IV. HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1.
Sistem Kerja Sensor Posisi 3D
Gambar 18. Pernasasasn Sensor Posisi 3D pada Sistem Cymbal Teodolit
Saat melakukan tracking pada balon pibal dengan menggunakan teodolil, teropong digerakkan menghadap pada arah dimana posisi balon pibal berada. Dalam proses ini rotasi teropong memberikan gerakan rotasi pada dua buah aksis dari sistem ginlbal teodolit. Rotasi aksis memberikan gerakan rotasi pada sensor posisi 3D seperti pada gambar 18. Sensor posisi 3D mengukur nilai besaran sudut dari rotasi tersebut dan mengirimkannya kepada perangkat lunak dalanl komputer (PC).
PHOTO ENSOR DISK
I
Sensor posisi 3D menaunakan dua buah rotary optical e~rcoder yang masingmasing merniliki piringan dengan jalur kode melingkar pada bagian tepiannya. Jalur ini berupa celah-celah yang dapat ~neloloskan ataupun menginterupsi sinar infra merah yang memancar dari LED yang berfungsi sebagai pemancar cahaya ke Pholodiode yang berfungsi sebagai sensor cahaya Sistem kerja rotary optical encoder dapat dilihat pada gambar 19. Masing-masing aksis dari sistem gy,nbal diliubungkan pada piringan kode pada rolary optical encoder dengan menggunakan karet penghubung. Sehingga gerakan rotasi aksis azimut dan elevasi pada sislem gynlbal dapat n~emberikan gerakan rotasi pada piringall kode tersebut. Gerakan rotasi ini membuat piringan kode menginterupsi dan ri~elewatkancahaya infra merah sesuai dengan susunan celah kode dan keadaan tersebut memhuat Pl?olodiode atau photosensor membangkitkan sinyal elektrik. demikian aksis sistenl urn&[ memb;at sensor posisi 3D membangkitkan data digital yang mewakili besar sudut rotasi dari teropong yang mengikuti perpindahan posisi balon. Kode digital hasil konversi tersebut dikirim ke perangkat komputer sebagai data input melalui jalur USLl pada CPU (Central ProcessingUnil). Dengan drrver plz~g and play yang sudah tersedia pada perangkat komputer, data digital dari sensor posisi 3D dapat dikonsumsi dengan cara mengambil nilai digital tersebut dari sistem operasi komputer. Hal tersebut dilakukan dengan menggunakan bahasa pemrograman visual basic 6.0. Sensor posisi 3D yang digunakan dalam penelitian ini menggunakan jalur input data perangkat mouse. Dengan demikian data yang dikirim dari sensor berupa besaran unit data grafis layar monitor dalam satuan pixel. Aksis azimut mencatat posisi arah mata angin balon pilot dari titik pensamatan. Sehingga sensor posisi 3D menshasilkan nilai kode digital yang menunjukkan posisi sudut balon dari 0" hingga 360". Sedatlgkan aksis elevasi mencatat posisi ketingian sudut balou. Sehingga sensor posisi 3D menghasilkan nilai kode digital yang mewakili sudut OD hingga 90". Untuk rotasi aksis azimut sebesar 360°, sensor posisi 3D dapat ~nenghasilkannilai sebesar 5940 pixel. Dan rotasi aksis elevasi sebesar 90°, nilai yang dihasilkan sensor
sebesar 418 pixel pada data input komputer. Sebelum ditampilkan pada antarmuka perangkat lunak, nilai pixel yang telah diperoleh dikonversi dan dikalibrasi menjadi nilai sudut dari posisi azimut dan elevasi balon pibal daliun satuan derajat dengan menggunakan bahasa pemrogaman. Pemasangan scnsor pada sistem gy,nbal pada instrutnen yang dibuat dapat dilihat pada gambar 20 sebagai berikut.
badan mekanik teodolit versi berikutnya yang mengalami berbagai perbaikan.
