Jumat, 19 Mei 2023

PENGGUNAAN DRONE DALAM PENGAMATAN METEOROLOGI

 
Video 1. Kegunaan drone untuk berbagai keperluan

UAV (Unmanned Aerial Vehicle) atau drone adalah suatu alat yang sedang terkenal saat akhir-akhir ini. Pesawat tanpa awak yang berukuran kecil dan ringan ini sangat diandalkan olah komunitas aerial photography dalam memotret dan merekam objek dari ketinggian. Selain kegunaan ternyata alat ini mempunyai banyak kegunaan lainnya yang belum dimanfaatkan secara penuh. Salah satu penerapannya dalam ilmu meteorologi. Meningkatnya penggunaan drone, membuat para ahli mengembangkan pesawat tak berawak ini khusus mengumpulkan data dan informasi cuaca. UAV adalah sebuah mesin terbang tanpa awak dengan kendali jarak jauh baik semi autonomous, autonomous (drone) atau gabungan dari keduanya. 

Foto udara format kecil yang dulu hanya mengandalkan single image (RGB) sensor, berkembang hingga ke sensor multispektral dan sensor aktif seperti LIDAR (Light Distance And Ranging) hingga hyperspektral penggunaan kamera non metrik yang umum digunakan pada drone untuk aplikasi pemetaan sebaiknya menggunakan sensor digital dan lensa fixed.  LIDAR adalah suatu metode pendeteksian objek yang menggunakan prinsip pantulan sinar laser untuk mengukur jarak objek yang ada di permukaan bumi. LIDAR melakukan penghitungan jarak dengan mengeluarkan sinar dari laser transmitter ke suatu permukaan, kemudian menghitung berapa lama waktu yang dibutuhkan sinar laser tersebut untuk kembali ke receptor. Ilustrasinya dapat dilihat pada gambar berikut :

Gambar 1. Ilustrasi LIDAR
Sumber : https://digiwarestore.com/id/digiware-news/43_apakah-lidar-itu-dan-bagaimana-cara-kerjanya


Di era revolusi Industri keempat ini drone memantapkan dirinya sebagai peralatan yang fleksibel dengan teknologi baru. Awalnya digunakan sebagai pesawat tanpa awak dalam militer. Sekarang teknologi dapat digunakan untuk berbagai keperluan (Chong et al., 2019).

Pada awal tahun 1970an Konrad et al., 1970 mempelopori penggunaan UAV dalam meteorologi. Tujuannya agar mendapatkan penjelasan lebih tentang proses konvektif. Kemajuan teknologi memungkinankan pemggunaan drone dalam berbagai bidang dalam ilmu meteorologi (Leunberger et al., 2020).

Tahun 1991 NASA mengembangkan pesawat tak berawak yang pertama kalinya. Perseus nama drone cuaca pertama yang dirancang untuk terbang 60.000 feet untuk mengumpulkan data tentang penipisan ozon dan pola cuaca. Meskipun dapat mengumpulkan informasi yang berguna, layanan ini telah dihentikan pada tahun 2003.


Gambar 2. Perseus NASA

Penggunaan drone dalam pengamatan meteorologi adalah kemajuan yang besar dibandingkan menggunakan pengamatan manual yang biasa dilakukan. Keterbatasan suatu stasiun pengamatan cuaca adalah keadaan yang statis dan kedekatannya dengan permukaan bumi. Walaupun posisinya yang sangat tinggi stasiun tersebut, tak mampu mendapatkan informasi di atas permukaan lapisan batas (boundary layer).

Penggunaan Balon Cuaca
Balon cuaca dapat terbang lebih tinggi, tetapi mempunyai kelemahan tidak dapat dikendalikan. Balon cuaca akan terbang tergantung arah anginnya bertiup dan menghilang. Balon cuaca tak dapat kembali lagi ke darat tempat asalnya diluncurkan.

Penggunaan Satelit
Penggunaan satelit juga sebagai sumber lainnya informasi cuaca. Kelemahan satelit adalah ketidakmampuan secara penuh mengukur suhu udara, kelembapan udara dan angin. Penyebabnya adalah posisi satelit sangat jauh di atas dari lapisan batas tempat terjadinya kejadian unsur-unsur cuaca itu terjadi. Pesawat terbang juga dapat digunakan untuk mengumpulkan data cuaca terutama saat badai, tetapi mahal dioperasikan dan mempunyai resiko yang tinggi bagi pilot yang menerbangkan ke arah badai.

