BAB 4 ANALISIS 4.1 Analisis Prinsip Penggunaan dan Pengolahan TLS 4.2 Analisis Penggunaan TLS Untuk Pemantauan Longsoran

Transkripsi

1 BAB 4 ANALISIS 4.1 Analisis Prinsip Penggunaan dan Pengolahan TLS Dasar dari prinsip kerja TLS sudah dijelaskan di Bab 3, pada pengambilan data dengan TLS, setiap satu kali pengambilan data pada satu tempat berdiri alat dinamakan Scanworld. Setiap pengukuran dengan TLS biasanya menghasilkan lebih dari satu Scanworld, proses untuk menyamakan sistem koordinat dari Scanworld tersebut dinamakan dengan registrasi. Prinsip utama dari registrasi adalah reseksi dan interseksi dimana diperlukan titik sekutu untuk mentransformasi sistem koordinat Scanworld. Tujuh parameter transformasi adalah dx, dy, dz, Skala, Kappa, Phi, Omega. Parameter skala tidak digunakan karena skala dari setiap scanworld adalah sama. Parameter rotasi yang digunakan hanyalah parameter rotasi terhadap sumbu Z yaitu Kappa karena setiap pengambilan data dilakukan dengan kondisi sumbu Z sejajar terhadap garis gaya berat. Dengan demikian arah sumbu Z diasumsikan selalu sama. Parameter unknown untuk transformasi sistem koordinat berjumlah empat yaitu dx, dy, dz, dan Kappa. Satu titik sekutu memiliki tiga komponen koordinat (X, Y, Z) sehingga satu titik sekutu akan menghasilkan tiga persamaan. Dengan demikian diperlukan minimal dua titik sekutu untuk melakukan proses registrasi. Titik sekutu dalam pengukuran TLS menggunakan target (HDS Target), penempatannya harus diatur sedemikian rupa agar terlihat dari minimal dua tempat berdiri alat dan persebarannya merata pada objek yang diukur. 4.2 Analisis Penggunaan TLS Untuk Pemantauan Longsoran Daerah longsoran biasanya memiliki permukaan tanah yang kurang stabil, oleh karena itu untuk pemantauan daerah longsoran sebaiknya dilakukan tanpa melakukan kontak. Namun untuk penggunaan TLS pada pemantauan longsoran, daerah yang luas, berbukit-bukit, dan memiliki banyak vegetasi tidak memungkinkan pengukuran untuk dilakukan dari luar area longsoran, selain itu ketelitian yang dihasilkan akan semakin rendah pada jarak yang semakin jauh. Oleh karena itu untuk pemantauan longsoran pengukuran tetap harus dilakukan di dalam area. 59

2 Untuk melakukan pemantauan area longsoran, dilakukan proses pembandingan antara dua atau lebih model yang dihasilkan dari pengukuran pada waktu yang berbeda. Untuk melakukannya, sistem koordinat dari model-model tersebut haruslah sama. Sistem koordinat yang mudah untuk digunakan dan dipastikan tidak berubah adalah sistem koordinat bumi, oleh karena itu diperlukan titik referensi yang bergeoreferensi sebagai titik sekutu untuk melakukan proses georeferensi terhadap data ukuran dari TLS. 4.3 Analisis Faktor Lingkungan Cahaya yang merupakan medium pengukuran pada TLS dapat dipengaruhi oleh perubahan pada medium perambaannya yaitu udara, selain itu pengaruh faktor lingkungan lain berupa getaran pada alat saat proses pengambilan data berlangsung akan sangat berpengaruh karena sensitivitas dari ukuran sudut yang digunakan oleh TLS. Faktor lingkungan yang dianalisis karena berkaitan dengan penyediaan data pemantauan longsoran adalah: Faktor suhu dan tekanan Faktor kondisi cuaca Faktor getaran dan stabilitas Vegetasi Air 60

