JURNAL TEKNIK POMITS Vol. X, No. X, (20XX) ISSN: XXXX-XXXX (XXXX-XXXX Print)
1
Perbandingan Penentuan Volume Suatu Obyek Menggunakan Metode Close Range Photogrammetry Dengan Kamera Non Metrik Terkalibrasi Dan Pemetaan Teristris Arif Nor Hidayat1 ,Teguh Hariyanto2 Program Studi Teknik Geomatika, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 Indonesia e-mail:
[email protected] Abstrak— Perhitungan volume merupakan hal yang penting pada banyak pekerjaan teknik. Misalnya untuk keperluan studi erosi, estimasi pembuatan suatu material,estimasi pengambilan bahan tambang dan penilaian lahan untuk konstruksi . Akan tetapi perhitungan volume tersebut mayoritas menggunakan metode terisitris yang biayanya mahal dan alat yang digunakan juga sangat mahal. Pemetaan terisitris menggunakan alat ukur yang bernama Total Station. Teknik ini menggunakan metode tachymetri untuk mengetahui koordinat suatu titik di permukaan bumi. Pada penelitian ini dilakukan penerapan metode fotogrametri yakni Close Range Photogrammetry-syarat kesegarisan dengan menggunakan kamera non-metrik untuk mengetahui volume suatu obyek. Kondisi kesegarisan (Collinearity) adalah kondisi dimana titik obyek pada dunia nyata, titik pusat proyeksi, dan titik obyek di foto terletak dalam satu garis lurus. Metode Close Range Photogrammetry-syarat kesegarisan bisa digunakan untuk melakukan pengamatan dan evaluasi seluruh titik yang tersebar pada obyek yang diteliti. S ehingga koordinat dari setiap titik dapat diketahui menggunakan metode Close Range Photogrammetry-syarat kesegarisan karena dengan metode ini, seluruh titik yang ada di obyek penelitian diukur secara teliti. Dari hasil penelitian, diperoleh volume yang hampir sama dengan volume dari metode pemetaan teristris. Kemiripan volume antara metode Close Range Photogrammetry-syarat kesegarisan dengan metode pemetaan teristris mencapai 99% dengan Volume yang didapat menggunakan close range photogrammetry memiliki nilai 29.450 meter3, sedangkan hasil volume menggunakan metode pemetaan teristris memiliki nilai 29.450 meter3 dengan tingkat ketelitian sebesar ±0.749 meter3. Kata Kunci— Close Range Photogrammetry, S yarat Kesegarisan, Pemetaan Teristris,Volume.
photogrammetry dengan menggunakan kamera non-metrik untuk mengetahui volume suatu obyek. Fotogrametri dapat didefinisikan sebagai suatu seni, pengetahuan dan teknologi untuk memperoleh informasi yang dapat dipercaya tentang suatu obyek fisik dan keadaannya melalui proses perekaman, pengamatan pengukuran dan interpretasi citra fotografis atau rekaman gambar gelombang elektromagnetik[1]. Pendapat lain menyatakan. Close Range Photogrammetry atau CRP merupakan suatu teknik fotogrametri dengan jarak antara kamera dengan obyek kurang dari 100 m[2]. Close Range Photogrammetry atau CRP adalah teknik fotogrametri dengan menggunakan prinsip kesegarisan atau collinearity, namun dalam pengambilan data dilakukan pada rentang dekat yakni 100 mm sampai dengan 300 m [3].Metode CRP ini juga memiliki kelebihan yakni dengan kombinasi akuisisi data