Gambar 3. Pengamatan balon udara oleh pengamat BMKG
Sumber  : https://infopublik.id/resources/album/bulan-september-2019/Balon_Cuaca.jpg


Gambar 3. Plotting Skew-T untuk menganalisis sounding dari balon


Gambar 4. Pengamat cuaca BMKG menganalisis cuaca dari gambar satelit HIMAWARI 8

Pentingnya penggunaan drone dalam pengamatan dan prakiraan cuaca

Di seluruh dunia ini  cuaca buruk seperti kejadian badai petir, angin kencang, kabut asap dan hujan es dapat membahayakan keselamatan publik dan mempengaruhi terhadap perekonomian. Hingga sekarang, kekurangan pengamatan dengan berbagai peralatan kurang untuk lapisan batas (planetary boundary layer/ PBL) atmosfer secara akurat. Maka penggunaan drone cuaca akan dapat mengatasi menutupi kekurangan ini.
Gambar 5. Cakupan berbagai sarana untuk memantau keadaan cuaca 
Sumber : https://www.meteomatics.com/en/meteodrones-weather-drones/

(a)


(b)

Gambar 6. Kekurangan data berbagai sarana untuk membuat prakiraan cuaca di lapisan batas atmosfer
(a) keterbatasan data di PBL untuk menjelaskan beberapa peristiwa cuaca 
(b) meteodrone dapat mengisikan keterbatasan tersebut
Sumber : https://www.isarra.org/wp-content/uploads/2018/10/ISARRA2017_ACS1_Schluchter.pdf

Meteodrone adalah drone yang dirancang khusus untuk penerbangan di lapisan terendah atmosfer, di lapisan batas PBL sehingga dapat membantu meningkatkan keakuratan model prakiraan cuaca. Alat ini dilengkapi dengan sensor untuk mengumpulkan informasi tentang suhu udara, kelembaban udara dan angin di atmosfer. Meteodrone dapat mengumpulkan data meteorologi pada atmosfer bagian bawah dan tengah. Dengan meteodrone memungkinkan melakukan pengukuran suhu, kelembapan, tekanan udara dan arah kecepatan angin beresolusi tinggi dan secara langsung. Sehingga dapat memasukkan dalam kalkulasi model cuaca dan meningkatkan keakuratan prakiraan cuaca secara nyata. Meteodrone juga dapat digunakan untuk memprediksi cuaca yang ekstrem seperti badai, banjir, dan angin kencang.

Sejak tahun 2012, Meteomatic, perusahaan drone asal Swiss telah mengembangkan sistem pengukuran drone, Meteodrone, untuk mengukur unsur kecepatan angin, arah angin, titik embun, temperatur dan tekanan udara dari PBL sampai dengan 1,5 km di atas tanah. 

Bagaimana suatu meteodrone dapat mengamati cuaca di permukaan bumi?


Gambar 7. Ilustrasi sederhana lapisan batas (boundary layer)

Lapisan atmosfer terendah yang dinamakan lapisan batas (boundary layer) merupakan tempat sebagian besar terjadinya cuaca. Kondisi cuaca dipengaruhi oleh berbagai variabel dan faktor yang kompleks. Dengan mencoba membuat prediksi cuaca yang akurat, bagaimana cuaca selanjutnya menggunakan model cuaca yang rumit, tetapi dengan hasil model yang diharapkan sebaik data yang dimasukkan ke dalamnya adalah sangat sulit.

Meteodrone dapat diterbangkan dalam berbagai lapisan batas atmosfer dan dapat mengumpulkan data yang penting tentang suhu udara, kelembapan udara, tekanan udara, arah dan kecepatan angin. Cara lain dengan drone menurunkan sensor yang dinamakan dronesonde. Dronesonde diturunkan dengan parasut melalui ketinggian yang tinggi, melalui profil vertikal lapisan batas mengumpulkan data sampai ke bawah melalui pencitraan visual (foto dan video). 

Spesifikasi tertentu diperlukan untuk suatu meteodrone. Ketinggian terbang yang tinggi sehingga drone dapat terbang pada ketinggian yang cukup tinggi untuk mengambil data cuaca di lapisan atmosfer yang diinginkan. Kecepatan terbang yang tinggi dari suatu drone, sehingga dapat terbang dengan kecepatan yang cukup cepat untuk mengambil data cuaca pada area yang luas dalam waktu yang singkat. Daya tahan baterai yang baik untuk mengambil data cuaca selama periode waktu yang diinginkan. Drone harus dilengkapi dengan sensor yang sesuai untuk mengambil data cuaca yang diinginkan. Sistem navigasi yang stabil untuk mengambil data cuaca dengan akurasi yang tinggi. Kapasitas penyimpanan data yang besar untuk menyimpan data cuaca yang diambil. Sistem komunikasi yang handal, drone harus dilengkapi untuk mengirimkan data yang diambil kepada stasiun penerima data. Semua spesifikasi ini harus sesuai dengan regulasi di negara masing-masing yang digunakan untuk prakiraan cuaca.


