne dengan rentang kesalahan ± 0.5°. Ketidaksejajaran
transducer untuk komponen yaw yang melewati batas toleransi dikarenakan adanya
ketidaklurusan kapal terhadap lajur survei pada saat kalibrasi patch test. Untuk
keperluan survei dan akuisisi data selanjutnya, disarakan untuk melakukan kalibrasi
patch test MBES guna memverifikasi hasil kalibrasi MBES yang dilakukan pada
penelitian ini. Secara keseluruhan hasil dan metode penelitian dapat
dipertanggungjawabkan dalam menghasilkan nilai miss-alignment transducer sistem
MBES laut dalam.
UCAPAN TERIMA KASIH
Tulisan ini merupakan bagian dari hasil Kegiatan Revitalisasi Peralatan Survei
KR. Baruna Jaya – BPPT yang dibiayai oleh DIPA Balai Teknologi Survei Kelautan,
BPPT pada TA 2017. Penulis mengucapkan terima kasih kepada segenap managemen
Balai Teknologi Survei Kelautan, atas segala arahan dan dorongan untuk keberhasilan
51
kegiatan kalibrasi patch test ini. Ucapan terima kasih juga disampaikan kepada teknisi
dan kru KR. Baruna Jaya I yang telah banyak membantu dalam keberhasilan kegiatan di
lapangan.
DAFTAR PUSTAKA
Brennan, C.W. (2009). Multibeam Calibration: The Patch Test. R2Sonic LLC. USA
Clarke, J. (2003). A Reassessment of Vessel Coordinate System: What Is it That We
Are Really Aligning? In: Proceedings of the U.S. Hydrographic Conference 2003,
1–12. Retrieved from https://doi.org/10.1007/s13398-014-0173-7.
Muljawan, D. (2017). Sea Trial Sea Acceptance Test (SAT) Peralatan Multibeam
Hydrosweep DS di KR. Baruna Jaya I, Selat Sunda - Samudera Hindia - Selat
Sunda - Muara Baru, 25 – 29 November 2017. Laporan Sea Trial. Balai
Teknologi Survei Kelautan, Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi. p. 30.
Lugsdin, A. and Schulze, B. (2006). Multibeam Calibration Guide for Sea Beam 1180
& 1050 / Elac Sw & Mw System. L3-Communications Elac Nautik GmbH, Kiel,
Germany.
IHO. (2011). Manual on Hydrography, C-13, Chapter Depth Determination.
International Hydrographic Organozation (IHO), 1st Edition.
Richardson, P. L. (1997). Drifting in The Wind: Leeway Error in Shipdrift Data. Deep
Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers, 44(11), 1877–1903.
https://doi.org/https://doi.org/10.1016/S0967-0637(97)00059-9
Mann, R. (1998). Field Calibration Procedures for Multibeam Sonar Systems, U.S.
Army Corps of Engineers Topographic Engineering Center, Virginia, USA.
Teledyne RESON. (2019). Atlas Hydrosweep DS. Retrieved from http://www.sea-
landtech.com/wp-content/uploads/2018/07/Teledyne-Hydrosweep-DS_Data-
Sheet.pdf
Walter, H., Wagman, J., Stergiou, N., Erkmen, N., & Stoffregen, T. (2017). Dynamic
perception of dynamic affordances: walking on a ship at sea. Experimental Brain
Research, 235(2), 517–524. https://doi.org/10.1007/s00221-016-4810-6
52 Oseanika: Jurnal Riset dan Rekayasa Kelautan Volume 1 Nomor 1 Tahun 2020
ESTIMASI PERFORMA SISTEM PROPULSI PADA KAPAL
DENGAN TIPE CONTROLLABLE PITCH PROPELLER
ESTIMATION OF PROPULSION SYSTEM PERFORMANCE ON
CONTROLLABLE PITCH PROPELLER VESSEL
Dwitya Harits Waskito1*
1Balai Teknologi Survei Kelautan, Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi (BPPT),
Jl. MH. Thamrin No. 8, Jakarta
*E-mail: [email protected]
ABSTRAK
Perhitungan performa sistem propulsi sebuah kapal secara real-time sangat penting untuk dapat
mengukur kualitas dan efisiensi dari komponen yang ada pada sistem propulsi itu sendiri. Metode
yang telah dikembangkan berpusat kepada perhitungan pada kapal dengan tipe propeller Fixed
Pitch Propeller, sedangkan untuk kapal dengan tipe Controllable Pitch Propeller metode tersebut
kurang tepat jika digunakan karena perbedaan pitch pada setiap kecepatan. Oleh karena itu
dibutuhkan suatu metode perhitungan analitik yang dapat digunakan secara efisien, mudah, akurat,
dan dapat dilakukan pada saat kapal berlayar. Metode yang digunakan adalah mendapatkan data
dari pitch pada propeller pada masing – masing kecepatan dimana dari data pitch tersebut dapat
digunakan untuk mendapatkan nilai estimasi performa sistem propulsi dengan menggunakan
metode engine- propeller matching. Metode perhitungan yang dilakukan pada tulisan ini dapat juga
digunakan sebagai pembanding terhadap kondisi sistem propulsi kapal terkini dengan kondisi
propulsi kapal pada saat commissioning.
