Monitoring Kualitas Air Secara Real-Time Terintegrasi
Integrated Real - time Water Quality Monitoring
Yudi Yuliyus Maulana * , Dadin Mahmudin, R. Indra Wijaya dan Goib Wiranto Pusat Penelitian Elektronika dan Telekomunikasi, Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia.
Komp LIPI Gd 20, Jl Sangkuriang 21/54D, Bandung 40135, Indonesia

## Abstrak
Perkembangan budi daya ikan yang menggunakan keramba jaring apung (KJA), saat ini tersebar di berbagai waduk dan danau di seluruh Indonesia, saat ini tumbuh pesat dan menjadi andalan pendapatan daerah. Selama ini monitoring kualitas air dilakukan secara manual, yaitu melakukan pengukuran kualitas air di tempat budidaya ikan tersebut. Selain memerlukan waktu yang lama, biasanya budi daya ikan tersebut berada jauh dari pusat kota. Dalam makalah ini akan dijelaskan desain dan realisasi sistem monitoring kualitas air dan peringatan dini secara real-time yang terintegrasi. Sistem ini telah diterapkan secara khusus untuk memantau parameter suhu, DO ( dissolved  oxygen ) dan pH di sentral budidaya ikan di Waduk Cirata. Tujuannya adalah memantau kualitas air secara real-time , bisa diakses di mana saja dan sekaligus  mencegah kematian ikan secara massal yang disebabkan oleh terjadinya up-welling dengan menggunakan sistem peringatan dini. upwelling terjadi apabila nilai suhu menurun drastis mencapai 25 derajat celcius lalu nilai DO menurun sampai 2,38 mg/L. Di sisi lain, data dari stasiun pengukuran yang dikumpulkan di stasiun perantara  dapat diakses atau dikirimkan ke stasiun pengendali  dengan menggunakan sistem telemetri. Hasil  dari  penelitian  ini  memperlihatkan  suatu  sistem monitoring kualitas  air  untuk  memantau  parameter  suhu,  DO  dan  pH sekaligus peringatan dini terjadinya upwelling . Sistem ini untuk mendukung pembudidayaan ikan di danau-danau di Indonesia.
Kata kunci : budidaya ikan, kualitas air, peringatan dini, real-time , suhu, upwelling.

## Abstract
Development of fish farming by means of keramba jaring apung (KJA) method, which is  found in many lakes in Indonesia lakes  throughout  Indonesia  is  currently  growing  rapidly  and  become  a  mainstay  of  the  income  of  fishermen  around  the  lake. During  this  time  water  quality  monitoring  is  done  manually,  which  perform  water  quality  measurement  at  the  fish  farms.  In addition to requiring a long time, usually reservoirs or lakes are located far from the center of town and difficult to reach. This paper describes the design and realization of the integration of water quality monitoring systems and early warning in real time. This system has been implemented to monitor the parameters of temperature, DO (dissolved oxygen) and pH in one of the central aquaculture in Cirata. The aim of this system is to monitor water quality and prevent mass fish deaths caused by the upwelling by using an early warning system. Upwelling occurs when the value of the temperature decreases dramatically to 25 degrees and DO value decreases to 2.38 mg/L. On the other hand, the data collected from measuring stations at intermediate stations can be accessed or transmitted to the master station by using a telemetry system for further analysis and study. The Results of this study show  a  water  quality  monitoring system  to  monitor  the  parameters  of  water  quality  such as temperature,  DO and  pH, in real- time,  as  well  as  integrated  with  the  early  warning  system  for  upwelling  phenomenon  This  system  is  built  to  support  the cultivation of fish in lakes in Indonesia.
Keywords : early warning; fish aquaculture; real-time; temperature; upwelling; water quality.

## I. P ENDAHULUAN
Dalam budidaya ikan menggunakan keramba jaring apung (KJA), mengetahui kualitas air yang baik sangat penting  untuk  menjamin  kehidupan  ikan  sehat sepanjang periode budidaya (biasanya  3-4  bulan untuk jenis  ikan  mas)  [1].  Meskipun  banyak  parameter- parameter yang mempengaruhi kualitas air, tapi ada tiga yang  paling  penting,  yaitu  parameter  temperatur,  pH, dan DO [2]. Fungsi pH sebagai indikator untuk reaksi kimia dan biologi dalam lingkungan air, yang digunakan sebagai ukuran keasaman atau kebasaan air. Sedangkan DO  dan  suhu  merupakan  indikator  untuk metabolisme air,  yang  dapat  digunakan  untuk  memantau  organik serta polutan nutrisi [3], [4].
