PENGUKURAN TINGKAT GAS POLUTAN PADA UDARA MENGGUNAKAN TABUNG DETEKTOR GAS DENGAN BANTUAN KAMERA WIRELESS Oleh: Ilmawan Mustaqim DOSEN PEMBIMBING 1 Dr. Muhammad Rivai, ST., MT DOSEN PEMBIMBING 2 Ir. Djoko Purwanto, M.Eng, Ph.D
Latar Belakang • Polusi udara → masalah terhadap lingkungan dan kesehatan manusia (penyakit, kematian, penurunan produktifitas). • Zat-zat pencemar udara yang paling sering dijumpai dilingkungan perkotaan adalah: SO2, NO dan NO2, CO, NH3, O3, SPM (=Suspended Particulate Matter) dan Pb.
Latar Belakang • Zat tersebut dapat diukur menggunakan suatu peralatan khusus yaitu gas detektor. • Pengukuran tingkat kandungan gas tertentu dalam udara dapat dilakukan dengan menggunakan berbagai pilihan peralatan. – Metode gas chromatography/ mass spectrometry (biaya tinggi, waktu lama, kurang efisien)
– Sensor gas teknologi semiconductor dan electrochemical – Tabung Detektor Gas • pengukuran kadar suatu zat →sample udara (dalam kantong sampel)→laboratorium → di teliti kandungan gas tertentu yang terdapat di dalamnya
Latar Belakang • lokasi yang sulit dijangkau/berbahaya dibutuhkan peralatan khusus. • Perpaduan teknologi sistem kamera dan wireless memungkinkan hal tersebut dilakukan. • Pembacaan melalui kamera membantu manusia memperoleh keakuratan dalam hasil pembacaan mengingat keterbatasan mata manusia dalam pembacaan secara langsung
Latar Belakang • Sistem wireless digunakan untuk memancarkan hasil pembacaan agar dapat diterima dan diolah di tempat lain. • Informasi yang ditangkap oleh kamera dapat dikirimkan melalui transmitter untuk dipancarkan. • ditangkap oleh receiver untuk selanjutnya diolah pada komputer dengan software image processing untuk dianalisa dan dibaca hasilnya.
Rumusan Masalah • Perancangan sistem penempatan beberapa tabung beserta sistem pendistribusian aliran udara dalam tabung. • Perancangan pengendalian aliran udara dan pengaktifan perangkat-perangkat yang dibutuhkan dalam melakukan pengukuran. • Pemrograman segmentasi warna dalam pembacaan tingkat gas polutan menggunakan bantuan perangkat lunak image processing.
Batasan Masalah • Gas polutan yang diukur dalam penelitian ini adalah NH3 • Tabung detektor gas yang digunakan adalah tabung detektor produksi Gastec dengan spesifikasi nomor Tabung 3L untuk pengukuran kadar gas NH3, skala ukur 0,5-78. • Pemilihan batasan pengukuran tabung detektor gas disesuaikan dengan kondisi perkiraan kadar gas yang akan diteliti di lapangan.
Batasan Masalah • Pemompaan udara ke dalam tabung menggunakan bantuan pompa air kecil aquarium untuk kemudian ditambahkan sistem pendistribusian dan tingkat aliran udara sesuai dengan rancangan dalam penelitian ini. • Kamera yang digunakan adalah kamera CCTV mini wireless dengan disertai perlengkapan sistem pengirim dan penerimanya.
Batasan Masalah • Sistem penerimaan pada komputer menggunakan alat bantu TV Tunner eksternal untuk menghubungkan perangkat video receiver dengan komputer. • Pengolahan tampilan kamera di aplikasikan menggunakan bahasa pemrograman C++ CLR Windows Form Application dengan bantuan perangkat lunak Microsoft Visual Studio 2008 dan OpenCV 1.1.
Tujuan • Membuat prototipe alat pendeteksi tingkat gas polutan pada udara menggunakan tabung detektor gas dengan bantuan kamera wireless. • Mengaplikasikan sistem image processing dalam pembacaan hasil deteksi sensor tabung detektor gas yang dikirimkan melalui kamera wireless.
Manfaat • Sistem monitoring kadar gas polutan dapat dilakukan dari jarak jauh tanpa memerlukan kabel penghubung karena dilengkapi sistem wireless sehingga dapat diterapkan pada suatu area yang sulit dijangkau atau suatu area dengan kandungan gas yang berbahaya.
