IR-COPTER: SEBUAH INSTRUMEN PENGINDERAAN JAUH BERBASIS TERMAL UNTUK PENGEMBANGAN EKSPLORASI SUMBER DAYA ALAM

PROSIDING SEMINAR NASIONAL KEBUMIAN KE-7 Jurusan Teknik Geologi, Fakultas Teknik, Universitas Gadjah Mada, 30 – 31 Oktober 2014

P4O-01

IR-COPTER: SEBUAH INSTRUMEN PENGINDERAAN JAUH BERBASIS TERMAL UNTUK PENGEMBANGAN EKSPLORASI SUMBER DAYA ALAM Agung Setianto1, Yan Restu Freski1, Verdiaz Refikhanata2, Mirza Rahim2, dan Anindya Sricandra Prasidya3 1

Jurusan Teknik Geologi, Fakultas Teknik, Universitas Gadjah Mada, *Email: [email protected] 2 Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Gadjah Mada, 3 Jurusan Teknik Geodesi, Fakultas Teknik, Universitas Gadjah Mada, Diterima 20 September 2014

Abstrak Indonesia memiliki sumber daya alam yang melimpah terdiri dari sumber daya mineral dan energi. Semua sumber daya tersebut terbagi dalam status potensi dan produksi. Pemanfaatan sumber daya alam tengah digalakkan dan terus dikembangkan hingga saat ini. Eksplorasi harus dilakukan dalam perencanaan yang matang guna mengurangi resiko kegagalan eksploitasi. Salah satu sumber daya energi yang diketahui saat ini adalah energi panasbumi. Energi ini merupakan salah satu energi yang dapat diperbarui. Saat ini, pemetaan sumber daya mineral dan energi dapat melalui pendekatan fisis seperti pemantauan manifestasi panas bumi. Sifat ini dapat ditangkap dan direkam menggunakan alat-alat berbasis infra merah seperti sensor infra merah. Pada dasarnya, sensor infra merah menangkap gelombang infra merah dengan panjang 0,7-12,5 mikrometer. Sifat panas mempunyai panjang gelombang 10,4-12,5 mikrometer yang mirip dengan karakter gelombang infra merah. Pada dasarnya, iR-Copter dibangun dengan perpaduan sensor termal dan quadricopter. Penggabungan ini memerlukan sinkronisasi yang terintegrasi dengan alat-alat spasial seperti global positioning system (GPS) dan altimeter. Tahapan pelaksanaan pembuatan iR-Copter diawali dengan ujicoba sensor termal dalam rangkaian sinkronisasi data ke dalam mikrokontroler Arduino UNO. Penambahan GPS disesuaikan untuk memberikan data lintasan dan aplikasi home position. Semua alat terhubung dengan tempat perekaman (SD Card/Memory Card). Tahapan dilanjutkan dengan pembuatan kemasan rangkaian yang bisa dipasang dalam Quadricopter AR.Drone 2.0. Seluruh instrumen diujikan dengan simulasi buatan untuk menguji ketahanan instumen, lama maksimal operasi, dan validitas data yang dihasilkan. iR-Copter dapat merekam perbedaan temperatur permukaan bumi dengan ketahanan posisi yang stabil. Lama maksimal operasi bervariasi bergantung pada daya baterai dengan korelasi 1500 mAh untuk waktu 18 menit. Ketelitian data yang diperoleh adalah 0.01oC dan 0.01oF. Keluaran data berupa data koordinat (x,y) dan suhu titik (z) yang dapat diolah dengan piranti lunak pengolah citra. Kata kunci: Penginderaan jauh sistem termal, iR-Copter

Latar Belakang Alam tropis di Indonesia menyediakan kondisi yang kompleks. Aktivitas endogen dan eksogen aktif berpengaruh pada pembentukan roman muka bumi. Pembentukan gunung api, pegunungan, dan cekungan lembah merupakan contoh dari aktivitas kedua sumber energi tersebut. Produk-produk dari proses tersebut dapat menjadi potensi sumber daya alam yang dapat dieksplorasi dan dieksploitasi. Sumber daya alam yang dapat diekstrak pemanfaatannya harus melalui pemetaan detail. Karakterisasi sumber daya alam penting dilakukan untuk mengetahui klasifikasi dan cara pemanfaatan yang efektif dan efisien. Perpaduan aktivitas endogen dan eksogen terkadang memberikan data yang baik dan lengkap namun pada umumnya data yang diberikan terbatas dan buruk untuk dipetakan. 618


