PROTOTIPE SISTEM PERINGATAN DINI TAIL WIND DAN CROSS WIND TAIL WIND AND CROSS WIND ALERT SYSTEM PROTOTYPE

Transkripsi

1 Jurnal Meteorologi Klimatologi dan Geofisika Vol... No...Desember 2016 PROTOTIPE SISTEM PERINGATAN DINI TAIL WIND DAN CROSS WIND TAIL WIND AND CROSS WIND ALERT SYSTEM PROTOTYPE Sorfian Sekolah Tinggi Meteorologi Klimatologi dan Geofisika, Jakarta Badan Meteorologi Klimatologi dan Geofisika, Jakarta sorfian.tkj@gmail.com Abstrak Salah satu fenomena alam yang berbahaya dalam aktivitas penerbangan adalah wind shear yakni perubahan arah dan kecepatan angin secara tiba-tiba dan dalam waktu yang singkat pada runway. Komponen tail wind dan cross wind pada fenomena wind shear sangat berbahaya dalam proses take-off dan landing pesawat terbang, sehingga membutuhkan instrumen yang dapat mendeteksi keberadaan tail wind dan cross wind serta memberikan informasi kepada pilot melalui unit ATS. Rancangan instrumen pendeteksi komponen wind shear tersebut terdiri dari dua anemometer digital yang dipasang pada kedua ujung runway. Anemometer digital akan mendeteksi arah dan kecepatan angin dengan memanfaatkan beberapa pasang sensor infrared sebagai pemancar dan photodiode sebagai penerima sinyal analog yang biasa disebut optocoupler. Sinyal-sinyal analog ini selanjutnya diubah menjadi sinyal digital oleh ADC (Analog to Digital Converter) mikrokontroler kemudian dikonversi menjadi arah dan kecepatan angin melalui algoritma pemrograman mikrokontroler. Arah dan kecepatan angin dari masing-masing anemometer dikirim ke display PC (Personal Computer) dan proses perhitungan secara otomatis dilakukan melalui aplikasi yang akan dibangun sehingga dapat menampilkan informasi arah dan kecepatan angin dari masing-masing anemometer secara real time dan mampu memberikan warning apabila sewaktu-waktu terjadi tail wind atau cross wind pada masing-masing ujung runway. Kata kunci: wind shear, tail wind, cross wind, anemometer, optocoupler, warning, runway Abstract One of the dangerous natural phenomena in flight activity is wind shear that changes wind speed and direction suddenly and in a short time on the runway. Tail wind and cross wind components are on a very dangerous phenomenon of wind shear in the process of take-off and landing aircraft, thus requiring an instrument that can detect the presence of tail wind and cross wind and provide information to pilots by ATS units. The design of wind shear detection instrument consists of two digital anemometer mounted on both ends of the runway. Digital anemometer will detect wind direction and speed by utilizing several pairs of infrared sensors as a transmitter and a photodiode as the receiver analog signals commonly called optocoupler. The analog signals are then converted into