Gambar 8. Contoh penerbangan drone 

Beberapa sensor yang dapat digunakan pada meteodrone untuk mengambil data cuaca antara lain :
  1. Sensor suhu dan kelembapan: digunakan untuk mengukur suhu dan kelembapan udara pada ketinggian tertentu.
  2. Sensor tekanan udara, digunakan untuk mengukur tekanan udara pada ketinggian tertentu.
  3. Sensor anemometer, digunakan untuk mengukur kecepatan dan arah angin pada ketinggian tertentu.
  4. Sensor radiasi matahari, digunakan untuk mengukur jumlah radiasi matahari yang masuk ke atmosfer.
  5. Sensor LIDAR,  digunakan untuk mengukur ketinggian dan topografi permukaan tanah.
  6. Sensor termal: digunakan untuk mendeteksi temperatur permukaan tanah dan objek lainnya dari jarak jauh.
Sensor-sensor tersebut dapat digunakan secara sendiri-sendiri atau dapat pula digabungkan agar dapat mengambil data cuaca yang lebih lengkap dan akurat.

Gambar 9. Komponen meteodrone 
Sensor dan pengukuran : suhu udara, tekanan udara, kelembapan udara relatif, titik embun serta kecepatan dan arah angin

Perkembangan drone dalam pengamatan cuaca

Jepang

NEDO (New Energy and Industrial Technology Development Organization) Jepang, telah merancangkan sistem penyediaan informasi yang berfokus pada informasi cuaca dengan ketinggian penerbangan drone yang diperlukan untuk UTM di masa mendatang (Gambar 10). Tujuan yang ingin dicapai adalah : 
  1. Prakiraan cuaca yang lebih khusus menggunakan drone (pada ketinggian 0 - 150 m)
  2. Menyiapkan prakiraan cuaca menggunakan UTM
  3. Mengembangkan teknik prakiraan cuaca yang lebih akurat dengan drone
UTM adalah singkatan dari Unmanned Aerial Vehicle Traffic Management (Sistem Manajemen Lalu Lintas Pesawat Tanpa Awak). UTM sistem yang digunakan untuk mengatur, mengontrol, dan mengkoordinasikan lalu lintas pesawat tanpa awak (UAV/Drone) dalam ruang udara. UTM bertujuan untuk meningkatkan keamanan, efisiensi, dan efektivitas operasi drone. UTM terdiri dari beberapa komponen, berupa : sistem pengenalan dan pengenalan, pengaturan lalu lintas, pemantauan dan pengawasan pesawat tanpa awak, komunikasi drone, perencanaan rute dan pengaturan ketinggian terbang. 

Tahapan yang dilakukan melalui drone cuaca sebagai berikut : (1) Prakiraan cuaca melalui drone, (2) Menyediakan informasi cuaca melalui UTM, (3) Membangun teknik observasi cuaca menggunakan drone, (4) Membuat prakiraan cuaca berdasarkan informasi dari drone.





Gambar 10. Ilustrasi drone cuaca menggunakan UTM
Sumber : https://nedo-dress.jp/en/introduction/introduction_2_1_7

Amerika Serikat

Tahun 2016 AS mengembangkan penelitian Meteodrone untuk pengamatan kejadian cuaca ekstrem. Bulan September 2016 lembaga meteorologi AS telah dapat menentukan kualitas data dan asimilasi  pada model cuaca numerik regional dengan ditentukan beberapa studi sampling. Proyek kerjasama Meteomatic dengan NOAA-NSSL (National Severe Storms Laboratory) diluncurkan pada Oktober 2016 dengan tujuan mendeteksi kondisi pra-konvektif untuk peningkatan akurasi prakiraan badai di Oklahoma. 


Video 2. Kegunaan drone untuk mengamati kejadian cuaca ekstrem (badai)

Meteodrone terbang di langit AS  untuk pertama kalinya waktu itu guna mengumpulkan data angin dan suhu udara. Saat terjadi angin kencang dengan kecepatan 70 km/jam, Meteodrone dapat membuktikan kehandalannya selama lebih dari tiga puluh penerbangan. Dengan demikian fase proyek pertama selesai dengan sukses. Data yang dikumpulkan akan diasimilasi dalam model yang memungkinkan NOAA meramalkan badai petir dan tornado dengan lebih tepat.