3 4.3.1 Analisis Faktor Suhu dan Tekanan Untuk tekanan, selama pengukuran nilai tekanan kurang lebih sama sehingga tidak bisa dilakukan analisis terhadap faktor tekanan. Informasi pada manual untuk Scanstation C10 (Leica Geosystems,2011) menyatakan bahwa The scanner are preset using the ISO standard atmosphere parameter (15 o C, hpa), a difference in temperatureof 10 o C or in air pressure of 35 hpa leads to a scan distance error of 1mm/100m atau dengan kata lain laser scanner akan bekerja secara optimum pada suhu 15 o C dan tekanan sebesar hpa sesuai standar ISO. Perubahan sebesar 10 o C dan tekanan 35 hpa akan menyebabkan error sebesar 1mm pada jarak 100m. Berdasarkan informasi tersebut diasumsikan bahwa perubahan akibat suhu dan tidak akan terlalu berarti, terutama dikarenakan pada tugas akhir ini objek yang dipetakan berada pada jarak maksimal 80m dari setiap tempat berdiri alat. Namun perubahan tekanan apabila tidak dikoreksikan akan menghasilkan pengukuran dengan error yang cukup besar. Suhu pada saat pengambilan data berkisar antar 19 o -30 o C dan tekanan pada 755hPa. Pada kenyataannya alat yang digunakan pada tugas akhir ini yaitu Leica Scanstation C10, alat sudah memiliki sensor suhu dan tekanan didalamnya sehingga kesalahan akibat suhu dan tekanan dapat dikurangi. Namun akan diuji apakah pengoreksian yang dilakukan oleh alat sudah cukup baik. Untuk membandingkan dengan lebih jelas, ketelitian dari setiap target akan dibandingkan pada waktu target discan, suhu dan keadaan cuaca dicatat, berikut tabel perbandingannya. Setiap target discan dari dua scanworld yang berbeda, Temp1 merupakan suhu saat target discan dari scanworld pertama dan Temp2 merupakan suhu saat target discan dari scanworld kedua. 61

4 Tabel 4.1 Data ketelitian target dari station yang berbeda Name ScanWorld Mean Error vector(m) Horizontal Height Error(m) x y z (m) (m) t t t123t t231b t231t t t t t342b t342t t t t452b t452t t t t562b t562t t t t t672b t672t Temp1 ( o C) Temp2 ( o C) Terlihat bahwa pada saat suhu rendah (lebih mendekati 15 o C) secara umum ketelitian yang didapat lebih baik. Sedangkan saat suhu mulai mendekati 30 o C di siang hari, ketelitian berkurang. Khusus untuk 001, ketelitian yang didapat diperkirakan tidak terlalu bagus karena tempat berdiri alat yang berada di pinggir jalan sehingga getaran dari kendaraan yang lewat mempengaruhi hasil scan yang didapat. Dan untuk 007 kondisi cuaca sedang berkabut, keduanya akan dibahas pada sub-bab selanjutnya Karena error semakin besar dengan semakin menjauhnya suhu dari nilai 15 o C, maka dapat disimpulkan bahwa terdapat sedikit kesalahan pada pengoreksian suhu yang dilakukan oleh alat. Untuk mencegahnya dapat dilakukan dua cara yaitu: 62

5 t121 t122 t123t t231b t231t t232 t233 t341 t342b t342t t343 t343 t452b t452t t451 t561 t562b t562t t563 t671 t673 t672b t672t Melakukan pengukuran pada suhu yang lebih mendekati kondisi ideal sebisa mungkin. Memasukkan koreksi suhu dan tekanan secara manual dimana terlebih dahulu diukur dengan menggunakan alat ukur suhu dan tekanan yang lebih akurat Target Error Value (mm) Gambar 4.1 Nilai Error target dalam grafik Gambar 4.2 Nilai error target dalam hubungannya dengan suhu Analisis Faktor Kondisi Cuaca Menurut analisis sebelumnya, suhu yang semakin mendekati 15 o C akan memberikan hasil yang lebih baik, namun pada tabel 4.1 terlihat bahwa station-007 memberikan 63

6 ketelitian yang lebih buruk daripada station lain walaupun suhunya lebih mendekati 15 o C. Hal tersebut dikarenakan saat pengambilan data berlangsung, kabut mulai turun di daerah sekitar tempat berdiri alat dan walupun belum tebal, sudah cukup mempengaruhi ketelitian scan. Tabel 4.2 Perbandingan ketelitian pada kondisi cerah (putih) dan berkabut (abu-abu) Gambar 4.3 Kondisi cuaca saat pengambilan data di Station-007 Untuk kasus dimana hujan turun saat proses scan sedang berlangsung, contoh yang paling baik adalah saat pengukuran titik REFB yang dilakukan setelah proses scan pada station-007 dimana hujan turun cukup deras di lokasi, untuk lebih jelasnya bisa dilihat pada gambar berikut. Pada kedua target tidak terdapat objek apapun diantara target dan scanner 64

