Seminar Nasional Teknologi Informasi dan Komunikasi (SNASTIKOM) 2013 ISSN : 978-602-19837-2-0
Deteksi Usia Tanaman Padi Berdasarkan Indeks Warna Muhammad Nasir1) Nazaruddin2) Salahuddin3) Yusman4) Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Lhokseumawe1,2,3,4) Jl. Banda Aceh – Medan Km. 280 Lhokseumawe - ACEH 24375 Indonesia Telepon (0645) 42670 E-mail :
[email protected]) . Abstrak Tanaman padi (Oryza sativa, sp) termasuk kelompok tanaman pangan yang sangat penting dan bermanfaat bagi kehidupan masyarakat Indonesia. Padi di tanam oleh para petani yang bertempat tinggal didesa-desa dan dalam setahun dapat dipanen sebanyak dua kali. Sistem pertanian yang ada saat ini hanya mengandalkan pengetahuan para petani yang di dapatkan dari penyuluhan-penyuluhan tentang pemberian pupuk, jenis penyakit, masa tanam dan kebutuhan padi lainnya. Sampai saat ini estimasi produksi padi menggunakan pendekatan ekonometrik, parameter yang digunakan untuk menduga antara lain data luas area panen, produktivitas, curah hujan dan keadaan alam. Sistem pemberian pupuk dengan menggunakan Bagan Warna Daun (BWD) merupakan andalan para petani dalam menentukan waktu pemberian pupuk dan masa tanam padi. Penelitian ini bertujuan untuk mendeteksi masa pertumbuhan tanaman padi dan identifikasi produktivitasnya melalui analisis citra digital dengan metode contrast enhancement, treshholding dan logic proces untuk mencari hubungan antara perubahan warna padi dengan masa (usia) pertumbuhan. Nilai NDVI dari saat tanaman padi berumur 3 MST adalah < -0.03 dan pada 10 MST (Minggu Setelah Tanam) nilai NDVI sebesar 0.45 sehingga menunjukkan bentuk kurva dengan puncaknya saat padi pada umur (fase) vegetatif optimum – padi bunting (umur sekitar 70-80 hari setelah tanam atau sekitar 10-11 MST). Kata kunci : Padi, citra digital, contras enhancement, tresholding, logic proces
1. Pendahuluan Tanaman padi (Oryza sativa, sp) termasuk kelompok tanaman pangan yang sangat penting dan bermanfaat bagi kehidupan masyarakat Indonesia. Sampai saat ini, lebih dari 50% produksi padi nasional berasal dari areal sawah di Pulau Jawa. Sehingga apabila terjadi penurunan tingkat produksi dan produktivitas padi di
Jawa secara drastis, maka dapat mempengaruhi ketersediaan beras nasional dan akan berdampak negatif terhadap sektor-sektor lainnya [1]. Sampai saat ini estimasi produksi padi dilaksanakan oleh beberapa instansi antara lain: Badan Urusan Logistik (BULOG), Badan Pusat Statistik (BPS) dan Dirjen Bina Produksi Tanaman Pangan dan Hortikultura, Departemen Pertanian. BULOG memperkirakan produksi padi menggunakan pendekatan ekonometrik. Parameter yang digunakan untuk menduga antara lain data luas area panen, produktivitas, curah hujan dan harga. Informasi disajikan per catur wulan [2]. BPS melakukan perkiraan produksi padi berdasarkan data lapangan yang dihimpun dari mantri tani disetiap kecamatan berdasarkan hasil ubinan secara acak terpilih. Data produksi diperoleh dari parameter luas area panen dan produktivitas padi per hektar [1]. Departemen pertanian memperkirakan produksi padi dengan mempertimbangkan parameter luas area tanam/panen, jumlah benih yang disebar petani, perhitungan produktivitas dengan memanfaatkan struktur kelembagaan dibawahnya yaitu Mantri Tani dan Penyuluh Pertanian Lapangan dan informasi luas baku sawah dari BPS. Oleh karena cara pendekatan, kriteria penilaian dan metode yang digunakan berbeda maka informasi yang diperoleh juga berbeda. Hal ini menyulitkan pengguna informasi dalam pemanfaatannya [1]. Dalam era globalisasi informasi untuk mendukung program ketahanan pangan, dituntut kecepatan dan ketepatan informasi sumberdaya pertanian yang lebih kuantitatif. Untuk itu diperlukan sarana teknologi tepat guna yang dapat dipergunakan oleh para petani dalam menentukan waktu pemberian pupuk dalam masa pertumbuhan padi sehingga dapat meningkatkan produksi. Penelitian ini bertujuan untuk mendeteksi masa pertumbuhan tanaman padi dan identifikasi produktivitasnya melalui analisis citra digital dengan metode contrast enhancement, treshholding dan logic
proces untuk mencari hubungan antara perubahan warna padi dengan masa (usia) pertumbuhan.