Kajian Pustaka Polusi Udara • Polusi udara merupakan masalah global. • Beberapa peneliti mengembangkan penelitian yang berkaitan dengan polusi udara: sistem monitoring polusi udara, sistem penanggulangannya,dll. • Zat-zat pencemar yang ada dalam udara dapat menyebabkan berbagai macam penyakit
Kajian Pustaka Polusi Udara • Pencemaran udara adalah masuknya atau dimasukkannya zat, energi dan/atau komponen lain ke dalam udara ambien oleh kegitan manusia, sehingga mutu udara ambien turun sampai ke tingkat tertentu yang menyebabkan udara ambien tidak dapat memenuhi fungsinya. (Peraturan Gubernur Jawa Timur Nomor 39 tahun 2008)
Kajian Pustaka Polusi Udara • Baku mutu udara ambien adalah ukuran batas atau kadar zat, energi dan/atau komponen yang ada atau seharusnya ada dan/atau unsur pencemar yang ditenggang keberadaannya dalam udara ambient. (Peraturan Gubernur Jawa Timur Nomor 39 tahun 2008)
Kajian Pustaka Polusi Udara • Baku mutu emisi sumber tidak bergerak adalah batas kadar maksimum dan/atau beban emisi maksimum yang diperbolehkan masuk atau dimasukkan ke dalam udara ambient. (Peraturan Gubernur Jawa Timur Nomor 39 tahun 2008)
Tabung Detektor Gas • Sistem tabung detektor gas adalah suatu pengambilan sampel yang dilengkapi sistem pembacaan terukur untuk menentukan seberapa kadar konsentrasi gas dan uap air dengan cepat dan mudah. • Sistem tabung detektor: – pompa udara – tabung detektor gas
Gambar Pompa Pengambilan Sample Udara dengan Tabung Detektor Gas Sumber: http://www.komyokk.co.jp
Gambar Tabung Detektor Gas Sumber: http://www.envisupply.com
Gambar Indikator Pengukuran dalam Tabung Detektor Gas Sumber: http://www.envisupply.com
Wireless Camera • Sistem wireless pada kamera memungkinkan pengguna dapat memonitor suatu keadaan dengan jarak yang cukup jauh tanpa bantuan kabel penghubung antara pengolah gambar dengan kamera.Margi (2006). • Kamera wireless yang ada di pasaran umumnya telah dilengkapi dengan transmitter dan receiver yang dapat dihubungkan dengan komputer.
Segmentasi Warna • Dalam komputer, piksel warna bisanya memiliki nilai warna Merah, Hijau dan Biru yang masing-masing diukur dalam 8 bit. • Secara khusus warna objek segmentasi akan melibatkan konversi dari nilai-nilai tersebut ke beberapa parameter model warna. • Model warna yang paling popular digunakan untuk gambar segmentasi adalah RGB, HSV, HLS, HIS dan NCC. (Kravtchenko, 1999).
Segmentasi Warna • Dalam komputer, piksel warna bisanya memiliki nilai warna Merah, Hijau dan Biru yang masing-masing diukur dalam 8 bit. • Secara khusus warna objek segmentasi akan melibatkan konversi dari nilai-nilai tersebut ke beberapa parameter model warna. • Model warna yang paling popular digunakan untuk gambar segmentasi adalah RGB, HSV, HLS, HIS dan NCC. (Kravtchenko, 1999).
Kalibrasi Kamera • Konsep Metode kalibrasi kamera dalam penelitian ini digunakan untuk mengkalibrasi antara gambar yang ditampilkan oleh kamera dengan perhitungan nilai panjang warna yang muncul pada tabung detektor gas ke komputer. • Panjang warna dikonversi menjadi ukuran kadar gas polutan dalam ukuran ppm/jam.
Metode Penelitian 1. Pembuatan sistem pengaturan udara dari pompa menuju tabung detektor gas. 2. Pembuatan hardware rangkaian berupa: rangkaian catu daya, rangkaian relay, rangkaian mikrokontroler. 3. Pembuatan program pergantian aliran udara melalui pengaktifan solenoid, program pengaktifan kamera, pompa dan lampu yang mendukung proses pengukuran. 4. Mengolah hasil tampilan yang diterima pada layar kamera dengan metode segmentasi warna, konversi warna, dilasi, erosi. 5. Mengkalibrasi hasil pembacaan kamera dengan hasil pembacaan sensor. 6. Pengambilan data pengujian pembacaan kamera. 7. Analisis hasil pengujian.
Metode Penelitian
Gambar Diagram Cara Kerja Sistem
Metode Penelitian Pembuatan Sistem Pengaturan Udara dari Pompa ke Tabung Detektor Gas
Gambar Diagram Distribusi Udara
Metode Penelitian Pembuatan Rangkaian Catu Daya.
Metode Penelitian Pembuatan Rangkaian Catu Daya.