Kata Kunci: propulsi, controllable pitch propeller, pitch, propeller, kapal riset
ABSTRACT
[Estimation of Propulsion System Performance on Controllable Pitch Propeller Vessel] The
calculation of ship propulsion performance with real-time data is really important to measure the
quality and efficiency of ship propulsion system. Currently, the calculation method that being
developed is more suitable for ship with Fixed Pitch Propeller system. However, that method is
insignificant if it is used on ship with Controllable Pitch Propeller system, since the Controllable
Pitch Propeller has the difference on pitch for each speed. Therefore, there is a demand for an
analytical calculation for ship with Controllable Pitch Propeller system that efficient, user
friendly, and accurate. The method that will be used in this paper is by obtaining the geometric
pitch data in when the ship is on transit. After the pitch data is obtained, it can be used for
estimating the propulsion system performance through the engine-propeller matching method.
Calculation method that developed in this paper also can be utilized as a benchmark tools for
comparing ship propulsion system performance.
Keywords: propulsion, controllable pitch propeller, pitch, propeller, research vessel
PENDAHULUAN
Pelayaran dunia berkontribusi terhadap 3.1% emisi gas CO2 (International
Maritime Organization, 2015) dan berdasarkan angka tersebut pada tahun 2018, IMO
telah menetapkan untuk menurunkan angka emisi tersebut menjadi 50% pada tahun
2050 mendatang. Tujuan tersebut akan sangat bergantung terhadap kemampuan dan
53
teknologi untuk mengukur dan menganalisa konsumsi bahan bakar dan performa dari
sistem propulsi pada suatu kapal. Hal yang dapat dilakukan adalah mengukur secara
akurat konsumsi bahan bakar dari kapal pada setiap waktu tertentu secara real-time.
Untuk mendapatkan nilai konsumsi bahan bakar, dibutuhkan perhitungan performa dan
efisiensi dari mesin kapal secara real-time pada saat berlayar. Namun pada kondisi saat
ini pada kapal-kapal niaga pada umumnya, jarang sekali dilakukan pengukuran,
perhitungan, dan analisa terhadap performa dari mesin kapal.
Salah satu penyebab minimnya dilakukan adalah terkendalanya kemampuan
sumber daya manusia dan infrastruktur. Beberapa kapal niaga pada umumnya telah
dipasang sistem automatisasi dan digitalisasi untuk melakukan perhitungan performa
permesinan kapal. Hal ini berbeda dengan yang ada pada kapal – kapal konvensional
atau kapal yang telah berusia tiga puluh tahun lebih, dimana belum dilengkapi dengan
sistem otomatisasi dan digitalisasi untuk perhitungan performa dan efisiensi permesinan
kapal.
