Proof of Concept PUSTEKDATA - LAPAN

Transkripsi

1 PUSTEKDATA - LAPAN Proof of Concept RANCANGAN OPERASI FOTO UDARA LAHAN PERTANIAN DAERAH SUBANG DENGAN KAMERA PERTANIAN TETRACAM ADC MENGGUNAKAN PESAWAT RINGAN LAPAN LSA-01 Ahmad Maryanto, dkk September 2014

2 Pengantar Kapustekdata H a l a m a n 1 14

3 Abstrak Foto udara adalah salah satu teknik perolehan informasi suatu obyek melalui citra atau foto yang diambil dari wahana udara (pesawat udara). Studi ini mempelajari scenario operasi perolehan foto udara, termasuk pengaturan parameter kamera, menggunakan kamera multispektrum TetraCam ADC dengan wahana udara pesawat ringan Lapan LSA-01, agar menghasilkan citra udara yang memenuhi kualifikasi penginderaan jauh, sesuai permintaan pengguna. Studi difokuskan pada kalkulasi lama waktu operasi pemotretan, orientasi lintasan, jarak antar lintasan, dan selang waktu antar pemotretan (take picture), dikaitkan dengan karakteristik dan spesifikasi kamera dan wahana. Hasil studi menunjukkan bahwa untuk luasan = ± 93km x 34km, total waktu efektif yang akan dihabiskan untuk proses pengambilan gambar adalah > 20 jam dengan total gambar yang akan diperoleh tidak kurang dari 9000scene. H a l a m a n 2 14

4 Pendahuluan Latar Belakang Foto udara untuk penginderaan jauh adalah foto yang diambil dari wahana udara dengan cara-cara tertentu agar memenuhi kualifikasi penginderaan jauh, yaitu dapat memberi informasi spektroskopis dan geometris obyek yang difoto dengan tingkat kedetilan tertentu. Untuk memperoleh foto semacam itu dari wahana bergerak, maka perlu pengaturan dan sinkronisasi yang tepat antara kinerja wahana (kinematika gerak wahana), kinerja kamera, dan tingkat pencahayaan yang menerangi obyek (kondisi matahari). Pengaturan ini sangat diperlukan bagi para pihak yang terlibat dalam pelaksanaan proses foto udara agar dapat melakukan optimalisasi dalam menghasilakn foto yang memenuhi kebutuhan pengguna. Penyelenggaraan foto udara lahan pertanian daerah Subang adalah salah satu perwujudan dari kerjasama antara LAPAN (Pustekbang, Pustekdata, Pusfatja) dan Kementrian Pertanian (BBSDLP) yang juga melibatkan beberapa pihak terkait yaitu Kementrian Perhubungan (BBKFP), Kementrian Pertahanan, Lanud Kalijati, dan BIN. Sebagai unit kerja yang membidangi penelitian, pengembangan dan perekayasaan teknologi penginderaan jauh, Pustekdata menjadi pihak yang ditugasi merencanakan dan memberikan panduan teknis proses perolehan foto udara sesuai dengan kaidah-kaidah foto udara untuk penginderaan jauh. Rumusan Masalah - Menetapkan parameter wahana dan kamera agar foto yang dihasilkan tetap tajam, tidak terjadi percampuran piksel, dan tidak saturated (over exposed). - Menetapkan jeda antara dua pengambilan foto yang berturutan agar persyaratan tampalan depan belakang 60% terpenuhi - Menetapkan titik awal dan titik akhir pengambilan gambar pada tiap-tiap lintasan agar tampalan kiri kanan 40% terpenuhi Tujuan dan Sasaran - Tujuan: membuat analisis eksploratif kesesuaian spesifikasi dan kinerja perangkat system akuisisi dengan kebutuhan pengguna - Sasaran: tersedianya data/informasi acuan untuk pengaturan parameter system akuisi dalam pelaksanaan operasi foto udara lahan pertanian daerah Subang menggunakan kamera TetraCamADC dari pesawat ringan LAPAN LSA-01 H a l a m a n 3 14