Secara konvensional, pemantauan kualitas air pada budidaya  ikan  dilakukan  secara  manual  dalam mengambil  sampel air,  dan  kemudian menganalisisnya di  laboratorium  [5].  Dengan  teknik  yang  lebih  maju pengukuran kualitas air dilakukan dengan menggunakan hand  held instrumen secara berkala. Kedua metode ini memiliki  kelemahan  karena  tidak  praktis,  tenaga  kerja mahal, dan faktor kesalahan manusia yang cukup tinggi. Selain  itu,  cara  konvensional  tidak  memiliki kemampuan pengumpulan data dengan baik, yang mana data  tersebut  sangat  penting  untul  prediksi  di  masa depan  dan  untuk  mempelajari karakteristik  kualitas air di daerah budidaya [6].
Waduk  yang  digunakan  budidaya  ikan  seringkali menimbulkan  masalah  yang  cukup  kompleks.  Salah satunya adalah penurunan kualitas air akibat sisa pakan. Kondisi ini  menjelma  menjadi musibah  bila  terjadinya upwelling . Akibatnya, ribuan ton ikan mati seketika dan mengakibatkan  kerugian  yang  tidak  sedikit  [7]. Terjadinya upwelling biasanya  ditemui  pada  kondisi suhu  air  permukaan  lebih  dingin,  dan  berat  jenis
* Corresponding Author . Email: yudiym@gmail.com Received: April 11, 2015; Revised: April 24, 2015 Accepted: June 5, 2015
Published: June 30, 2015  2015 PPET - LIPI
doi : 10.14203/jet.v15.23-27
meningkat.  Ketika  berat  jenis  air  di  permukaan  lebih besar  dari  air  pada  lapisan  air  lebih  dalam,  air permukaan akan turun mendesak air bagian dalam, dan terjadilah upwelling .  Sebenarnya,  yang  paling merugikan pada proses upwelling di danau atau waduk ini adalah naiknya tumpukan material organik serta gas beracun [8], [9].
Untuk  mengatasi  masalah  di  atas,  sistem pemantauan kualitas air secara real-time telah dirancang dan  diimplementasikan  di  salah  satu  pusat  budidaya ikan yang menggunakan keramba jaring apung (KJA) di Waduk  Cirata.  sistem  ini  memungkinkan  tidak  hanya pengumpulan  data remote (jauh),  tetapi  juga memberikan  informasi  peringatan  dini  terjadinya upwelling secara otomatis [10]. Beberapa  titik-titik  stasiun  pengukuran  tersebut akan  diintegrasikan  ke  stasiun  perantara  lalu  data  dari stasiun  perantara  dikirim  ke  pengendali  stasiun. Keuntungan  yang  dimiliki  tidak  hanya  meningkatkan pengelolaan  budidaya  saat  ini,  akan  tetapi  juga menyediakan  data  penting  untuk  pengembangan  usaha budidaya  masa  depan.  Desain  sistem,  realisasi,  dan operasional akan dijelaskan di bagian berikut.

## II. S ISTEM D ESAIN DAN R EALISASI
Konsep  dasar  dari  sistem  monitoring  secara real- time untuk budidaya ikan ditunjukkan pada Gambar 1. Pusat untuk pengoperasian sistem ini adalah data logger yang  berada  di  stasiun  perantara,  yang  memiliki  tiga fungsi  utama.  Pertama,  menerima  hasil  pengukuran (DO,  pH,  dan  temperatur),  menampilkan  hasil pengukuran,  dan  menyimpan  data  hasil  pengukuran. Kedua,  melakukan  pengecekan  ambang  batas  secara terus  menerus  untuk  nilai  temperatur.  Terakhir, mempertahankan  pengiriman  data wireless ke  ponsel atau  stasiun  pengendali.  Data  yang  dikirim  ke  ponsel termasuk sinyal alarm.
Stasiun  pengukuran  dan  stasiun  perantara ditempatkan  secara  terapung  di  lokasi  keramba  jaring apung di sekitar Waduk Cirata dan difungsikan sebagai stasiun  pengukuran  kualitas  air  dan  peringatan  dini terjadinya upwelling .  Sedangkan  stasiun  perantara memiliki  fungsi  sama  dengan  stasiun  pengukuran ditambah sebagai pengumpul data hasil pengukuran dari seluruh stasiun pengukuran, mengolah data pengukuran, menampilkan  datanya secara real-time dan mengirimkannya  data  tersebut  ke  stasiun  pengendali. Data  data  ini  selanjutnya  juga  akan  tersedia  secara online yang  dapat  diakses  secara real-time dari  mana saja, kapan saja dan oleh siapa saja. Modul-modul yang terlibat di setiap stasiun ditunjukkan pada Gambar 2.