Untuk menyelesaikan permasalahan tersebut, perhitungan performa permesinan
kapal dapat dilakukan secara analitis dengan melakukan perhitungan yang telah
dilakukan peneliti lain dengan mengintegrasikan nilai dari berbagai hambatan yang
dialami oleh kapal (angin, gelombang dan added resistance) (Tsujimoto et al., 2009;
Zhao et al., 2015) dan estimasi daya yang dilakukan dengan memprediksi penurunan
kecepatan sehingga mendapatkan nilai aktual dari daya mesin (Chuang dan Steen,
2011). Permasalahan selanjutnya akan muncul, jika jenis dari propeller suatu kapal
adalah Controllable Pitch Propeller (CPP). Dimana pada CPP, rpm dari poros propeller
adalah konstan. Oleh karena itu, estimasi nilai performa permesinan kapal dengan
propeller tipe Fixed Pitch Propeller (FPP) tidak akurat jika digunakan pada CPP.
Dibutuhkan suatu metode perhitungan secara analitik untuk dapat mengestimasi
performa mesin kapal dengan tipe propeller CPP yang mudah dilakukan, hemat waktu,
dan dapat dilakukan secara real-time. Pada tulisan ini, akan dilakukan perhitungan
untuk mendapatkan nilai dari daya sistem propulsi yang ada pada propeller dengan jenis
CPP dengan menggunakan pendekatan yang berbeda dengan perhitungan kapal dengan
propeller jenis FPP.
METODOLOGI
Kapal yang dianalisa sistem propulsinya adalah Kapal Riset (KR.) Baruna Jaya IV
milik Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi (Gambar 1), dengan ukuran utama
seperti terlihat pada Tabel 1.
Tabel 1. Ukuran utama KR. Baruna Jaya IV.
Spesifikasi Nilai
Panjang Kapal sepanjang garis air (Lwl) 55 m
Lebar (B) 12 m
Draft (T) 4.15 m
Displacement (Δ) 1515 ton
Koefisien blok (Cb) 0.489
Kecepatan servis (Vs) 8 knots
54 Oseanika: Jurnal Riset dan Rekayasa Kelautan Volume 1 Nomor 1 Tahun 2020
Gambar 1. Model Maxsurf Kapal Riset (KR.) Baruna Jaya IV BPPT (Waskito, 2018).
Sedangkan spesifikasi dari mesin utama dan propeller pada KR Baruna Jaya IV
dapat terlihat pada Tabel 2.
Tabel 2. Spesifikasi mesin utama dan propeller KR Baruna Jaya IV.
Komponen Permesinan Spesifikasi
Mesin utama
(2x Niigata Pielstick 5PA5L)
- Daya per mesin 1100 HP
- Rpm mesin 850
Propeller
- Daya aktual 1618 kW
- rpm 240
- Diameter propeller (DP) 2.5 m
- Propeller blade (n) 4
- Pitch rata - rata (Pavg) 2.056 m
- Blade Area Ratio (BAR) 0.503
Data yang akan digunakan dalam perhitungan didapatkan dari data navigasi pada
dua pelayaran berbeda menggunakan KR Baruna Jaya IV. Cruise1 dilakukan pada
Maret 2018 dengan trayek Jakarta - Pangandaran dengan kondisi mesin belum
dilakukan overhaul sedangkan Cruise2 dilakukan pada Juli 2019 dengan trayek Jakarta -
Kendari dengan kondisi mesin sudah dilakukan overhaul.
Perhitungan Pitch
Perhitungan performa sistem propulsi untuk kapal dengan tipe CPP secara analitis
berbeda dengan kapal dengan tipe propeller FPP. Pada umumnya kapal dengan tipe
CPP mempunyai rpm mesin dan poros yang konstan. Pengaturan kecepatan kapal
dilakukan dengan perubahan pitch set point (Pset) yang dilakukan oleh officer di
anjungan. Oleh karena itu propeller mengalami fenomena pitch (P) yang fluktuatif
dikarenakan perubahan pitch angle set point (Pset). Nilai dari pitch sebetulnya sudah
didapatkan dari pabrik propeller tersebut, namun dengan adanya perubahan nilai pitch
pada saat pelayaran, dibutuhkan metode untuk mengestimasi nilai pitch pada kecepatan
tertentu. Pitch atau geometric pitch dapat diartikan sebagai jarak yang ditempuh (dalam
55
meter) dalam sekali putaran. Dengan pengertian tersebut, nilai dari geometric pitch
dapat dihitung dengan persamaan:
1minDP
n ................... (1)
Dimana D1min adalah jarak yang ditempuh kapal (dalam meter) pada satu menit
sedangkan n adalah rpm propeller.