geometrik dan tekstur atau visual suatu benda sehingga rekonstruksi suatu objek cukup baik. Metode ini memerlukan waktu yang relatif singkat dan repetisi untuk keperluan evaluasi juga selalu dimungkinkan.Persamaan umu m yang digunakan dalam kesegarisan adalah xa = m11 (XA – XL )+m12 (YA – YL )+m13 (ZA – ZL ) m31 (XA –XL )+m32 (YA –YL )+m33 (ZA – ZL ) y a = m21 (XA – XL )+m22 (YA – YL )+m23 (ZA – ZL ) m31 (XA –XL )+m32 (YA –YL )+m33 (ZA – ZL ) Dimana : xa , y a = Koordinat titik A di foto XA , YA , ZA = Koordinat titik A di Bumi XL , YL , ZL = Koordinat pusat pemotretan f = Panjang fokus kamera m = Matriks rotasi yang diberikan persamaan
I. PENDAHULUAN
S
eiring berkembangnya ilmu pengetahuan dan teknologi, muncul metode alternatif untuk melakukan perhitungan volume suatu obyek. Metode ini berorientasi terhadap efisiensi dan efektivitas kerja serta biaya dan yang paling utama adalah ketelitian yang disesuaikan dengan kebutuhan, yaitu menggunakan fotogrametri rentang dekat atau yang lebih dikenal dengan istilah Close Range Photogrammetry (CRP). Pada penelitian ini digunakan penerapan metode fotogrametri yakni close range
Metode perhitungan volume kontur 𝑉=(
𝐴 1 + 2𝐴 2 + 2𝐴 3 + ⋯ + 2𝐴 𝑛−1 + 𝐴 𝑛 )×ℎ 2
Keterangan : 𝐴1 = 𝐿𝑢𝑎𝑠 𝑝𝑒𝑛𝑎𝑚𝑝𝑎𝑛𝑔 𝑘𝑒𝑠𝑎𝑡𝑢 𝐴2 = 𝐿𝑢𝑎𝑠 𝑝𝑒𝑛𝑎𝑚𝑝𝑎𝑛𝑔 𝑘𝑒𝑑𝑢𝑎 𝐴𝑛 = 𝐿𝑢𝑎𝑠 𝑝𝑒𝑛𝑎𝑚𝑝𝑎𝑛𝑔 𝑘𝑒 − 𝑛 𝑉 = 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 ℎ = 𝐼𝑛𝑡𝑒𝑟𝑣𝑎𝑙 𝑘𝑜𝑛𝑡𝑢𝑟
oleh
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. X, No. X, (20XX) ISSN: XXXX-XXXX (XXXX-XXXX Print)
2
Rumus Mencari Standar Deviasi √
∆𝑣 2 𝑛
Keterangan : ∆𝑣 = 𝑠𝑒𝑙𝑖𝑠𝑖ℎ 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 1 𝑑𝑎𝑛 2 𝑛 = 𝑏𝑎𝑛𝑦𝑎𝑘𝑛𝑦𝑎 𝑝𝑒𝑛𝑔𝑢𝑘𝑢𝑟𝑎𝑛 Rumus Mencari Ketelitian Propagation 𝜎𝐹 = ±√(
menggunakan
Error
2 𝜕𝐹 2 𝜕𝐹 2 ) 𝜎1 2 + ( ) 𝜎2 2 + ⋯ + ( ) 𝜎𝑛 2 𝜕𝑥 1 𝜕𝑥 2 𝜕𝑥 𝑛
𝜕𝐹
Keterangan : 𝜎𝐹 = 𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 𝑃𝑟𝑜𝑝𝑎𝑔𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛 𝜕𝐹 = 𝑉𝑎𝑟𝑖𝑎𝑏𝑒𝑙 𝑦𝑎𝑛𝑔 𝑑𝑖𝑐𝑎𝑟𝑖 𝑥 1 , 𝑥 2 ,… , 𝑥 𝑛 = 𝑉𝑎𝑟𝑖𝑎𝑏𝑒𝑙 𝑝𝑒𝑛𝑔𝑢𝑘𝑢𝑟𝑎𝑛 𝜎1 , 𝜎2 , … , 𝜎𝑛 = 𝑆𝑡𝑎𝑛𝑑𝑎𝑟𝑑 𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟𝑠 Batasan Masalah 1. Kalibrasi kamera non-metrik dengan resolusi 16,2 MP untuk keperluan Close Range Photogrammetry. 2. Obyek pengukuran dari tugas akhir ini adalah gundukan tanah di wilayah kampus ITS. 3. Penentuan volume suatu obyek menggunakan metode Close Range Photogrammetry dan menggunakan metode pemetaan teristris(tachymetri) untuk gundukan tanah. 4. Membandingkan hasil perhitungan volume antara metode Close Range Photogrammetry dan tachymetri. Tujuan Penelitian 1. Kalibrasi kamera non-metrik resolusi 16,2 MP. 2. Mendapatkan volume dari metode Close Range Photogrammetry dan pemetaan teristris. 3. Membandingkan hasil hitungan volume dari data hasil Close Range Photogrammetry dengan hasil hitungan volume menggunakan metode tachymetri. II. METODOLOGI PENELITIAN A. Lokasi penelitian Lokasi Penelitian ini dilakukan di kawasan Kampus Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya yang kemudian dilakukan pengukuran gundukan untuk mendapatkan volume nya.
