Telemetry Technology for Supervising and Controlling ...

Telemetry Technology for Supervising and Controlling Pollutionof River Water

Pemanfaatan Teknologi Telemetry Untuk Pengawasan danPengendalian Pencemaran Air Sungai

Djohar SyamsiPusat Penelitian Informatika

Lembaga Ilmu Pengetahuan IndonesiaJl. Sangkuriang Komplek LIPI, Gd. 20 Lt. 3, Bandung

Indonesia

Abstract

A model of river water quality monitoring devices in accordance with the conditions of rivers in Indonesia is presented.The monitoring devices are easy to operate and maintain. Moreover, the monitoring devices are in accordance with theconditions of watershed in Indonesia, and support management functions of water resources. The methodology used is afield study in Citarum River, model development for water quality monitoring system using multiple sensors, data logger anddata communications between module and flow cell development. Experiment result shows that a monitoring of the water rivercan be done remotely (from a distance) by telemetry technology.Key Words: baseline data, information, management of Water Resources, monitoring system, riverwatch

Abstrak

Sebuah model perangkat pemantau kualitas air sungai yang sesuai dengan kondisi sungai di Indonesia dipresentasikan.Perangkat pemantau kualitas air sungai yang dihasilkan mudah dioperasikan dan dirawat. Selain itu, sistem monitoringsungai (riverwatch) yang dibuat sesuai dengan kondisi DAS (Daerah Aliran Sungai) di Indonesia dan dapat mendukungfungsi manajemen SDA (Sumber Daya Air). Metodologi yang digunakan adalah studi lapangan pada Sungai Citarum,kemudian pemodelan perangkat pemantau kualitas air dengan menggunakan beberapa sensor, pembuatan data logger danmodul komunikasi data serta flow cell. Berdasarkan beberapa percobaan, terbukti bahwa pemantauan kondisi air sungai dapatdilakukan secara remote (dari jarak jauh) dengan memanfaatkan teknologi telemetry.Kata kunci: baseline data,informasi, manajemen Sumber Daya Air (SDA), sistem pemantau, riverwatch

1. PENDAHULUAN

Sungai sebagai salah satu sumber daya airmemerlukan pengelolaan yang terpadu, sehinggasuatu manfaat yang maksimal dapat kita rasakan.Hasil yang sangat diharapkan dari pengelolaansumber daya air sungai adalah; ketersediaan airdengan kualitas yang sesuai dengan baku mutuserta jumlah yang cukup untuk semua jenispemakaian. Mengingat bahwa penggunaan danjumlah kebutuhan air berbeda antara satu pihakdengan pihak yang lain, maka diperlukan suatu

∗Corresponding Author. Tel: +6222-2504711Email: [email protected]: 8 Oct 2012; revised: 18 Oct 2012; accepted: 8 Nov 2012Published online: 26 Nov 2012c© 2012 INKOM 2012/13-NO192

menejemen yang baik agar kebutuhan tersebut dapatterpenuhi. Untuk itu diperlukan dukungan saranadan prasarana yang memadai agar pengelolaandapat dilakukan dengan baik.

Manajemen SDA (Sumber Daya Air) adalahaturan-aturan didalam pemanfaatan sumber dayaair, guna tetap menjamin terjaganya sumber-sumberdaya air. Sedangkan definisi dari water Monitoringmenurut ISO (International Standard Organization)adalah : suatu kegiatan yang meliputi prosespengambilan sampling, pengukuran dan pencatatan(record data) terhadap beberapa jenis karakteristikair, dengan tujuan untuk mengetahui kondisi yangsesungguhnya [1].

Monitoring dan Manajemen SDA (Sumber DayaAir) merupakan dua kegiatan yang tidak dapatdipisahkan. Pemantauan air sungai merupakan suatu

INKOM, Vol. 6, No. 2, Article 192, Publication date: November 2012.

104 • Djohar Syamsi

kegiatan yang dapat memberikan berbagaimacaminformasi tentang kondisi air sungai [2], [3].Pemantauan diperlukan guna menyediakaninformasi yang memungkinkan keputusan yangtepat dibuat. Dalam kaitannya dengan manejemenSDA, maka beberapa macam informasi yangdiperlukan antara lain; gambaran dari sumber dayaair, identifikasi permasalahan yang muncul dariadanya pencemaran air, perumusan rencana danmenentukan prioritas manajemen, membangundan implementasi program-program manajemenkualitas air, serta evaluasi efektivitas dari suatuprogram yang telah dilakukan, dengan demikiandapat dikatakan bahwa kegiatan pemantauan airsungai merupakan dasar dari manajemen SDA.

