[PR] Kolaborasi Fujitsu dengan Universitas Tohoku Jepang Sukses Kembangkan Simulator Tsunami 3D untuk Pemrakiraan Tsunami Berakurasi Tinggi

Jakarta, 21 April 2014 –Fujitsu Limited mengumumkan bahwa riset terpadu yang diselenggarakan bersama Universitas Tohoku, Jepang sejak 2012 lalu telah berhasil mengembangkan simulator tsunami 3D yang mampu mereplikasi aliran gelombang besar tsunami menuju daerah urban (urban surges) dan di sepanjang sungai (river surges) secara lebih akurat dan detil.

Riset terpadu tersebut berhasil memadukan teknologi simulasi fluida 3D milik Fujitsu dengan teknologi simulasi propagasi gelombang tsunami 2D yang dikembangkan oleh Profesor Fumihiko Imamura, direktur International Research Institute of Disaster Science, Universitas Tohoku, Jepang. Para peneliti yang terlibat telah berhasil mereplikasikan segala bentuk perubahan yang dialami oleh aliran gelombang tsunami dan perilaku gelombang tersebut ketika bertemu dengan topografi pantai atau bangunan-bangunan di daerah urban dengan akurasi tinggi. Dalam model simulasi 3D tersebut disajikan pula tentang bagaimana proses penjalaran gelombang besar (water surges) di wilayah urban dan di sepanjang sungai.

Setelah berhasil mengembangkan model simulasi yang andal yang dapat memprakirakan besarnya bencana majemuk akibat tsunami yang disebabkan oleh gempa besar, para peneliti selanjutnya akan berencana menerapkan pemodelan tsunami tersebut pada Strategic Programs for Innovative Research (HPCI)[i], yang didukung oleh MEXT[ii], di mana salah satu tema yang dihadirkan pada program tersebut adalah adalah mengenai bagaimana cara meningkatan kemampuan peramalan tsunami menggunakan computer HPCI dalam rangka meningkatkan aksi cepat tanggap masyarakat Jepang akan datangnya tsunami.

 

Latar Belakang

Gempa bumi dahsyat melanda pantai timur Jepang pada tanggal 11 Maret 2011 dan diikuti munculnya gelombang tsunami yang memporak-porandakan wilayah Tohoku. Sejak peristiwa pahit tersebut, kebutuhan untuk mengimplementasikan langkah-langkah efektif tanggap bencana di masa mendatang guna meminimalisasi dampak yang diakibatkan oleh gempa bumi besar dan tsunami mulai mengemuka. Diharapkan, penerapan teknologi simulasi tsunami berskala besar mampu memberikan gambaran secara komprehensif di balik mekanisme kegagalan struktural pada bangunan-bangunan di wilayah terdampak, serta mampu memberikan prediksi akan besarnya dampak kerusakan akibat bencana tsunami tersebut secara lebih akurat.

Oleh karena itu, pada bulan Februari 2012, Fujitsu mulai menggelar riset yang bertujuan untuk mengembangkan simulator tsunami 3D berpresisi tinggi bersama dengan Professor Imamura dari Universitas Tohoku, yang selama ini telah dikenal secara luas sebagai peneliti terkemuka di bidang tsunami.

 

Kendala dalam Riset

Mulanya, teknologi simulasi propagasi tsunami 2D yang dikembangkan oleh Professor Imamura dari Universitas Tohoku digunakan secara luas untuk menghitung waktu kedatangan dan tinggi gelombang tsunami di sepanjang wilayah pantai terdampak. Namun, kendala mulai muncul terkait akurasi model 2D tersebut dalam mereplikasikan air bah yang menggenangi wilayah urban dan aliran gelombang tinggi yang menjalar di sungai. Kendala ini muncul akibat sulitnya memadukan data 3D ke dalam model simulasi 2D, seperti bentuk bangunan maupun tanggul di sisi sungai yang berdampak pada besarnya daya rusak dan cepat rambat gelombang tsunami.