B. Bahan dan Peralatan 1. Bahan Data primer merupakan data yang diperoleh dari foto yang didapat dengan cara memotret gundukan. Sedangkan untuk data sekunder merupakan data pendukung yang diperoleh dari pengukuran detail metode tachymetri. 2. Peralatan Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini melipu t i perangkat keras (Hardware) yaitu Personal Computer,. Kamera Nikon D5100 dan perangkat lunak (Software) yaitu Sistem Operasi Windows 8, Microsoft Office 2013, ENVI 4.6.1, Matlab 2008, Microcad, Surfer 10. C. Tahapan Kegiatan Penelitian Adapun tahap penelitian digambarkan secara umum dengan penjelasan sebagai berikut: 1. Tahap Awal Identifikasi Masalah Permasalahan dalam penelitian ini adalah bagaimana memperoleh volume dan DTM dengan menggunakan metode Close Range Photogrammetry. 2. Tahap Persiapan Studi Literatur Studi literatur bertujuan untuk mendapatkan referensi yang berhubungan dengan Close Range Photogrammetry, dan literatur lain yang mendukung baik dari buku, jurnal, majalah, internet dan lain sebagainya.dari buku, jurnal, majalah, internet dan lain sebagainya. Pengumpulan Data Pengumpulan data berupa data titik koordinat sampel dari masing-masing foto area yang bertampalan dan menggunakan metode tachymet ri. 3. Tahap Pengolahan Pada tahapan ini dilakukan pengolahan dari data yang telah didapat di lapangan dan data penunjang lainnya. 4. Tahap Analisis Dari pengolahan data dilakukan analisa untuk mendapatkan volume gundukan yang diamati dengan metode Close Range Photogrammetry dan pemetaan teristris. 5. Tahap Akhir Penyusunan laporan merupakan tahap terakhir dengan harapan hasil penelitian ini bisa bermanfaat dan diketahui orang lain. D. Tahapan Pengolahan Data Metode pengolahan yang dilakukan digambarkan seperti diagram alir berikut
Gambar. 1. Lokasi Penelitian Gundukan di kampus IT S, Surabaya
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. X, No. X, (20XX) ISSN: XXXX-XXXX (XXXX-XXXX Print)
Perencanaan Pengambilan Data
Gundukan Tanah Metode
Tachymetri
CRP
3
5. Untuk data dari Total Station, dilakukan perhitungan terhadap koordinat dari lokas i penelitian menggunakan mikrocad, kemudian dibuat DTM dari area tersebut dan dilakukan perhitungan volume area tersebut menggunakan surfer. 6. Setelah volume didapatkan, maka tahap selanjutnya dilakukan analisa perbandingan hasil dan metode yang digunakan. Kemudian menentukan ketelitian dari kedua metode tersebut dengan menggunakan standar deviasi. Selanjutnya dilakukan uji ketelitian menggunakan t-student dengan tingkat kepercayaan 95%,dan perhitungan akurasi menggunakan error propagation. 7. Setelah dilakukan analisa, dibuat suatu kesimpulan tentang perhitungan volume menggunakan metode Close Range Photogrammetry dan Total Station.
Pembuatan DTM
III. HASIL
Hasil DT M tiap Metode
A. Koordinat yang didapat melalui CRP adalah sebagai berikut Korelasi antar variabel di foto dan tachymetri adalah 1.0 pada level signifikan 0.05.Standar deviasi antara kedua volume adalah ±0.000001. Dan akurasi yang didapat menggunakan error propagation sebesar ±0.749 meter3 .
Perhitungan Volume Tabel 1. Koordinat Obyek Hasil Volume
Perbandingan Hasil
Analisa Gambar 2. Diagram alir pengolahan
Saran dan Kesimpulan 1. Perencanaan dan orientasi medan merupakan metode awal dalam penelitian ini. Setelah itu dilakukan pengambilan data di lapangan. Pengambilan data terbagi menjadi dua bagian, yaitu menggunakan kamera non metrik dan menggunakan Total Station. 2. Pada pengambilan data menggunakan kamera non metrik, dilakukan kalibrasi kamera terlebih dahulu agar kamera dapat digunakan untuk mengambil data secara akurat. Setelah itu dilakukan pengambilan gambar obyek yang ada di lapangan. 3. Kemudian data juga diambil melalui Total Station. Data yang diambil menggunakan Total Station adalah gundukan tanah. 4. Setelah data terkumpul, dilakukan pengolahan data dari foto(digitasi titik kontrol(GCP)l, penentuan parameter orientasi luar,penentuan koordinat dari dua foto yang bertampalan. Kemudian didapat koordinat tiap titik. Kemudian dibuat DTM dari titik-titik tersebut dan dilakukan perhitungan volume menggunakan surfer.
No.