2. TELEMETRI

Telemetry merupakan suatu metode pengukuranterhadap sebuah obyek yang dapat dilakukan darijarak jauh. Dengan menempatkan sebuah sensor atautranduser pada obyek yang diukur, maka data-datahasil pengukuran dapat kita ambil dari jarak jauhdengan menggunakan berbagai metode komunikasidata dan berbagai media untuk untuk komunikasidata (satelit, frekuensi radi, dll). Pada kegiatanpenelitian ini menggunakan jaringan GSM sebagaimedia untuk komunikasi data, sedang metode yangyang digunakan adalah SMS dan data call.

3. PEMANTAUAN JARAK JAUH

Kondisi air sungai (terutama kualitas air sungai)yang cepat berubah merupakan salah satu penyebabkenapa monitoring/pemantauan kondisi air sungaiharus dilakukan secara kontinyu, dan metodapengiriman data-data hasil pengukuran (collectingdata) dilakukan secara remote (dari jarak jauh).Jika pemantauan dapat dilakukan secara kontinyu,maka akan dapat diperoleh baseline data. Baselinedata sangat diperlukan didalam melakukan analisaterhadap permasalahan yang terjadi, serta evaluasikeberhasilan usaha-usaha yang telah dilakukandalam kaitannya dengan pengendalian pencemarandan rehabilitasi sungai. Gambar 1 menunjukkanpemanfaatan data-data pemantauan, yaitu untukmendukung pelaksanaan manajemen SDA.

Remote collecting data merupakan sebuah metodapengambilan data-data pengukuran dari jarak jauh,sehingga dapat dihasilkan digital data. Oleh karenaitu dapat disimpan pada sebuah database server,yang sewaktu-waktu diperlukan dapat dicari denganmudah dan dapat di distribusikan dengan cepat.

Perkembangan teknologi telemetri telahmemungkinkan memanfaatkan teknologi inikedalam kegiatan pemantauan dan distribusidata/informasi secara cepat. Manfaat yang bisa

Gambar 1. Hubungan antara monitoring denganmanajemen DAS

didapatkan dengan menggunakan teknologitelemetri adalah :

(1) Pemantauan dapat dilakukan secara kontinyusehingga diperoleh baseline data,

(2) Hasil pemantauan yaitu berupa data-datapengukuran dapat diambil secara remote (darijarak jauh),

4. METODOLOGI

Tujuan utama dari kegiatan penelitian ini adalahterwujudnya satu model Sistem Monitoring KualitasAir Sungai yang dapat bekerja secara online, danmampu melakukan pemantauan secara kontinyu.Sasaran kegiatan meliputi pembangunan modelstasiun pemantau kualitas air sungai dam stasiunpengumpul data/master station. Diharapkan modelsistem monitoring ini sesuai dengan kondisi rata-rataDAS (Daerah Aliran Sungai) di seluruh Indonesia,sehingga model yang dibangun ini telah siapdiaplikasikan.

Metodologi yang dipergunakan pada kegiatan iniadalah dengan mengambil kasus yang terjadi disungai Citarum, selanjutnya dilakukan survai untukmelihat kondisi sungai dan melakukan pengukuranparameter kualitas air sungai dibeberapa lokasi.Dengan mempergunakan data-data hasil survailokasi, maka dibangun model perangkat pemantaukualitas air sungai dan model stasiun pengumpuldata yang dapat menerima data-data pengukurandari stasiun pemantau secara remote, yaitu denganmemanfaatkan jaringan GSM.

5. HUBUNGAN ANTARA MONITORING DENGANMANAJEMEN SDA

Pemantauan/monitoring merupakan salah satukegiatan didalam manajemen sumber daya air,tujuan utama dari kegiatan pemantauan adalahuntuk mendapatkan baseline data. Beberapa


Pemanfaatan Teknologi Telemetry Untuk Pengawasan dan Pengendalian Pencemaran Air Sungai • 105

pertanyaan mendasar yang sering kali memerlukandata-data aktual adalah [4]:

(1) Bagaimana kondisi air permukaan sungai saatini?

(2) Apakah baku mutu kualitas air sudah tercapaisaat ini?

(3) Dimana, bagaimana, dan mengapa terjadiperubahan kondisi air?

(4) Dimanakah masalah yang berhubungan dengankualitas air dan penyebab masalah tersebut?