Gambar 2. Modul-modul pada, (a) Stasiun Pengukuran, (b) Stasiun Perantara, (c) Stasiun Kendali.

## A. Stasiun pengukuran
Gambar  3  merupakan  stasiun  pengukuran  yang bertugas  untuk  mengukur  pH,  DO  dan  temperatur. Sensor DO, pH, dan Temperatur yang digunakan untuk aplikasi  ini  adalah  sensor  analog  yang  dikemas  tipe probe,  di  mana  keluarannya  dihubungkan  ke  sensor pemancar  (Lutron  TR-DOT1A4  untuk  DO,  TR- pHT1A4  untuk  pH,  dan  TR-TMK1A4  untuk temperatur ) untuk  menghindari  kerugian  sinyal  yang disebabkan  oleh  panjang  kabel.  Dengan  pemancar  ini, sinyal  keluaran  yang  dikirim  oleh  sensor  nilainya dipertahankan  pada  kisaran  4-20  mA,  sesuai  dengan nilai DO 0-20 mg/L, nilai pH 0-14 dan nilai temperatur 0  s.d  500  derajat  celsius.  Data  dari  sensor  pemancar dibaca  oleh  perangkat Data  Acquisition  Module (ADAM 6017) untuk diubah menjadi data digital secara periodik  dan  data  tersebut  masuk  melalui  saluran TCP/IP ke Radio Wifi client .
Selanjutnya  melalui  Radio  WiFi client yang  bekerja pada  frekuensi  ISM  2.4GHz  (Ubiquiti  BULLET-2HP) inilah  data  dikirimkan  secara  nirkabel  ke  Stasiun Perantara  dengan  media  transfer  data  digunakan jaringan  WiFi  berstandar  802.11g/n  dan  memiliki interval  pengiriman  data  1  menit.  Selain  itu  stasiun pengukuran  ini  dilengkapi  energi  listrik  tenaga  surya (50 WP) sebagai sumber listriknya. Perangkat pemancar Sensor, Data Acquisition, dan Radio WiFi kemudian di- mounting (agar  terlindungi  dari  gangguan  lingkungan luar).  Pada  Gambar  4  terlihat  penempatan/pemasangan stasiun-stasiun pengukuran di KJA.
Gambar 4. Pemasangan Stasiun Pengukuran di KJA.

## B. Stasiun Perantara
Gambar-5  merupakan  stasiun  perantara,  pada prinsipnya  merupakan  stasiun  pengukuran  yang ditambahkan  fungsi  untuk  mengumpulkan  data  hasil pengukuran  dari  stasiun  lain,  menampilkan  hasil pengukurannya  secara real-time dan  kemudian mengikirimkannya  ke  stasiun  pengendali  melalui  jalur koneksi internet dan jika nilai temperatur dan DO turun di  bawah  nilai  tertentu,  data  logger  dapat  mengirim sinyal  alarm  ke  ponsel  yang  ditunjuk  melalui  modem. Pada stasiun ini ditambahkan sebuah mini PC, modem GPRS  dan  GSM,  LAN switch dan  UPS  selain  itu sumber listrik menggunakan PLN.
Gambar 5. Stasiun Perantara. Gambar  6  adalah  kotak display  monitoring yang diletakkan di dalam ruangan.
Gambar 6. Display Monitoring .
C. Software pada server di Stasiun Pengukuran
Software  pembacaan  Data  TCP-IP  dibangun dengan  menggunakan  bahasa  C#.  Program  ini  akan menterjemahkan output dari sensor yang berupa besaran fisis menjadi nilai-nilai yang diinginkan secara real time yang  kemudian  dapat  dibaca  pada display di  layar monitor.  Untuk  kondisi  jaringan  dimonitor  dengan software FREEPing,  Sedangkan  untuk  keperluan Remote  Desktop dengan  bantuan  LogMeIN  Hamachi VPN.  Berikut  ini  adalah  tampilan  stasiun  perantara ketika sedang bekerja.
Gambar 7. Tampilan Display Monitoring di Stasiun Perantara.