Metode Penelitian – Pembuatan Rangkaian Relai
Metode Penelitian – Pembuatan Rangkaian Relai
Metode Penelitian – Pembuatan Rangkaian Mikrokontroler
Metode Penelitian – Pembuatan Rangkaian Mikrokontroler
Metode Penelitian Pembuatan Program Mikrokontroler
Metode Penelitian Pembuatan Program untuk Segmentasi Warna dan Pengukuran Jarak.
Metode Penelitian Langkah-langkah segmentasi warna:
Metode Penelitian Kalibrasi Pembacaan Nilai Ukur: 1. mengkalibrasi antara posisi piksel gambar yang ditampilkan oleh kamera dengan perhitungan nilai panjang warna yang muncul pada tabung detektor gas di layar monitor komputer. 2. Nilai skala pada tabung gas detektor NH3 yang digunakan dalam penelitian ini adalah 0, 2, 5, 10, 15, 20, 25, 30 ppm sesuai yang tertera pada permukaan tabung.
HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Rancangan Alat
Alat dilihat dari belakang
Alat dilihat dari depan
HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Pengujian Program
HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Kalibrasi Nilai Posisi dengan Nilai Skala Tabung
HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Kalibrasi Nilai Posisi dengan Nilai Skala Tabung
PENUTUP • Tabung Detektor Gas dapat digunakan untuk mendeteksi Gas NH3 dengan perubahan warna yang kontras antara warna merah muda menuju ke kuning. • Pergeseran nilai yang terukur secara manual dipengaruhi oleh posisi titik yang ditentukan dengan mouse. • Diperlukan perhitungan kalibrasi skala yang tepat agar diperoleh nilai yang sesuai pada masing masing skala.
PENUTUP • Pada pengukuran otomatis, ketelitian hasil pembacaan dipengaruhi oleh beberapa faktor yaitu: ⁻ nilai threshold yang mampu memisahkan warna sekitar dengan warna yang akan disegmentasi, ⁻ kontras perubahan warna pada tabung dengan warna sekitarnya, ⁻ serta kestabilan posisi tabung.
DAFTAR PUSTAKA 1. Bradski.G, Kaehler.A (2009), “Learning OpenCV”, O’Reilly Media, Inc. 2. Cheng.H.D, Jiang.X.H, Sun, Wang.J.L (2001), “Color Image Segmentation: Advances & Prospects”. 3. Color Cube and Color Ramp, http://www.duke.edu/web/isis/gessler/borland/ 4. Detector Tubes, http://www.envisupply.com/equipment/detector_tubes.html 5. Fick’s Law of Diffusion, http://en.wikipedia.org 6. Ikeda.T, Hirano .H, Nakamoto. T, Arimoto.T. (2008), ”A Bad-Smell Sensing System Using Gas Detector Tubes and Build-In Camera Module”, Proceedings of The 25Th Sensor Symposium 2008, pp159-162. 7. KITAGAWA Gas Detector Tube System, http://www.komyokk.co.jp 8. Kravtchenko.V, Little.James J, (1999), ”Efficient Color Object Segmentation Using the Dichromatic Reflection Model”, IEEE Pacific Rim Conference on Communications. ieeexplore.ieee.org 9. Lukac.Rastilav, Plataniotis.Konstantinos N, (2007), “Color Image Processing: Methods and Applications”, Taylor & Francis Group
DAFTAR PUSTAKA 10. Margi.C.B, Lu.X, Zhang.G, Stanek.G, Manduchi.R, Obraczka.K (2006), “Meerkats: A Power-Aware, Self-Managing Wireless Camera Network for Wide Area Monitoring”, Workshop on Distributed Smart Cameras (DSC 2006), inrg.cse.ucsc.edu 11. Muklis, Fauzi, (2003) “Pergerakan Unsur Hara Nitrogen dalam Tanah”, USU digital library. 12. Paoletti.E, Bytnerowicz.A, Andersen.C, Augustaitis.A, Ferrett.M, Grulke.N, Goerg.M.S, Innes.J, Johnson.D, Karnosky.D, Luangjame.J, Matyssek.R, McNulty.S, Starck.G.M, Musselman.R, Percy.K (2007), “Impacts of Air Pollution and Climate Change on Forest Ecosystems-Emerging Research Needs”, Short Communication Proceedings, TheScientific World JOURNAL (2007) 7(S1), 1–8 ISSN 1537-744X; DOI 10.1100/tsw.2007.52 13. Peraturan Gubernur Jawa Timur Nomor 39 tahun 2008. 14. Source codes for all chapters of "Visual Computing: Geometry, Graphics, and Vision", http://www.sonycsl.co.jp/person/nielsen/visualcomputing/