(5) Apakah program pencegahan atau pemecahanmasalah yang telah dijalankan cukup efektif?

Untuk menjawab pertanyaan tersebut tentunyadiperlukan banyak data dan informasi. Untuk ituketersediaan online monitoring system merupakansesuatu yang penting. Beberapa jenis pemanfaatandata-data monitoring dalam kaitannya denganmanajemen sumber daya air, antara lain :

(1) Berfungsi sebagai baseline data, yaitudapat dimanfaatkan untuk melihat tingkatkeberhasilan/efektivitas dari program-programyang telah dilaksanakan, dalam kaitannyadengan manajemen DAS.

(2) Sebagai komponen pendukung didalam kegiatanforecasting/prediksi bencana (misalnya;banjir, pencemaran limbah, dan kerusakanlingkungan), sehingga dapat memberikanwarning/peringatan. Hal ini sangat pentingdilakukan dalam kaitannya dengan upayamitigasi bencana, sehingga dampak buruk yangditimbulkan dapat ditekan sekecil mungkin.

(3) Menunjang Water Use Management.(4) Menunjang pengembangan peraturan dan

penegakkan hukum.

Beberapa hal yang berhubungan dengan fungsidan issue sungai diberikan oleh Tabel I.

Tabel I. Fungsi dan Issue SungaiFungsi IssueKeamanan BanjirEkosistem KelangkaanPerikanan Sedimentasi/ErosiRekreasi Manajemen KuantitasAir Minum SalinitasIrigasi Kadar keasaman

Dari definisi tentang masing-masing kegiatan,yaitu monitoring dan manajemen, maka dapatdikatakan bahwa Monitoring dan ManajemenSDA merupakan dua kegiatan yang tidak dapatdipisahkan, atau dengan kata lain kegiatanmonitoring/pemantauan air sungai merupakandasar/kegiatan utama dari manajemen SDA [5].

6. DISAIN SISTEM PEMANTAU

Gambar 2. Konsep disain Sistem Monitoring SDA untukdapat diaplikasikan pada Sungai Citarum

Untuk membuat disain sistem monitoring ini, telahdilakukan survai dengan mengambil lokasi di huluSungai Citarum. Survai dilakukan dengan tujuanuntuk:

(1) Mencari parameter kunci kualitas air sungai.(2) Mencari data perubahan debit air sungai.(3) Melihat kondisi geografis lokasi titik

pengukuran, dalam kaitannya denganinfrastrukur jaringan komunikasi yang telahada.

Dari hasil survai tersebut didapat kesimpulansebagai berikut :

(1) Terdapat empat parameter kunci kualitasair sungai yaitu : Dissolved Oxygen, pH,Temperature, dan Conductivity.

(2) Perubahan debit yang terlalu besar pada saatmusim kemarau dan musim hujan sangatmembahayakan sensor.

(3) Perlunya perlindungan terhadap sensor,sehingga aman dan memudahkan dalammelakukan maintenance/penggantian sensor.

(4) Belum memadainya infrastruktur jaringankomunikasi, menyebabkan perlunyapenggunaan jaringan cellular/GSM untukkomunikasi data.

(5) Komponen-komponen yang diperlukan untukmembangun sistem pemantau, terdiri dari :(a) Data Acquisition Unit : merupakan suatu

unit yang berfungsi untuk mendapatkandata-data pengukuran. Unit ini terdiridari sensor, unit sampling, data logger,dan fasilitas komunikasi data. Semuakomponen tersebut diletakkan didalamsebuah bangunan yang disebut stasiunpemantau.



Gambar 3. Disain Sistem On-line Monitoring Kualitas Air Sungai.

(b) Data Processing Unit : adalah sebuahunit dimana seluruh aktifitas kegiatanmonitoring dilakukan. Unit ini biasanyajuga disebut RCCU (Remote ControlCentral Unit), pada tempat inilah semuadata-data pengukuran yang diterima darisemua stasiun pemantau diterima danseterusnya disimpan dan diolah menjadisuatu informasi. RCCU terdiri dari sebuahPC yang dilengkapi dengan modem untukkomunikasi data. Agar PC dapat berfungsisebagai RCCU, maka didalam PC terdapatbeberapa macam program aplikasi.

(c) Data Communication Unit : mengingatluasnya area yang harus dipantau,maka dimungkinkan lokasi antar stasiunberjauhan, maka setiap stasiun tentunyaharus mempunyai fasilitas komunikasi data.Pada kegiatan penelitian ini akan digunakanjaringan cellular sebagai media komunikasidata.