2 Jurnal Meteorologi Klimatologi dan Geofisika Vol... No...Desember 2016 digital signals by the ADC (Analog to Digital Converter) microcontroller is then converted to wind direction and speed via microcontroller programming algorithms. Wind direction and speed of each anemometer is sent to the display PC (Personal Computer) and the calculation process is automatically done through applications to be built so that it can display information wind direction and speed of each anemometer in real time and is able to give a warning if at -time occur tail wind or cross wind at each end of the runway. Keywords: wind shear, tail wind, cross wind, anemometer, optocoupler, warning, runway 1. PENDAHULUAN Wind shear merupakan sebuah fenomena alam yang sangat mengerikan dan menjadi musuh yang tidak terlihat baik oleh mata para penerbang maupun pengamat khususnya tail wind dan cross wind. Wind shear merupakan peristiwa perubahan arah dan kecepatan angin secara tiba-tiba dan dalam waktu yang singkat. Pada aerodromes dimana wind shear dianggap menjadi faktor penting, perlu untuk membuat pengaturan kondisi wind shear dalam informasi tambahan lokal rutin seperti special reports yang menyediakan peringatan wind shear secara spesifik, yang akan memberikan peringatan pada unit ATC (Air Traffic Control) dan melalui para pilot, keberadaan atau eksistensi yang dimungkinkan oleh fenomena berbahaya ini dapat ditanggulangi. Unsur angin relatif tidak linier karena waktunya tidak dapat diprediksi sehingga observasi dan alert system untuk parameter ini sangatlah diperlukan khususnya untuk keselamatan penerbangan. Baik observasi maupun sistem peringatan dini wind shear adalah merupakan tanggungjawab dari BMKG (Badan Meteorologi Klimatologi Geofisika) dimana peristiwa tail wind dan cross wind yang terjadi telah ditetapkan sebagai penyebab atau faktor utama penyumbang dalam sejumlah kecelakaan pesawat yang mengakibatkan pesawat gagal landing maupun take-off. Kasus yang terjadi pada pesawat Boeing MD-82 di Bandara Adi Soemarmo, Solo, Jawa Tengah, 30 November 2004, yang menewaskan 23 penumpang, diduga disebabkan oleh wind shear sehingga mengakibatkan pesawat gagal landing dengan sempurna dan yang terbaru kecelakaan pesawat Boeing Lion Air rute Bandung-Denpasar di perairan dekat Bandara Ngurah Rai, Denpasar, 13 April 2013, juga diduga disebabkan microburst. Fenomena wind shear dianggap berbahaya bagi keselamatan penerbangan jika terjadi perubahan kecepatan angin di atas 15 knot baik tail wind maupun crosswind. 2. PERANCANGAN SISTEM Prototipe Sistem Peringatan Dini Tail Wind dan Cross Wind memiliki tiga bagian utama yaitu perangkat keras, jalur komunikasi serta perangkat lunak yang akan digunakan. Pada bab ini penulis akan menjelaskan mengenai prinsip kerja Prototipe Sistem Peringatan Dini Tail Wind dan Cross Wind melalui blok diagram sistem secara keseluruhan, rangkaian dan flow chart Prototipe Sistem Peringatan Dini Tail Wind dan Cross Wind serta diagram alir sensor anemometer.

3 2.1 Blok diagram Alat Prototipe Sistem Peringatan Dini Tail Wind dan Cross Wind ini terdiri dari sensor photodioda, mikrokontroler, RTC (Real Time Clock), modul sd card sebagai media penyimpanan data serta telemetri sebagai jalur komunikasi menuju display pada PC seperti pada blok diagram dibawah ini: Gambar 2.1 Blok diagram Prototipe Sistem Peringatan Dini Tail W 3

4 2.4 Implementasi Sistem Implementasi sistem merupakan tahap akhir dari perancangan keseluruhan sistem yang dibangun mulai dari perancangan hardware prototipe hingga pembuatan interface program untuk membaca data dari prototipe sistem peringatan dini tail wind dan cross wind. Berikut gambar hardware dari sistem yang telah selesai dibangun serta diintegrasikan. Gambar 2.4 Perangkat Keras Prototipe Sistem Peringatan Dini Tailwind & Crosswind Berikut merupakan hasil program interface yang dibuat berbasiskan visual studio dengan metode real time transceiver untuk menampilkan data dari hardware melalui komunikasi nirkabel: memproses data arah dan kecepatan angin yang diterima dari mikrokontroler dengan menghitung nilai tail wind dan cross wind sehingga apabila nilai tail wind dan cross wind diatas 15 knot maka aplikasi akan menampilkan warning yang berupa tampilan tulisan dan suara dan akan dikirimkan ke antarmuka pengguna yang berada di ATCT (Air Traffic Control Tower). 3. PENGUJIAN DAN PEMBAHASAN Pengujian alat menggunakan metode perbandingan dengan alat standar dengan tujuan untuk mengetahui kedekatan nilai keluaran dari sensor pada sistem ini dengan alat standar kalibrasi. Metode komparasi dilakukan agar dapat mengetahui apakah sensor pada sistem ini layak atau tidak digunakan untuk membantu pengamatan cuaca di lapangan. 3.1 Pengujian Sensor Wind Speed Pengujian sensor kecepatan angin dilakukan pada masing-masing sensor dengan cara memasukkan sensor kecepatan angin ke dalam wind tunnel bersamaan dengan sensor dari alat standar wind speed. Menggunakan set poin 2, 3, 4, 5, 6 dan 7 m/s. Pembacaan berulang dilakukan untuk setiap set poin hingga beberapa sampel. Gambar 2.5 Rancangan Tampilan Prototipe Sistem Peringatan Dini Tailwind & Crosswind Aplikasi tampilan pada prototipe ini dirancang melalui Visual Studio yang akan menampilkan informasi arah dan kecepatan angin pada masing-masing runway secara kontinyu kemudian Gambar 3.1 Proses Pengujian Sensor Kecepatan Angin Anemometer 25 Dengan Alat Standar 4