Menurut Hervo et al., 2023, hasil evaluasi Meteomatics selama periode Desember 2021 hingga Mei 2022 meteodrone dapat memperlihatkan kemampuannya dalam menyediakan data cuaca yang handal dan memadai untuk keperluan operasional. Meteodrone dijalankan secara otomatis 8 kali semalam di Payerne, Swiss. Hasil 864 profil meteorologinya dibandingkan secara intensif dengan pengukuran radiosonde dan penginderaan jauh. Dengan perbandingan radiosonde, pengukuran dengan meteodrone dapat diukur sesuai dengan persyaratan WMO (WMO OSCAR, 2022). OSCAR adalah Observing Systems Capability Analysis and Review Tool, sumber yang dikembangkan WMO untuk mendukung aplikasi observasi Bumi, penelitian dan koordinasinya secara global. Maka, meteodrone dapat dikatakan suatu "terobosan" yang dapat memberikan peningkatan signifikan bagi prediksi cuaca secara numerik resolusi tinggi.

Korea Selatan

Drone cuaca juga telah dikembangkan oleh Lembaga Meteorologi Korea (KMA/ Korean Meteorological Administration). Drone melakukan pengamatan permukaan dengan memfoto gambar seperti halnya observasi data suhu udara dan kecepatan angin. Drone tidak mengamati pada suatu titik yang tetap, tetapi dapat melakukan penerbangan sampai dengan ketinggian 2,5 km dan dapat merancang suatu misi monitoring. Meteodrone ini dapat bertahan pada kencangnya angin di lapisan udara atas dan suhu di bawah  minus 20 derajat Celsius. Dengan peralatan ini memungkinkan pengamatan cuaca di daerah yang sulit dijangkau yakni di daerah pesisir dan gunung.


Video 3. Praktek Pengamatan Cuaca dengan Meteodrone di Korea Selatan



Pengamatan meteodrone di Indonesia

Contoh penggunaan meteodrone di kampus ITERA



Gambar 11. Contoh analisis cuaca vertikal oleh ITERA

Sumber : https://mkg.itera.ac.id/


Menurut https://mkg.itera.ac.id/ sejak 07 Maret 2021 jam 10.00 WIB, Tim UPT MKG ITERA melaksanakan uji coba perdana pengukuran profil vertikal udara di kampus ITERA menggunakan drone. Drone dengan jenis quadcopter ini diterbangkan setinggi 120 meter untuk melihat dinamika atmosfer pada ketinggian tersebut. Drone ini dilengkapi sensor-sensor yang dapat mengambil data berupa ketinggian, tekanan, suhu, dan kelembapan. pengambilan data ini nantinya akan dilakukan secara rutin pada waktu yang sama. Diharapkan nantinya data-data yang diperoleh ini dapat digunakan untuk keperluan penelitian.

Ada banyak keuntungan menggunakan drone untuk pengamatan cuaca. Menggunakan UAV atau drone dapat memperoleh data cuaca secara real-time dan akurat dengan biaya yang lebih murah daripada pengamatan cuaca konvensional. Meteodrone dapat diterbangkan melakukan pengamatan cuaca pada kondisi cuaca yang ekstrem atau sulit dijangkau sehingga data lebih lengkap dan akurat. Data cuaca tersebut dapat dimanfaatkan pada berbagai bidang seperti halnya pertanian, transportasi dan penerbangan. Pengambilan keputusan dan perencanaan dapat dilakukan lebih baik dan efektif.


Sumber :

Web :









Jurnal :

Hervo, M., Pasquier, J., Hammerschmidt, L., Weusthoff, T., Fengler, M., and Haefele, A.2023. First evaluation of a 6-months Meteodrone campaign, EGU General Assembly 2023, Vienna, Austria, 24–28 Apr 2023, EGU23-11813, https://doi.org/10.5194/egusphere-egu23-11813, 2023.

Konrad, T., M. Hill, J. Rowland, and J. Meyer, 1970: A small, radio-controlled aircraft as a platform for meteorological sensors. Appl. Phys. Lab. Tech. Dig., 10, 11–19.

Leunberger D, Haefele A, Omanovic N, Fengler M. 2020.  Improving High-Impact Numerical Weather Prediction with Lidar and Drone Observations.  Bulletin of the American Meteorological Society 101(7)

J. Chong, Seungho Lee, Seungsook Shin, S. Hwang, Young-tae Lee, Jeoungyun Kim, Seungbum Kim, 2019. Research on the Meteorological Technology Development using Drones in the Fourth Industrial Revolution. 


Youtube :





Diposting oleh di
Label: ,

Tidak ada komentar:

Posting Komentar

Langganan: Posting Komentar (Atom)