(d) Distribution Information Unit : semuadata dan informasi yang dihasilkan olehData Processing Unit dapat diakses olehpara pengguna, untuk itu diperlukansarana pendukung; misalnya link kejaringan Internet. Pada kegiatan penelitianini telah dilakukan uji coba denganmenggunakan fasilitas layanan SMS dan

dial up untuk distribusi informasi/data kepara pengguna/user.

Gambar 2 menunjukkan blok diagram dari sistempemantau secara keseluruhan.

Gambar 5. Contoh Konfigurasi komponen pada stasiunpemantau curah hujan

Dari hasil kegiatan penelitian ini, maka disainlengkap dari sistem pemantau yang sesuai dengankondisi Sungai Citarum adalah sebagaimanaGambar 3. Sedangkan disain jaringan stasiun



Gambar 4. Disain Jaringan Stasiun Pantau

pemantau yang sesuai dengan tujuan monitoringdan kondisi lokasi adalah seperti Gambar 4.

Gambar 6. Contoh Konfigurasi Komponen pada stasiunwater level

Sistem Monitoring sebagaimana gambar diatasterdiri dari jaringan stasiun pemantau dan satu

Master Station/Stasiun Pengumpul Data. Hubunganantara Stasiun Pantau dengan Master Stationdilakukan dengan memanfaatkan jaringan GSM.

6.1 Disain Stasiun Pantau

Gambar 7. Konfigurasi flow cell yang tersambung dengandata logger

Pada dasarnya semua stasiun pemantaumempunyai disain yang sama, perbedaan darisetiap stasiun pemantau hanya terletak pada jenis



Gambar 8. Flow Cell yang dibuat pada kegiatan penelitianini

Gambar 9. Flow Diagram Proses Pengambilan data-datapengukuran pada Stasiun Pemantau

sensor dimana hal ini disesuaikan dengan jenisparameter pemantauan yang diinginkan. Komponenutama pada stasiun pemantau adalah sebagai berikut:

(1) Unit Data Logger

(2) Unit Komunikasi Data(3) Media untuk komunikasi data (telephone, radio,

ataupun cellular)(4) Unit Sampling : pompa, flow cell, dan

Sensor/transducerGambar 5 dan 6 menunjukkan hubungan antarkomponen di setiap stasiun pemantau. Untukstasiun pemantau curah hujan dan water level tidakmemerlukan flow cell, sedangkan untuk stasiunpemantau kualitas air diperlukan flow cell.

Gambar 7 menunjukkan contoh disain stasiunpemantau kualitas air sungai dengan menggunakanflow cell. Sebagaimana terlihat pada Gambar 7, UnitSampling merupakan unit yang befungsi sebagailokasi pengukuran. Unit ini terdiri dari : flowcell, sensor, dan pompa air. Selain unit sampling,maka komponen dari stasiun pantau juga dilengkapidengan unit data logger yang berfungsi untukmengontrol seluruh proses pengukuran dan recorddata data. Sedangkan modem GSM berfungsi untukmenyediakan fasilitas komunikasi data. Contohperangkat Unit Sampling adalah sebagaimanaGambar 8.

Dari Gambar 9 dapat dijelaskan cara kerja dari unitsampling adalah sebagai berikut [6]:(1) Pompa air akan memompa air dari sungai, agar

masuk ke dalam flow cell.(2) Kecepatan alir dari pompa ini tentunya harus

dikontrol agar flow air sesuai dengan kapasitasflow cell. Air akan masuk ke flow cell melaluiinput atas dan keluar melalui ouput bawah.

(3) Beberapa sensor diletakkan didalam flow celluntuk melakukan pengukuran. Data pengukuranyang keluar dari sensor masih dalam bentukanalog data (4mA-20mA).

(4) Selanjutnya data analog dari sensor akan masukke data logger untuk diproses menjadi datadigital dan data-data yang telah diproses akandisimpan didalam memory dan ditampilkan padasebuah LCD.

Pada kegiatan penelitian ini, flow rate data yangmampu dicapai oleh data logger adalah sebesar 1menit. Artinya setiap satu menit data logger mampumensuplai data baru untuk disimpan di memory ataudikirimkan ke master station. Gambar 9 merupakanflow diagram dari cara kerja unit sampling.

Selain menggunakan data logger, maka padapenelitian ini proses untuk mendapatkan digital datadapat juga dilakukan dengan cara sebagai berikut:(1) Menghubungkan sensor dengan portable

handheld data logger yang mempunyai fasilitasserial data transfer.

