3. METODE. Metode Penelitian. Waktu dan Lokasi Penelitian

Transkripsi

1 3. METODE Metode Penelitian Metode penelitian yang dilakukan menggunakan metode pendekatan sistem. Pendekatan sistem merupakan suatu metodologi pemecahan masalah yang diawali dengan identifikasi serangkaian kebutuhan dan menghasilkan sistem operasi yang efektif. Langkah-langkah yang dilakukan dalam pendekatan sistem meliputi analisa kebutuhan, formulasi permasalahan, identifikasi sistem, dan pemodelan. Pendekatan sistem dicirikan oleh adanya suatu metodologi perencanaan atau pengelolaan, bersifat multidisiplin terorganisir, adanya penggunaan model matematis, berpikir secara kualitatif, optimasi serta dapat diaplikasikan dengan komputer. Pendekatan sistem menggunakan model suatu abstraksi keadaan nyata ataupun penyederhanaan sistem nyata untuk pengkajian suatu masalah. Dalam penelitian ini metode yang digunakan adalah : a. Rancang bangun perangkat lunak untuk membedakan jenis tanaman dengan analisis dimensi fraktal, perangkat lunak penentu kepadatan serangan gulma. b. Rancang bangun alat penyemprot berbasis sensor c. Rancang bangun model pengendalian gulma dengan sensor kamera digital berbasis sistem multi agen. d. Analisa peningkatan kecepatan kerja sistem multi agen dengan komputasi paralel. Waktu dan Lokasi Penelitian Penelitian dilakukan di beberapa tempat sesuai dengan kebutuhan dan ketersediaan peralatan. - Pengembangan sistem aplikasi dan uji coba model dilakukan di Bagian Teknik Bioinformatika, Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Fakultas Teknologi Pertanian IPB. - Perancangan perangkat keras, uji coba aplikator berbasis sensor dan pengamatan tanaman dilakukan di Laboratorim Lapangan Prof. Siswadi Departemen Teknik Mesin dan Biosistem IPB. 45

2 - Pengamatan dan uji coba boom sprayer dilakukan di perkebunan PT Nanco Sejahtera, Sorong Papua. - Pengamatan aplikasi berbasis peta dan penyemprotan presisi pada skala luas dilakukan di perkebunan Fazenda Sao Rafael, Fazenda Santa Branca dan Fazenda Cementes Mutuca di Negara Bagian Parana, Brasil. - Pengamatan tanaman dan gulma untuk penelitian awal dilakukan pada bulan Juli sampai Oktober 2010 di laboratorim lapangan Prof. Siswadi Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Fakultas Teknologi Pertanian IPB. - Rancang bangun sistem pendeteksi tanaman dilakukan pada bulan Agustus sampai Desember 2010 di laboratorium Sistem dan Manajemen Mekanisasi Pertanian, Bagian Teknik Bioinformatika, Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Fakultas Teknologi Pertanian IPB. - Rancang bangun sistem pendeteksi serangan gulma dilakukan pada bulan Agustus sampai Desember 2010 di laboratorium Sistem dan Manajemen Mekanisasi Pertanian, Bagian Teknik Bioinformatika, Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Fakultas Teknologi Pertanian IPB. - Rancang bangun aplikator cairan berbasis PWM (Pulse Width Modulator) dilakukan pada bulan Maret sampai Juni Rancang bangun multi agen dan sistem komputasi paralel dilakukan pada bulan September sampai Desember Bahan dan Alat Bahan yang digunakan dalam penelitian adalah tanaman gulma pada lahan terbuka dan gulma yang tumbuh pada tanaman pokok kacang tanah, jagung dan kedelai. Tanaman kacang tanah dan jagung diamati secara terus menerus mulai dari minggu ke-1 sampai minggu ke-5 setelah tanam. Peralatan yang digunakan adalah berupa aplikator cairan elektrik, kamera digital, aktuator berbasis buka-tutup kran, aktuator PWM untuk rancang bangun dan uji coba VRA berbasis sensor. Pada pengamatan aplikasi penyemprotan di perkebunan besar peralatan yang dipergunakan adalah boom sprayer dengan lebar kerja 12 meter dan 24 meter dengan berbagai tingkat teknologi, mulai dari boom 46

