RANCANG BANGUN APLIKASI PENDETEKSI TITIK KOORDINAT FREKUENSI LIGHTNING WHISTLER

Transkripsi

1 KATA PENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa, karena atas berkat dan rahmat-nya penulis dapat menyelesaikan Proposal Tugas Akhir yang berjudul RANCANG BANGUN APLIKASI PENDETEKSI TITIK KOORDINAT FREKUENSI LIGHTNING WHISTLER. Penyusunan Proposal Tugas Akhir ini merupakan salah satu persyaratan akademis untuk memperoleh Gelar Kesarjanaan pada Jurusan Teknologi Informasi Universitas Udayana. Selama penyusunan proposal tugas akhir ini, penulis banyak memperoleh petunjuk dan bimbingan dari berbagai pihak. Dalam kesempatan ini, penulis sampaikan penghargaan dan ucapan terima kasih kepada : 1. Kedua orang tua penulis, Bapak Ir. Antonius Ibi Weking, M.T. dan Ibu Cok Istri Wardani alm, yang selama ini telah memberikan doa, dukungan, nasihat, biaya, dan fasilitas sehingga penulis bisa menyelesaikan studi dengan baik. 2. Bapak Bapak Prof. Ir. Ngakan Putu Gede Suardana, MT.,Ph.D. selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Udayana. 3. Bapak Dr. Eng. I Putu Agung Bayupati, S.T., M.T. selaku Ketua Program Studi Teknologi Informasi Universitas Udayana. 4. Bapak Dr. Eng. I Putu Agung Bayupati, S.T., M.T. selaku Dosen Pembimbing I yang telah banyak meluangkan waktu memberikan dorongan, bimbingan, tuntunan dan kesabaran dalam membimbing. 5. Bapak I Nyoman Piarsa, S.T., M.T. selaku Dosen Pembimbing II yang telah banyak memberikan bantuan, petunjuk, dan bimbingan kepada penulis. 6. Bapak I Gusti Made Arya Sasmita, S.T., M.T. selaku Dosen Pembimbing Akademik yang telah banyak memberikan bantuan, petunjuk, dan bimbingan kepada penulis. vi

2 7. Bapak Widyadi Setiawan, S.T., M.T. selaku Dosen Ahli yang telah banyak membantu penulis dalam memperbaiki dan menyelesaikan aplikasi ini tepat waktu. 8. Bapak/Ibu dosen pengajar Program Studi Teknologi Informasi yang telah memberikan bimbingan selama proses perkuliahan dan penyusunan Tugas Akhir ini. 9. Bapak/Ibu Pegawai di Program Studi Teknologi Informasi yang telah membantu selama proses perkuliahan. 10. Rekan-rekan Mahasiswa/Mahasiswi Teknologi Informasi angkatan 2012 yang telah memberikan sumbangan ide, pemikiran dan pengetahuan, dukungan moril dan materil sehingga laporan ini dapat terselesaikan dengan baik. Penulis menyadari laporan ini masih jauh dari kata sempurna. Oleh sebab itu, kritik dan saran dari pembaca yang bersifat membangun demi perbaikan laporan ini sangat penulis harapkan. Bukit Jimbaran, 15 Januari 2017 Penulis vii

3 ABSTRAK Fenomena alam yang terjadi pada alam semesta ini kejadiannya tidak dapat diduga oleh manusia. Fenomena tersebut terjadi pada lapisan bumi yang disebut dengan atmoster. Kejadian fenomena alam bermacam-macam, salah satu contohnya adalah fenomena badai petir yang dikenal dengan Lightning Whistler. Fenomena ini merupakan bentuk gelombang elektromagnetik yang terdengar dalam bentuk suara sesaat setelah kilat berlangsung pada lapisan magnetosfer dan ionosfer sehingga menyebabkan bunyi seperti siulan yang merambat pada frekuensi radio. Gelombang siulan ini disebut whistler wave. Fenomena ini mendorong peneliti untuk melakukan penelitian tentang gelombang ini selain dalam menentukan pola gelombang, dapat ditentukan juga titik koordinat frekuensi suara gelombang siulan tersebut. Proses dimulai dengan memasukkan data suara siulan dan dikonversikan ke dalam bentuk gambar spektogram. Spektogram tersebut dilakukan proses image processing untuk menghilangkan noise yang ada pada hasil tangkapan gambar. Hasil spektogram yang telah dilakukan image processing tersebut ditentukan perhitungan titik koordinat gelombang tersebut dengan menghitung titik koordinat awal masuknya suara dan titik koordinat akhir suara tersebut. Dengan menggunakan image processing, metode STFT dan pemrograman MATLAB, whistler wave tersebut dapat dideteksi dan dihitung titik koordinatnya. Kata Kunci : Whistler Wave, STFT, Image Processing viii