7 Gambar 4.4 Contoh noise yang terjadi saat kondisi hujan(atas) dan cerah (bawah) Tanda (+) yang berada di kiri bawah gambar merupakan posisi target dan posisi berdiri alat berada pada bagian kanan atas tepat pada titik 0 grid. Terlihat bahwa sepanjang jalur scan antara scanner dan target terdapat banyak titik-titik yang merupakan noise yang dihasilkan oleh air hujan. Kesimpulan tersebut didapat karena antara posisi scanner dan target tidak terdapat obstruksi apapun dan posisi target berada cukup tinggi diatas tanah.terlihat bahwa pada saat proses scan dilakukan di kondisi cuaca cerah, tidak terdapat noise pada hasil scan target. Berdasarkan hasil analisis kondisi cuaca, maka sebaiknya pengukuran dengan laser scanner dilakukan pada kondisi cuaca yang cerah untuk menghindari berkurangnya ketelitian dan noise pada data Analisis Faktor Getaran dan Kestabilan Dari data target yang ada, terlihat bahwa hasil scan pada station-001 yang dilakukan pada kondisi suhu mendekati ideal memiliki error lebih besar. Getaran yang ditimbulkan oleh kendaraan yang melewati jalan mempengaruhi posisi scanner dimana sempat membuat proses scan terhenti karena scanner berubah posisi 65

8 melewati batas kemampuan dual kompensator. Proses scan baru berhasil pada percobaan ketiga dan terlihat dari tabel bahwa error yang diberikan pun cukup besar. Tabel 4.3 Perbandingan ketelitian pada area stabil (putih) dan banyak guncangan (abu-abu) Hal tersebut menunjukkan bahwa walaupun sudah dilengkapi dual kompensator, pergerakan yang cukup besar dan sering seperti yang dihasilkan kendaraan yang lewat akan mempengaruhi ketelitian pengukuran. Hal tersebut dikarenakan adanya jeda waktu antara peristiwa berubahnya posisi scanner dan koreksi yang dilakukan oleh dual kompensator. Walaupun perubahan pada kemiringan alat hanya dalam hitungan detik (derajat), perubahan tersebut tetap akan memberikan pengaruh pada ketelitian hasil scan. Maka untuk pengukuran yang teliti, sebaiknya tempat beridiri alat dipilih pada lokasi yang stabil dan tidak banyak guncangan dari lingkungan sekitar. Gambar 4.5 Lokasi Station-001 yang dinilai kurang stabil Selain kestabilan alat, kestabilan target juga perlu diperhatikan karena perubahan posisi target akan berpengaruh pada ketelitian yang dihasilkan. Pada pengukuran di 66

9 lahan terbuka, sering kali target perlu diputar agar terlihat dari posisi alat selanjutnya, untuk target yang diletakkan pada tribrach dan memiliki poros putaran seperti HDS target 6 inch, target dapat diputar tanpa merubah posisi. Pada twin pole target, apabila target miring sedikit saja terhadap garis normal, maka saat target diputar akan terjadi perubahan posisi. Gambar 4.6 Poros putaran pada HDS Target 6 inch Seperti terlihat pada gambar 4.5, pada target dengan jenis HDS Target 6 inch, poros putaran dapat diputar tanpa merubah posisi target itu sendiri karena letaknya titik tengah target berimpit dengan poros putaran. Dengan demikian, kesalahan yang terjadi akibat perubahan posisi target dapat diminimalkan. Gambar 4.7 Poros putaran pada Twinpole target 67