padi yang telah di foto dari area persawaan mulai dari 3 MST sampai dengan 10 MST (minggu setelah tanam).
Penelitian yang telah dilakukan sebelumnya mengenai warna daun tanaman padi untuk mengukur kebutuhan pupuk N. Warna daun adalah suatu indikator yang berguna bagi kebutuhan pupuk N tanaman padi. Daun yang bewarna pucat atau hijau kekuningan menunjukkan bahwa tanaman kekurangan N. Skala warna, yang tersusun dari suatu seri warna hijau, dari hijau kekuningan sampai hijau tua, sesuai dengan warna-warna daun di lapang, dapat digunakan untuk mengukur warna daun. Bila suatu nilai warna daun lebih rendah dari batas kritis tertentu, maka tanaman memerlukan pupuk N tambahan [3]. Furuya (2007) melaporkan bahwa selama tahun during 1980-an warna daun menjadi lebih diperhatikan karena warna daun paling baik menunjukkan status nutrisi tanaman [4]. Sejak itu, penelitian tentang cara pengukuran warna daun mengalami kemajuan, dan memudahkan pengukuran warna daun di lapang. Terdapat dua cara pengukuran; penggunaan mesin atau penggunaan alat sederhana. Suatu alat yang disebut “Skala warna daun padi baku” (Standard rice leaf colour scale) ” telah dibuat. Skala warna ini digunakan untuk mengukur warna daun dari daun tunggal atau komunitas tanaman [4].
2.3 Perancangan dan Implementasi Perancangan perangkat lunak untuk sistem ini adalah seperti diagram blok yang ditunjukkan pada Gambar 2.
Menurut Mengel et al, (2007), Kim et al., 2006, dan Mukherjee, 2006 terdapat hubungan antara tingkat kehijauan tanaman (greenness) dengan produktivitas tanaman padi sawah (didapat dari ubinan/crop cutting experiment) [5][6][7]. Fase pertumbuhan tanaman yang diduga mempunyai hubungan erat dengan produktivitas tanaman padi adalah tanaman pada fase awal generatif (pinnacle initiation) yaitu pada saat tanaman padi sedang produksi, tingkat kehijauan suatu tanaman diperkirakan dengan menggunakan nilai NDVI (Normalize Difference Vegetation Index) [8] [9].
2. Metodologi Penelitian 2.1 Tempat dan Waktu Penelitian Penelitian dilakukan di area persawahan desa Meraxa Kecamatan Blang Mangat Kota Lhokseumawe untuk pengambilan sampel tanaman padi. Pada Laboratorium Jaringan Komputer dan Multimedia Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Lhokseumawe saat implementasi sistem dan pengujian sistem. Waktu penelitian di laksanakan selama enam bulan. 2.2 Simulasi Sistem Tahap awal perencanaan sistem adalah membuat suatu software dengan menggunakan Microsoft Visual Basic versi 6. Tujuan yang ingin dicapai pada tahap ini adalah untuk mendapatkan suatu model pengolahan citra yang sesuai dengan yang diinginkan. Data yang di inputkan ke sistem adalah berupa foto batang dan daun
Gambar 2. Diagram Blok Sistem 2.4 Perancangan Perangkat Lunak Perangkat lunak di rancang dengan menggunakan program aplikasi Microsoft Visual Basic Versi 6 [10]. Gambar 3 berikut adalah desain dari Tampilan awal, menggambarkan dan memberitahukan tentang judul aplikasi ini, halaman ini merupakan langkah awal untuk masuk ke form sistem utama dari sistem deteksi masa pertumbuhan padi yaitu dengan memilih option tombol ”LANJUT”, maka user kemudian masuk ke halaman form utama deteksi masa pertumbuhan padi.