4 ABSTRACT The nature phenomenon in the universe can t be predicted by humans. These phenomenon occurred in earth mantle called atmosphere. There is a kind of nature phenomenon, one of them is thunderstorm phenomenon known as lightning whistler. This phenomenon is a form of electromagnetic wave which can be listened shortly after lightning in magnetosphere and ionosphere then resulting sound like a whistler spread in radio frequence. These wave is called whistler wave. This nature phenomenon driving a researcher to do research about the wave besides determining wave pattern, also can determine coordinate points of the whistle s sound frequence. The process began with inserting a whistler data and convert it into spectogram image. The spectogram image proceed with modify an image through image processing process to reduce a noise. The result of image processing will be continued by calculating coordinate points with detecting coordinate s start point from and finish point from the sound. With using image processing, MATLAB program, and STFT method, the whistler wave can be detected and determine it s coordinate points. Keyword : Whistler Wave, STFT, Image Processing ix

5 DAFTAR ISI HALAMAN SAMPUL...i HALAMAN JUDUL...ii PERNYATAAN... iii LEMBAR PENGESAHAN TUGAS AKHIR... iv BERITA ACARA TUGAS AKHIR... v KATA PENGANTAR... vi ABSTRAK... viii ABSTRACT... ix DAFTAR ISI... x DAFTAR GAMBAR... xii DAFTAR KODE PROGRAM... xiii DAFTAR TABEL... xiv BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Rumusan Masalah Tujuan Manfaat Batasan Masalah Sistematika Penulisan... 3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA State of the Art Whistler Wave (Gelombang Siulan) Manfaat dari penelitian gelombang ELF dan VLF bagi ilmuan Fast Fourier Transform (FFT) Unsur FFT Implementasi FFT Short Time Fourier Transform (STFT) Bahasa Pemrograman MATLAB Tipe Data pada MATLAB Operator pada MATLAB Image Processing Image Enhancement Image Segmentation Interpolation Morphological Operation Closing BAB III PERANCANGAN SISTEM Tempat dan Waktu Data Sumber Data Jenis Data x

6 3.2.3 Metode Pengumpulan Data Alat Penelitian Bahasa Pemrograman Jadwal Penelitian Alur Penelitian Gambaran Umum Sistem Desain Interface Aplikasi BAB IV ANALISA DAN PEMBAHASAN Pengujian dan Analisis Tahapan Pengujian dan Analisis Uji Coba Sistem Interface Uji Coba Proses Konversi Audio menjadi Spectogram Uji Coba Proses Image Processing Uji Coba Proses Image Morphology Uji Coba Proses Coordinate Detection Analisis Kinerja Perhitungan Analisis Kelebihan dan Kekurangan BAB V PENUTUP Simpulan Saran DAFTAR PUSTAKA xi

