ANALISIS GEOMETRI DATA OBJEK TIGA DIMENSI MENGGUNAKAN FOTOGRAMETRI RENTANG DEKAT, TERRESTRIAL LASER SCANNER, DAN ELECTRONIC TOTAL STATION (ETS) TUGAS AKHIR Karya tulis sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana
Oleh : Arky Gilang Wahab 151 04 036
PROGRAM STUDI TEKNIK GEODESI DAN GEOMATIKA
FAKULTAS ILMU DAN TEKNOLOGI KEBUMIAN
INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2009
LEMBAR PENGESAHAN Tugas Akhir Sarjana
ANALISIS GEOMETRI DATA OBJEK TIGA DIMENSI MENGGUNAKAN FOTOGRAMETRI RENTANG DEKAT, TERRESTRIAL LASER SCANNER, DAN ELECTRONIC TOTAL STATION (ETS) Adalah benar dibuat oleh saya sendiri dan belum pernah dibuat dan diserahkan sebelumnya, baik sebagian maupun seluruhnya, baik oleh saya maupun orang lain, baik di ITB maupun di institusi pendidikan lainnya. Bandung, 30 Maret 2009 Penulis
Arky Gilang Wahab NIM. 151 04 036
Pembimbing I,
Pembimbing II,
Dr. Deni Suwardhi, ST., MT.
Ir. Agoes S. Soedomo, MT.
NIP. 132 148 073
NIP. 130 890 239
Ketua Program Studi Teknik Geodesi dan Geomatika,
Ir. Eka Djunarsjah, M.T NIP. 132 087 998
KATA PENGANTAR i
Puji syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT, karena hanya atas izin dan ridho-Nya penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir dengan judul “Analisis Geometri Data Objek Tiga Dimensi Menggunakan Fotogrametri Rentang Dekat, Terrestrial Laser Scanner dan Electronic Total Station (ETS)”. Dalam proses pembuatan tugas akhir ini penulis banyak mendapatkan pelajaran dan hikmah yang sangat berharga.
Studi ini mengkaji data yang digunakan dalam pengambilan data untuk kepentingan pemodelan 3D dari segi kualitas data, geometri, efektifitas dan efisiensi pengambilan dan pengolahan data serta biaya dalam pemetaan tiga dimensi dengan menggunakan teknologi Fotogrametri Rentang Dekat, Terrestrial Laser Scanner,dan Electronic Total Station (ETS).
Penulis mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu pada proses pembuata Tugas Akhir ini hingga dapat dituntaskan. Penulis menyadari bahwa pengkajian dan penyusunan Tugas Akhir ini tidak lepas dari kesalahan dan kekurangan. Oleh karena itu, penulis berharap pembaca berkenan menyampaikan kritik dan saran yang membangun terkait Tugas Akhir ini. Semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi pengembangan ilmu pengetahuan. Amin.
Bandung, 30 Maret 2009
Arky Gilang Wahab 151 04 036
LEMBAR PENGHARGAAN Dengan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada:
ii
1. Bapak, Ibu, Tegar, dan Eyang di Purwokerto, atas doa dan dorongan semangatnya sehingga masa-masa sulit dapat dilewati dengan berbuah hikmah. 2. Bapak Deni Suwardhi selaku dosen pembimbing pertama yang telah banyak berjasa dalam penyusunan tugas akhir. 3. Bapak Agus S. Soedomo selaku dosen pembimbing kedua yang telah seringkali mengingatkan dan membuka pemikiran dan pemahaman penulis akan suatu hakikat dari pemikiran. 4. Bapak Eka Djunarsjah selaku dosen wali yang telah banyak memberi nasihat dan motivasi kepada penulis selama menjalani masa-masa perkuliahan. 5. Seluruh dosen pengajar di Program Studi Teknik Geodesi dan Geomatika atas jasanya mendidik penulis. 6. PT. Pertamina selaku fasilitator dalam pelaksanaan studi. 7. PT. Geoindo atas data dan informasi yang digunakan untuk studi. 8. PT. Geocal atas peminjaman peralatan dan informasi yang digunakan dalam studi. 9. Seluruh staf tata usaha, perpustakaan, dan laboratorium atas bantuannya selama penulis menempuh masa perkuliahan. 10. Kekasihku yang selalu memberikan motivasi, dan segala pengertiannya. 11. Rekan-rekan Sistek Lt.3, terutama yang seperjuangan, Ancha, Tukul, Aga, Om Yonan, Ketua Klan Mi’im yang selalu berjuang ’demi keilmuan’ . 12. Seluruh kamerad IMG, temen-temen ANIKMA, Fotografi Club, dan temen temen ORSEN pada Zamannya ....!! 13. Teman-teman kosan, Ferdhy, Pak Coy, Pak Zulkaida Akbar, Saudara-saudaraku di PPA Eiger Corps.