X(m)
Y(m)
Z(m)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
321.1023 321.0183 320.9353 320.8583 323.6563 323.6503 323.8223 323.9433 326.7763 326.6323 326.3793 326.3253 328.4903 328.6303 330.2323 330.2253
-337.5987 -339.1287 -340.4237 -342.0347 -342.2457 -340.7687 -339.2007 -337.9177 -338.1927 -339.4077 -340.8797 -342.3907 -339.5627 -338.3797 -338.5177 -339.7887
210.1498 209.7878 209.3668 208.8498 208.9668 209.2338 209.7798 210.0618 210.0198 209.7208 209.2538 208.9378 209.6358 209.9918 209.5898 209.2808
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. X, No. X, (20XX) ISSN: XXXX-XXXX (XXXX-XXXX Print) B. Digital terrain model (DTM) yang diperoleh 1. Dari Close Range Photogrammetry
Elevasi(m)
Gambar 2. DT M foto
2. Dari Total Station
Elevasi(m)
Gambar 3. DT M T otal Station
C. Volume yang diperoleh(perhitungan menggunakan perangkat lunak Surfer 10) 1. Volume dari CRP=29.450m3 2. Volume dari TS=29.450m3 IV. PEMBAHASAN Pengukuran yang dilakukan dengan menggunakan metode pemetaan teristris membutuhkan waktu yang lebih lama daripada menggunakan ,metode CRP karena dalam pemetaan teristris diperlukan persiapan alat yang lebih lama, dan pengambilan data yang dilakukan juga lebih lama. Waktu yang dibutuhkan untuk pengambilan data dengan metode pemetaan teristris ±45 menit, sedangkan waktu yang dibutuhkan untuk pengambilan data dengan menggunakan CRP ±15 menit . Sedangkan untuk waktu pengolahan data menggunakan metode pemetaan teristris lebih cepat, sekitar ±15 menit, sedangkan untuk CRP membutuhkan waktu ±2jam karena pada CRP diperlukan proses digitasi titik kontrol yang membutuhkan waktu lama. Standar deviasi yang didapat dari kedua metode ini adalah ±0.000001.Kemudian akurasi yang didapat menggunakan error propagation sebesar ±0.749 meter3 .
4
V. KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan 1. Kalibrasi kamera dilakukan untuk mendapatkan parameter kamera, parameter tersebut adalah parameter orientasi dalam yaitu focal length=50mm, dimensi foto= 4928x3264 pixel, principal point= 2463.5mm untuk arah x dan 1631.5mm untuk arah y, distorsi lensa radial untuk K1= -0.1638 o , K2= 0.7142 o , K3= -10.3277 o dan distorsi lensa tangensial untuk P1= -0.0002 o dan P2= 0.0005 o 2. Volume yang didapat dari metode Close Range Photogrammetry- syarat kesegarisan adalah 29.450 (pembulatan) m3 , sedangkan Volume yang didapat dari metode pemetaan teristris (tachymetri) adalah 29.450 (pembulatan) m3 dengan standar deviasi ±0.000001 dan akurasi yang didapat menggunakan error propagation sebesar ±0.749 meter3 . 3. Selisih antara kedua metode yang digunakan untuk menentukan volume obyek yang sama berupa gundukan yang berada di kawasan kampus ITS Surabaya adalah sebesar 0.000001meter3 dengan korelasi antar variabel pada kedua metode sebesar 1.0 pada level signifikan 0.05 sehingga metode ini merupakan metode yang valid dan dapat digunakan untuk melakukan perhitungan volume suatu obyek. Saran Berdasarkan penelitain ini, ditemukan beberapa kendala pada proses pengolahan yang dapat menjadi sebuah rekomendasi bagi penelitian selanjutnya, beberapa saran yang dikemukakan antara lain: 1. Pemilihan lokasi sebaiknya berupa gundukan yang berada di tanah lapang dan tanpa ada gangguan baik gangguan yang ada pada obyek penelitian dan yang ada di luar obyek penelitian. 2. Persebaran titik kontrol sebaiknya diberi tanda untuk memperjelas saat melakukan proses digitasi. 3. Sebaiknya menggunakan fokus kamera yang sesuai dengan luas area agar didapat pertampalan yang bagus dan jarak pemotretan lebih ideal. UCAPAN TERIMA KASIH Penulis mengucapkan terima kasih kepada Tuhan YM E, keluarga besar penulis dan teman-teman yang telah membantu dalam menyelesaikan penelitian ini. DAFTAR PUSTAKA [1] [2]
Dipokusumo, B.S. 2001. Pengantar Fotogrametri. Institut T eknologi Bandung. Robson & Cooper . 1996. The International Archives of The Photogrammetry.Beijing.
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. X, No. X, (20XX) ISSN: XXXX-XXXX (XXXX-XXXX Print) [3]
Wolf, Paul R..Elements of Photogrammetry. Civil and Enviromental Engineering. The University of Wisconsin, Madison. McGraw-Hill Book Company Second Edition. 1983.
5
