BAB 1 PENGENALAN. 1.1 Latar Belakang

Transkripsi

1 BAB 1 PENGENALAN 1.1 Latar Belakang Pemantauan struktur pada masa kini berkembang pesat dengan suntikan teknologi sistem navigasi penentududukan global seperti Global Positioning System (GPS). Perkembangan teknologi ini membolehkan keupayaan pemantauan struktur memberikan maklumat yang lebih cepat pada kejituan yang tinggi. Ini termasuklah aplikasi sistem penderia dalam pengutipan dan pemprosesan data berbanding kaedah konvensional. Dalam kajian ini, pembangunan perisian pengutipan data secara masa hakiki dan penggunaan penderia menjadi fokus utama kerana kaedah yang terbaru ini dapat menghasilkan keputusan yang optimum. Peranti yang digunakan untuk mencerap data adalah peranti CRIO (CompactRIO), manakala pembangunan perisian sistem yang digunakan adalah perisian Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench (LabVIEW). Melalui penggunaan CRIO, sesuatu arahan yang dikehendaki dapat diprogramkan dan disimpan terus dalam peranti tersebut. Selain itu, peranti ini juga boleh mengawal penderia yang disambung dengannya dan mampu menyimpan data cerapan daripada penderia yang terlibat. Perisian LabVIEW pula berperanan menyedia dan membina program pemantauan struktur yang boleh mengintegrasikan pelbagai penderia yang disambung pada CRIO. Bab ini mengandungi penerangan mengenai kajian, pernyataan masalah, objektif kajian, skop kajian, kepentingan kajian dan diakhiri dengan metodologi kajian.

2 2 Pemantauan struktur kejuruteraan telah bermula sejak kurun ke19 (Samarkova, Chobola, & Stefkova, 2014), sebagai contoh Menara Eiffel di Perancis telah menjadi struktur yang pertama dipantau. Kemudian, pemantauan secara berterusan turut dilakukan terhadap bangunan tinggi di Chicago, Amerika Syarikat (Casciati & Fuggini, 2011). Antara tujuan pemantauan struktur adalah bagi mengenalpasti keupayaan sesebuah struktur untuk bertahan terhadap bencana alam yang berlaku, penambahbaikan dari segi konsep dan cara pemantauan serta memberi maklumat kestabilan struktur yang lebih efisien dan efektif. Oleh sebab itu, keperluan terhadap pemantauan struktur secara berkala dan berterusan untuk jangka masa yang panjang mampu memberi maklumat yang tepat dari segi perubahan serta anjakan struktur tersebut di samping memastikan proses operasi yang lebih mudah dan selamat. Dalam sesebuah operasi pemantauan struktur, secara ringkasnya ia terbahagi kepada tiga komponen utama iaitu penderia untuk mendapatkan maklumat yang dikehendaki, peranti pengumpul data yang pelbagai dan juga perisian yang mampu melakukan keseluruhan operasi secara visual. Komponen utama dalam pemantauan struktur adalah penderia. Penderia yang digunakan dalam proses pemantauan banyak berubah mengikut peredaran zaman seperti Rajah 1.1. Contohnya, penderia yang digunakan bagi kaedah geodetik dalam kegiatan pemantauan struktur pada masa dahulu adalah teodolit. Kini, antara peralatan moden yang digunakan adalah GPS, total station robotik dan pengimbas laser. Bagi kaedah geoteknik pula, suntikan teknologi kepada alatan yang digunakan tidak sepesat teknik geodetik. Ini kerana nilai pengukuran bagi kaedah geoteknik adalah mutlak berbanding kaedah geodetik yang memberikan nilai pengukuran relatif. Bagi contoh kaedah geoteknik pula, penggunaan penderia adalah seperti accelerometer, extensometer, dan tiltmeter. Nilai pengukuran relatif yang dinyatakan di atas adalah nilai pengukuran bebas yang dicerap pada waktu itu. Bagi pengukuran mutlak pula nilai yang diguna pakai ialah sistem metrik yang ditetapkan.