1
I
Gambar21. Tcodolit Elektrnnik Versi I
Garnbar 22. Teodolit Elektrotiik Versi 2
Garnbar 20. Sensor pada'Tcodoli1 Elektronik
4.2. Teodolit Elektronik Selama pelaksanaan penelitian hingga selesai, pembuatan badan mekanik teodolit menghasilkan dua versi teodolit. Versi pertama memiliki beberapa kekurangan pads pemasangan sensor dengan sistem gvmbal. Dari kekurangan tersebut kemudian dibuat
Teodolit versi I seperli pada gambar 21, didesain dengan memanfaatkan bola mouse sebagai bola aksis yang dapat memberikan rolasi azitnut dan elevasi pada sensor. Bola aksis terllubung dengan suatu tiang statis. Sehingga gerakan rotasi dari badan mekanik inshutnenlall yang secara tidak langsung tnemberikan gerakan rotasi kepada sensor. Jadi dalatn proses pelacakan halon, bola aksis dan tiang statis tetap diam. Sedangkan badan mekariik instrunlen berotasi dalam aksis horizontal dan vertikal. Teodolit versi 1 ini memiliki kekurangan yang sangat vital yaitu terdapat kehilangan sentuhan putaran yang besar antara bola aksis dengan tongkat sensor pada proses rotasi aksis. Sehingga ketika instrunlen melakukan rotasi azimut maupun elevasi, terkadang bola aksis tidak dapat memberikan gerakan rotasi pada tongkat sensor. Hal ini lneniadi vital karena dengan demikian nilai y a ~ didapatkan ~g dari instrumen tidak dapat dipercaya sama sekali. Dalanl perkenibangan berikutnya tongkat sensor diberi bantalan karet. Pada instrumen ini dapat dilillat bantalan benvarna kuning pada tongkat sensor seperti pada gambar. Namun dengan mernbesarnya diameter tongkat sensor maka nilai digital
-
yang dihasilkan oleh instrumen menjadi lebih kecil. Karena perbandingan jumlah putaran antara roda aksis dengan tongkat sensor menjadi lebih kecil. Nilai digital yang dihasilkan oleh ishvmen dapat dilihat pada tabel berikut.
berlawanan arah dengan putaran semu dari dzrdtrka~zteodolit. Putaran aksir
azimut
Aksis Azimut
Aksis
Tabel 2. Nilai Digital dari Teodalil Versi I
Nama Aksis Azi~nut Elevasi
Besar Putaran Aksis Gymbal
Jumlah Nilai Digital Komputer
(putaran) 1 (360") 114 (90')
(pixel) 912 216
theodolite (baseboard)
Tahcl3. Nilai Digital darl Tcodolit Vcrsi 2.
Na~na Besar Putaran Aksis Gymbal Aksis Azimut
(putaran) 1 (360') 114 (90")
Jumlah Nilai Digital Komputer (pixel) 5940 418
Kelemahan lain adalal~desain posisi aksis yang mudah herubah. Pada proses mtasi, bola aksis dapat dengan mudah bergeser dan memberikan nilai yang tidak stabil. Sehingga data digital yang dihasilkan tidak dapat dipercaya. Selain itu pada teodolit versi 1 terdapat kendala untuk mengembangkan badan mekanik agar dapat memiliki aksis yang lebih stabil. Teodolit versi 2 seperti pada ga~nbar 22, dikembangkan untuk mengatasi kekurangan versi sebelumya. Teodolit ini dikembangkan dengan dua aksis terpisah dan memiliki silinder yang berfungsi sebagai bagian dudukan. Pada pelaksanaan pengamatan pilot balon, teodolit dipasang nienghadap utara sebagai arah O0 sudut azimut. Bagian dudzrkan atau dikenal dengan baseboard. Bagian dzrdzrkan seperti pada gambar 23, merupakan bagian statis yang menjaga instrumen teodolit tetap berada pada titik acuan pengamatan dan menjaga arah 0" sudut azimut inshumen tetap menghadap arah utara. Pada penelitian ini bagian dudukan menggunakan sebuah silinder plastik dengan diameter-i pada lingkaran atas sebesar 7,s cm dan diameter-ii pada lingkaran bawah sebesar 12,3 cm. Bantalan jalur pada bagian atas dudukan berfungsi sebagai jalur lintas roda penghubung yang b e h n g s i meneruskan rotasi azimut ke piringan kode rotary optical encoder pada sensor posisi 3D. Rotasi pada aksis azimut membuat roda penghubung berputar dengan arah yang sama dan
Bantalan Jalur
I
AlasSenror
Roda +
,2nem:,mr
Gambar 23. Rag;tn Dtrduko~dm Koda Penghubung Teodolit.
Teodolit elektronik dalam penelitian ini menggunaka~i sistem gymbal 2 aksis. Aksis pertama adalah aksis azimut yang dapat berotasi sebanyak 3G0° i~ntuk menjangkau seluruh arah nzata angin. Nilai sudut azimut niembesa~dengan rotasi searah jarum jam. Sudut OD menunjukkan arah utara, sudut 90° menunjukan arah timur, sudut 180" menunjukkan arah selalan, dan sudut 270' rnenunjukkan aral~barat. Aksis kedua adalah aksis elevasi yang menunjukkan ketinggian elevasi dari balon pilot dengan kisaran sudut 0" sejajar dengan permukaan horizontal hingga sudut 90° menunjukkan arah vertikal tepat pada arah atas titik pengamatan dan tegak lurus permukaan horizontal.