Seminar Nasional Teknologi Informasi dan Komunikasi (SNASTIKOM) 2013 ISSN : 978-602-19837-2-0 Tanggal Waktu/jam
Judul Sistem
lain seperti form welcome (form selamat datang pada suatu aplikasi). Gambar form ini ditunjukkan oleh gambar 5 berikut.
Icon/Logo Tambahan Keterangan pada judul
LANJUT
BATAL
Copy right
Gambar 3. Form Tampilan Awal / Splashscreen 2.4.1
Form Halaman Utama Gambar 4 berikut adalah desain dari halaman utama dari sistem, setelah sebelumnya terlebih dahulu memilih option “LANJUT” pada tampilan awal. Halaman utama ini merupakan halaman tempat proses dari keseluruhan sistem hingga memperlihatkan hasil dari sistem aplikasi ini. Pada halaman utama ini terdapat 5 tombol yaitu : tombol Ambil Gambar, tombol Keluar, Tombol Deteksi Awal, tombol Pembagian Region dan tombol Deteksi Akhir, serta terdapat 3 tombol sub menubar yaitu : File, Help dan About. File
Help
About
Gambar 5. Form pembuka Pada form diatas, terdapat dua tombol yaitu tombol KELUAR dan tombol LANJUT. Tombol KELUAR berguna untuk keluar dari sistem. Dan tombol LANJUT berguna untuk meneruskan sekaligus memulai menggunakan aplikasi ini. 3.2 Form utama Form utama merupakan form untuk melakukan proses pendeteksian masa pertumbuhan padi, pada form inilah semua proses untuk mendeteksi masa pertumbuhan padi dari sebuah citra dilakukan. Pada form ini juga terdapat 3 objek menubar yaitu menu File, Help, dan About. Gambar hasil form utama ditunjukkan oleh gambar 6 berikut:
Ambil Gambar Deteksi Awal
Morphology
Boundary
Reset
Keluar
Gambar 4. Form Halaman Utama 2.5 Pengujian Sistem Tujuan pengujian adalah untuk mengetahui sejauh mana tingkat keberhasilan sistem pendeteksian masa pertumbuhan padi ini dalam mengenali batang serta warna daun padi dari citra-citra yang diinput, dan juga sejauh mana kekurangan atau kegagalan dari sistem ini.