Hambatan Kapal
Dalam perhitungan sistem propulsi, langkah pertama yang dilakukan adalah
menghitung hambatan kapal terkini pada KR Baruna Jaya IV berdasarkan metode yang
dikembangkan oleh (Holtrop dan Mennen, 1982) dengan persamaan:
................... (2)
Dimana RT adalah hambatan total kapal, RF adalah hambatan gesek karena
pergerakan kapal di air, (1+k1) adalah faktor bentuk dari lambung kapal. RAPP adalah
nilai dari hambatan appendages, RW adalah nilai dari estimasi awal terhadap hambatan
gelombang, RTR adalah nilai hambatan dikarenakan transorm stern yang berada di
bawah garis air, dan RA adalah nilai hambatan korelasi antara kapal model dan skala
penuh. Perhitungan nilai hambatan dilakukan dengan menggunakan software Maxsurf
Resistance.
Efisiensi Komponen Sistem Propulsi
Pada saat kapal berlayar, terdapat interaksi antara lambung dengan sistem propulsi
(propeller) yang dapat mempengaruhi efisiensi dan desain dari sistem tersebut.
Komponen pertama adalah wake yang merupakan efek dari aliran air yang menuju ke
propeller yang disebabkan oleh bentuk dari lambung kapal. Wake ditandai dengan wake
fraction atau wt (Molland et al., 2011).
0.5 0.05t Bw C ................... (3)
Dimana CB adalah blok koefisien dari kapal. Dengan adanya pengaruh dari wake
pada buritan maka kecepatan kapal berkurang menjadi kecepatan advanced (Va) yang
dapat dihitung dengan persamaan:
(1 )a s tV V w ................... (4)
Perhitungan Delivered Power (PD)
Untuk menganalisa performa sistem propulsi, tentunya harus didapatkan nilai dari
daya salah satu komponen sistem propulsi baik itu mesin utama, poros, maupun
propeller. Dalam perhitungan ini output yang dihasilkan adalah nilai dari Delivered
56 Oseanika: Jurnal Riset dan Rekayasa Kelautan Volume 1 Nomor 1 Tahun 2020
Power (PD). PD adalah daya yang harus dikeluarkan oleh propeller untuk menggerakkan
kapal dengan kecepatan dan pada hambatan tertentu. Nilai dari PD didapatkan
menggunakan persamaan:
2DP nQ ................... (5)
Dimana Q adalah torsi yang dihasilkan oleh putaran shaft propeller. Nilai Q
didapatkan dari persamaan:
2 5
QQ K n D ................... (6)
KQ adalah koefisien non-dimensional dari torsi. Nilai dari KQ didapatkan dari
metode engine-propeller matching dengan menggunakan diagram Wageningen B 4.50.
Diagram tersebut dapat digunakan untuk kapal tipe FPP dan CPP (Dang et al., 2013).
Input dari diagram tersebut dari sumbu x adalah nilai dari J (Propeller advance ratio)
yang didapatkan dari persamaan:
aVJ
nD ................... (7)
Nilai dari J dipertemukan secara vertikal dengan nilai P/D yang ditandai dengan
garis putus-putus. Dimana P adalah nilai pitch yang telah didapatkan dari data navigasi
dan D adalah diameter propeller. Setelah itu titik pertemuan tersebut ditarik ke sumbu y
untuk menentukan nilai dari KQ dimana nilai tersebut akan digunakan dalam
perhitungan PD berdasarkan persamaan (5).
Gambar 2. Diagram Wageningen B Series BAR 0.5, dengan 4 daun propeller
(Bernitsas et al., 1981).