(2) Dengan kecepatan 9600 bps, maka portablehandheld data logger tersebut kemudian



dihubungkan ke PC/embedded PC sebagai alatbantu untuk menyimpan data-data pengukurandan menyediakan fasilitas komunikasi data.Tentunya didalam PC tersebut telah ditanamkanprogram aplikasi yang mendukung kemampuanPC untuk record data data dan komunikasi datadengan menggunakan modem GSM.

6.2 Disain Master Station

Pada dasarnya Stasiun Pengumpul Data sebagaiMaster Station terdiri dari PC, modem GSMdan programk aplikasi yang ditanamkan pada PCtersebut seperti yang ditunjukkan oleh Gambar 10.

Gambar 10. Konfigurasi dari Master Station

Cara kerja dari Master Station adalah sebagaiberikut:

(1) Master Station dapat mengambil data-datapengukuran dari setiap stasiun pemantaumelalui dua cara, yaitu : melalui SMS ataudengan cara download data.

(2) Jika melalui SMS, maka terlebih dulu masterstation akan mengirimkan sebuah pesan kestasiun pemantau yang dituju. Selanjutnya datalogger yang terdapat didalam stasiun pantauakan membalas SMS tersebut yang berisi 10data pengukuran terakhir.

(3) Jika Master Station ingin mengambil data-data pengukuran dari data logger di stasiunpantau, maka Master Station akan melakukandial up terlebih dulu ke Stasiun Pantau.Setelah hubungan terjadi, maka master stationdapat men-download data-data pengukuranyang terdapat didalam data logger.

Gambar 11 merupakan blok diagram cara kerjadari perangkat lunak Remote Monitoring danControl Data Logger yang terdapat di MasterStation. Dari beberapa kali uji coba download dapatdikatakan bahwa semua data-data pengukuran dapatdi download tanpa ada yang hilang. Gambar 12 dan13 merupakan contoh hasil download data.

Gambar 11. Blok diagram cara kerja perangkat lunakRemote Monitoring dan Control Data Logger

Gambar 12. Contoh hasil download data dalam formatText

Gambar 14 menunjukkan hubungan antarkomponen pada sistem yang dibangun, sertaprogram aplikasi yang telah dibangun.

Gambar 15 menunjukkan disain sistem pemantausecara keseluruhan, dengan kemampuan onlinemonitoring system.



Gambar 14. Keseluruhan hasil kegiatan ketika disatukan menjadi Sistem monitoring

Gambar 15. Gambaran umum dari disain sistem monitoring secara keseluruhan

Gambar 13. Contoh SMS yang diterima dari StasiunPantau

7. KESIMPULAN

Dari pengujian perangkat yang meliputi instalasi,komunikasi data, dan perhitungan biaya operasionalkhususnya untuk biaya komunikasi data, maka dapatdikatakan bahwa penggunaan unit flow cell untukmenempatkan sensor dapat memudahkan operatordalam melakukan pemeliharaan terhadap sensor.Penggunaan jaringan GSM dengan memanfaatkanlayanan GPRS dan SMS untuk pengiriman datadan alarm dapat menekan biaya operasional untukpengiriman data secara online.



Daftar Pustaka

[1] C. Hofmann, Interrelation between water monitoringand water management. Tacis Project, 2002.

[2] P. Jiang, H. Xia, Z. He, and Z. Wang, “Design of awater environment monitoring system based on wirelesssensor networks,” Sensors, pp. 6411–6434, 2009.

[3] V. Pisinaras, C. Petalas, and A. Gemitze, “Water quantityand quality monitoring of kosynthos river north-easterngreece,” Global NEST Journal, pp. 259–268, 2007.

[4] V. Gmbh, “Implementation document brantas river waterquality and pollution management project,” LIPI, 1999.

[5] D. Syamsi, “Pengembangan sistem telemetri untukpemantauan sungai secara on-line,” Laporan TeknisKompetitif 2006, 2006.

[6] R. J. Wagner, H. C. Mattraw, G. F. Rtiz, and B. A. Smith,“Guidelines and standard procedures for continuouswater quality monitor; site selection, field operation,calibration, record computation, and reporting,” UnitedStates Geological Survey, Tech. Rep. 00-4252, 2006.


Telemetry Technology for Supervising and Controlling ...

Documents

Transcript of Telemetry Technology for Supervising and Controlling ...