3 3 PEMANTAUAN STRUKTUR Kaedah Geoteknik Kaedah Geodetik Konvensional Moden Kaedah Gabungan Rajah 1.1: Teknik Geodetik Dan Geoteknik Dalam Pemantauan Struktur Data cerapan daripada penderia yang digunakan dalam sesebuah operasi pemantauan struktur akan disimpan dalam peranti pengumpul data. Peranti pengumpulan data digunakan kerana terdapat sesetengah penderia yang digunakan tidak berkeupayaan untuk mengumpul data yang dicerap. Maka, kajian ini berfokus pada penggunaan peranti mengumpul data iaitu CRIO. Peranti CRIO yang digunakan memberi kelebihan dalam keupayaan menerima data daripada pelbagai penderia. Reka bentuk peranti ini juga adalah mudah alih, kukuh dan tahan lasak di samping menjimatkan kos dan masa. Penggunaan peranti CRIO ini akan membuka satu dimensi baru dalam bidang pemantauan struktur. Dalam bidang pemantauan struktur, komponen ketiga dan terakhir adalah perisian yang mampu menganalisis data yang dicerap daripada penderia yang digunakan. Perisian yang digunakan dalam kajian ini adalah Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench (LabVIEW). Perisian LabVIEW telah diperkenalkan oleh

4 4 National Instruments (NI), untuk komputer keluaran Macintosh pada tahun Konsep perisian LabVIEW ini adalah berbentuk virtual dan grafik. Perisian LabVIEW dapat digunakan dalam pengukuran, kawalan serta paparan data eksperimen (Venkatesh & Mathivanan, 2013). Kebanyakkan jurutera dan ahli sains di seluruh dunia telah menggunakan kemudahan daripada perisian ini untuk merekabentuk sistem pemantauan pada kos yang lebih efektif, sistem pengawalan dan sistem ujian yang lebih efisien. Keistimewaan perisian LabVIEW ini ialah ia mewujudkan persekitaran pembangunan grafik serta mampu membuat program pengantaramuka dengan alat-alat ukuran yang lain. Dalam kajian ini, satu program pemantuan struktur menggunakan penderia GPS dan accelerometer dibangunkan. Kelebihan program ini adalah mampu menyimpan data dan memaparkan data secara masa hakiki. Menurut National Instruments, cabaran yang dihadapi oleh jurutera adalah untuk membangunkan sistem pemantauan kepada keperluan untuk rangka kerja perisian bersepadu. Rangka kerja ini akan mengurangkan permasalahan dan kerumitan dalam pengintegrasian pelbagai alat pengukuran ke dalam satu sistem tunggal. Kerumitan terjadi kerana setiap penderia yang digunakan memerlukan program tersendiri untuk memproses data. Perkara ini dapat dilakukan dengan menggunakan program yang dibina untuk memproses data cerapan. Keadaan ini boleh dicapai menerusi pembinaan, penyelenggaraan dan pengubahsuaian sistem peranti bagi penyelesaian pemantauan yang lebih jitu pada kos yang efektif. Dalam kajian ini, penderia GPS dan accelerometer diintegrasikan melalui peranti CRIO yang disambung dengan program pemantauan struktur yang dibina membolehkan data dipaparkan secara masa hakiki dan disimpan dalam komputer.

5 5 1.2 Pernyataan Masalah Dalam kajian ini, terdapat tiga perkara utama yang diberi perhatian iaitu pembangunan program, kebolehan setiap penderia yang ingin digabungkan serta peranti CRIO yang diguna pakai. Seperti yang diterangkan dalam pendahuluan bab ini, kebolehan dan kekangan bagi setiap penderia yang diguna pakai dalam mencerap data yang tertentu adalah berbeza antara satu sama lain. Dalam keadaan ini, pengutipan data secara relatif dan mutlak menjadi satu halangan utama dalam penggunaan penderia yang dipilih. Perbezaan ini timbul kerana data accelerometer perlu dikeluarkan secara pengkamiran arus dan gelombang sinus dari data. Hasil dari pengkamiran ini, halaju cahaya akan diukur dalam unit Hz. Untuk mengeluarkan data daripada accelerometer, satu kaedah matematik secara pembezaan kedua perlu dilakukan kepada data kasar untuk membolehkan data yang diterima dapat diguna pakai oleh pengguna. Bagi GPS pula, data tersebut akan menggunakan datum geosentrik. Datum geosentrik adalah pusat bumi. Kaedah GPS menggunakan jarak minimum 3 kedudukan satelit di angkasa untuk memberi kedudukan di muka bumi dari pusat bumi. Data yang diperolehi adalah dalam bentuk jarak. Bagi membolehkan kedudukan secara linear di atas muka bumi, data akan ditukar kepada sistem koordinat kartesian di atas muka bumi. Dari segi kadar persampelan data yang dicerap, accelerometer lebih efisien berbanding GPS. Ini kerana accelerometer mampu mencerap data dengan lebih pantas. Perbezaan kekangan penderia juga menjadi satu kelemahan dalam proses cerapan yang dilakukan. Pembangunan satu sistem program yang mampu menggabungkan kedua-dua data melibatkan pelbagai proses yang rumit. Perbezaan jenis data yang dicerap diolah dengan perkiraan matematik dan parameter tertentu. Program yang dibina hendaklah dapat membaca data yang dicerap dan memaparkan secara masa hakiki. Mencerap dan memaparkan data adalah dua perkara yang berbeza kerana memerlukan bahasa program yang berbeza setelah menerima data yang dicerap melalui peranti CRIO. Data yang