Dan kepada semua pihak yang memiliki konstribusi dalam penyusunan Tugas Akhir ini yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu, penulis mengucapkan terima kasih.
ABSTRAK Objek pemetaan di permukaan bumi fisik sebagian besar merupakan suatu objek tiga dimensi. Objek tiga dimensi (3D) apabila direpresentasikan pada bidang dua dimensi (2D) akan mengalami kehilangan informasi, oleh karena itu saat ini mulai dibutuhkan peta tiga dimensi. Data dasar yang digunakan untuk melakukan pemodelan objek 3D harus memiliki tingkat ketelitian yang baik dan geometri yang baik juga. Data yang
iii
digunakan untuk pemodelan objek 3D adalah data Fotogrametri Rentang Dekat, Terrestrial Laser Scanner, dan Electronic Total Station (ETS). Data yang dianggap merupakan data yang benar adalah data dari Electronic Total Station berdasarkan spesifikasi alat, perambatan kesalahan dan cara pengambilan data. Objek yang dijadikan studi adalah Observatoriun Boscha dan Gardu Listrik sebagai studi tambahan. Untuk dapat mengetahui kualitas data terutama data koordinat tiga dimensi, dilakukan transformasi sebangun tiga dimensi. Berdasarkan nilai Root Mean Square Residual dapat ditentukan tingkat akurasi dari data koordinat titik cek. Selain titik, untuk menyatakan geometri objek 3D, perbandingan juga dilakukan pada sudut dan jarak dengan cara diselisihkan. Dari hasil perbandingan antara ETS dengan Fotogrametri Rentang Dekat diperoleh nilai RMS residual terbesar pada komponen X sedangkan hasil perbandingan antara ETS dengan Terrestrial Laser Scanner diperoleh RMS residual terbesar pada komponen Z. Dari perbandingan sudut diperoleh suatu kecenderungan data selisih koordinat akan semakin kecil apabila sudut yang dibentuk semakin besar, sedangkan dari perbandingan jarak diperoleh kecenderungan selisih jarak akan semakin baik apabila jarak yang di ukur semakin besar. Sebagai pendukung studi dibandingkan juga segi efektifitas dan efisiensi pengambilan dan pengolahan data 3D dari Fotogrametri Rentang Dekat, Terrestrial Laser Scanner dan Electronic Total Station.
Kata kunci: Fotogrametri Rentang Dekat, Terrestrial Laser Scanner, Electronic Total Station, Perbandingan.
ABSTRACT
Most of mapping object on physical earth surface was in three dimensional (3D) form which automatically loose its information if representate in two dimensional (2D) plane. 3D object modeling require the highest quality data which acquisited from one of three modeling technique, there were Terrestrial Laser Scanner, Close Range Photogrametry, or Electronic Total Station. To comparing the geometry data quality from three of 3D object modeling technique, this study using 3D conformal transformation thus the checkpoint co-ordinate accuration level will be known from the value of root mean square residual, while for comparison angle and distance had iv
done by computing residual value with trusted data. The object in this study were Boscha Observatorium and electricity center building as additional object. Base on instrument specification, error spreading, and data acquisitions process, this study assume that Electronic Total Station data is the right one. The biggest value of root mean square residual on X component which gotten by comparing Electronic Total Station and Close Range Photogrametry, while the biggest value of root mean square residual on Z component has gotten by comparing Electronic Total Station and Terrestrial Laser Scanner. From angle comparison it was found that co-ordinates difference get smaller value on a smaller angle which made of three coordinates, beside the distance comparison, it was found that distance difference get better if measurement has done in bigger distance. As a support of this study, there is a comparison about effectivity and efficiency of data acquisition and processing from those three modeling technique.