5 Metodologi Metode - Menghitung ketinggian terbang (h) yang tepat berdasarkan kebutuhan GSD (Ground Sampling Distance), jarak focus lensa, dan dimensi atau ukuran sel detector/piksel pada kamera yang digunakan - Menghitung lebar sapuan kamera arah melintang jalur (GSWx) dari data dimensi dan jumlah piksel pada arah melintang lintasan, jarak focus lensa, dan tinggi terbang wahana untuk menentukan jarak efektif antar lintasan agar memenuhi kebutuhan tampalan kiri-kanan 40% - Menghitung lebar sapuan kamera searah jalur (GSWy) dari data dimensi dan jumlah piksel pada arah melintang lintasan, jarak focus lensa, dan tinggi terbang wahana untuk menentukan jarak efektif antar scene/frame agar memenuhi kebutuhan tampalan depan-belakang 60% - Menghitung waktu singgah detector (dwelltime, td) sebagai referensi penetapan waktu paparan atau waktu integrasi (shutter speed) maksimum agar tidak terjadi percampuran piksel berdasarkan data GSD dan kecepatan pesawat yang dipilih. - Menetapkan waktu integrasi, selang waktu ambil gambar (delay time) yang tepat untuk memperoleh citra akhir sesuai kebutuhan dengan memperhatikan hasil-hasil tes akuisisi pada beberapa kondisi matahari yang harus dilakukan terlebih dahulu. Alat/Bahan - Kalkulator trigonometri bola/aplikasi spreadsheed, - PC - internet/aplikasi peta online (googlemap) Data - Koordinat studi area dan kebutuhan pengguna a. Lokasi Study Area : Subang dan sekitarnya b. Luasan Study Area : (93km x 34km) c. Koordinat Lokasi : A ( BT, 6.20 LS) / ( E, S), B ( BT, 6.31 LS) / ( E, S), C ( BT, 6.58 LS) / ( E, S), D ( BT, 6.50 LS) / ( E, S) d. GSD : 1m (untuk peta dengan skala 1:10.000) e. End lap (el) : 60% f. Side lap (sl) : 40% g. Format file : RAW 8 bit H a l a m a n 4 14

6 - Spesifikasi LSA-01 a. Kecepatan Jelajah (v) : 70 s/d kts b. Tinggi Terbang (h) : 6000 feets c. Daya Jelajah : (4 jam) d. Kapasitas tempat duduk : 2 orang - Spesifikasi teknis kamera TetraCam ADC Npy Npx H a l a m a n 5 14

7 a. Jml piksel pergaris (Npx/Lx) : 2048 / mm b. Jml garis (Npy/Ly) : 1536 / mm c. Ukuran piksel (px x py) : mm x mm d. Jarak focus (f) : 8.5 mm (unchanged) e. Bilangan focus (N) : 4 (unchanged) f. Jarak hiperfokus : 1.82 m (dihitung dengan asumsi batas lingkaran kabur 0.01mm) g. Ukuran file image : 3.07 MB (RAW 8) 6.15 MB (RAW 10) 2.3 MB (DCM10) h. Durasi waktu per siklus acq : 3 sec (RAW8) 4 sec (RAW10) 7 sec (DCM10) Implementasi dan Hasil 1. Menghitung GSD (ground sampling dictance) dan GSW (ground swath) untuk beberapa scenario tinggi terbang (h) py Npx px Npy f Ycam Xcam GSDx = px f x h h Zcam GSWx = Lx f x h GSWy = Ly f x h GSD x GSD y GSWy GSWx No h(feet) h(m) GSDx(m) GSWx(m) GSWy(m) test H a l a m a n 6 14

8 Menghitung waktu singgah (Dwell time, td) berdasarkan tinggi terbang (h) dan kecepatan pesawaat (v) sebagai limit atas waktu exposure (texp) agar citra yang dihasilkan tetap tajam (tidak pudar/kabur) td = GSD v Ketentuan : texp td v (kts) v (kph) td(msec)@h3000feet td(msec)@h5800feet td(msec)@h5900feet td(msec)@h6000feet Kalkulasi selang waktu take picture ( tpic) intra path untuk endlap 60% berdasar tinggi terbang (h) dan kecepatan pesawat (v) untuk sisi pendek kamera sejajar arah terbang (Ly//v) tpic = 40% x GSWy v v (kts) v (kph) tpic(s)@h3000feet tpic(s)@h5800feet tpic(s)@h5900feet tpic(s)@h6000feet Estimasi jumlah scene per path ( scnppath), waktu akuisisi per path (tacqppath) dan jumlah path ( path) yang diperlukan untuk meliput area study seluas P x L dengan P = 93 km dan L = 34 km, untuk tinggi terbang h = 3000 feets, h = 6000 feets, endlap (el) = 60%, sidelap (sl) = 40%, arah terbang//p. P Σscnppath = ΔsP sp = (1 el) x GSWy el dalam % tacqppath = scnppath x tpic H a l a m a n 7 14