3. Hasil dan Perancangan 3.1 Form Pembuka / Splashscreen Form Pembuka adalah form awal tentang aplikasi ini yang menerangkan atau memperkenalkan bahwa aplikasi ini adalah sebuah aplikasi pendeteksian masa pertumbuhan tanaman padi. Form ini dengan kata
Gambar 6. Form utama 3.3 Pendugaan Umur Tanaman Padi Tingkat kehijauan tanaman padi yang dapat diukur melalui analisis citra disebut dengan “Nilai NDVI”. Nilai NDVI antara –1 hingga +1, dimana nilai (-) menunjukkan obyek air atau lahan berair dan basah dan nilai (+) menunjukan obyek vegetasi. Parameter ini diperoleh dengan mengekstrak nilai spektral band infra merah dengan band merah pada hasil rekaman citra. Nilai-nilai NDVI adalah parameter dasar yang diturunkan dari data penginderaan jauh optic seperti
Tabel 1. Nilai NDVI dari 1 MST sampai dengan 10 MST Citra BIM BM NDVI MST 1 4012 4746 -0.08 2 4012 4697 -0.08 1 3 4012 4623 -0.07 4 4012 4598 -0.07 5 4012 4567 -0.06 6 4004 4544 -0.06 7 4004 4523 -0.06 2 8 4004 4510 -0.06 9 4004 4499 -0.06 10 4004 4487 -0.06 11 3996 4400 -0.05 12 3996 4334 -0.04 3 13 3996 4300 -0.04 14 3996 4278 -0.03 15 3996 3998 0.00 16 3986 3914 0.01 17 3986 3817 0.02 4 18 3986 3734 0.03 19 3986 3653 0.04 20 3986 3600 0.05 21 3973 3489 0.06 22 3973 3321 0.09 5 23 3973 3103 0.12 24 3973 3045 0.13 25 3973 2997 0.14 26 3953 2712 0.19 27 3953 2689 0.19 6 28 3953 2512 0.22 29 3953 2434 0.24 30 3953 2365 0.25 31 3932 2302 0.26 32 3932 2278 0.27 7 33 3932 2156 0.29 34 3932 2101 0.30 35 3932 2079 0.31
36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50
3912 3912 3912 3912 3912 3901 3901 3901 3901 3901 3888 3888 3888 3888 3888
1999 1942 1921 1889 1864 1813 1782 1745 1701 1687 1634 1599 1537 1500 1478
0.32 0.34 0.34 0.35 0.35 0.37 0.37 0.38 0.39 0.40 0.41 0.42 0.43 0.44 0.45
8
9
10
BIM = Band Infra Mariah BM = Band Merah 0.50 0.40 0.30 NDVI
citra, yang digunakan untuk mendeteksi nilai kehijauan vegetasi termasuk tanaman padi [5] [7]. Untuk tanaman padi sawah, NDVI baru dapat diukur setelah tanaman padi mencapai umur 3-4 MST, karena sebelum umur tersebut kenampakan tanaman padi di lahan sawah masih didominasi kenampakan seragam. Nilai NDVI yang rendah berarti tingkat kehijauan tanamannya (aktivitas klorofil) juga rendah, sedangkan nilai yang semakin tinggi menunjukkan bahwa tanaman tersebut semakin lebat/hijau. Nilai NDVI tanaman padi sawah hasil analisis citra pada daerah persawahan desa Meraxa Kecamatan Blang Mangat dan kaitannya dengan umur tanaman padi disajikan pada Tabel 1 dan Gambar 7.
0.20 0.10 0.00 -0.10
0
2
4
6
8
10
12
-0.20 MST (Minggu Setelah Tanam) Series1
Series2
Series3
Series4
Series5
Gambar 7. Hubungan NDVI dengan Umur Tanaman Padi Nilai NDVI dari saat tanaman padi berumur 3 - 4 MST sampai 10 MST menunjukkan bentuk kurva dengan puncaknya saat padi pada umur (fase) vegetatif optimum – padi bunting (umur sekitar 70-80 hari setelah tanam atau sekitar 10-11 MST). Nilai NDVI tanaman padi pada setiap area pewakil bukan merupakan nilai tunggal picture element (=pixel), tetapi nilai rerata dari beberapa pixel di dalam lokasi pewakil (sample areas). Pada penelitian ini baru mencapai 10 MST dari 16 MST yang direncanakan, tidak maksimalnya data yang diperoleh karena masa tanam padi pada wilayah penelitian yaitu desa Meraxa yang belum sampai umurnya.Dari data yang diperoleh menunjukan bahwa pada masa 10 MST merupakan puncak fase vegetatif optimum dimana setelah itu nilai NDVI akan menurun. Sejalan dengan hasil penelitian yang telah dilakukan Maksum (2008) menunjukkan bahwa grafik indek vegetasi selama pertumbuhan tanaman padi mulai awal tanam sampai siap dipanen berbentuk parabolik [1]. Pada awal tanam/pertumbuhannya nilai indeks vegetasi tanaman
Seminar Nasional Teknologi Informasi dan Komunikasi (SNASTIKOM) 2013 ISSN : 978-602-19837-2-0 padi akan negative (karena didominasi oleh kenampakan yang seragam) dan nilai indek akan semakin tinggi seiring dengan bertambahnya umur, kemudian mencapai maksimum pada umur tertentu yaitu pada saat padi bunting (pinnacle initiation). Selanjutnya nilai indeks vegetasinya semakin menurun selama fase pengisian-pematangan bulir hingga menjelang panen. Dengan melakukan pemantauan melalui analisis citra secara kontinyu dan berurutan (selama 3 bulan berturut-turut) dengan asumsi bahwa umur tanaman padi berkisar antara 110 – 120 hari (4 bulan), maka waktu/ masa panen dapat diprediksi. Prediksi masa panen dapat dilakukan apabila awal masa tanam dapat terpantau (yaitu fase bera dan fase air) dan lebih pasti lagi apabila dalam pemantauan berikutnya terjadi perubahan fase air menjadi fase vegetatif telah terpantau. Dalam mendeteksi, memantau pertumbuhan dan umur tanaman padi melalui analisis citra digunakan data pendukung antara lain region warna daun padi, region warna batang padi, ukuran daun padi dan ukuran batang padi.