Pelapukan eksogenik merupakan agen penyebab buruknya data yang tersedia. Agar tetap dapat dimanfaatkan potensi yang ada, eksplorasi harus menggunakan metode-metode yang dapat memilah data-data lapangan. Perekaman data dengan penginderaan jauh merupakan salah satu cara efektif menjangkau tempat-tempat terpencil dan sulit dijangkau melalui akses darat. Informasi yang dihasilkan juga dapat segera dikirim kepada stasiun pengamatan. Penginderaan jauh dapat dilakukan dalam proses pengambilan data dari udara dengan menggunakan sensor infra merah (Soetoto & Setianto, 2005). Data dengan sensor infra merah akan merekam variasi suhu di permukaan bumi (Soetoto & Setianto, 2005). Dalam program ini, akan dirakit sebuah instrumen integral bernama iR-Copter. iR merupakan akronim dari infra red-infra merah, gelombang panas. Copter melambangkan teknik penerbangan menggunakan sayap seperti pada helikopter. Studi penerbangan dan aero-model merupakan studi yang umum dilakukan namun pada program ini, studi ditekankan pada perencanaan dan pengambilan data berbasis termal yang ditangkap oleh sensor infra merah. Data persebaran suhu panasbumi diperlukan untuk pemantauan dan penelitian lanjutan terkait eksplorasi potensi. Panasbumi dapat berkorelasi dengan potensi energi maupun kebencanaan gunungapi.

Perumusan Masalah Dimensi dan jenis manifestasi panasbumi seperti kawah aktif, yang berbeda-beda menyebabkan pendekatan yang seharusnya dilakukan berbeda-beda. Dimensi manifestasi panasbumi sering tidak dapat terliput oleh satelit namun terlalu besar untuk pendekatan ground checking. Hingga saat ini, belum ada instrumen yang dapat merekam data berbasis suhu.

Tujuan Penelitian Inovasi yang dibangun ini memiliki tujuan untuk memberi solusi terhadap permasalahan eksplorasi dan pemantauan berbasis panasbumi untuk kasus-kasus yang tidak dapat dijangkau.

Manfaat Penelitian Inovasi ini akan memudahkan pihak-pihak lembaga penelitian dan pengkajian baik di pemerintah, akademisi, maupun perusahaan energi dalam proses eksplorasi berbasis panasbumi.

Luaran yang Diharapkan Dari purwarupa instrumen yang dihasilkan, luaran yang dihasilkan meliputi: 1. Paten berupa teknik pengambilan data, perekaman, dan model fisik instrumen. 2. Instrumen dapat digunakan dengan efektif untuk membantu pengembangan ilmu pengetahuan dan eksplorasi sumberdaya alam berbasis panasbumi. 3. Instrumen dapat digunakan untuk pemantauan kebencanaan seperti letusan gunungapi dan material piroklastik yang dihasilkan.

619


Tinjauan Pustaka Indonesia memiliki sumber daya alam yang melimpah terdiri dari sumber daya mineral dan energi. Semua sumber daya tersebut terbagi dalam status potensi dan produksi. Pemanfaatan sumber daya alam tengah digalakkan dan terus dikembangkan hingga saat ini. Eksplorasi harus dilakukan dalam perencanaan yang matang guna mengurangi resiko kegagalan eksploitasi. Eksplorasi yang baik diselenggarakan dengan instrumen-instrumen pendukung yang akurat dan presisi (Jensen, 1996). Salah satu sumber daya energi yang diketahui saat ini adalah energi panasbumi. Energi ini merupakan salah satu energi yang dapat diperbarui. Sirkulasi air di dalam tanah dan batuan berputar secara kontinu dalam skala waktu manusia serta lebih cepat dari skala waktu geologi. Alasan tersebut menjadi dasar penggolongan sumber energi yang dapat diperbarui (Utami, 2013). Saat ini, karakterisasi sumber daya alam dapat melalui pendekatan fisis seperti pemantauan panas bumi. Sifat ini dapat ditangkap dan direkam menggunakan alat-alat berbasis infra merah seperti sensor infra merah. Pada dasarnya, sensor infra merah menangkap gelombang infra merah dengan panjang 0,7-12,5 mikrometer. Sifat panas mempunyai panjang gelombang 10,4-12,5 mikrometer yang mirip dengan karakter gelombang infra merah (Jensen, 1996). Penelitian terdahulu terkait penerbangan instrumen seperti ini adalah: 1. Quadcopter Banyak peneliti yang melakukan studi tentang mekanika dan aerodinamika pesawat quadcopter. 2. Helikopter untuk video dan fotografi Banyak peneliti yang melakukan studi perekaman video dari udara seperti contoh pengambilan video untuk berita kebencanaan. Hingga saat ini, banyak studi yang menguji dasar-dasar penerbangan melalui purwarupa sejenis helikopter. Pada program ini, instrumen iR-Copter tidak dirakit dan uji coba untuk studi penerbangan saja melainkan juga proses pengambilan data suhu yang didukung data ketinggian dari muka air laut dan posisi global (GPS). Pembuatan citra/peta selama ini dapat ditempuh dengan menggunakan metode smart mapping dan systematic mapping. Metode smart mapping digunakan pada daerah pemetaan yang mempunyai banyak penghalang seperti vegetasi lebat, bangunan infrastruktur yang rapat, dan ketersediaan data kunci yang sedikit. Metode ini mempunyai kelebihan dalam hal waktu pelaksanaan yang cepat untuk merekam data-data penting dalam suatu daerah pemetaan. Kekurangan dari metode ini adalah asumsi yang banyak digunakan dan pengolahan data interpolasi serta ekstrapolasi yang banyak dilakukan. Metode systematic mapping digunakan jika daerah pemetaan terbuka dari penghalang dan semua data yang tersedia merupakan data yang sempurna. Metode ini membutuhkan waktu yang lama dalam pencatatan data namun bersifat rinci. Metode smart mapping sering digunakan untuk daerah-daerah tropis seperti di Indonesia karena ketersediaan data yang tidak banyak tetapi harus dijadikan data kunci.Oleh karena itu, sistem pemetaan yang digunakan di dalam proyek pembuatan iRCopter ini adalah smart mapping.

