Ground Penetrating Radar for Modul KL

BAB X. METODE GROUND PENETRATING RADAR 10.1. Pendahuluan Metode GPR atau Georadar merupakan salah satu metode geofisika yang mempelajari kondisi bawah permukaan berdasarkan berdasarkan sifat elektromagnetik elektromagnetik dengan menggunakan menggunakan gelombang radio yang mempunyai rentang frekuensi antara 11000 MHz. Georadar menggunakan gelombang elektromagnet dan memanfaatkan sifat radiasinya yang memperlihatkan refleksi seperti pada metode seismik. Pengukuran dengan menggunakan GPR ini merupakan metode yang tepat untuk mendeteksi benda benda kecil yang berada di dekat permukaan permukaan bumi (0,1-3 meter) dengan resolusi yang tinggi yang artinya konstanta dielektriknya menjadi rendah. GPR telah diakui mampu menentukan pipa metal dan non- metal, kabel, anomali bahan tambang dan lubang dibawah permukaan seperti terowongan dan goa (bunker). Metode ini dapat pula menemukan logam dan bahan non-logam dengan baik, air tanah, fosil-fosil arkeologi purbakala, purbakala, juga cocok untuk melacak ranjau dan bekas perang, dimana kontaminasi kontaminasi sering terjadi pada kedalaman yang dangkal. Ada tiga jenis pengukuran yaitu refleksi, velocity sounding, dan transiluminasi. Pengukuran refleksi biasa disebut disebut Continuous Continuous Reflection Profiling (CRP). Pengukuran Veloci Sounding disebut Common Mid Point (CMP) untuk mementukan kecepatan versus kedalaman, dan transiluminasi disebut juga GPR Tomografi. Pola refleksi yang diamati pada radargram dapat bersifat unik, artinya bahwa reflektor yang sama pada radargram dapat disebabkan oleh obyek yang berbeda.

Titles you can't find anywhere else

Try Scribd FREE for 30 days to access over 125 million titles without ads or interruptions! Start Free Trial Cancel Anytime.







Refleksi yang sangat kuat merupakan ciri khas dari bahan metal (logam), water table dan lapisan lempung. Bahan metal seperti pipa akan memberikan respon refleksi berbentuk hiperbola dengan amplitudo besar pada radargram. Akan tetapi bahan-bahan dari kabel,bolder dan pipa terbuat dari beton dapat juga juga memperlihatkan memperlihatkan pola radargram radargram yang yang serupa. Radargram dari water-table dan lapisan lempung memiliki ciri khas amplitudo besar tetapi relatif datar. 10.2. Teori Ground Penetrating Radar (GPR) adalah salah satu metode survey untuk soil, bangunan dan kondisi bawah permukaan permukaan (dalam interval beberapa centimeter hingga kedalaman 60 meter). Metode GPR ini menggunakan analisa refleksi/pantulan dari gelombang elektromagnetik yang dihasilkan akibat dari perbedaan sifat /konstanta dielektrik benda-benda benda-benda di bawah permukaan. permukaan. Secara umum peralatan GPR terdiri dari dua komponen utama yaitu peralatan pemancar gelombang radar (transmitter) dan peralatan penerima pantulan/ refleksi gelombang radar (tranceiver). Sistem yang digunakan adalah merupakan sistem aktif dimana dilak ukan ukan ‘penembakan’ pulsa-pulsa pulsa -pulsa gelombang elektromagnetik (pada interval gelombang radar) untuk kemudian dilakukan perekaman intensitas gelombang radar yang berhasil dipantulkan kembali ke permukaan (Quan dan Haris, 1997). Signal radar ditransmisikan sebagai pulsa-pulsa yang tidak terabsorbsi oleh bumi tetapi dipantulkan dalam domain waktu tertentu. Mode konfigurasi antena transmitter dan receiver pada GPR terdiri dari mode monostatik dan bistatik. Mode monostatik yaitu bila transmitter dan receiver digabung







dalam satu antenna sedangkan moded bistatik bila kedua antena memiliki jarak pemisah. Transmitter membangkitkan pulsa gelombang EM pada frekuensi tertentu sesuai dengan karaketristik antena tersebut (10 MHz – 4 GHz). Receiver di-set untuk melakukan scan yang secara normal mancapi 32-512 scan per detik. Setiap hasil scan ditampilkan pada layar monitor (real-time) sebagai fungsi waktu two-way traveltime, yaitu waktu yang dibutuhkan gelombang EM menjalar dari transmitter – targettargetreceiver. Tampilan ini disebut radargram. Pada dasarnya metoda GPR menggunakan prinsip prinsip perambatan perambatan gelombang gelombang elektromagnetik elektromagnetik yang kedalaman penetrasi dan besar amplitudo yang terekam bergantung pada sifat kelistrikan kelistrikan dari batuan atau media bawah permukaan permukaan dan frekuensi antena yang diunakan. diunakan. Kecepatan gelombang radio pada berbagai medium bergantung pada kecepatan cahaya (c= 0,3 m/ns). Konstanta relatif dielektrik (ε (εr ) dan permeabilitas magnetik (μ ( μr = = 1, untuk materi non magnetik). Untuk selengkapnya bisa dilihat pada persamaan persamaan berikut : Kecepatan gelombang radio pada sebuah medium material : 1/2 Vm = c/{( r r/2)[(1 + P2) – 1]} 1]} Dimana : C : kecepatan cahaya r