Komputer SERVER secara default ketika booting akan menjalankan program: 1. LogMeInHamachi: keperluan Remote Desktop,
2. RUPS2000:  keperluan Shut-Down komputer  ketika listrik mati (UPS),
3. TSEL Connection : Dial-Up otomatis  ke  jaringan TELKOMSEL 3G,
4. FreePing : keperluan monitor jaringan di Cirata,
5. WaterWatch :  Program  utama  sistem monitoring upwelling & kualitas air. Proses  ini  dilakukan  dengan  bantuan Startup Delayer  Software ,  yang  memastikan  bahwa  semua program  akan  kembali  berjalan  secara  normal  secara otomatis  ketika  komputer  hidup  kembali  ( startup ) setelah listrik mati.
Secara default program monitoring data ( WaterWatch )  ketika  pertama  kali  dijalankan  akan melakukan proses sebagai berikut:
1. Melakukan  koneksi  dengan  stasiun  pengukuran (dalam hal ini Data Acquisition modul ), jika jaringan tidak tersedia atau gagal melakukan koneksi, sistem akan  secara  terus  menerus  mencoba  melakukan koneksi  dalam  interval  random  setiap  1  sampai  2 menit, sampai jaringan atau koneksi tersedia.
2. Jika koneksi telah tersedia, sistem secara periodik (5 detik)  akan  mengambil  data  dari  stasiun pengukukuran, dan menampilkan datanya pada layar stasiun perantara ( server ), dan menyimpannya pada
memory sementara.
3. Setiap  periode  tertentu  (10  menit),  sistem  akan mengirimkan data masing-masing stasiun pengukuran  ke server  upwelling ,  yang  terdapat  di
LIPI,  Bandung,  dengan interface  web .  Sistem  juga akan menyimpan data tersebut ke dalam file teks di dalam computer server .
4. Secara  periodik  (setiap  hari)  sistem  akan  melihat data  data  yang  tidak  berhasil  dikirimkan  ke web server ppet-lipi, yang kemungkinan disebabkan oleh adanya  gangguan  jaringan,  dan  memastikan  bahwa data data tersebut dikirimkan ulang.

## III. I MPLEMENTASI T ERHADAP S ISTEM R EAL -

## T IME M ONITORING
Pusat  budidaya  ikan  yang  menggunakan  KJA  di Indonesia  berada  di  Jawa,  Sumatera,  Sulawesi  dan Kalimantan. Setiap pusat memiliki karakteristik air yang berbeda  serta  kondisi  lingkungan  yang  berbeda, sehingga  memberikan  hasil  yang  berbeda  dari  setiap musim. Walaupun dikelola oleh metodologi yang sama. Meskipun memiliki permintaan tinggi dan nilai ekonomi tinggi  dari  komoditas  ikan  di  dalam  negeri, pengembangan industri budidaya ikan agak lambat. Hal ini  disebabkan  karena  kurangnya  data  yang  memadai terkait  dengan  karakteristik  budidaya,  yang  penting untuk  kesuksesan  masa  depan  dari  bisnis  tersebut. Gambar  8  menunjukkan  lokasi  stasiun  pengukuran  di KJA Waduk Cirata.
Gambar 8. Lokasi Stasiun Pengukuran Budidaya Ikan di KJA Waduk Cirata.
Stasiun  pengendali  akan  berfungsi  sebagai  pusat database informasi  dari  semua  stasiun,  termasuk  yang baru  dikembangkan  di  masa  depan.  Gambar  9 menunjukkan  struktur database  software di  stasiun pengendali.  Setelah  data  disimpan,  data  tersebut  dapat
ditampilkan dengan menunjukkan nama stasiun dan tipe (dapat diintegrasikan dengan data dari stasiun kuantitas air), waktu dan tanggal pengukuran, periode (setidaknya setiap hari) analisis data, dan bentuk grafik dari data. Dari  data  yang  telah  ditransmisikan  oleh  stasiun pengukuran  kemudian  diolah  lalu  ditampilkan menggunakan  tabel  dan  bantuan google  map seperti pada Gambar 9 sebagai peta digital pada lokasi di mana sensor terpasang.
Gambar 9. Tampilan Aplikasi Sistem Monitoring Kualitas Air.
Gambar 10. Grafik Hasil Pengukuran Kualitas Air.
Dari  data-data  yang ada kemudian  diolah menjadi bentuk  grafik  untuk  mempermudah  analisis  data  yang terjadi  di lapangan,  maka  masyarakat  dapat  memantau kualitas  air  pada  KJA  sehingga  dapat  meminimalisir kerugian  yang  dapat  ditimbulkan  dari  dampak upwelling .