5 Sensor 25(m/s) Sensor 7 (m/s) 3.2 Pengujian Sensor Arah Angin Pengujian sensor arah angin pada masing-masing anemometer dilakukan dengan cara manual, yaitu melakukan koreksi pada keluaran dari sensor berupa sudut arah angin sesuai dengan alat pengukur sudut yang memiliki resolusi sebesar 1 derajat. Proses pengujian sensor arah angin menggunakan 30 set poin karena alat pada sistem mampu membaca arah angin hanya sebanyak 30 kali posisi. Gambar 4.3 adalah proses ujicoba pengambilan data arah angin untuk anemometer 7 dan anemometer 25 pada sistem. korelasi sederhana adalah sebesar 0,9980 seperti tampak pada grafik dibawah ini Grafik Korelasi Sensor Kecepatan Angin Anemometer 7 y = x R² = STANDAR (m/s) Gambar 3.3 Grafik Koefisien Korelasi Sederhana Sensor Kecepatan Angin Anemometer 7 Hasil pengujian diatas menunjukkan bahwa nilai koefisien korelasi sebesar 0,9980 tampak seperti pada grafik dibawah ini. Grafik Korelasi Sensor Kecepatan Angin Anemometer 25 Gambar 3.2 Proses Pengujian Sensor Arah Angin Anemometer Hasil Korelasi y = x R² = STANDAR (m/s) Perbandingan data dari pembacaan sensor kecepatan angin menghasilkan standar deviasi 0,0817. Nilai rata-rata koreksi pembacaan pada semua set poin adalah 2,35. Sensor kecepatan angin untuk anemometer 7 memiliki nilai treshold 2,10 m/s. Hasil pengujian diatas menunjukkan bahwa nilai koefisien Gambar 3.4 Grafik Koefisien Korelasi Sederhana Sensor Kecepatan Angin Anemometer 25 Gambar 3.5 dibawah ini menunjukkan bahwa nilai koefisien korelasi sederhana untuk sensor arah angin anemometer 7 dan anemometer 25 adalah sebesar 0,999. 5