10 Pada Twinpole target seperti pada gambar diatas, poros putaran berada pada bagian bawah dari tiang penyangga target sehingga target hanya akan terputar tanpa berubah posisi apabila target diletakkan secara tegak lurus sempurna terhadap bidang gaya berat. Jika tidak, maka saat target diputar, posisi akan berubah dari posisi awalnya, walaupun kecil, perubahan ini dapat berpengaruh pada keseluruhan hasil scan karena target digunakan dalam proses registrasi Analisis Faktor Vegetasi Hasil yang diberikan oleh laser scanner sangat bergantung pada jenis permukaan targetnya. Pada tugas akhir ini, sebagian dari permukaan tanah di lokasi studi ditutupi oleh vegetasi yang lebat, untuk kasus tersebut scanner tidak dapat memberikan data permukaan tanah dengan tepat sehingga area tersebut lebih baik dihapuskan dari point clouds. Untuk area dengan vegetasi rumput yang pendek dimana masih ada bagian dari permukaan tanah yang ikut ter-scan, data yang didapatkan masih cukup baik dan relevan. Untuk permukaan tanah yang tidak ditumbuhi vegetasi sama sekali, data yang dihasilkan sangat baik dan geometrinya benar-benar mendekati bentuk aslinya. Selain vegetasi yang lebat, pepohonan yang terlalu rapat juga terbukti akan mengurangi keefektifan laser scanner karena menghalangi pulsa laser yang ditembakkan sehingga diperlukan pengambilan data dari sisi lain seperti yang terlihat pada gambar berikut. Gambar 4.8 Contoh area terhalang vegetasi 68

11 Dari pembagian intensitas hasil scan untuk daerah studi kasus, bisa didapat peta landuse karena nilai intensitas yang akan semakin besar apabila terdapat banyak vegetasi di suatu area. Pembagian intensitas adalah untuk nilai intensitas lebih besar dari dan lebih kecil dari Hasil pembagiannya dapat dilihat pada gambar berikut. Gambar 4.9 Intensitas >0.205 (kiri) dan intensitas <0.205 (kanan) Selanjutnya kedua peta intensitas tersebut di overlay untuk menghasilkan peta yang menampilkan landuse dari faktor vegetasi sehingga dapat terlihat mana area yang bervegatasi lebat dan jarang. Hasil overlay dapat dilihat pada gambar berikut. 69

12 Gambar 4.10 Overlay peta intensitas Dari hasil overlay dapat dibedakan mana daerah yang memiliki banyak vegetasi (merah) dan daerah yang tidak terlalu banyak vegetasi (hijau-biru) karena intensitas pantulan yang rendah. Persebaran landuse sangat berpengaruh pada TLS karena ketelitian dari pengukuran dapat dianggap kruang baik untuk daerah yang memiliki vegetasi yang lebat dan cukup baik untuk daerah yang vegetasinya tidak terlalu lebat. Untuk pencegahan bencana longsoran pun, data ini dapat digunakan sehingga dapat dilihat mana daerah yang akan menimbulkan kerugian lebih ebsar apabila terkena longsoran Analisis Faktor Air Pulsa sinar laser yang melewati medium air akan diteruskan atau dipantulkan dengan intensitas rendah pada sudut tertentu, oleh karena itu adanya perairan akan mengganggu pengukuran yang bertujuan untuk penyediaan data pemantauan longsoran. Data permukaan tanah yang didapatkan menjadi kurang akurat pada daerah yang memiliki aliran atau genangan air diatasnya. 70

13 Gambar 4.11 Titik-titik yang dihasilkan pada area berair Dari hasil sampling intensitas pada points cloud, didapatkan bahwa intensitas pantulan pada permukaan air tidak melebihi 0.05, sehingga apabila dilakukan intensity cut pada area berair, noise yang ditimbulkan karena pantulan dari permukaan air dapat dihilangkan. Dapat dilihat juga pada gambar 4.9 bahwa intensitas pantulan pada daerah berair tergolong rendah. Penulis menganggap data pada area berair lebih baik dihilangkan karena pulsa laser yang melewati air akan terbias dan mengalami perubahan kecepatan rambat sehingga apabila dipantulkan balik dan dibaca oleh scanner, akan memberikan data ukuran yang salah. Pemantulan hanya akan terjadi apabila permukaan tanah dibawah air cukup rendah, pada perairan yang cukup dalam, energi pulsa laser akan diserap oleh air sehingga energi pantulan akan menjadi lemah atau tidak dapat dipantulkan sama sekali oleh dasar perairan. 71