57
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil Perhitungan Pitch
Nilai kecepatan pada Gambar 3 adalah nilai kecepatan rata-rata dalam satu menit
(Vavg) pada jarak tertentu (D1min) dimana jarak tersebut digunakan dalam perhitungan
pitch berdasarkan persamaan (1). Terdapat perbedaan nilai pitch yang disebabkan
karena kondisi mesin yang berbeda pada kedua pelayaran tersebut. Pada Cruise2, nilai
pitch dan kecepatan maksimum yang dicapai lebih tinggi karena kondisi mesin telah
dilakukan overhaul sehingga kemampuan dan performa mesin meningkat dibanding
pada saat Cruise1.
Gambar 3. Nilai dari pitch pada berbagai kecepatan kapal.
Dengan nilai pitch yang tinggi, jarak yang ditempuh semakin panjang dan
kecepatan kapal tentu akan semakin tinggi, akan tetapi pada Gambar 3 terlihat pada
kecepatan yang sama pada kedua pelayaran, nilai dari pitch dapat berbeda. Untuk
melakukan analisa mendalam mengenai pengaruh kecepatan terhadap pitch, dilakukan
pengambilan data nilai pitch pada berbagai kecepatan yang sama dengan variasi
kecepatan 7-10 knots pada Cruise2.
Nilai dari (Vavg) diambil dari beberapa sampel dengan waktu yang berbeda pada
Cruise 2. Berdasarkan Gambar 4 dan 5 dapat dilihat bahwa nilai dari pitch dapat
berbeda pada kecepatan yang sama, hal ini disebabkan karena pada saat kapal mencapai
kecepatan tertentu, kondisi lingkungan (angin, arus, dan gelombang) yang dialami kapal
berbeda-beda sehingga menyebabkan perbedaan pitch yang dihasilkan. Selain itu
perbedaan nilai pitch pada suatu kecepatan tertentu disebabkan karena performa mesin
yang fluktuatif yang dipicu oleh kondisi pendinginan pada mesin, dan ketahanan panas
dari suku cadang yang ada pada cylinder head. Nilai margin perbedaan pitch terbesar
adalah pada kecepatan 8 knots yaitu sebesar 0.084 m (7.54%).
58 Oseanika: Jurnal Riset dan Rekayasa Kelautan Volume 1 Nomor 1 Tahun 2020
Gambar 4. (Kiri) Nilai dari pitch pada berbagai kecepatan kapal dalam batas 7 knots.
(Kanan) Nilai dari pitch pada berbagai kecepatan kapal dalam batas 8 knots.
Gambar 5. (Kiri) Nilai dari pitch pada berbagai kecepatan kapal dalam batas 9 knots.
(Kanan) Nilai dari pitch pada berbagai kecepatan kapal dalam batas 10 knots.
Hasil perhitungan Delivered Power
Nilai dari KQ berdasarkan metode engine-propeller matching pada kedua cruise
adalah seperti dalam Tabel 3 dan 4.
Tabel 3. Nilai koefisien perhitungan PD pada Cruise1.
V (knots) P/D J KQ
6.51 0.34 0.27 0.0034
7.00 0.36 0.29 0.0044
7.55 0.39 0.31 0.0059
8.00 0.41 0.33 0.0068
8.50 0.43 0.35 0.0082
9.01 0.46 0.37 0.0096
9.15 0.47 0.38 0.0102
Nilai PD pada kedua cruise yang dikalkulasi menggunakan persamaan (5) digambarkan
pada grafik Gambar 6.
59
Tabel 4. Nilai koefisien perhitungan PD pada Cruise2.
V (knots) P/D J KQ
6.50 0.36 0.27 0.0044
7.00 0.39 0.29 0.0058
7.50 0.41 0.31 0.0071
8.00 0.45 0.33 0.0083
8.50 0.47 0.35 0.0100
9.01 0.50 0.37 0.0108
9.51 0.53 0.39 0.0114
10.05 0.56 0.42 0.0121
10.40 0.57 0.43 0.0125
Gambar 6. Nilai PD pada berbagai kecepatan.
Dari gambar di atas didapatkan bahwa kecenderungan grafik dari nilai PD mirip
dengan kecenderungan grafik dari nilai pitch Gambar 3, yaitu meningkat secara linear.