Di sisi lain, teknologi simulasi fluida 3D selama ini menggunakan teknik smoothed-particle hydrodynamic [iii] di mana fluida diperlakukan dan digambarkan sebagai gabungan partikel-partikel. Meskipun metode ini memiliki keunggulan tersendiri yakni mampu mereplikasikan perilaku gelombang pecah dan limpasan secara 3D, akan tetapi, untuk dapat menyelesaikan proses simulasi fluida 3D dengan baik dibutuhkan dukungan komputasi tingkat tinggi dan memakan waktu lama, mengingat bahwa cakupan area yang digunakan dalam proses simulasi tsunami sangat luas, yakni membentang dari sumber munculnya tsunami hingga ke area pantai terdampak.

 

Riset Terpadu Simulasi Tsunami 3D

Fujitsu dan Universitas Tohoku menggelar riset terpadu dengan mengintegrasikan data ketinggian dan cepat rambat gelombang yang direplikasikan menggunakan teknologi simulasi propagasi tsunami 2D ke dalam teknologi simulasi fluida 3D. Dengan menggabungkan kedua teknologi tersebut, para peneliti kemudian berhasil menciptakan model simulasi tsunami 3D yang akurat dan memiliki proses komputasi yang singkat.

 

Hasil Penelitian

Pada Gambar 1(a) diperlihatkan bahwa pergerakan gelombang tsunami dengan cakupan wilayah kejadian yang sangat luas terbentang dari sumber munculnya tsunami hingga ke wilayah pantai terdampak dapat direplikasikan menggunakan model simulasi 2D dengan kebutuhan beban komputasi yang relatif ringan. Sedangkan, teknologi simulasi fluida 3D hanya digunakan untuk memodelkan pergerakan gelombang pada area pantai dan wilayah urban terdampak, yakni tempat terjadinya fenomena gelombang pecah[iv] dan limpasan. Sehingga, dengan metode tersebut pergerakan tsunami secara 3D dapat direplikasikan dalam rentang waktu singkat dan dapat diaplikasikan di lapangan dengan segera.

Pada Gambar 1(b) diperlihatkan proses replikasi menggunakan teknologi simulasi fluida 3D. Model tersebut dapat mereplikasikan kejadian tsunami, bahkan hingga kejadian di area pantai yang sebelumnya tidak mungkin dilakukan hanya dengan menggunakan model simulasi 2D atau model simulasi fluida 3D saja secara terpisah. Dari gambar lingkaran putih ditunjukkan pula bentuk simulasi tumpang-tindih antara aliran gelombang tsunami yang menjalar langsung menuju ke wilayah pantai dengan gelombang tsunami yang melingkupi area tersebut. Dari gambar tersebut dapat dilihat pula formasi mengenai aliran gelombang kompleks yang dipengaruhi oleh bentuk topografi dasar laut di wilayah perairan dangkal yang terdampak.

Gambar 1

a)     Model replikasi tsunami pada area yang luas, membentang dari sumber tsunami hingga ke wilayah pantai

b)    Model replikasi perilaku tsunami secara 3D saat tsunami mulai menjalar menuju ke area pantai

Banyak manfaat yang dapat diperoleh dari penggunaan perpaduan antara dua metode simulasi tersebut. Berkat simulator tsunami 3D, kini aliran gelombang tsunami kompleks yang berangkat dari pusat hiposentrum, serta perilaku gelombang pecah dan limpasan di wilayah pantai dapat direplikasikan dengan baik. Hasil simulasi model tsunami 3D ini diharapkan dapat mendukung dalam melakukan estimasi besarnya daya rusak gelombang tsunami setelah gelombang tersebut menghantam breakwater dan terurai saat dalam perjalanan menuju area terdampak menjadi semakin akurat.

Manfaat lain yang dapat diambil dengan perpaduan antara dua metode simulasi tersebut adalah kebutuhan beban komputasi menjadi relatif lebih ringan, mengingat bahwa variable simulasi seperti ketinggian dan cepat rambat gelombang dapat direplikasikan menggunakan teknologi simulasi propagasi tsunami 2D. Waktu yang dibutuhkan untuk proses replikasipun menjadi kian singkat dibandingkan hanya menggunakan teknologi simulasi fluida 3D saja secara terpisah.