6 6 disimpan adalah dalam bentuk perpuluhan manakala paparan pada program membolehkan kita melihat secara masa hakiki. Program pemantauan struktur yang dibina mempunyai dua pecahan berbeza bagi GPS dan accelerometer. Proses ini akan memperlihatkan tujuan kajian iaitu dua penderia yang berbeza mampu dijalankan secara serentak dan kebolehan program memaparkan data secara masa hakiki. Kerangka konseptual untuk kajian ini boleh dilihat pada Rajah 1.2. Membaca Menyimpan Memapar GPS X, Y, Z Pangkalan data CRIO LabVIEW Output Accelerometer attribut Grafik Rajah 1.2 : Kerangka konseptual kajian Peranti CRIO digunakan untuk menggabung penderia GPS dan accelerometer secara serentak. Ini kerana peranti CRIO boleh membaca jenis data yang diterima dari kedua-dua penderia tersebut. 1.3 Matlamat dan Objektif Kajian Matlamat utama kajian ini adalah membangunkan program yang boleh membaca, menyimpan dan memaparkan data daripada dua penderia yang berbeza. Data yang dicerap melibatkan penggunaan penderia accelerometer dan GPS untuk tujuan pemantauan struktur. Sehubungan itu, objektif kajian ini adalah:

7 7 Mengkaji kajian-kajian yang telah dilakukan untuk melaksanakan kajian ini. Membina program menggunakan perisian LabVIEW dan peranti CRIO bagi tujuan perantaramuka untuk GPS serta accelerometer. Mengkaji keberkesanan penggunaan peranti CRIO terhadap dua penderia yang berbeza. 1.4 Skop Kajian Bagi mencapai tujuan dan objektif kajian ini, terdapat beberapa skop utama yang dirancang dan dilakukan. Skop kajian ini terbahagi kepada tiga pecahan utama iaitu membangunkan program untuk pemantuan struktur yang melibatkan penderia accelerometer dan GPS. Seterusnya, pemilihan peranti CRIO dalam menggabungkan penderia yang dipilih. Akhir sekali, ujian lapangan bagi memastikan program yang dibina berjaya Pembangunan program Proses untuk membangunkan program pemantauan struktur adalah menggunakan perisian LabVIEW. Perisian ini dipilih kerana keupayaannya untuk memaparkan data yang dicerap. Berbeza dengan perisian yang lain, perisian ini menggunakan kod grafik. Kaedah kod grafik adalah kaedah penulisan bahasa program dengan menggunakan ikon atau gambar yang mempunyai tujuan tersendiri. Kebolehan perisian ini juga membolehkan program yang dibina mampu memaparkan data secara masa hakiki. Selain itu juga, program yang dibina hendaklah mempunyai pecahan kepada penggunaan penderia yang dipilih iaitu accelerometer dan GPS. Pada pecahan ini, graf akan dipaparkan semasa cerapan dilakukan. Ini selaras dengan tujuan objektif kajian.

8 Peranti CRIO Penggunaan peranti CRIO dalam kajian ini adalah untuk menggabungkan data cerapan dari penderia yang digunakan iaitu GPS dan accelerometer. Tujuan gabungan ini membolehkan pemantauan struktur menggunakan dua penderia berbeza pada satu masa. Kedua-dua penderia ini menggunakan program dan kabel penghantar data tersendiri. Dengan menggunakan peranti CRIO, kedua- dua data tersebut dapat diterima secara serentak pada masa yang sama. Apabila data-data ini diterima secara serentak, analisis secara mendalam dari segi gegaran dan pergerakan dapat dilakukan supaya data kajian yang lebih tepat diperolehi Pengujian program di lapangan Untuk memastikan program yang dibina berfungsi, satu simulasi kerja lapangan dilakukan. Peranti CRIO yang disambung pada penderia GPS dan accelerometer disediakan di lapangan. Data yang diperoleh akan dihantar kepada program yang dibina. 1.5 Kepentingan Kajian Kepentingan kajian ini dapat dilihat daripada aspek penghasilan satu program yang dapat memaparkan data secara masa hakiki. Ini juga memenuhi matlamat kajian iaitu membina program dan mengintegrasikan data dari penderia yang berbeza untuk pemantauan struktur dalam masa hakiki. Teknik gabungan GPS dan accelerometer telah ada digunakan dalam kajian lain. Tetapi dalam kajian ini, data dipaparkan secara masa hakiki. Oleh itu kajian ini lebih menumpukan pada aspek paparan data secara masa hakiki menggunakan program yang dibangunkan melalui perisian LabVIEW. adalah: Di samping memaparkan data secara masa hakiki, kepentingan kajian ini juga