: konstanta relatif dielketrik

r

: permeabilitas relative magnetic

P

: loss factor =

/







  o

: 2  f : permitivitas perm itivitas itas ruang ruan g hampa (8,854 x 10 -12 : permitiv F/m) Untuk materi dengan loss factor rendah P  0 Vm = c/ r =0,3/  r Hubungan antara konstanta relatif dielektrik dan porositas adalah :

r = (1 - ) m +  w Dimana :

 m

: porositas,

dan w : konstanta relatif dielektrik untuk matriks batuan dan fluida berpori 1. Energi yang Hilang dan Atenuasi Pada GPR, refleksi atau transmisi di sekitar batas lapisan menyebabkan energi hilang. Jika kemudian ditemukan benda yang memiliki dimensi yang sama dengan panjang gelombang dari sinyal gelombang elektromagnet maka benda ini menyebabkan penyebaran energi secara acak. Absorbsi (mengubah energi elektromagnet menjadi energi panas) dapat menyebabkan energi hilang. Penyebab yang paling utama hilangnya energi karena atenuasi fungsi kompleks dari sifat lstrik dan dielektrika media yang dilalui sinyal radar. Atenuasi (α) tergantung dari konduktifitas (σ), peermeabilitas magnetik (μ), dan permitivity (є) dari media yang dilalui oleh sinyal dan frekuensi dar i sinyal itu sendir (2πf). Sifat bulk dari material ditentukan oleh sifat fisik dari unsur pokok yang ada dan komposisinya. 2. Sifat Dielektrik Material Bumi







permitivitas dari material non-konduk non-konduktif tif :   'i" Jika material memiliki konduktifitas, maka : Persamaan persamaan persamaan :

  'i" /   komplek konduktivitas

diberikan

oleh

  'i" jo 3.

Skin Depth

Skin depth adalah kedalaman sinyal yang telah berkurang menjadi 1/e (37%) dari nilai awal dan berbanding terbalik dengan dengan faktor atenuasi (δ=1/ α). 4. Koefisien Refleksi dan Transmisi Keberhasilan dari metoda GPR bergantung pada variasi bawah permukaan yang dapat menyebabkan gelombang tertransmisikan. Perbandingan energi yang direfleksikan disebut koefisien refleksi (R) yang ditentukan oleh perbedaan cepat rambat gelombang elektromagnet dan lebih mendasar lagi adalah perbedaan dari konstanta dielektrik relatif dari media yang berdekatan. berdekatan. Dalam semua kasus, besarnya R terletak antara -1 dan 1. bagian dari energi yang ditransmisikan sama dengan 1-R. Persamaan diatas diaplikasikan untuk keadaan normal pada permukaan bidang datar. Dengan asumsi tidak ada sinyal yang hilang sehubungan dengan amplitudo sinyal.







Jejak yang terdapat pada rekaman georadar merupakan konvolusi dari koefisien refleksi dan impulse georadar ditunjukkan oleh persamaan : A(t)  r(t)  F(t)  n(t)

Dimana : r(t) : koefisien refleksi A(t) : amplitudo rekaman georadar georadar F(t) : impulse radar n(t) : noise radar Besar amplitudo rekaman georadar r(t) akan tampak pada penampang rekaman georadar berupa variasi warna. 10.3. Akuisisi Data 10.3.1. Alat dan Bahan Peralatan yang digunakan antara lain : 1) Shielded antenna dengan frekuensi 100 Mhz merk Mala nRAMAC 2) Laptop 3) Accu 4) Meteran 5) GPS 10.3.2. Tahapan Akuisisi Ada tiga cara penggunaan sistem radar yaitu: reflection profiling (antena monostatik ataupun bistatik), wide-angle wide-angle reflection and refraction (WARR) atau common-mid point (CMP) sounding, dan transillumination atau radar tomography. Pemilihan cara tersebut di atas tergantung kepada tujuan survei.









Cara ini dilakukan dengan membawa antenna radar bergerak bersamaan diatas permukaan tanah di mana nantinya hasil tampilan pada radargram merupakan kumpulan tiap titik pengamatan (Gambar 10.1).

Gambar 10.1, Radar 10.1, Radar Reflection Reflection Profiling Profiling 2) Wide agle reflection and refraction refraction (WARR) atau common mid point Cara Wide Angle Reflection and Refraction (WARR) Sounding ini dilakukan dengan menaruh transmitter pada posisi yang tetap dan receiver dibawa pada area penyelidikan penyelidikan (Gambar (Gambar 10.2). WARR sounding diterapkan pada kasus dimana bidang reflector relatif datar atau memiliki kemiringan yang rendah, karena asumsi ini tidak selalu benar pada kebanyakan kasus maka digunakan CMP sounding untuk mengatasi







tengah

pada

posisi

yang

tetap

(Gambar

10.3).