3 sprayer dengan teknologi paling sederhana yang bekerja dengan tenaga pompa dari PTO (Power Take Off) dengan RPM dan satu buah regulator pompa, sampai dengan boom sprayer berteknologi tinggi dengan tenaga penggerak pompa elektrik yang dilengkapi regulator ganda dilengkapi dengan sprayer control, console, GPS, autosteering, dan air assist dan. Peralatan pendukung yang dipergunakan berupa seperangkat komputer jinjing, perangkat lunak pengolah citra, bahasa pemrograman Assembler, C-Sharp dan Visual Basic. Prosedur Penelitian Penelitian ini menitikberatkan aplikasi sistem multi agen yang terintegrasi dengan sistem supervisori pada pertanian presisi berbasis sensor. Studi kasus dilakukan pada penanganan gulma pada suatu lahan untuk memperoleh hasil pertanian yang maksimal, penggunaan input yang minimal, dan mengurangi dampak negatif bagi lingkungan. Pemilihan metode real-time VRA sebagai studi khusus dilatarbelakangi oleh pertimbangan bahwa pertumbuhan gulma di lahan pertanian memerlukan pengendalian yang tepat sesuai dengan kondisi serangan yang terjadi secara real-time, dan pertimbangan bahwa masih terbuka peluang penelitian di bidang ini baik dari segi pendeteksian serangan gulma maupun rancang bangun peralatan aplikator cairan yang digunakan. Berdasarkan formulasi permasalahan yang akan dikaji maka prosedur penelitian dibagi menjadi beberapa sub-penelitian yang menunjang tujuan yang akan dicapai, antara lain : - Pengembangan metode untuk mengidentifikasi jenis tanaman. Penelitian tentang metode untuk mengidentifikasi jenis tanaman dibahas pada Bab 5. - Pengembangan metode untuk menentukan tingkat kepadatan serangan gulma, yang dibahas pada Bab 6. - Rancang bangun bangun sistem penyemprot dibahas pada Bab 7. - Penelitian tentang sistem multi agen dan komputasi paralel dibahas pada Bab 8. - Pengembangan sistem supervisori yang mampu memandu kegiatan off-farm dan on-farm pengendalian gulma dibahas pada Bab 4. Bentuk keterkaitan antar penelitian adalah sebagaimana diilustrasikan pada Gambar

4 Rancang Bangun Sistem Supervisori Sistem Konsultasi (Off Farm) Sistem Kontrol (On Farm) Penentuan Kebutuhan Alat dan Bahan untuk Pengendalian Gulma Perlakuan Seragam Perlakuan Presisi Pengembangan Metode Identifikasi Jenis Tanaman Pengembangan Metode Penentuan Kepadatan Serangan Gulma Rancang Bangun Sistem Penyemprot Berbasis Sensor Sistem Multi Agen dan Komputasi Paralel Gambar 11. Diagram keterkaitan antar penelitian Identifikasi Sistem Identifikasi sistem bertujuan untuk memberikan gambaran terhadap sistem yang dikaji dalam bentuk diagram. Diagram yang digunakan adalah 48

5 diagram lingkar sebab akibat (causal loop diagram, Gambar 12) dan diagram masukan-keluaran (input-output diagram, Gambar 13). Produksi Kualitas Hasil Keuntungan (profit) Serangan Gulma DOSIS Herbisida Biaya Pengendalian Residu dalam tanah Kepadatan Gulma Efisiensi pemberian herbisida Batas Sistem Harga Herbisida Gambar 12. Diagram lingkar sebab-akibat pendekatan precision farming dalam pengendalian Gulma. 49