620


Metode Pelaksanaan Dasar Rancangan Purwarupa Purwarupa berupa gabungan antara sensor suhu (infra merah termal), mikrokontroler Arduino UNO, dan AR.Drone 2.0 yang dilengkapi dengan GPS. Desain Purwarupa Desain telah dibuat dan dapat dilihat pada lampiran. Pembuatan dan Pelaksanaan Program iR-Copter ini dilakukan dengan metode studi pustaka, perakitan instrumen teknis, dan uji coba instrumen. Metode-metode ini dipilih untuk tujuan dan indikator keberhasilan jangka pendek seperti dalam Tabel 1. Uji Kualitas Purwarupa dan Data yang Diperoleh Metode pelaksanaan tersebut dilengkapi dengan uji coba komprehensif. Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui kinerja setiap bagian dan kinerja instrumen iR-Copter secara komprehensif. Pengujian komprehensif akan dilakukan di lingkungan kampus dengan kondisi yang disesuaikan dengan kondisi termal permukaan bumi yang berbeda-beda. Pengambilan data menggunakan metode smart mapping, yaitu mengambil data pada titik penting yang tertentu untuk diinterpretasi pada satu daerah pemetaan.

Hasil Capaian Target Luaran Target luaran dari program inovasi Karsa Cipta ini adalah purwarupa instrumen sensor suhu (infra merah termal) yang terpasang pada AR.Drone 2.0 dan dapat menjalankan perekaman suhu dan koordinat GPS. Untuk emncapai target luaran tersebut, ketercapaian luaran dibagi menjadi beberapa tahapan yang dijabarkan pada Tabel 2. Ketercapaian Target Tahapan pertama berupa studi pustaka dilakukan di bagian awal pelaksanaan kegiatan. Secara umum, studi pustaka sudah dilakukan dengan baik sebagai landasan teori dan kajian terdahulu. Walaupun demikian, studi pustaka tetap dilakukan selama pelaksanaan kegiatan secara keseluruhan. Tahapan pelaksanaan dilanjutkan dengan perencanaan desain instrumen. Pada awalnya, desain instrumen menggunakan motor penggerak servo untuk menggerakkan sensor berdasarkan sumbu x dan y. Penggunaan servo untuk pembacaan data jarak jauh akan mengalami distorsi jarak dan ketepatan data. Oleh karena itu, servo tidak jadi digunakan dalam pembuatan iR-Copter. Tahapan selanjutnya adalah persiapan bahan dan alat. Bahan yang disiapkan adalah sensor termal MLX 90614, mikrokontroler Arduino UNO, dan beberapa peralatan pendukung lain (kabel jumper, project board, baterai, dan tool box). Pada proses perakitan, diperlukan dari sinkronisasi sensor ke mikrokontroler. Tahap ini hampir selesai dengan penyelesaian terintegrasi (assembly step). Setelah perakitan selesai, tahap selanjutnya adalah ujicoba pada kondisi alam sesungguhnya dengan menggunakan metode smart mapping. Pada akhirnya, data berformat ASCII (*.txt) yang berhasil 621