yang melingkar pada batang piringan kode. Sehingga roda pembantu dan piringan kode dapat berputar secara sitiiultan karena berputar pada sumbu yang sama. Perbandingan putaran roda pada sistem gy171balelevasi adalah sebagai berikut:
Aksir Azimut
- Roda ulama : Diameter = 4,6 cm Keliling = 14,45 ctn - Roda pembantu piringan kode elevasi : Diameter = 0,s cm Keliling = 1.57 cm - Rasio = 9,42 : 24,50 = 1 : 2,6
gymbol dan sensor (hijau)
- Bagian dudukan
(merah) Gambar 24. Skclsa Desain Teodolit Elektronik
Aksis azimut sistem gymbal ini berada pada garis membujur di titik tengah penampang lingkaran dz
Gvrnbar 25. Rotasi Aksis Azimut Gy,,rbol
Roda-roda pada sistem gynibal merupakan roda berpuli yang sating dihubungkan dengan menggunakan karet yang berfungsi sebagai rantai penghubung. Aksis elevasi dari sistem gytnbal rnenggut~akau satu roda utama dengan diameter 4,6 cm. Roda ini dihubungkan dengan roda pembantu berdiameter 0,s cm
Maka rasio polaran roda utama dengan putaran roda pembanti~piringan kode elevasi 1 adalah 1 : 9,2 Rotasi dari aksis azilnut tidak dapat memberikan rotasi secara langsung kepada roda penlbantu pada batang piringan kode azimut. Hal tersebut dikrenaltan penempatan posisi sensor posisi 3D pada desain mekanik memungk~nkan untuk yang tidak dihubungkan secara langsung dengan metiggunakan karet penghubung. Untuk itu pada sistern gvn~bal teodolil bagian aksis azimut diberi roda penghubung yang berfungsi meneruskan n~tasiaksis azimut ke roda pembantu pada &\tang piringan kode. Rotasi yang diteruskan tersebut dihasilkan dari rotasi roda penghubung yang diputarkan ole11 rotasi semu dudukan teodolit karena berputamya aksis azimut. Sehingga roda penghubung berjalan pada bantalan jalur pada dzrdzikan teodolit dan berputar mengelilingi dudukar7. Pada aksis penghubung terdapat dua rnda yang bekerja dan berputar secara bersamaan dan dengan besar sudut yang sama. Hal ini karena roda tersebut diputarkan oleh aksis yang sama. Roda tersebut ialah roda penghubung-l yang mengambil putaran dari aksis azimut dan roda penghubung-2 yang ~neneruskan putaran tersebut ke roda penibantu pada batang piringan kode azimut. Roda penghubung-2 dihubungkan dengan roda pembantu menggunakan karet penghubung setelah melalui dua buah roda pengalih arah karet penghubung. Untuk ~nenghitung rasio jumlah putaran roda yang terhuhung secara seri maka jumlah putaran berbandi~igterbalik dengan besar keliling roda. Perbandingan putaran roda pada sistem gv~nbal azimut adalah sebagai berikut:
- Bantalan jalur
: Diameter = 7,s cm Keliling = 24,50 cm - Roda penghubung-l : Diameter = 3 cm Keliling = 9.42 cm - Rasio = 9,42 : 24,50 = 1 : 2,6
Diameter = 4,6 ern Keliling = 14,45 ctn -Roda pembantu piringan kode azimut : Diameter = 0,34 cm Keliling = 1,07 a n - Rasio = 1,07 : 14,45 = 1 : 13,s
Maka rasio putaran aksis azimut dengan putaran roda transmisi-1 adalah 1 : 2,6
2 dengan putaran roda petnbantu piringan kode azimut adalah 1 : 13,5. Dan jumlah
- Roda penghubung-2 :
putaran roda petnbantu piringan kode azimut dalam 2,6 putaran adalah 35 putaran
Maka rasio putaran roda penghubung-
Tabcl4. R a i o Putarm Roda Sislem Gy,nboldan
Nilai Kode Digital yang Dihasilkan Sensor pada Perhilungan Matematis dan Manual. Besar Putaran Roda Piringan Kode Jumlah Nilai Aksis Gynlbal Penghubung-l Sensor Posisi 3D Digital Komputer
Nama Aksis
Azimut Elevasi
(putaran) 1 (360') 1 (360") 1 I4 (90°) 114 (90')
Manual Matematis Manual Matematis
(putaran) 2,s 2,6
(putaran) 33,O 35,l 2,3
~~
1
(pixel) 5940 418
2,6 I
Pengamatan Balon dengan Teropong
-
(Tracking)
.. - . . - . . - . .
I I I I
1
Rotasi Azimut -Putaran Semu Dudukan
Theodolite (1putaran)
;
,
. - , .- , . - . , -
I
.
Rotasi Elevasi Putaran Roda ~tama
I
.
! !
(1/4 putaran)
I
I I
I 1 -7
Sensor Elevasi
i I I I -.
(33 putaran)
(2.3 putaran)
I.
I Pengubah sinyal I elektrik menjadi I kade digital I -. - . -. -. - .- , -. -. -. -. Perangkat Komputer
- Azimut = 5940 pixel - Elevasi = 418 pixel
Gunbar 26. Diagram Alur Kerja Sistem Gy,abal
Ket:
-..-. ..-.-. ..-. I I.