6 MASUKAN LINGKUNGAN Gulma dan Kondisi Cuaca MASUKAN TIDAK TERKONTROL Penyebaran Gulma MASUKAN TERKONTROL 1. Dosis Herbisida 2. Pilihan alat aplikator 3. Mekanisme aplikasi Pendekatan Real-Time VRA dalam Pemberantasan Gulma. KELUARAN DIKEHENDAKI 1.Lahan bersih dari Gulma. 2.Pertumbuhan tanaman optimal 3.Mengurangi pencemaran lingkungan KELUARAN TIDAK DIKEHENDAKI 1. Biaya tinggi 2. Efisiensi rendah 3. Pencemaran lingkungan SISTEM SUPERVISORI KONTROL Gambar 13. Diagram masukan-keluaran pendekatan precision farming dalam pemberantasan Gulma. 50

7 Rancangan Konfigurasi Peralatan Penyemprot Berbasis Sensor Rancangan konfigurasi peralatan pertanian presisi dengan real-time VRA dalam pemberantasan gulma adalah sebagaimana terlihat pada Gambar 14, yang menggambarkan set-up peralatan pada sebuah tenaga penggerak. Mekanisme kerja dari model adalah mengikuti langkah-langkah berikut : 1. Penentuan luas pengambilan citra 2. Pengambilan data kondisi lahan (citra gulma) 3. Pengolahan citra 4. Klasifikasi tingkat serangan 5. Penentuan dosis aplikasi 6. Pembuatan peta aksi 7. Pengiriman peta aksi ke aktuator 8. Penyemprotan herbisida 9. Kembali ke langkah no.2. Gambar 14. Set-up peralatan penyemprot berbasis sensor kamera 51

8 Unit Sensor dan Pengolah Citra Pemotretan Lahan Pengolahan Citra Pengolahan Citra - Filterisasi - Identifikasi tanaman - Identifikasi kepadatan serangan gulma - Penentuan kelas serangan gulma Mikrokontroler AT89S51 Unit Pengontrol Pengendali Kecepatan Motor DC AT89S51 PWM Kiri PWM Kanan Aktuator Pompa Pompa DC Kiri H-Bridge Kiri H-Bridge Kanan Modul Penggerak Pompa EMS 30 A Pompa DC Kanan Gambar 15. Diagram blok Real-time VRA dengan dua aktuator Sensor Jarak Tempuh Pengambilan Citra Filterisasi Citra Analisa Jenis Tanaman Analisa Kepadatan Serangan Batas serangan gulma Dosis Penyemprotan Penyemprotan sesuai Dosis dan Lokasi Gambar 16. Skenario cara kerja sistem. 52

9 Skenario cara kerja sistem pada kecepatan maju peralatan konstan secara garis besar mengikuti tahapan kerja berikut : - Sensor penentu jarak tempuh membaca jarak yang ditempuh, dan menjadi pemicu kerja kamera untuk menangkap citra lahan dan pemicu kerja dari aktuator penyemprot. - Kamera digital melakukan pengambilan citra lahan. Pada pelaksanaan penelitian proses pengambilan citra lahan dilakukan pada kegiatan penelitian yang terpisah. - Citra yang ditangkap pada memori komputer difilterisasi sesuai kebutuhan. - Citra yang telah difilterisasi mengalami proses analisa jenis tanaman dan analisa kepadatan serangan gulma. - Berdasarkan hasil klasifikasi serangan selanjutnya dilakukan penyemprotan sesuai dosis dan lokasi. Jenis Analisa Peralatan dan model yang dibangun selanjutnya dianalisa dengan cara melakukan pengukuran kinerja. Jenis analisa yang dilakukan antara lain : 1. Analisa kecepatan kerja sistem - Kecepatan kerja tiap agen - Kecepatan sistem pada komputasi sekuensial - Kecepatan sistem pada komputasi secara paralel - Perbandingan hasil pemrosesan citra tunggal dan majemuk 2. Segmentasi serangan gulma dengan metode bertingkat dan Bayes. 3. Analisa bentuk semprotan nozzle tunggal 4. Analisa penyemprotan nozzle ganda 5. Analisa ketepatan lokasi penyemprotan 6. Analisa ketepatan dosis penyemprotan 53