Oleh karena itu perhitungan nilai PD dapat digunakan sebagai estimasi perhitungan nilai
sistem propulsi pada sebuah kapal. Terlebih lagi, dengan nilai PD yang didapat maka
dapat dilakukan analisa lebih lanjut pada sistem propulsi, seperti efisiensi performa
mesin, efisiensi poros, dan perhitungan konsumsi bahan bakar sehingga setiap kapal
mempunyai sistem dan mekanisme perhitungan performa secara real-time yang dapat
membantu dalam menganalisa kondisi dari kapal.
Akan tetapi, perlu diperhatikan bahwa terdapat beberapa keterbatasan dalam
perhitungan antara lain: pada penentuan nilai KQ dengan menggunakan diagram
Wageningen B Series, nilai dari P/D berada di luar grafik sehingga harus dilakukan
ekstrapolasi untuk mendapatkan titik temu dengan kurva J dimana hal ini yang dapat
menyebabkan ketidaksempurnaan hasil dari perhitungan. Perlu dilakukan perhitungan
engine-propeller matching untuk kapal dengan kriteria kecepatan rendah dan sedang
dengan nilai P/D yang rendah. Selain itu, perbedaan nilai pitch pada satu kecepatan
tertentu juga dapat menyebabkan kesalahan perhitungan.
60 Oseanika: Jurnal Riset dan Rekayasa Kelautan Volume 1 Nomor 1 Tahun 2020
Penilaian Performa Sistem Propulsi KR Baruna Jaya IV
Untuk menilai performa sistem propulsi dari kapal secara kualitatif, hasil dari
perhitungan pitch, KQ, dan PD pada Cruise1 dibandingkan dengan performa sistem
propulsi kapal pada saat commissioning (kapal telah selesai dibangun). Data pitch
maksimum pada saat commissioning didapatkan dari buku manual propeller Renou
Dardel untuk KR Baruna Jaya IV. Setelah itu dilakukan perhitungan engine-propeller
matching untuk mendapatkan nilai PD pada saat commissioning. Data hasil perhitungan
tertera pada Tabel 5.
Tabel 5. Perbandingan performa sistem propulsi antara kondisi terkini kapal dengan
kondisi pada saat commissioning.
Vmax
(knots)
Pitch
(m) P/D KQ
PD
(kW)
Cruise1 (Kondisi terkini) 10.4 1.42 0.57 0.0125 503.146
Propeller Data (Commissioning) 12 2.056 0.82 0.026 1046.54
Berdasarkan tabel di atas didapatkan bahwa nilai pitch berpengaruh terhadap
performa sistem propulsi yang pada kasus ini ditandai dengan PD (Delivered Power).
Semakin besar nilai dari pitch akan menyebabkan daya yang dikeluarkan oleh propeller
semakin besar. Hal ini disebabkan karena semakin besar nilai dari pitch maka jarak
yang ditempuh oleh kapal dalam satu putaran propeller semakin besar, oleh karena itu
kecepatan kapal semakin meningkat dan daya (PD) yang dibutuhkan semakin besar.
Pada Cruise1, nilai pitch maksimum adalah 1.42 m sedangkan pada kondisi
commissioning sebesar 2.056 m. Hal ini menunjukkan bahwa telah terjadi penurunan
performa pada kapal yang ditandai dengan menurunnya kemampuan kapal untuk
bergerak dengan jarak dan kecepatan tertentu. Penurunan performa tersebut dapat
disebabkan oleh beberapa hal seperti usia mesin yang sudah lanjut, kualitas spare part
yang kurang baik, dan perawatan mesin yang kurang optimal.