-.-.i
Sistem Gyn~bal Sensor Posisi 3D
Dari sistem gyn~bulpada teodolit yang telah dibuat dapat dilihat rasio putaran roda pada masing-masing aksis seperti pada tabel 4. Alur kerja sistem ~ n r h u ldengan sensor dapat dilihat pada gambar 26. Jumlah nilai p~xel yang diperoleh sensor dari pengukuran besar sudut aksis dapat menunjukkan niiai resolusi instrumen. Jumlah nilai prxel berbanding lurus dengan nilai resolusi instrumen. Artinya semakin besar junmlali pixel yang dapat diperoleh maka semakin baik tingkat ketelitian instrumen. Nilai pixel sebesar 5940 untuk aksis azimut menunjukkan resolusi sebesar 5940 picel per 360°, atau 16,50 pixel per lo. Nilai pixel sebesar 41 8 untilk aksis azimut menunjukkan ketelitian 4 18 per 90°, atau 4,64 pixel per lo. Pada penelitian ini bagian teropong dari teodolit didesain dengan membuat model teropong dari baiian pipa PVC sepanjang 24,5 cm dengan diameter 4,s cni (2 inchi). Model teropong dilengkapi dengan dua buah crosshair yang berfungsi sebagai penunjuk sasaran. Crosshair yang pertama berada di bagian depan teropong dan crosshair yang kedua dipasang di bagian tengah teropong agar tidak terlalu dekat dengan lnata dan menjadi baur.
memerintahkan program untuk mencatat posisi aksis siste~ngv~?tbulsaat itu.
4.3. Perangkat Luinak Penggambar Pibal3D
Dengan adanya crosshair seperti pada gambar 27, posisi balon yang diamati tepat berada di tengah daya pandang teropong dan sudut yang dibaca oleli sensor benar-benar mewakili posisi balon pilot yang diamati. Cara menggunakan crosshair ialah dengan menghimpitkan titik persilangan crosshair depan dan belakang dan memposisikan balon yang diamati pada titik tersebut. Sehingga dapat ditarik garis lurus antara mata, crosshair belakang, crosshair depan, dan balon pilot. Dengan demikian pengamatan menjadi tepat pada sasaran. Bagian penting lain dari instrumen adalah tolnbol perintah. Pada penelitian ini instrumen yang dibuat dilengkapi dengan du tombol perintali yang meiniliki impedensi 1,2k ohm. Tombol pertalna yaitu tombol sebelah kiri berfungsi untuk melakukan kalibrasi nilai data sensor pada program. Masing-masing data sudut yang dibaca oleh program dikalibrasi pada nilai 0". Kalibrasi dilakukan dengan mengembalikan posisi sudut aksis azimut dan elevasi pada posisi 0'. Aksis azimut diposisikan kembali menghadap utara dan aksis elevasi atau teropong diposisikan kembali utuk sejajar dengan bidang datar permukaan. Setelah aksis pada instrumen kembali pada posisi 0' kemudian tombol kalibrasi ditekan hingga data sudut yang terbaca oleh program kembali ke OD. Tombol kedua adalah tombol untuk
Data digital hasil konvcrsi sensor yang dikirimkan pada perangkat komputer dapat diolah dan disajikan kembali dalam bentuk visual oleh perangkat lunak sehingga data yang disajikan ~nenjadi lebih informatif dibandingkan dengan penyajian berupa tabel. Dengan demikian pengguna akan lebih mudah dalam rnelakokan analisa atau interpretasi. Untuk tujuan nienyajikan data menjadi lebih informatif perangkat lunak dibuat dalam bentuk grafis 3D dan 2D. Selain itu peran~katlunak dilen&api dengan tabel hasil, indikator penganlatan dan beberapa fungsi lain yang dapat nrempermudah proses pengalnatan dan interpretasi oleh pengguna. Perangkat lunak ini dibuat dengan menggunkan bahasa pemrograman Visual Basic 6.0 dalam sisteln operasi Windows XP sp2. Perangkat lunak diprogram dengan menggunakan resolusi hyar monitor 1024 x 768 pixel. Program dapat berjalan baik pada spesifikasi perangkat komnter seperti yang telah disebutkan. Hal tersebut lnenjadi perimbangan jika terjadi error pada perangkat lunak ketika dijalankan pada perangkat komputer delipan sistem operasi dan resolusi layar yang berbeda. Secaram utnuln keutamaan (feulure) perangkat dapat dibagi rnenjadi tiga bagian. Yaitu grafik real tirile pengamatan, tabel pengolah data, dan grafik simulasi data pilot balon seperti pada gambar 28. Perangkat lunak dapat menampilkan data dalam sajian grafis 3D dan 2D pada saat yang bersamaan dengan waktu pe~iibacaanposisi balon pada saat melakukan pengamatan. Tabel pengolah data menyediakan layanan entri data secara manual dan menampilkall simulasi gratis dari data tersebut.
c)
Gambar28. Keutamaai Pera~gkatlunak, a) Pcngamawn, b) l'ahel Olall Ilata, c) Simulasi Dala.