14 4.3.6 Analisis faktor warna objek Informasi dari parbikan menyatakan bahwa sinar laser yang digunakan pada Leica Scanstation C10 berwarna hijau dan akan diserap oleh objek yang berwarna merah. Pada pengukuran yang dilakukan di tugas akhir ini, hal tersebut dibuktikaan dari salah satu hasil pengukuran yang bisa dilihat pada gambar berikut. Gambar 4.12 Contoh objek berwarna merah (sebagian dari BTS) yang tidak terscan Objek yang discan pada gambar tersebut adalah sebuah menara BTS yang dicat dengan warna merah dan putih, pada gambar terlihat bahwa sebagian dari menara tersebut tidak terscan karena bagian tersebut berwarna merah. Efek dari warna merah adalah menyerap sebagian besar energi dari warna hijau sehingga pantulannya lemah atau tidak ada sama sekali, karena itulah scanner tidak dapat mendeteksi pantulan pada bagian yang berwarna merah. 4.4 Analisis Hasil Nilai ketelitian dari point clouds bisa dilihat dari ketelitian target yang digunakan untuk registrasi karena penempatan suatu titik pada suatu point clouds bergantung pada target yang digunakan. Ketelitian yang diperlukan dari hasil berbeda-beda untuk seiap lokasi, pada lokasi studi tugas akhir ini yang memiliki longsoran dengan kecepatan lambat, diperlukan ketelitian dalam fraksi millimeter untuk mendeteksi pergerakan tanah yang terjadi. Dari hasil pengolahan data didapatkan : ketelitian pengukuran yang dihasilkan oleh TLS sebesar ±4mm ketelitian titik referensi sebesar ± 1mm. 72

15 Untuk mencari perubahan permukaan tanah dengan membandingkan satu model dengan model yang diambil pada waktu yang berbeda, nilai ketelitian harus diperhitungkan agar dapat dibedakan mana yang merupakan perubahan permukaan tanah dan mana yang merupakan kesalahan dari perhitungan dan pengolahan data. Tabel 4.4 Nilai error titik referensi Titik Error (mm) X Y Z REFA 0.5 mm 1 mm 0.4 mm GPS3 0.4 mm 0.8 mm 0.3 mm Ketelitian titik referensi sangat penting pada penyediaan data pemantauan longsoran dengan TLS. Karena bisa dikatakan bahwa pusat koordinat dari model yang dihasilkan adalah titik referensi yang digunakan. Hasil akhir dari pengolahan data pengukuran dalah model permukaan tanah yang bergeoreferensi dari area longsoran yang dipantau. Model 3D yang dihasilkan dapat dilihat pada gambar berikut. Gambar 4.13 Hasil akhir pengukuran TLS berupa model permukaan 3D Untuk membandingkan hasil pengolahan dengan cara manual dan dengan fungsi find ground pada perangkat lunak Cyclone II Topo, maka kedua model hasil dibandingkan dengan menggunakan perangkat lunak Geomagic Qualify. Hasilnya dapat dilihat pada gambar

16 Gambar 4.14 Deviasi model filter manual dan otomatis Hasil dari proses filtering manual dijadikan nilai dasar / referensi pada proses perbandingan ini. Tingkat deviasi ditampilkan dalam bentuk gradasi warna, sedangkan untuk area berwarna abu-abu adalah area yang tidak tercakup oleh model hasil filtering otomatis. Dari hasil perbandingan, terlihat banyak bagian yang dihapuskan apabila digunakan fungsi filtering secara otomatis. Selain itu nilai deviasi sebesar 49 cm pada 98% area merupakan nilai yang cukup besar sehingga dapat disimpulkan bahwa fungsi filtering otomatis kurang baik apabila digunakan pada area yang tidak rata seperti pada area studi kasus. Untuk validasi terhadap hasil pengukuran, ditempatkan satu titik GPS dengan nama REFB di ujung selatan area longsoran, titik referensi sendiri berada pada ujung utara dari area longsoran. Nilai koordinat dari titik kontrol tersebut dari hasil pengukuran GPS dapat dilihat pada tabel berikut. Tabel 4.5 Nilai Koordinat REFB hasil pengukuran GPS REFB Geosentrik X(m) Y(m) Z(m) GPS UTM48S Easting(m) Northing(m) Elevation(m)