9 9 1) Program yang dibina mampu menyimpan data yang dicerap di dalam peranti CRIO dan komputer. 2) Penggunaan alatan sampingan seperti komputer dapat dioptimumkan dengan penggunaan peranti CRIO. Peranti ini digunakan untuk menggabungkan penderia GPS dan accelerometer. 3) Program ini adalah mesra pengguna kerana mempunyai paparan data dan ikon untuk menyimpan data cerapan. Tambahan, sistem atur program ini juga ringkas dan mudah dikendali serta difahami oleh pengguna. 4) Program yang dibina ini mampu memaparkan data yang dicerap daripada penderia GPS dan accelerometer secara serentak. Pengguna tidak perlu membuka perisian yang berbeza untuk melihat data cerapan dari pelbagai penderia. 1.6 Metodologi Kajian Metodologi bagi kajian ini secara asasnya bermula dengan proses pemahaman tentang kajian, seterusnya proses mengumpul dan menganalisis data kajian dan akhirnya mengeluarkan maklumat berkenaan pemantauan sesebuah struktur. Rajah 1.3 adalah ringkasan metodologi kajian yang dijalankan.

10 10 Permulaan Kajian Literatur PERINGKAT 1 Integrasi Kaedah GPS Peranti CRIO Accelerometer Pembangunan Program Perisian LabVIEW PERINGKAT 2 Ujian simulasi struktur jambatan PERINGKAT 3 Hasil dan Analisis PERINGKAT 4 Tamat Rajah 1.3: Metodologi Kajian Peringkat pertama: Pada peringkat ini, pemahaman tentang kajian secara mendalam dilakukan dengan mengkaji kajian lalu dan terkini mengenai pemantauan struktur yang telah dijalankan oleh pihak lain. Buku yang berkaitan pemantauan dan jurnal yang telah ditulis dijadikan panduan. Peringkat kedua: Pada peringkat ini, proses pembangunan program menggunakan perisian LabVIEW dijalankan. Proses ini melibatkan kod-kod bahasa program yang diperlukan dalam membolehkan data dari penderia GPS dan accelerometer dipaparkan

11 11 secara masa hakiki. Proses integrasi antara penderia GPS dan accelerometer dengan peranti CRIO dijalankan. Tujuan penggunaan peranti CRIO ini adalah membolehkan kemasukan data dari dua penderia secara serentak. Peringkat ketiga: Pada peringkat ini, satu ujikaji dan simulasi dijalankan di lapangan. Ini bertujuan untuk melihat kebolehan dan keupayaan program dan peranti CRIO di lapangan sebenar. Peringkat keempat: Setelah program ini dapat memaparkan data secara masa hakiki dan menyimpan data yang dicerap. 1.7 KandunganTesis Tesis ini terbahagi kepada 5 bab dan rumusan ringkas bagi setiap bab adalah seperti berikut. Bab 1 membincangkan mengenai tujuan dan pernyataan masalah kajian. Skop kajian dan sumbangan kajian seperti integrasi penderia untuk tujuan pemantauan struktur turut dibincangkan. Bab 2 menghuraikan tentang kajian-kajian lalu yang telah dijalankan berkaitan pemantauan struktur menggunakan penderia GPS, accelerometer bersama peranti CRIO serta perisian LabVIEW. Keperluan kegiatan pemantauan struktur turut disentuh dalam bab ini. Fokus utama dalam bab ini adalah mengenai penggunaan penderia GPS dan accelerometer secara bersama dalam menjalankan kegiatan pemantauan struktur yang telah dijalankan dalam kajian lalu. Bab 3 pula membincangkan mengenai langkah pembangunan program menggunakan perisian LabVIEW. Program yang dibangunkan di dalam perisian LabVIEW adalah secara grafik yang dapat menerima data daripada penderia yang berbeza pada masa yang sama. Bab ini juga membincangkan mengenai penderia yang digunakan serta peranti CRIO.

12 12 Bab 4 membincangkan simulasi kajian yang dijalankan di lapangan untuk memenuhi objektif kajian. Langkah kerja dan hasil dapatan dibincangkan secara terperinci. Pada hujung bab ini, keberkesanan program dinyatakan berserta data cerapan yang diperolehi. Bab 5 menerangkan kesimpulan yang diperolehi sepanjang kajian ini dijalankan berdasarkan dapatan yang dibincangkan dalam Bab 4. Bab ini juga menerangkan kekangan yang dihadapi sepanjang kajian dijalankan berserta cadangan penambahbaikan untuk kajian lanjutan.