Deteksi Usia Tanaman Padi Berdasarkan Indeks Warna

Transkripsi

1 Deteksi Usia Tanaman Padi Berdasarkan Indeks Warna Muhammad Nasir 1) Nazaruddin 2) Salahuddin 3) Yusman 4) Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Lhokseumawe 1,2,3,4) Jl. Banda Aceh Medan Km. 280 Lhokseumawe - ACEH Indonesia Telepon (0645) masnasir_poli@yahoo.com 1). 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 < 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 hari setelah tanam atau sekitar 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

2 proces untuk mencari hubungan antara perubahan warna padi dengan masa (usia) pertumbuhan. 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]. 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. padi yang telah di foto dari area persawaan mulai dari 3 MST sampai dengan 10 MST (minggu setelah tanam). 2.3 Perancangan dan Implementasi Perancangan perangkat lunak untuk sistem ini adalah seperti diagram blok yang ditunjukkan pada Gambar 2. 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. 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

3 Icon/Logo Judul Sistem Tanggal Waktu/jam lain seperti form welcome (form selamat datang pada suatu aplikasi). Gambar form ini ditunjukkan oleh gambar 5 berikut. Tambahan Keterangan pada judul LANJUT Copy right BATAL Gambar 3. Form Tampilan Awal / Splashscreen 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

4 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. Tabel 1. Nilai NDVI dari 1 MST sampai dengan 10 MST Citra BIM BM NDVI MST NDVI BIM = Band Infra Mariah BM = Band Merah MST (Minggu Setelah Tanam) 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 hari setelah tanam atau sekitar 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 Series1 Series2 Series3 Series4 Series5

5 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 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. 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. P.O. Box CH-3048 Worblaufen-Bern, Switzerland. [6] 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): [7] Mukherjee, S.K. (2006). Chemical Technology for Producing Fertilizer Nitrogen in the year In: Global Aspects of Food Production. P: M.S. Swaminathan and S.K. Sinha (Eds.). Tycooly International Riverton, New Jersey-United States. [8] Prasad, R. (2006). Fertilizer Nitrogen: Requirements and Management. In: Global Aspects of Food Production. P: M.S. Swaminathan and S.K. Sinha (Eds.). Tycooly International Riverton, New Jersey-United States. [9] Wahyunto, dkk. (2006). Pendugaan Produktivitas Tanaman Padi Sawah Melalui Analisis Citra Satelit [10] Darma Putra. (2010). Pengolahan Citra Digital, Andi Offset, Yogyakarta. 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): [5] Mengel, K. and E.A. Kirkby. (2007). Principles of Plant Nutrition. International Potash Institute.