17 Sedangkan nilai koordinat titik kontrol tersebut dari hasil pengukuran TLS adalah: Gambar 4.14 Nilai koordinat REFB hasil pengukurantls Tabel4.6 Nilai Koordinat REFB hasil pengukuran TLS REFB UTM48S Easting(m) Northing(m) Elevation(m) TLS Setelah dibandingkan, nilai koordinat hasil pengukuran GPS dan TLS hanya memiliki selisih dalam fraksi milimeter, maka nilai koordinat tersebut dapat digunakan sebagai alat validasi dari ketelitian pengukuran sebesar 4mm yang dilaporkan oleh perngkat lunak pengolahan dan juga sebagai validasi dari relevansi model yang dibuat. Koordinat titik A GPS Koordinat titik A TLS Samakan Sistem Koordinat Bandingkan Nilai Koordinat Cek perbedaan nilai koordinat dengan nilai error global points cloud Pengukuran kurang baik Lebih besar Lebih Kecil / sama Pengukuran cukup baik Gambar 4.11 Alur kerja validasi data dengan GPS Berdasarkan hasil analisis, dapat disimpulkan bahwa keuntungan dan kekurangan laser scanner dalam penyediaan data pemantauan longsoran adalah: 75

18 Kelebihan: 1. Pengukuran tanpa kontak langsung dengan kecepatan tinggi ( titik/detik) dan yang menghasilkan data dengan kerapatan tinggi (maksimal 1mm) dengan geometri yang mendekati keadaan aslinya. 2. Kemudahan untuk mengintegrasikan data dengan data sebelumnya apabila data sudah mengacu pada sistem koordinat tertentu sehingga dapat dibandingkan deviasi dari dua atau lebih hasil pengukuran untuk mencari perubahan pada posisi permukaan tanah. 3. Hasil berupa Digital Terrain Model. Setelah melalui proses filtering dapat dijadikan Digital Surface Model. Akurasi model dapat ditentukan saat pembuatan model dimana model dengan deviasi yang lebih rendah daripada data aslinya akan membutuhkan waktu proses yang lebih lama dan perangkat keras komputer yang lebih baik. 4. Konsistensi data dan cakupan yang lengkap dari daerah yang dipetakan sehingga memperluas cakupan penggunaan data pengukuran karena objekobjek lain di daerah pengukuran juga ikut terekam dalam data pengukuran. Kekurangan: 1. TLS sangat terpengaruh oleh kondisi cuaca dan kestabilan posisi scanner. Proses scan tidak dapat dilakukan pada kondisi hujan atau berkabut karena mengakibatkan ketelitian data menurun dan terdapat banyak noise pada points cloud. Perubahan suhu juga berpengaruh terhadap ketelitian data dimana semakin jauh suhu pengukuran dari suhu ideal 15 o C, maka ketelitian semakin menurun. Getaran dari lingkungan sekitar yang melebihi toleransi akan menggagalkan proses scan, walaupun scan berhasil, ketelitian yang dihasilkan akan berkurang. 2. Untuk daerah bervegetasi, perlu dilakukan proses filtering untuk mencari permukaan tanah yang merupakan objek utama dalam penyediaan data pemantauan longsoran. Sedangkan untuk daerah yang tertutup bangunan atau konstruksi lainnya, harus diinterpolasi dari data permukaan tanah di sekitarnya. 76

19 3. Untuk mendapatkan data dari keseluruhan objek yang diinginkan, perlu dilakukan banyak scan dari posisi yang berbeda terutama apabila sudut pandang scanner terhadap objek terhalang oleh obstruksi. 4. Akurasi keseluruhan data bergantung pada akurasi dari titik sekutu berupa target yang digunakan dalam proses registrasi. Semakin baik akurasi target yang digunakan untuk registrasi maka semakin baik pula akurasi points cloud 5. Karena laser yang digunakan berwarna hijau, maka objek berwarna merah akan sulit dipetakan karena warna merah menyerap warna hijau sehingga pulsa sinar laser yang dipantulkan memiliki energi yang lemah dan sulit dideteksi oleh scanner 77