tersimpan dalam kartu memori diolah menggunakan piranti lunak yang sudah tersedia seperti Surfer, ArcGIS, dan sebagainya. iR-Copter dapat merekam perbedaan temperatur permukaan bumi dengan ketahanan posisi yang stabil. Lama maksimal operasi bervariasi bergantung pada daya baterai dengan korelasi 1500 mAh untuk waktu 18 menit. Ketelitian data yang diperoleh adalah 0.01oC. Keluaran data berupa data koordinat (x,y) dan suhu titik (z) yang dapat diolah dengan piranti lunak pengolah citra. Berikut ini hasil rekaman ujicoba iR-Copter.

Daftar Pustaka Jensen, J. R., 1996, Introductory Digital Image Processing: A Remote Sensing Perspective. 2nd Ed., Prentice Hall, New Jersey. Soetoto dan Setianto, A., 2005, Geologi Citra Penginderaan Jauh, Jurusan Teknik Geologi Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta. Utami, P., 2013, Komunikasi personal mengenai potensi, eksplorasi, dan eksploitasi panas bumi di Indonesia, Yogyakarta.

622


Tabel 1. Tahap pelaksanaan program iR-Copter. No.

Tahap pelaksanaan

1

Studi pustaka

2

Perencanaan desain instrumen

3 4

Belanja piranti instrumen Perakitan instrumen

5

Uji coba (sensor suhu, altimeter, GPS)

6

Pengolahan data

Tujuan a. Mencari relevansi proyek ilmiah ini dengan proyek lain yang sejenis dalam rangka menghindari tindakan plagiarisme. b. Mencari dasar teori untuk perencanaan desain instrumen (elektronika, aeordinamika, geologi, dan pemetaan) dan metode-metode pelaksanaan program. Mengetahui dan merancang desain instrumen yang efektif dan efisien. Penyediaan piranti-piranti pelengkap instrumen. Merakit instrumen sesuai desain yang sudah direncanakan. Menguji coba instrumen iRCopter lengkap dengan semua alat-alat yang terpasang

Indikator Keberhasilan Jangka Pendek a. Mengetahui & mendata karya dan proyek il-miah yang mempunyai kemiripan studi. b. Menghasilkan fokus studi yang berbeda dari studi lain. c. Menghasilkan desain pelaksanaan program yang efektif dan efisien. Desain instrumen yang efektif dan efisien.

Semua piranti tersedia dengan lengkap. Instrumen iR-Copter terpasang lengkap. Instrumen iR-Copter teruji klinis dengan kasus pengambilan data suhu pada siang dan malam hari Mengolah data suhu dan Didapatkan peta/citra hasil koordinat yang berhasil direkam interpolasi dan ekstrapo-lasi dari data yang diper-oleh

Tabel 2. Penjabaran target luaran dari PKM-KC iR-Copter No.

1

2 3 4 5 6

Tahap Pelaksanaan

Studi pustaka

Perencanaan desain instrumen Belanja piranti instrumen Perakitan instrumen Uji coba (sensor suhu, altimeter, GPS) Pengolahan data

Target Capaian a. Mengetahui & mendata karya dan proyek ilmiah yang mempunyai kemiripan studi. b. Menghasilkan fokus studi yang berbeda dari studi lain. c. Menghasilkan desain pelaksanaan program yang efektif dan efisien. Desain instrumen yang efektif dan efisien. Semua piranti tersedia dengan lengkap. Instrumen iR-Copter terpasang lengkap. Instrumen iR-Copter teruji dengan kasus pengambilan data suhu pada siang dan malam hari Didapatkan peta/citra hasil interpolasi dan ekstrapolasi dari data yang diperoleh

623


Gambar 1. iR-Copter yang akan diujicobakan dengan suhu permukaan yang direncanakan dengan menggunakan air panas dan es.

Gambar 2. Tampilan jendela pemrograman Arduino UNO dan hasil rekaman pada layar laptop.

624


Gambar 3. Lintasan iR-Copter dan suhu yang direkam dalam Celcius (pembulatan tanpa pecahan)

Gambar 4. Data diolah menjadi citra termal

625

IR-COPTER: SEBUAH INSTRUMEN PENGINDERAAN JAUH BERBASIS TERMAL UNTUK PENGEMBANGAN EKSPLORASI SUMBER DAYA ALAM

Recommend Documents