7 DAFTAR GAMBAR Gambar 2. 1 Rumus morfologi closing Gambar 2. 2 Proses Morfologi closing pada citra Gambar 2. 3 Hasil proses closing pada citra Gambar 3. 1 Gambaran Umum Sistem Gambar 3. 2 Flowchart Gambaran Umum Sistem Gambar 3. 3 Desain Utama Aplikasi Gambar 4. 1 Interface Bagian Proses Konversi Audio Gambar 4. 2 Pemilihan audio untuk konversi Gambar 4. 3 Hasil konversi audio Gambar 4. 4 Interface Bagian Proses Image Processing Gambar 4. 5 Proses dan hasil dari grayscale Gambar 4. 6 Proses dan hasil dari thresholding Gambar 4. 7 Proses dan hasil dari median filter Gambar 4. 8 Interface Bagian Proses Image Morphology Gambar 4. 9 Hasil proses Image Morphology Gambar Interface Bagian Proses Coordinate Detection Gambar Hasil Deteksi Titik Koordinat Gambar Hitungan Jumlah Sinyal Terdeteksi Gambar Detail Informasi Titik Koordinat per sinyal citra Gambar Citra asli data Gambar Hasil perhitungan data Gambar Citra asli data Gambar Hasil perhitungan data Gambar Citra asli data Gambar Hasil Perhitungan data xii

8 DAFTAR KODE PROGRAM Kode Program 4. 1 Program Utama Konversi Audio menjadi spectogram Kode Program 4. 2 Eksekusi Program Utama dari GUI Kode Program 4. 3 Proses grayscale Kode Program 4. 4 Proses thresholding Kode Program 4. 5 Proses median filter Kode Program 4. 6 Proses closing morphology Kode Program 4. 7 Proses Deteksi Titik Koordinat xiii

9 DAFTAR TABEL Tabel 2. 1 Operator Aritmatika Tabel 2. 2 Operator Relasi Tabel 2. 3 Operator Logika Tabel 3. 1 Jadwal Penelitian...21 Tabel 4. 1 Tabel tingkat akurasi.49 xiv

10 BAB I PENDAHULUAN Bab I menjelaskan tentang latar belakang, rumusan masalah, tujuan, manfaat, batasan masalah dan sistematika penulisan yang menjadi dasar penulisan penelitian ini. 1.1 Latar Belakang Bumi memiliki lapisan yang berguna dalam kehidupan manusia yang sering disebut dengan lapisan Atmosfer. Lapisan tersebut terdiri dari beberapa bagian yaitu Stratosfer, Magnetosfer, dan Ionosfer. Lapisan tersebut telah dilakukan penelitian oleh para ahli mengenai fungsinya terhadap bumi. Salah satu lapisan yang telah dilakukan penelitian yaitu lapisan Magnetosfer. Lapisan Magnetosfer merupakan lapisan magnet yang mengalir melalui kutub utara ke kutub selatan secara teratur. Kejadian fenomenal yang sering dilihat maupun didengar berasal dari lapisan ini. Kejadian fenomenal yang sering terjadi adalah badai petir. Badai petir tersebut pertama mengeluarkan cahaya yang sangat cepat lalu mengeluarkan bunyi yang sangat keras. Fenomenal tersebut membuat orang ingin tahu bagaimana proses bunyi petir itu berlangsung dan bagaimana cara untuk menghitung frekuensi dari bunyi petir yang terdengar. Bunyi tersebut dibuatkan dalam bentuk audio berupa bunyi siulan yang dinamakan Lightning Whistler. Lightning Whistler merupakan suatu metode bunyi yang merambat dari bunyi kilat dimana skala bunyi tersebut berkisar antara 3-30 Hz (Devendraa, 2007, h.2). Bunyi tersebut merambat melalui lapisan Magnetosfer dan dapat berubah menjadi gelombang whistler dalam bentuk frekuensi. Frekuensi yang didapatkan dari bunyi tersebut membentuk output berupa suara kemudian output tersebut dikonversikan ke dalam image berupa grafik histogram. Perkembangan teknologi saat ini telah menuntut para ahli untuk 1