Keywords: Close Range Photogrametry, Terrestrial Laser Scanner, Electronic Total Station, comparation.
v
DAFTAR ISI Halaman LEMBAR PENGESAHAN ................................................................................... i KATA PENGANTAR ............................................................................................ i LEMBAR PENGHARGAAN .............................................................................. ii ABSTRAK ............................................................................................................ iii ABSTRACT .......................................................... Error! Bookmark not defined. DAFTAR ISI......................................................................................................... vi DAFTAR GAMBAR .......................................................................................... viii DAFTAR TABEL ..................................................................................................x BAB 1PENDAHULUAN .......................................................................................1 1.1
Latar Belakang .........................................................................................1
1.2
Rumusan Masalah ....................................................................................3
1.3
Maksud dan Tujuan..................................................................................3
1.4
Ruang Lingkup.........................................................................................3
1.5
Kemanfaatan ............................................................................................4
1.6
Metodologi Penelitian ..............................................................................4
1.7
Sistematika Pembahasan ..........................................................................6
BAB 2DASAR TEORI ...........................................................................................7 2.1
Tinjauan Umum Teknologi Pemetaan Tiga Dimensi ..............................7
2.2
Fotogrametri Rentang Dekat ....................................................................7
2.2.1
Definisi Fotogrametri Rentang Dekat ..................................................7
2.2.2
Prinsip Dasar Fotogrametri Rentang Dekat .........................................7
2.2.2.1
Reseksi Ruang ............................................................................. 9
2.2.2.2
Interseksi Ruang.......................................................................... 9
2.3
Terrestrial Laser Scanner .......................................................................10
2.3.1
Definisi Terrestrial Laser Scanner .....................................................10
2.3.2
Prinsip Kerja Terrestrial Laser Scanner ............................................11
2.4
Electronic Total Station .........................................................................12
2.4.1
Prinsip Dasar Pengukuran Sudut Pada Electronic Total Station .......12
2.4.2
Pengukuran Jarak Pada Electronic Total Station ...............................13
BAB 3PERBANDINGAN GEOMETRI DATA OBJEK TIGA DIMENSI....15 3.1
Alur Penelitian .......................................................................................15
vi
3.2
Tahap Pengumpulan Data ......................................................................16
3.3
Pengolahan dan Visualisasi Data ...........................................................16
3.3.1
Visualisasi Data Fotogrametri Rentang Dekat ...................................17
3.3.2
Visualisasi Data Terrestrial Laser Scanner .......................................17
3.3.3
Visualisasi Data Elektronik Total Station ..........................................18
3.4
Tahap Pencarian Titik Sekawan, antara Sistem Fotogrametri Rentang Dekat,
Terrestrial Laser Scanner dan Electronic Total Station. ....................................19 3.4.1 3.5 3.5.1
Pemilihan Titik Sekawan ...................................................................20 Perbandingan Posisi Titik, Sudut dan Jarak antar Titik .........................22 Perbandingan Posisi Titik ..................................................................26
3.5.1.1
Penghitungan Parameter Transformasi Sebangun 3D .............. 27
3.5.2
Perbandingan Sudut ...........................................................................31
3.5.3
Perbandingan Jarak ............................................................................33
BAB 4ANALISIS .................................................................................................35 4.1 4.1.1
Analisis Perbandingan Posisi Titik ........................................................35 Perbandingan Posisi Titik dari Elektronik Total Station dengan
Fotogrametri Rentang Dekat ..........................................................................35 4.1.2
Perbandingan Posisi Titik dari Terrestrial Laser Scanner dengan
Elektronik Total Station .................................................................................36 4.2
Analisis Perbandingan Sudut .................................................................36
4.3
Analisis Perbandingan Jarak ..................................................................40
4.4
Analisis Nilai Perambatan Kesalahan ....................................................43
4.5
Analisis Efektifitas dan Efisiensi Metode Pemodelan 3D .....................44
BAB 5PENUTUP .................................................................................................46 5.1
Kesimpulan ............................................................................................46
5.2
Saran ......................................................................................................47