9 L Σpath = ΔsL sl = (1 sl)x GSWx sl dalam % GSWx GSWy el sp scn1 scn2 -v v sl sl P GSWy GSWx scnn path1 path2 L pathn [a] Untuk h = 3000 feets (0.91 km) test pra operasi GSD = cm GSWy = 0.53 km el (60%) = 0.32 km sp = 0.21 km scnppath = ~ 442 GSWx = 0.70 km sl (40%) = 0.28 km sl = 0.42 km path = ~ 81 scntot = ~ v (kts) v (kph) tpic (sec) tacqppath (minute) tacqtot (hour) H a l a m a n 8 14

10 [b] Untuk h = 6000 feets (1.83 km) GSD = cm GSWy = 1.05 km el (60%) = 0.63 km sp = 0.42 km scnppath = ~ 221 GSWx = 1.40 km sl (40%) = 0.56 km sl = 0.84 km path = ~ 41 scntot = ~ 9061 v (kts) v (kph) tpic (sec) tacqppath (minute) tacqtot (hour) Saran Scenario Operasi [1] Kelengkapan Peralatan Pesawat LSA-01 LAPAN Sistem Kamera Tetracam ADC Kamera Pembanding opsional Sistem Pengenal Lokasi (GPS) Sistem Pencatatat Sikap Kamera (IMU) opsional [2] Pengaturan Parameter Sistem 1) Pesawat LSA-01 LAPAN Altitude : 6000 feets Speed : 90 kts Bearing/heading : 95 untuk lintasan dari barat ke timur Bearing/heading : 275 untuk lintasan dari tumur ke barat Pola Lintasan : sesuai Gambar dan Tabel Koordinat Titik Start dan Titik Stop Take Picture 2) Kamera Tetracam ADC Mounting : nadir viewing, melintang terhadap arah terbang : Xcam // PitchAxis, Ycam // RollAxis, Zcam // YawAxis H a l a m a n 9 14

11 Xcam Npy Npx Ycam Zcam Capture Method o SaveMode o FixedExposure o ExpTime o ContinuousCapture o ContinuousDelay : RAW8 : ON : 3 msec (based on acq. test results) : ON : 9 sec 3) Kamera Pembanding (opsional) 4) Sistem Pengenal Lokasi (GPS) Selalu ON dan direkam 5) Sistem Pencatatat Sikap Kamera (IMU/opsional) Selalu ON dan direkam H a l a m a n 10 14

12 [3] Koordinat Titik Start dan Titik Stop Take Picture dan Plot Lintasan Pesawat pada peta Google a. Koordinat Titik Start dan Titik Stop Take Picture pada Tiap Lintasan No. SISI BARAT SISI TIMUR Lat Lon Lat Lon S E S E S E S E S E S E S E S E S E S E S E S E S E S E S E S E S E S E S E S E S E S E S E S E S E S E S E S E S E S E S E S E S E S E S E S E S E S E S E S E S E S E

13 S E S E S E S E S E S E S E S E S E S E S E S E S E S E S E S E S E S E S E S E S E S E S E S E S E S E S E S E S E S E S E S E S E S E S E S E S E S E S E S E CATATAN UNTUK PILOT [1] Pasangan titik-titik tersebut merupakan pasangan koordinat titik awal dan akhir pengaturan initial bearing (heading) pesawat o 95 untuk lintasan lintasan dari barat ke timur o 275 untuk lintasan dari timur ke barat [2] Asumsi kecepatan dan arah angin: 0 CATATAN UNTUK OPERATOR KAMERA [1] Pasangan titik-titik tersebut merupakan pasangan koordinat titik START dan STOP take picture [2] Data GPS di sepanjang lintasan tersebut harus direkam [3] Total citra untuk tiap lintasan 238 scenes (dengan asumsi panjang lintasan 100km) H a l a m a n 12 14

14 b. Study area dan lintasan pesawat 41 jarak antar path 840m H a l a m a n 13 14

15 Kesimpulan dan Tindak Lanjut Dengan menerapkan kaidah-kaidah foto udara untuk penginderaan jauh, untuk pemetaan luasan ± (93x34) km2 skala 1:10000 (GSD ~ 70cm) sebagaimana ditentukan oleh pengguna, pemotretan dengan kamera TetraCam ADC menggunakan pesawat LSA-01 LAPAN akan memakan waktu tidak kurang dari 21 jam, untuk memperoleh ± 9061 scene dari ± 41 lintasan yang harus dilalui secara bolak-balik. Mengingat daya jelajah pesawat yang berada pada kisaran 4 jam, durasi akuisisi yang cukup lama seperti itu harus dikonfirmasi kepada semua pihak terkait, baik yang menyangkut teknis operasionalisasi pesawat maupun perijinan dan administrasi.