Perangkat lunak dibuat dengan menampilkan beberapa komponen penting pengamatan pilot balon seperti pada gambar 29. Komponen A terdiri dari menu perangkat lunak dan tabulasi dari mode tabel olah data, simulasi, dan pengamatan. Komponen B mempakan komponen utama, yaitu layar tampilan 3D dari hasil pengamatan pilot
balon. Bagian ini memiliki wilayah antarmuka paling luas. Dengan mengamati layar 3D ini pengguna dapat menyaksikan jejak balon yang diamati dari berbagai arah mata angin. Da~itampilan 3D ini dilengkapi dengan fungsi rotasi dan zoom kamera. Pengguna dapat melakukan rotasi dan zoom dengan menggunakan keyboard ataupun
mouse. Sehingga komponen layar 3D ini lebih interaktif. Pengguna dapat melihat proyeksi dari jejak jelajah balon di udara terbadap bidang horizontal pada komponen C. Layar 2D ini pasif dan tidak dapat melakukan fungsi rotasi dan zoom. Komponen D menampilkan data aktual dari pengamatan pilot balon. Setelab memberikan perintah catat dengan menggunakan tombof perintah pada instrumen, data balon dapat segera dikonsumsi pada tabel tersebut. Komponen E merupakan indikator dari rotasi aksis gynlbul pada instrumen teodolit elektronik. Jarum pada layar azimut
me~nberikan informasi besar sudut azimut instrumen dengan menggunakan teks dan gambar. Begitu juga pada layar elevasi, jarum indikator memberikan illformasi besar sudut elevasi instrumen. Sebelum melakukan pengamatan, peugguna perangkat lunak melakukan persiapan dengan melakukan input kecepatan vertikal balon dan selang pengamatan pada komponen F. Selain itu pada komponen ini dapat dilakukan beberapa pengaturan tampilan laym 3D.
4.3.1 Alur Kerja Program
KONVERSI PIXEL KEOALAM SUDUT
PILOT BALON PERSIAPAN PENGAMATAN : -INPUT KECEPATAN NAlK BALON - SElANG PENGAMATAN
--+
DATA VEKTOR, KECEPATAN,
PENGAMBllAN DATA SENSOR
1
I
KOORDINAT 3 D
RENDERING GRAFIK
3 0 DAN 2 D
PENGAMATAN?
-
YA PENYIMPANAN DATA PADA HARD DRIVE
iI I
Gambar 30. Diagram Alir Perangkat Lunak Penggambar Pilol Balon
Pengamatan dimulai dengan persiapan inisiasi input kecepatan naik balon (vertikal) dan selang waktu pengamatan seperti pada diagram alir pada gambar 30. Kecepatan naik balon dapat ditentnkan dalam satuan feethenit atau meterldetik. Begitu juga
selang waklu pengalnatan dapat ditentukan dalam satuan menit atau detik. Hal ini dapat disesuaikan dengan keperluan pengamat. Setelah inisiasi siap petugas dapat memerintahkan program untuk memulai pengamatan dengan menekan tombol F2 pada
1
keyboard. Hal ini sangat penting agar program pengamatan dimulai bersamaan dengan pelepasan balon. Selama pengamatan dilaksanakan program terus melakukan pengambilan data sensor dari inshumen. Sehingga pergerakan rotasi pada sistem gymbal instrumen mempengaruhi nilai variabel sudut pada program. Dengan demikian indikator sudut azimut dan elevasi pada program dapat menunjukkan posisi rotasi dari aksis sistem gymbal instrumen.
Public Dec Lzre !-urli t l o n GetCursorPoS Lib "user3Zn IlpPolnt AS POINTAPIJ AS L k g
Type POINTAPI x A s Long
~,
,,
1, , ,
* ,
Public Mo As POINTAPI Public M o E l e V AS Long Public MoAFiio KS l.i,ng
Sub rutin lokal pada for~ii: Data sensor dicatat sebagai data pengamatan ketika petugas pengamatan menekan tombol pencatat pada instrumen. Nilai variabel sudut pada proses pengambilan data sensor diisikan pada variabel baru berupa variabel array data pengamatan. Variabel array tersebut sebanyak jumlah data pengamatan dari awal hingga akhir pengamatan. Setelah tombol pencatat pada instrumen ditekan, program segera mengirim data tersebut pada sub rutin perhitungan pilot balon hingga didapatkan beberapa data barn. Yaitu vektor, kecepatan, arah angin dan koordinat 3D posisi balon pada sistem koordinat kartesian 3D x,y,z. Vektor angin adalah jarak jelajah angin yang arah jelajahnya ialah prnyeksi horizontal berupa garis yang menghubungkan satu posisi balon yang ditarik dari posisi balon sebelumya. Jelajah angin tersebut menunjukkan perpindahan balon yang terbawa angin. Koordinat 3D balon menunjukkan posisi balon dalam sumbu x,y,z relatif terhadap titik pusat (0,0,0) yaitu posisi dimana balon dilepaskan dan posisi pengamat berada.