Perhitungan nilai PD berdasarkan metodologi yang telah diuraikan tentunya akan
lebih valid jika dibandingkan dengan beberapa metode lainnya. Salah satu metode yang
dapat digunakan adalah perhitungan torsi pada poros pada saat kapal berlayar dengan
menggunakan torsionmeter. Dengan nilai torsi yang didapatkan, maka nilai PD dapat
dikalkulasi menggunakan persamaan (5). Selain itu perlu untuk dikaji ulang pengaruh
dari gelombang, arah dan kecepatan angin terhadap nilai pitch yang didapatkan agar
dapat meningkatkan akurasi dari perhitungan performa sistem propulsi,
KESIMPULAN
Estimasi terhadap performa sistem propulsi dari kapal pada saat berlayar dapat
dilakukan secara analitik. Untuk kapal dengan propeller jenis CPP, metode
perhitungannya adalah dengan menggunakan data jarak dan kecepatan yang ditempuh
selama satu menit untuk mendapatkan nilai pitch dari propeller pada kecepatan yang
berbeda-beda. Hasil yang didapatkan bahwa metode yang dikembangkan dapat
dijadikan sebagai estimasi awal untuk mengetahui performa sistem propulsi kapal
dengan metode analitik secara real-time. Metode perhitungan yang dikembangkan juga
dapat menilai performa sistem propulsi kapal setelah beroperasi dalam kurun waktu
61
tertentu dengan membandingkan nilai pitch kondisi terkini dan nilai pitch propeller pada
saat kapal selesai dibangun (commissioning) dan berdasarkan perhitungan, dinyatakan
bahwa KR Baruna Jaya IV mengalami penurunan performa yang ditandai dengan
penurunan nilai pitch pada saat kecepatan maksimum. Untuk meningkatkan validitas
dari perhitungan, sebaiknya hasil yang telah didapat dibandingkan dengan metode
perhitungan sistem propulsi secara eksperimen seperti menggunakan torsionmeter.
DAFTAR PUSTAKA
Bernitsas, M., Ray, D., dan Kinley, P. (1981). Kt Kq Eta curves -Wageningen B-Series
Propellers. Department of Naval Architecture and Marine Engineering, The University
of Michigan.
Chuang, Z., dan Steen, S. (2011). Prediction of Speed Loss of a Ship in Waves. In: Second
International Symposium on Marine Propulsors Smp’11, Hamburg, June 11. The
Institute for Fluid Dynamics and Ship Theory (FDS)-Hamburg University of
Technology (TUHH), German Society for Maritime Technology (STG).
Dang, J., van den Boom, H. J. J., dan Ligtelijn, J. Th. (2013). The Wageningen C-and D-
Series Propellers. In: 12th International Conference on Fast Sea Transportation FAST,
Amsterdam, The Netherlands.
Holtrop, J., dan Mennen, G. G. J. (1982). An approximate power prediction method.
International Shipbuilding Progress 29.335, 166–170. https://doi.org/10.3233/ISP-
1982-2933501.
International Maritime Organization. (2015). Third IMO GHG Study 2014 Executive
Summary and Final Report. www.imo.org.
Molland, A. F., Turnock, S. R., dan Hudson, D. A. (2011). Wake and Thrust Deduction. In
Ship Resistance and Propulsion: Vol. I (pp. 144–161). https://doi.org/10.1017/
CBO9780511974113.
Tsujimoto, M., Kuroda, M., Shibata, K., Sogihara, N., dan Takagi, K. (2009). On a
Calculation of Decrease of Ship Speed in Actual Seas. Journal of Japan Society of
Naval Architects and Ocean Engineer, 9, 79–85. https://doi.org/https://doi.org/
10.2534/jjasnaoe.9.79.
Waskito, D. (2018). Technical Note 1_Analisa Delivered Power K.R. Baruna Jaya IV.
Catatan Teknis. Balai Teknologi Survei Kelautan, Badan Pengkajian dan Penerapan
Teknologi, Jakarta.1-4pp.
Zhao, F., Yang, W., Tan, W. W., Chou, S. K., dan Yu, W. (2015). An Overall Ship
Propulsion Model for Fuel Efficiency Study. Energy Procedia, 75(65), 813–818.
https://doi.org/10.1016/j.egypro.2015.07.139.
Oseanika: Jurnal Riset dan Rekayasa Kelautan
Alamat Redaksi: Balai Teknologi Survei Kelautan,
Jl. MH. Thamrin 8, Jakarta – 10340
Phone: +62-21-316924
Fax: +62-21-3108149
E-mail: [email protected]
http://ejurnal.bppt.go.id/index.php/JOs/index