DAFTAR PUSTAKA ...........................................................................................49 LAMPIRAN A Studi TambahanAnalisis Geometri Data Objek Tiga Dimensi Menggunakan Fotogrametri Rentang Dekat Field Calibration, Fotogrametri Rentang Dekat Pre Calibration, dan Electronic Total Station ..........................50 LAMPIRAN B Spesifikasi Alat ..........................................................................53 LAMPIRAN C Data Kalibrasi ...........................................................................58 LAMPIRAN D Model 3D Boscha .......................................................................60
vii
DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 1.1 Diagram Metodologi Penelitian .............................................................. 5 Gambar 2.1 Kondisi Kesegarisan (Colinearity Condition) ......................................... 8 Gambar 2.2 Interseksi 2 Berkas Sinar (Cooper & Robson, 1996) ............................ 10 Gambar 2.3 Terrestrial Laser Scanner Leica Scan Station 2.................................... 11 Gambar 2.4 Prinsip Pengukuran Sudut pada Theodolit ............................................ 13 Gambar 2.5 Metode Tachymetry (Kusumadarma, 2008) .......................................... 14 Gambar 3.1 Alur Penelitian ....................................................................................... 15 Gambar 3.2 Visualisasi Data Fotogrametri Rentang Dekat ...................................... 17 Gambar 3.3 Visualisasi Data Terrestrial Laser Scanner .......................................... 18 Gambar 3.4 Visualisasi Data Elektonic Total Station ............................................... 19 Gambar 3.5 Posisi Titik Sekawan pada Sudut Bangunan ......................................... 20 Gambar 3.6 Posisi Titik Sekawan Pada Model Fotogrametri Rentang Dekat .......... 21 Gambar 3.7 Posisi Titik Sekawan Pada Model Terrestrial Laser Scanner............... 21 Gambar 3.8 Posisi Titik Sekawan Pada Model Electronic Total Station .................. 22 Gambar 3.9 Visualisasi Griding Terrestrial Laser Scanner ..................................... 23 Gambar 3.10 Pengambilan Data Menggunakan Electronic Total Station ................ 23 Gambar 3.11 Perbandingan resolusi kamera dengan ukuran sensor (Hanifa, 2007) 25 Gambar 3.12 Posisi Titik Sekawan dan Titik Cek .................................................... 26 Gambar 3.14 Ilustrasi Vektor .................................................................................... 31 Gambar 4.1 Grafik Prosentase Selisih Sudut antara Fotogrametri Rentang Dekat dengan Electronic Total Station.......................................................................... 38 Gambar 4.2 Grafik Prosentase Selisih Sudut antara Terrestrial Laser Scanner dengan Electronic Total Station ...................................................................................... 39 Gambar 4.3 Grafik Prosentase Selisih Sudut antara Terrestrial Laser Scanner dengan Electronic Total Station ...................................................................................... 39 Gambar 4.4 Grafik Prosentase Selisih Jarak antara Terrestrial Laser Scanner dengan Electronic Total Station ...................................................................................... 42 Gambar 4.5 Grafik Prosentase Selisih Jarak antara Fotogrametri Rentang Dekat dengan Electronic Total Station.......................................................................... 42 Gambar 4.6 Grafik Prosentase Selisih Jarak antara Terrestrial Laser Scanner dengan Fotogrametri Rentang Dekat ............................................................................... 43
viii
ix
DAFTAR TABEL Halaman Tabel 3.1 Format File Koordinat Titik pada Proses Transformasi Koordinat .......... 28 Tabel 3.2 Parameter Transformasi Koordinat Sebangun 3D dari Sistem Koordinat Fotogrametri Rentang Dekat ke ETS .................................................................. 29 Tabel 3.3 Parameter Transformasi Koordinat Sebangun 3D dari Sistem Koordinat Terrestrial Laser Scanner ke ETS ..................................................................... 29 Tabel 3.4 Koordinat Titik Sekawan Fotogrametri Rentang Dekat Hasil Transformasi ............................................................................................................................. 30 Tabel 3.5 Koordinat Titik Sekawan Terrestrial Laser Scanner Hasil Transformasi . 30 Tabel 3.6 Hasil Transformasi Titik Cek Model Pemetaan Fotogrametri Rentang Dekat ............................................................................................................................. 30 Tabel 3.7 Hasil Transformasi Titik Cek Model Pemetaan Terrestrial Laser Scanner. ............................................................................................................................. 31 Tabel 3.8 Besar Sudut Pada Model Pemetaan Menggunakan Electronic Total Station, Terrestrial Laser Scanner dan Fotogrametri Rentang Dekat.............................. 32 Tabel 3.9 Jarak Antara Dua Titik Koordinat dari Data Electronic Total Station, Terrestrial Laser Scanner dan Fotogrametri Rentang Dekat (Pertama) ............. 34 Tabel 4.1 Hasil Perbandingan Sudut antara Metode Electronic Total Station., Fotogrametri Rentang Dekat dan Terrestrial Laser Scanner.............................. 37 Tabel 4.2 Hasil Perbandingan Jarak antara Metode Electronic Total Station, Terrestrial Laser Scanner dan Fotogrametri Rentang Dekat.............................. 40 Tabel 4.3 Perbandingan Metode Pemodelan 3D ........................................................ 45
x