6 Sensor 7 dan Sensor 25 (º) Korelasi Data Alat Standar Dengan Sensor Arah Angin Anemometer 07 dan Anemometer Gambar 3.5 Grafik Korelasi Sensor Arah Angin Anemometer 7 dan 25 dengan Alat Standar 3.3 Pembahasan y = x R² = STANDAR (º) Setelah melalui proses validasi data di atas, maka diperoleh data kecepatan angin yang cukup baik karena memiliki nilai koefisien korelasi sederhana yang hampir mendekati 1, yaitu sebesar 0,9980. Data arah angin yang sangat baik dengan nilai koefisien korelasi sederhana sebesar 0,999 namun resolusi masih tergolong rendah, yaitu sebesar 12º. Dari data tersebut menghasilkan beberapa analisa sebagai berikut: 1. Nilai tail wind akan semakin mendekati nilai kecepatan angin sesungguhnya yang terukur pada sensor apabila arah angin semakin mendekati sudut runway yaitu pada sudut 72º dan 252º. 2. Nilai cross wind akan semakin mendekati nilai kecepatan angin sesungguhnya yang terukur pada sensor apabila arah angin semakin membentuk sudut tegak lurus dengan arah runway yaitu pada sudut 156º, 168º, 336º dan 348º. 3. Seharusnya nilai tail wind yang paling tinggi apabila arah angin datang dari 70º karena anemometer 7 yang artinya diletakkan di sisi runway 70º dari arah utara. Namun dari data di atas, maka nilai tail wind yang paling tinggi pada anemometer 7 yaitu apabila sensor arah angin berada pada posisi 72º sebesar 3,46 m/s. 4. Seharusnya nilai tail wind yang paling tinggi apabila arah angin datang dari 250º karena anemometer 25 yang artinya diletakkan di sisi runway 250º dari arah utara. Namun dari data di atas, maka nilai tail wind yang paling tinggi pada anemometer 25 yaitu apabila sensor arah angin berada pada posisi 252º sebesar 3,46 m/s. 5. Seharusnya nilai cross wind yang paling tinggi apabila arah angin datang dari arah 160º dan 340º karena berada tepat tegak lurus terhadap arah runway. Namun dari hasil validasi data di atas, maka nilai cross wind yang paling tinggi pada anemometer 7 dan 25 yaitu apabila sensor arah angin berada pada posisi 156º, 168º, 336º dan 348º yaitu sebesar 3,44 m/s. 4. KESIMPULAN Berdasarkan hasil analisa dalam penelitian ini dapat disimpulkan bahwa: 1. Sistem peringatan dini wind shear tail wind dan cross wind yang akan dibangun terdiri dari dua buah anemometer digital yang menggunakan sensor optocoupler dimana masing-masing anemometer mempunyai kemampuan melakukan 6

7 pengukuran arah dan kecepatan angin serta mendeteksi adanya keberadaan komponen wind shear seperti tail wind dan cross wind. 2. Sensor kecepatan angin pada anemometer 7 memiliki nilai hasil koefisien korelasi sederhana sebesar 0, Sensor kecepatan angin pada anemometer 25 memiliki nilai hasil koefisien korelasi sederhana sebesar 0, Nilai koefisien korelasi sederhana untuk sensor arah angin anemometer 7 dan anemometer 25 adalah sebesar 0, Nilai keluaran dari sensor kecepatan angin memiliki treshold yang cukup tinggi yaitu 1,85 m/s dan 2,10 m/s. 6. Nilai keluaran dari sensor arah angin memiliki resolusi yang cukup besar yaitu sebesar 12º. 7. Nilai tail wind terbesar jika sudut arah angin yang terukur pada sensor adalah 72º dan 252º. 8. Nilai cross wind terbesar jika sudut arah angin yang terukur pada sensor adalah 156º, 168º, 336º dan 348º. Universitas Sumatera Utara(USU), Sumatera Utara. G. Hallowell, Robert dkk, 2010, Wind- Shear System Cost-Benefit Analysis, Wheather Sensing Group, Amerika Serikat. L. Golding, Wayne, 2015, Low-Level Windshear and Its Impact on Airlines, Embry-Riddle Aeronautical University, Amerika Serikat. Wijayanti, Dewi, 2015, Rancang Bangun Alat Ukur Kecepatan dan Arah Angin Berbasis Arduino Uno AT- Mega 328, Universitas Negeri Surabaya(UNESA), Surabaya. World Meteorogical Organization, Guide To Meteorogical Instruments and Methods of Observation, (2008) Sevent Edition: Geneva DAFTAR PUSTAKA ICAO, (2011), Doc Manual of Aeronautical Meteorological Practice, Ninth Edition. ICAO, (2007), Annex 3 - Meteorological Service for International Air Navigation, Sixteenth Edition. As ari, 2011, Rancang Bangun Anemometer Analog, Universitas Sam Ratulangi, Manado. Azlina, Maya dkk, 2013, Pembuatan Alat Ukur Kecepatan Angin dan Penunjuk Arah Angin Berbasis Mikrokontroler AT-Mega 8535, 7

8 8