Private Sun PosMouseO ret = GetcursorPOs(M0) MoElev = M0.Y MoAzim = M0.X End Sub
Dengan menggunakan script diatas data sensor diisikan kedalam variabel MoAzim untuk data sensor azimut dan variabel MoEIev untuk data sensor elevasi. Selanjutnya dengan menggunakan angka tingkat ketelitian pada masing-masing aksis, data sensor dalam satuan pixel dikonversi kedalam besaran sudut dalam satuan derajat. 4.3.3 Pemrograman Grafis 3D Perangkat Lunak
Posisi balon secara 3D dicatat oleh instrumen dalam sistem koordinat angular (a,&,R). Alpha adalah sudut azimut, epsilon adalah sudut elevasi, dan R adalah jari-jari posisi balon terhadap titik pusat seperti pada gambar berikut.
4.3.2 Pengambilan Data Sensor pada Perangkat Komputer Kode digital yang dikirimkan oleh sensor melalui slot inpzif PSI2 pada CPU diambil dengan menggunakan bahasa pemrograman. Pada perangkat komputer kode digital tersebut sudah lnenjadi bentuk bilangan unit layar monitor dalam satuan pixel. Bilangau tersebut diambil dengan script berikut: Modul pengambil nilai digital sensor : Gambnr 31. Kuordindt Anzular rlari Balon I'ilot
~
I Option Explicit
-
sit
1. : ,..! L
:.,
,',
.
,,:,; :
,,
.,
>
,~,
Variabel utama yang dicatat oleh program adalah sudut azimut, sudut elevasi,
1
kecepatan naik balon, dan selang waktu pengamatan. Ketinggian balon didapatkan dari perkalian kecepatan naik balon dan selang waktu pengamatan. Nilai R didapat dari ketinggian balon dibagi dengan nilai sinus sudut elevasi. Dengan demikian posisi balon dapat digambarkan pada koordinat angular. Sebelum memasuki sub rutin rendering 3D, koordinat posisi balon dikonversi dari koordinat angular (a,&,R) kedalam koordinat kartesian 3D (x,y,z). Setelah dikonversi koordinat tersebut siap untuk ~nasukke proses rendering grafis 3D. Dalam sub rutin rendering koordinat ini dijadikan koordinat pada Dtrnia 30 yang kemudian diadaptasikan pada Kamera dengan melakukan transformasi vektor 3D. Adaptasi tersebut adalah ketika Kamera melakukan proses rotasi dan zoom terhadap Dmzia 3 0 . Setelah proses adaptasi maka koordinat 3D posisi balon sudah mengacu pada Kamera, tidak lagi terhadap titik pusat pengamatan. DATA KOORDINAT 3D A
N
1
Mengga~nbar grafis 3D adalah menggambar objek berdi~nensi tiga (x,y,z) pada layar antarmuka berdimensi dua (x,y). Sebuah titik 3D dikonversi menjadi 2D dengan persamaan proyeksi layar. Tahapan terakhir dari proses rend1:riog adalah proyeksi layar. Proses rendering gratis 3D dapat dilihat pada diagram alir pada gambar 32. Deklarasi Variabel : P u b l i c T y p e KooZD sbx AS U011131c s h y AS Double
End Type Public Type K003D shX AS Double shy A s Doilliie sbZ AS Double End T y p e
Public HPC P u b l i c VPC P u b l i c rasioH
Public rasioV P u b l i c CAM At; Koo3D
Fungsi Proyeksi Layar: P u b l i c r'unctjoii P r o y e k s i ( T i t i k P c o As Koo3D) As R 0 0 2 D
On E r r o r Goro akh
AOAPTASI KAMERA
KOORDINAT 3 D
RELATIF TERHADAP KAMERA
akh: End F u n c t i o n
Jadi keseluruhan proses dari sub rutin rendering memiliki alur seperti diagram alir dibawah. KOORDINAT 2D
MENGGAMBAR OBJEK PADA LAYAR
Ga~iibar32. Diapram Alir l'roscs Rendering 3D
4.4.
Uji Instrumen
Uji inshumen dibagi nienjadi dua macam uji yaitu uji pengamatan dan uji kalibrasi instrumen. Uji pengamatan dilakukan untuk melihat praktek penggunaan inshumen pada observasi pilot balon sedangkan uji kalibrasi dilakukan untuk dapat melihat perbandingan antara nilai yang dihasilkan oleh instrumen dan nilai sebenarnya atau disebut juga akurasi instrumen.