Sebagai contohnya, untuk menyelesaikan proses komputasi model tsunami dari wilayah sumber ke area terdampak dengan hanya menggunakan teknologi simulasi fluida 3D bisa memakan waktu hingga 200 tahun lebih, meskipun sistem tersebut telah didukung oleh supercomputer 10.000-node[v]. Sedangkan, jika menggunakan simulator tsunami 3D yang baru dikembangkan tersebut dan didukung oleh supercomputer 10.000-node, proses replikasi hanya memakan waktu 160 jam untuk radius tsunami kira-kira sejauh 0,5km dan meliputi wilayah lebih dari 10 kilometer persegi atau setara dengan luas sebuah pelabuhan. Dapat dikatakan pula bahwa riset bersama antara Fujitsu dengan Universitas Tohoku ini membawa manfaat yang luar biasa terutama dalam menghadirkan solusi yang dapat mendukung upaya mitigasi bencana akibat tsunami berikut langkah-langkah strategis yang dapat diambil, berkat kemampuannya dan akurasinya yang tinggi dalam melakukan pemodelan kejadian tsunami.

Video yang menggambarkan proses simulasi menggunakan teknolgi simulator tsunami 3D yang dikembangkan berkat kerjasama antara Fujitsu dengan Universitas Tohoku dapat dilihat secara online pada tautan video.

Informasi detil mengenai teknologi ini juga telah disampaikan oleh Fujitsu bersama dengan Profesor Imamura beserta Asisten Profesor Daisuke Sugawara dari Universitas Tohoku pada acara 1st International Conference on Computational Engineering and Science for Safety and Environmental Problems (COMPSAFE 2014) yang diselenggarakan pada tanggal 13-16 April 2014 di Sendai, Jepang.

 

Rencana Pengembangan di Masa Depan

Para peneliti yang terlibat bercita-cita ingin mengimplementasikan hasil riset tersebut ke dalam 3 dari 5 bidang yang tersebutkan di dalam Strategic Programs for Innovative Research, diantaranya adalah “Advanced Prediction Researches for Natural Disaster Prevention and Reduction,” dengan mengambil tema “Improvement of the tsunami forecasting system on the HPCI computer.”

Para peneliti yang tergabung di dalam riset yang terdiri dari sebuah konsorsium lembaga penelitian yang dipimpin oleh Universitas Tohoku berencana untuk mengintegrasikan berbagai metode prakiraan dampak kerusakan akibat tsunami dengan menyertakan simulasi proses evakuasi serta mempertimbangkan beragam faktor yang lebih kompleks, sehingga akan dihasilkan peramalan yang lebih akurat lagi. Tujuan dari diselenggarakannya riset ini adalah untuk memberikan gambaran yang komprehensif mengenai rencana mitigasi bencana dengan memodelkan laut sebelah barat Jepang.

Guna merealisasikan hal tersebut, Fujitsu telah berencana untuk merealisasikan model simulasi untuk memprakirakan dampak kerusakan akibat tsunami secara lebih akurat menggunakan model simulasi tsunami 3D dengan mempertimbangkan besarnya daya dan perilaku gelombang tsunami yang terjadi di wilayah pantai dan daerah urban. Selain itu, dari hasil riset ini, Fujitsu berkomitmen untuk mengembangkan solusi yang dapat mendukung pemerintah dalam upaya mitigasi dan pengambilan langkah-langkah strategis terkait bencana tsunami. Futjisu berharap bahwa komitmen ini sekaligus dapat menjadi kontribusi nyata dalam perencanaan tata ruang kota yang tangguh terhadap bencana yang mengancam.

 

Sumber-sumber Online

• Fujitsu and Tohoku University Collaborate on High-Precision 3D Tsunami Simulation Research (press release dated February 21, 2012)
• Tohoku University International Research Institute of Disaster Science
• Fujitsu and Tohoku University Develop 3D Tsunami Simulator Enabling Highly Precise Tsunami Forecasting
• Untuk update berita Fujitsu secara reguler, kunjungi Fujitsu newsroom: http://www.fujitsu.com/id/