Gambar 10.2, Wide Angle Reflection and Refraction

Gambar 10.3, Common Mid Point 3) Transillumination atau radar tomography Metoda ini dilakukan dengan cara menempatkan transmitter dan receiver pada posisi yang berlawanan. Sebagai contoh jika transmitter transmitter diletakan pada satu sisi, maka receiver diletakan pada sisi yang lain dan saling berhadapan. Umumya metoda ini digunakan pada kasus non-destructive testing (NDT)







Gambar 10.4, Radar Tomografi 10.4. Pengolahan Data Data yang diperoleh dilapangan adalah data yang terekam pada layar komputer yang menggambarkan penampang penampang vertikal bawah permukaan permukaan yang disebut profil







Wow merupakan salah satu noise frekunesi rendah yang terekam oleh sistem radar. Hal ini terjadi karena instrumen elektronik tersaturasi oleh nilai amplitudo besar dari gelombang langsung dan gelombang udara. Tiga metoda yang biasa dilakukan : a. High pass filter Tiap trace difilter dalam domain waktu supaya sinyal gelombang yang memiliki frekuensi frekuensi tinggi lolos b. Residual mean filter Adalah nilai rata-rata dari frekuensi di sekitar filter yang dikurangkan dari tiap-tiap contoh. Tujuannya untuk menghilangkan frekuensi di bawah frekuensi atas (high pass frequency) yang telah ditentukan. c. Residual median filter Nilai tengah dari titik-titik frekuensi frekuensi contoh dikurangkan dari setiap contoh. Tujuannya untuk menghilangkan frekuensi di bawah frekuensi frekuensi atas yang telah telah ditentukan ditentukan 2) Declip Fungsi declip adalah untuk mengembalikan bentuk gelombang gelombang dengan interpolasi interpolasi karena amplitudonya lebih tinggi dibandingkan energi hasil







memindahkan cross hair ke trace yang dipilih dan meluruskan garis zero time ke dalam profil yang diperbesar. Proses ini dilakukan setelah konversi kedalaman dari hasil analisa cepat rambat. 4) Spatial Resampling Fungsinya untuk mengoreksi jarak antar trace yang tidak teratur pada saat akuisisi data, biasanya dilakukan pencatatan jumlah trace yang telah dicapai pada jarak tertentu. 5) Penguatan (gain) Pada pengambilan data ini terjadi pelemahan energi sinyal pada batuan ataupun lapisan tanah karena frekuensi tinggi diserap lebih cepat dibandingkan dengan frekuensi rendah dan terjadi juga spherical divergence yaitu energi gelombang yang menjalar berkurang berbanding berbanding terbalik dengan kuadrat dari sumber dan hail ini sejalan dengan jarak dan waktu, maka untuk menghilangkannya dilakukan penguatan kembali amplitudo yang hilang sehingga seolah-olah di setiap titik energinya sama. Penguatan sesuai dengan persamaan persamaan :

Gain dB  A  t  B  20 logf  C Keterangan :









kemudian dihitung nilai RMS-nya pada jendela tertentu. 6) Filter Fungsinya untuk menghilangkan frekuensi yang tidak diinginkan. Jenis filter yang biasanya dipakai adalah trapezoidal bandpass filter, butterworth bandpass, gaussian dan notch filter. 7) Lowcut Merupakan highpass filter 8) Remove Attenuation Fungsinya untuk menghilangkan faktor yang menyebabkan pelemahan sinyal radar yang disebabkan oleh absorbsi elektromagnet dan spherical divergence. 9) F-K Filter Fungsinya untuk menghilangkan noise koherent, yaitu noise yang terjadi secara teratur dari trace-ke trace sepanjang profil. 10) Stacking







c.

Menganalisa data CMP atau WARR memakai velocity panels d. Menganalisa data CMP atau WARR memakai velocity spectra 12) Migrasi Fungsinya mengembalikan bentuk difraksi hiperbola, dipping reflections kepada posisi sebenarnya. Data hasil pengukuran di lapangan disimpan untuk kemudian file ini diolah dengan menggunakan Software Reflexw. 10.5. Interpretasi Interpretasi Data Pekerjaan akhir dalam penyelidikan geofisika adalah menerjemahkan data-data sinyal yang telah diperoleh dari akuisisi untuk kemudian diplot ke dalam suatu bentuk konfigurasi agar dapat dibaca dan diambil kesimpulan, pekerjaan ini adalah interpretasi. interpretasi. Beberapa Beberapa hal yang lazim diperhatikan dalam penginterpretasian adalah :







dideterminasi tergantung kepada cukup tidaknya nilai yang diketahui dari analisa kecepatan juga variasi konstanta dielektrik relatif material yang dilewati, juga kepada analisa amplitude dan koefisian refleksi. 10.6. Diagram Alir Studi Literatur : - Metode GPR - Geologi Regional

Raw Data GPR

Pengolahan data GPR - Dewow and Despike - Declip - Set Time Zero Spatial Resampling

Ground Penetrating Radar for Modul KL

Recommend Documents