K ESIMPULAN
Dalam  tulisan  ini,  desain  dan  realisasi  sistem monitoring  kualitas  air  secara real-time terintegrasi telah  dijelaskan.  Sistem  ini  telah  diterapkan  untuk memantau  bila  terjadinya upwelling dan  memonitor kualitas  air   di  salah  satu  pusat  budidaya  ikan  kramba jaring  apung  di  waduk  Cirata.  Di  sisi  lain,  data  yang dikumpulkan dari pengukuran sensor di setiap budidaya dapat  diakses  atau  dikirimkan  ke  stasiun  pengendali dengan  menggunakan  sistem  telemetri  untuk  analisis lebih  lanjut.  Sistem  ini  telah  beroperasi  dalam memberikan peringatan dini bila terjadi upwelling yang mengakibatkan  bencana  kematian  ikan  secara  massal. Sistem yang terintegrasi saat ini sedang dikembangkan untuk  memasukkan  parameter  baru  untuk  mendeteksi adanya upwelling dan  akan  ditingkatkan  untuk pengiriman data yang lebih baik dari stasiun yang ada.
Di  masa  depan,  diharapkan  semacam  sistem monitoring secara real-time dapat diterapkan di semua pusat  budidaya  ikan  yang  tersebar  di  Indonesia.  Data kualitas air yang dikumpulkan dari masing-masing pusat budidaya  kemudian  dapat  diintegrasikan  dengan informasi  lain  seperti  sumber  daya  air,  bisnis,  dan informasi  geografis,  sehingga  database  akan  berfungsi sebagai  alat  pendukung  pemberi  keputusan  untuk pengelolaan industri budidaya.
U CAPAN T ERIMA K ASIH Ucapan terima kasih kami sampaikan kepada LIPI yang telah mendukung dan membiayai penelitian ini.
DAFTAR PUSTAKA
[1] L.  H.  Tavares,  R.  N.  Millan,  and  A.  A.  Amaral,  “Influence  of management  on  the  water  quality  and  sediment  in  tropical  fish farm”, J. Water Res. Protec ., vol. 5, pp. 495-501, May 2013.
[2] R.  C.  Summerfelt.  (2015).  Water  quality  considerations  for aquaculture. [Online]. Available: http://southcenters.osu.edu/sites/southc/files/site-library/site- images/WaterQualityConsiderations.pdf.
[3] R. K. Mohanty, A. Kumar, A. Mishra, D. K. Panda, D. U. Patil, Water  Budgeting  Management:  Enhancing  Aquacultural  Water Productivity , Odisha, India: Directorate  of  Water  Management, Indian Council of Agricult, ( Research Bulletin , no.63), 2014.
[4] S.  B.  Basavaraddi,  H.  Kousar,  and  E.  T.  Puttaiah.  "Dissolved oxygen concentration  - a remarkable indicator of ground  water pollution  in  and  around  Tiptur  town,  Tumkur  District, Karnataka, India", Bull. Env.,  Pharm.  &  Life Sci ., vol. 1, iss. 3,
pp. 48-54, February 2012. [5] (2015). Monitoring water quality, volunteer stream monitoring: a methods manual. [Online]. Available: http://www.epa.gov/sites/production/files/2015- 06/documents/stream.pdf.
[6] D.  S.  Simbeye  and  S.  F.  Yang,  "Water  quality  monitoring  and control  for  aquaculture  based  on  wireless  sensor  networks", J.
Networks , vol. 9, no. 4, pp. 840-849, April 2014.
[7] E. Purbani T. (2009). Sistem monitor online cegah mati massal. [Online]. Available: http://www.agrina- online.com/show_article.php?rid=10&aid=1740.
[8] Supriyadi,  B.  Mulia,  and  H.  B.  Utari,  “Upwelling  di  jatiluhur dan cirata : fenomena unik arus balik”, BAIT , vol. 5, September 2013.
[9] (2008). Scientists test “artificial upwelling” to learn more about complex  ocean  ecosystem  behavior  artificial  upwelling.
[Online]. Available: http://oregonstate.edu/ua/ncs/archives/2008/sep/scientists-test- %E2%80%9Cartificial-upwelling%E2%80%9D-learn-more- about-complex-ocean-ecosystem-be.
[10] Santoshkumar  and  V.  Hiremath,  “Design  and  development  of wireless  sensor  network  system  to  monitor  parameters influencing  fresh  water  fishes”, Int.  J.  Comp.  Sci.  Eng .,  vol. 4, no. 6, pp. 1096-1103, 2012.