4.4.1
Uji Pengamatan Uji pengamatan dilakukan sebanyak tiga kali pelacakan balon. Sebelum pelepasan balon, terlebih dahulu diukur kecepatan vertikal terhadap balon yang digunakan untuk pengamatan seperti pada tabel 5. Satu balon yang diukur kecepatannya dianggap mewakili kecepatan vertikal balon yang lain. Berikut adalab hasil pengukuran kecepatan vertikal balon:
.
.
Mencari Arah Utara d m g m Kampar
Tabel 5. Kecepatan Vertikal Balon Waktu
Jarak tempuh Vertikal
Kecepatan Vertikal
Pengukuran kecepatan vertikal balon banya dilakukan sebanyak dua kali ulangan karena pengulangan pengukuran yang lebih banyak membutuhkan waktu yang lebih banyak pula. Sehingga diWlawatirkan kemampuan daya angkat balon yang akan digunakan untuk pengamatan semakin melemah dan tidak memiliki kecepatan vertikal yang sama dengan pengukuran. Ketepatan pengukuran kecepatan vertikal balon dianggap tidak memiliki kepentingan yang besar dengan pertimbangan data kecepatan dan arah angin dari hasil uji instrumen tidak akan digunakan lebib lanjut. Sehingga dengan dua kali ulangan pengukuran kecepatan vertikal balon sudah cukup untuk melaksanakan uji pengamatan. Sebelum melakukan praktik pengamatan, dilakukan beberapa persiapan seperti mencari arah utara mata angin, menghubungkan instrumen dengan perangkat lunak, dan mempersiapkan balon pada posisi pelepasan seperti pada gambar 33, 34, dan 35.
Gamhar34. Pcrsiapiin Uji Pengamatm, Mcnghubungkan Instrumen dan Perangkal Komputcr
Peaiapm I'eleparan Balm Pilot.
Uji pengamatan sebisa mungkin dilakukan di tempat terbuka yang memiliki sedikit penghalang wilayah pandang atau lebih baik lagi di tempat yang tidak memiliki
penghalang sama sekali. Sebelum melakukan pengamatan, tiang statik teodolit dihadapkan pada arah utara dengan mengacu pada sebuah kompas. Setelah itu instrumen dapat dihubungkan pada sebuah komputer portabel (laplop).
Hasil uji penganlatan disimpan pada suatu file untuk kemudian dijalankan lagi oleh perangkat lunak yang telah dibuat dengan menggunakan mode simulasi. Dengan demikian analisa h a i l pengamatan dapat dilakukan pada waktu yang berbeda.
--
A
Gambar 36. Wail Uji Pcngamawn ke-1
Pada hasil uji pengamatan ke-I seperti pada gambar 36, balon terlihat terbawa oleh angin kearah yang acak terutama arah utara dan selatan. Namun pada kenyataannya, mulai dari pelepasan hingga akhir pengamatan balon begerak pada arah selatan dan tenggara. Pada pengamatan ini hasil pelacakan balon tidak sesuai dengan posisi balon sebenamya. Kesalahan pada hasil pengamatan terjadi karena adanya gangguan teknis antara hnbungan kabel data USB pada inshumen dengan slot data USB pada peranpkat komputer portabel. Gerakan rotasi azimut pada instrumen membuat goncangan pada posisi pemasangan kabel data USB sehingga pengiriman data oleh instrumen terputus dan tersambung secara acak. Pengiriman data yang terputus-putus sedangkan gerakan mekanik yang kontinu menghasilkan besar sudut yang tidak sama antara alat dengan perangkat lunak baik itu sudut azimut maupun elevasi. Ketika pengamat melakukan
kalibrasi dengan tombol perintah instrumen yang sedang tidak terhubung pada perangkat lunak, maka ha1 tersebut menghasilkan posisi no1 kalibrasi perangkat lunak pada arah dimana pencatatan terakhir dilakukan atau pada pengamatan ini adalah arah selatan sedangkan posisi no1 kalibrasi instrumen pada arah utara. Sehingga ketika instrumen digerakkan untuk mencatat posisi balon di aral~ selatan, maka perangkat lunak menunjnkkan arah utara. Setelah pemasangan kabel data USB dirapikan hasil uji pengamatan ke-2 menunjukkan hasil yang lebih baik seperti pada ga~nbar 37. Data yang tercatat oleh perangkat lunak dapat n~ewakiliposisi balon sebena~nyadibandingkan dengan pengamtan sebelumnya. Dengan nielakukan enam kali pencatatan dapat mengambarkan balon yang bergerak ke arah tenggara. Setelah itu balon hilang dari pandangan karena balon terlihat relatif sangat kecil.
Pada pengamatan ke-3 seperti pada gambar 38, balon bergerak ke arah selatan dan dapat diikuti oleh pembacaan inshumen dengan baik dengan menunjukkan arah yang dapat mewakili posisi balon pada tampilan
gratis perangkat lunak. Pencatatan hanya dapat dilakukan sebanyak dua kali karena balon terhalang ole11 pepohonan dan pengamatan tidak dapat dilanjntkan.