[6]
[7]
[8]
[9]
[10]
4. Kesimpulan Grafik indek vegetasi selama pertumbuhan tanaman padi mulai awal tanam sampai 10 MST melengkung dan akan berbentuk parabolic pada masa panen (16 MST). Pada awal tanam/pertumbuhannya nilai indeks vegetasi tanaman padi akan negative (karena didominasi oleh kenampakan yang seragam) dan nilai indek akan semakin tinggi seiring dengan bertambahnya umur, kemudian mencapai maksimum pada umur tertentu yaitu pada saat padi bunting (pinnacle initiation). Selanjutnya nilai indeks vegetasinya semakin menurun selama fase pengisianpematangan bulir hingga menjelang panen. Dari masa pengambilan data yang baru 10 MST dari 16 MST yang akan di lakukan terlihat bahwa nilai NDVI = 0.45 pada 10 MST.
5. Daftar Pustaka [1] Maksum C. (1998). Sistim Pengumpulan dan Pengolahan Data Statistik Tanaman Padi di Indonesia. Lokakarya Sistim Pemantauan dan Prediksi Padi di Indonesia. SARI Project – BPPTeknologi ,Jakarta. [2] Wahyunto, dkk. (2006). Pendugaan Produktivitas Tanaman Padi Sawah Melalui Analisis Citra Satelit [3] BB Padi. (2006). Bagan warna daun, menghemat penggunaan pupuk N. Bekerja sama dengan Puslitbangtan, BB PPSLP, BB PPTP dan IRRI. [4] Furuya, S. (2007). Growth Diagnosis of Rice Plants by Means of Leaf Colour. JARQ Vol. 20 (3): 147-153 [5] Mengel, K. and E.A. Kirkby. (2007). Principles of Plant Nutrition. International Potash Institute.
P.O. Box CH-3048 Worblaufen-Bern, Switzerland. Kim, K.S., G.A. Giacomelii, S. Sase, J.E. Son, S.W. Nam and F. Nakazama. (2006). Optimization of Growth Environment in a Plant Production Facility Using a Chlorophyll Fluorescence Method. JARQ 40 (2): 149-156. Mukherjee, S.K. (2006). Chemical Technology for Producing Fertilizer Nitrogen in the year 2000. In: Global Aspects of Food Production. P: 227-237 M.S. Swaminathan and S.K. Sinha (Eds.). Tycooly International Riverton, New Jersey-United States. Prasad, R. (2006). Fertilizer Nitrogen: Requirements and Management. In: Global Aspects of Food Production. P: 199-226 M.S. Swaminathan and S.K. Sinha (Eds.). Tycooly International Riverton, New Jersey-United States. Wahyunto, dkk. (2006). Pendugaan Produktivitas Tanaman Padi Sawah Melalui Analisis Citra Satelit Darma Putra. (2010). Pengolahan Citra Digital, Andi Offset, Yogyakarta.