11 2 mengembangkan sebuah terobosan baru untuk menghitung frekuensi suara tersebut secara detail. Gelombang whistler yang berbentuk frekuensi tersebut selain dilakukan dengan metode injection untuk mendapatkan data dalam bentuk spektogram, dapat juga dilakukan dengan menggunakan metode STFT (Short Time Fourier Transform) yang merupakan bagian dari bidang Computer Vision. Computer Vision merupakan teknologi dimana sebuah objek dapat dideteksi melalui beberapa metode. Computer Vision telah berkembang di berbagai bidang, salah satunya adalah metode pendeteksi suara yang akan dikonversi dalam bentuk citra. Beberapa eksperimen yang dilakukan terhadap fenomena lightning whistler telah menghasilkan beberapa penemuan baru. Contoh eksperimen lightning whistler yang dilakukan seperti injeksi gelombang whistler pada lapisan plasmasphere dengan menggunakan pengeras suara radio dimana teknologi ini akan menghasilkan sebuah gambar spektogram frekuensi data yang didapatkan melalui proses injeksi tersebut (Sonwalkar, 2000), pembuatan radio whistler untuk menangkap sinyal whistler dari lapisan magnetosfer (Wallace, 2010), dan menghitung jumlah frekuensi suara yang muncul pada data audio frekuensi Lightning Whistler (Darma, Setya, 2014). Hasil perhitungan pada penelitian tersebut mampu menghitung jumlah frekuensi suara yang muncul dari hasil pengolahan citra histogram namun belakangan ini muncul kritikan mengenai frekuensi suara dikarenakan perhitungan tersebut baru hanya sebatas menghitung jumlah frekuensi suara yang masuk. Permasalahan tersebut mendorong orang untuk melakukan penelitian untuk menghitung lebih detail lagi deteksi frekuensi suara yang masuk sehingga terciptanya inspirasi untuk melakukan perhitungan titik koordinat frekuensi suara yang dilakukan dari tinggi dan rendahnya output suara. 1.2 Rumusan Masalah Berdasarkan latar belakang tentang permasalahan diatas, rumusan masalah yang dapat diuraikan adalah bagaimana cara untuk menentukan dan menghitung

12 3 sebuah titik frekuensi suara tersebut berdasarkan tinggi rendahnya suara dalam periode waktu tertentu. 1.3 Tujuan Berdasarkan rumusan masalah diatas, tujuan yang ingin dicapai dari penelitian ini adalah mengetahui titik koordinat frekuensi suara dari awalnya suara terdengar sampai suara menghilang selama periode waktu tertentu. 1.4 Manfaat Manfaat yang dapat diambil dari penelitian ini adalah para ahli mampu mengetahui titik koordinat dari frekuensi suara yang masuk sehingga informasi yang didapatkan dari perhitungan tersebut dapat berguna untuk mengetahui kepastian letak koordinat dari frekuensi suara tersebut secara detail sehingga dapat mendukung kelengkapan data dan informasi. 1.5 Batasan Masalah Batasan masalah yang dapat diuraikan pada penelitian frekuensi suara ini adalah sebagai berikut: 1. Penelitian ini hanya dilakukan pada perhitungan titik koordinat dari tinggi rendahnya sebuah frekuensi suara dalam satu periode waktu tertentu. 2. Rincian data yang digunakan hanya berupa output data suara berupa siulan yang direkam dalam format.wav. 1.6 Sistematika Penulisan Sistematika penulisan yang digunakan dalam Rancang bangun Aplikasi Pendeteksi Titik Koordinat Lightning Whistler yaitu: 1. Bab I Pendahuluan Bab I menjelaskan mengenai latar belakang, rumusan masalah, batasan masalah, tujuan penulisan, manfaat penulisan, dan sistematika penulisan.

13 4 2. Bab II Tinjauan Pustaka Bab II menjelaskan tentang teori-teori penunjang yang mendasari dalam pembahasan masalah. 3. Bab III Metodologi dan Perancangan Sistem Bab III berisi metodologi untuk melakukan pembuatan sistem dan berisi rancangan sistem yang dibuat. 4. Bab IV Pembahasan dan Analisa Bab ini berisikan pembahasan tentang hasil uji coba perangkat lunak dan menganalisa sistem secara keseluruhan. 5. Bab V Penutup Bab V merupakan rangkuman dari apa yang telah dibahas sebelumnya serta saran-saran yang ditujukan baik kepada ilmu pengetahuan atau kepada masyarakat banyak untuk dapat melakukan penelitian lebih lanjut.

14 5