G m b a r 37. Hasil lJji Pengarnatan ke-2
Garnbar 38. Hasil Uji I'engnnalan kc-3
4.3.2
Uji Kalibrasi
Dengan melakukan uji kalibrasi dapat dilihat perbandingan hasil pengukuran inshumen terhadap posisi objek sebenamya. Dari perbandingan tersebut dapat dilibat tingkat ketepatan alat atau disebut juga akurasi. Uji kalibrasi dilakukan dengan mengukur 4 titik sudut bagian atas suatu ruangan berbentuk balok dan diberi nama titik A, B, C, dan D.Posisi inshumen teodolit diberi nama titik I. Denah ruangan pada saat melakukan uji kalibrasi dapat dilihat pada gambar 39. Titik sudut tersebut menjadi objek pengukuran pada pelaksanan uji kalibrasi dan teodolit elektronik mengukur sudut azimut dan elevasinya. Tmggi ruangan menjadi peubah tetap. Dengan demikian hasil yang didapatkan dari pengukuran oleh teodolit adalah jarak horizontal antara posisi inshumen terhadap sudut ruangan. Hasil ini dihitung dari sudut azimut, elevasi dan ketinggian.
Gambar 39. Denah Ruangan Uji Kalibrasi.
Ket :
- Tinggi ruangan = 2,99 m - Tinggi inshumen = 1,53 m
Pada uji ini, peubah ketinggian dihitung dari posisi ketinggian instrumen dan bukan dari lantai ruangan. Sehingga peubah ketinggin yang dimasukm dalam perhitungan adalah selisih ketinggian ruangan dengan ketinggian instrumen dari lantai ruangan. Pengukuran 4 titik sudut ruangan dilakukan sebanyak 10 kali ulangan. Dari pengukuran didapatkan nilai azimut dan elevasi dari masing-lnasing titik sudut ruangan seperti pada tabel 6. Hasil pengukurar~sudut oleh teodolit direkonstruksi ulang dengan menggambmya dengan tampiIan grafis 3D pada peranpkat lunak. Dengan detnikian selain dapat melihat hasil uji kalibrasi dalatn bentuk tabel juga dapat disajikan dati diani~lisasecara visual. Hasil pengukuran uji kalibrasi direkonstruksi ulang dan dibandingkan dengan bangun pembanding yang merupakan rekonstruksi dari bentuk ruangan sebenarnya. Kedua gambar rekonstruksi dibandingkan dengan memberikan perbedaan warna garis.
Tabel 6. Data Hasil Uji Kalibrasi
Tabel 7. Data Nilai Posisi Sudut Acuan A
I Elv 327.48 1 9.56
Azm
B
I Elv 18.32 1 10.74
Azm
Dengan menghitung selisih rata-rata data hasil uji kalibrasi pada tabel 6 dengan data acuan pada tabel 7 didapatkan nilai akurasi. Dan menghitung standar deviasi dari data pengukuran dengan 10 kali ulangan didapatkan nilai presisi. Nilai akurasi dan presisi instrumen sebagai berikut. Akurasi : - Azimut :f 2,4 - Elevasi :+ 0,7 Presisi : - Azimut : f 4,3 - Elevasi : + 2.1 Dari hasil uji dapat dilihat bahwa bentuk dan ukuran bangun benvarna hitam menyerupai bangun berwana biru namun tidak berhimpitan. Hal tersebut menandakan nilai pengukuran yang dibasilkan oleb alat mendekati nilai sebenarnya dan memiliki akurasi yang cukup baik. Jika bangun berwama hitam dan bangun benvarna biru
C
I Elv 124.29 1 26.49
Azm
D
I Elv 2!50.5 1 16.47
Azm
semakin berhimpitan maka nilai akurasi dari alat semakin baik. Sebaliknya jika bentuk dan ukuran bangun berwarna hitam dan bangun berwama b i semakin ~ berbeda maka nilai akurasi alat semakin buruk. insbumen Nilai akurasi dari dipengarubi oleh desain badan mekanik teodolit dan desain sisteln gymbal teodolit. Badan tnekanik yang tidak kokoh dapat memberikan perubahan posisi sudut pada aksis dari sistem gynbal leodolit yang keniudian mempengarulii hasil pengukuran. Selain itu, posisi kalibrasi elevasi no1 dan azimut no1 menjadi tidak konsisten. Desain kurang baik sistem gvnzbul yang terjadinya kehilangan menyebabkan pergeseran rotasi pada beberapa roda aksis. Sehingga besar rotasi aksis yang menggerakan sensor berkorang. Dengan dernikian besar rotasi pada aksis tidak sama dengan besar sudut yaog terukur oleh sensor.
Gambar 40.Hasil Uii Kalibrasi
