vi
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.
vii
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
viii
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
ix
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
x
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 ...................................................................................... 1 1.1 Latar Belakang .................................................................................................. 1
1.2 Rumusan Masalah ............................................................................................. 2
1.3 Tujuan ................................................................................................................ 3
1.4 Manfaat .............................................................................................................. 3
1.5 Batasan Masalah ................................................................................................ 3
1.6 Sistematika Penulisan ........................................................................................ 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ........................................................................... 5 2.1 State of the Art ................................................................................................... 5
2.2 Whistler Wave (Gelombang Siulan) .................................................................. 6
2.2.1 Manfaat dari penelitian gelombang ELF dan VLF bagi ilmuan .............. 7
2.3 Fast Fourier Transform (FFT) .......................................................................... 7
2.3.1 Unsur FFT ................................................................................................ 8
2.3.2 Implementasi FFT .................................................................................... 8
2.4 Short Time Fourier Transform (STFT) ............................................................. 9
2.5 Bahasa Pemrograman MATLAB .................................................................... 10
2.5.1 Tipe Data pada MATLAB ...................................................................... 11
2.5.2 Operator pada MATLAB ....................................................................... 11
2.6 Image Processing ............................................................................................ 13
2.6.1 Image Enhancement ............................................................................... 14
2.6.2 Image Segmentation ............................................................................... 15
2.7 Interpolation .................................................................................................... 16
2.8 Morphological Operation ............................................................................... 17
2.8.1 Closing ................................................................................................... 17
BAB III PERANCANGAN SISTEM ................................................................ 19 3.1 Tempat dan Waktu .......................................................................................... 19
3.2 Data……….. ................................................................................................... 19
3.2.1 Sumber Data ........................................................................................... 19
3.2.2 Jenis Data ............................................................................................... 19
xi
3.2.3 Metode Pengumpulan Data .................................................................... 20
3.3 Alat Penelitian ................................................................................................. 20
3.4 Bahasa Pemrograman ...................................................................................... 20
3.5 Jadwal Penelitian ............................................................................................. 20
3.6 Alur Penelitian ................................................................................................. 21
3.7 Gambaran Umum Sistem ................................................................................ 22
3.8 Desain Interface Aplikasi ................................................................................ 27
BAB IV ANALISA DAN PEMBAHASAN ....................................................... 30 4.1 Pengujian dan Analisis .................................................................................... 30
4.1.1 Tahapan Pengujian dan Analisis ............................................................ 30
4.2 Uji Coba Sistem Interface ............................................................................... 31
4.2.1 Uji Coba Proses Konversi Audio menjadi Spectogram ......................... 32
4.2.2 Uji Coba Proses Image Processing ........................................................ 36
4.2.3 Uji Coba Proses Image Morphology ...................................................... 40
4.2.4 Uji Coba Proses Coordinate Detection .................................................. 42
4.3 Analisis Kinerja Perhitungan .......................................................................... 46
4.4 Analisis Kelebihan dan Kekurangan ............................................................... 50
BAB V PENUTUP ............................................................................................... 51 5.1 Simpulan .......................................................................................................... 51
5.2 Saran… ............................................................................................................ 51
DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................... 52
xii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2. 1 Rumus morfologi closing ................................................................. 17
Gambar 2. 2 Proses Morfologi closing pada citra ................................................. 18
Gambar 2. 3 Hasil proses closing pada citra ......................................................... 18
Gambar 3. 1 Gambaran Umum Sistem ................................................................. 24
Gambar 3. 2 Flowchart Gambaran Umum Sistem................................................ 26
Gambar 3. 3 Desain Utama Aplikasi..................................................................... 27
Gambar 4. 1 Interface Bagian Proses Konversi Audio ......................................... 32
Gambar 4. 2 Pemilihan audio untuk konversi ....................................................... 33
Gambar 4. 3 Hasil konversi audio ......................................................................... 33
Gambar 4. 4 Interface Bagian Proses Image Processing ...................................... 36
Gambar 4. 5 Proses dan hasil dari grayscale ........................................................ 37
Gambar 4. 6 Proses dan hasil dari thresholding .................................................... 37
Gambar 4. 7 Proses dan hasil dari median filter ................................................... 38
Gambar 4. 8 Interface Bagian Proses Image Morphology .................................... 40
Gambar 4. 9 Hasil proses Image Morphology ...................................................... 41
Gambar 4. 10 Interface Bagian Proses Coordinate Detection .............................. 42
Gambar 4. 11 Hasil Deteksi Titik Koordinat ........................................................ 43
Gambar 4. 12 Hitungan Jumlah Sinyal Terdeteksi ............................................... 43
Gambar 4. 13 Detail Informasi Titik Koordinat per sinyal citra ........................... 44
Gambar 4. 14 Citra asli data 1 ............................................................................... 47
Gambar 4. 15 Hasil perhitungan data 1 ................................................................. 47
Gambar 4. 16 Citra asli data 2 ............................................................................... 47
Gambar 4. 17 Hasil perhitungan data 2 ................................................................. 48
Gambar 4. 18 Citra asli data 3 ............................................................................... 48
Gambar 4. 19 Hasil Perhitungan data 3 ................................................................ 48
xiii
DAFTAR KODE PROGRAM
Kode Program 4. 1 Program Utama Konversi Audio menjadi spectogram .......... 35
Kode Program 4. 2 Eksekusi Program Utama dari GUI ....................................... 35
Kode Program 4. 3 Proses grayscale .................................................................... 38
Kode Program 4. 4 Proses thresholding ................................................................ 39
Kode Program 4. 5 Proses median filter ............................................................... 40
Kode Program 4. 6 Proses closing morphology .................................................... 41
Kode Program 4. 7 Proses Deteksi Titik Koordinat .............................................. 46
xiv
DAFTAR TABEL
Tabel 2. 1 Operator Aritmatika ............................................................................. 12
Tabel 2. 2 Operator Relasi .................................................................................... 12
Tabel 2. 3 Operator Logika ................................................................................... 13
Tabel 3. 1 Jadwal Penelitian……………………………………………………...21
Tabel 4. 1 Tabel tingkat akurasi………………………………………………….49
1
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
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
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.
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.
5