Tempat dan Waktu
Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Ergotron Departemen Teknik Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian Institut Pertanian Bogor, dan di greenhouse PT Saung Mirwan, kecamatan Megamendung, kabupaten Bogor, mulai April 2002 sampai dengan Agustus 2005.
Bahan dan Alat
Bahan yang digunakan adalah: 1) benih ketimun mini (Cucumis sativus L. Var. Marla), 2) larutan nutrisi berupa campuran Ca(NO3)4, Urea, FeEDTA 13%,
K2SO4, KHPO4, MgSO4, MnSO4, ZnSO4, borax, dan CuSO4, dan 3) media tanam
arang sekam.
Alat yang digunakan: 1) kantong plastik (poly bag) 2) tali ajir, 3) jangka sorong-tipe: SK, karton putih, 4) karton merah, 5) plastik, 6) mistar-ukuran 30 cm, 7) baki air, 8) camera digital-tipe/model: N50CE/DSC-P31, 9) Multi points recorder-tipe/model:T -50 sd 150 oC/3038, 10) pyranometer- model:Ms-401, 11) gelas ukur-ukuran 1000 ml, 12) pengukur pH/EC/TDS - model:HI9812 13) anemometer- model: Lutron AM-4204HA, 14) interface PCL 812 PG,15) bahasa pemrograman Delphi 5.0, 16) perangkat lunak sistem operasi Windows XP, 17) satu set komputer PC dengan spesifikasi CPU Pentium (R) 4, memori RAM 512 MB dan hardisk 40 GB, 18) psycrometric chart, 19) kaca pembesar, dan 20) unit rumah tanaman (greenhouse) yang dilengkapi dengan jaringan irigasi tetes. Adapun fungsi dan lokasi penggunaan bahan dan alat dapat dilihat pada Tabel 2.
Prosedur Kerja
Diagram alir prosedur kerja dalam penelitian ini dapat dilihat pada Gambar 25. Pada diagram alir terlihat untuk tahapan yang belum siap atau masih ada yang perlu ditambahkan dapat dirunut ke belakang sesuai dengan arah diagram alirnya.
Tabel 2 Fungsi dan lokasi penggunaan bahan dan alat
No. Bahan dan Alat Fungsi Lokasi Penggunaan
1. Benih ketimun mini Tanaman Saung Mirwan
2. Ca(NO3)4, Urea, FeEDTA
13%, K2SO4, KHPO4,
MgSO4, MnSO4, ZnSO4,
borax, dan CuSO4
Bahan campuran larutan nutrisi yang diberikan kepada tanaman
sda
3. Arang sekam Media tanaman sda
4. Kantong plastik (poly bag) Wadah arang sekam sda
5. Tali ajir, Agar pertumbuhan
tanaman merambat lurus
sda
6. Jangka sorong Mengukur diameter
batang
sda
7. Plastik dan karton manila Pengaturan objek tuntun
dan sasaran untuk perekaman citra kanopi
sda
8. Baki air Menampung larutan
nutrisi
sda
9. Kamera digital Merekam citra kanopi sda
10. Multi points recorder Merekam suhu bola basah
dan suhu bola kering udara
sda
11. Pyranometer Mengukur iradiasi sda
12. Gelas ukur Mengukur larutan nutrisi sda
13. Pengukur pH/EC/TDS Mengukur pH dan
konduktivitas elektrik
sda
14. Anemometer Mengukur kecepatan
angin
sda
15. Unit rumah tanaman Tempat melakukan
eksperimen
sda 16. Kelengkapan teknologi
irigasi tetes
Sistem pemberian nutrisi ke tanaman
sda
17. Satu set komputer PC Desain SKALB,
membangun perangkat lunak dan model, pengolahan data, dan simulasi
sda
18. Iinterface PCL 812 PG Akuisisi data dan kontrol Lab Ergotrons IPB
19. Perangkat lunak Windows XP, dan Delphi 5.0
Sistem operasi dan bahasa pemrograman
sda
20 Psycrometric chart Menentukan kelembaban sda
21. Kaca pembesar Membaca psycrometric
chart
50
Gambar 25 Diagram alir prosedur kerja
Belum Ya Ya Ya Belum Belum Ya Belum H a s i l
Desain sistem kontrol adaptif lingkungan-biologik
Mulai
Siap?
Selesai
Struktur sistem kontrol adaptif lingkungan-biologik
Bangun perangkat lunak; dan model pindah panas & massa
Siap?
Eksperimen di lapangan dan pengamatan
Pengolahan data
Cukup
Prototipe perangkat lunak sistem kontrol adaptif
lingkungan-biologik Real time
Pengolahan citra Penentuan acuan optimal
Penentuan parameter optimal kontrol
Simulasi sistem kontrol adaptif
Data: RH & suhu lingkungan-biologik, RH, suhu & iradiasi lingkungan, volume nutrisi yang diberikan, limpasan, citra kanopi tanaman, diameter batang, dan lain-lain
Model tanaman
Optimasi lingkungan optimal (acuan optimal) Model lingkungan-biologik
Optimasi parameter kontrol optimal Fuzi, PID, P, PI, & PD
Simulasi sistem kontrol adaptif lingkungan-biologik Model suhu dan kelembaban
Rumusan masalah dan pemecahan Siap?
Setelah merancang arsitektur sistem kontrol adaptif lingkungan-biologik dan antarmuka perangkat lunak yang secara garis besar meliputi menu utama, real time, pengolahan citra, identifikasi JST, optimasi algoritma genetika (penentuan acuan optimal dan penentuan optimal parameter kontrol), dan simulasi sistem kontrol optimal lingkungan-biologik, dilanjutkan dengan menginstal antarmuka perangkat keras PCL 812 PG dan bahasa pemrograman Delphi 5.0 ke komputer.
Setelah itu dilanjutkan dengan membangun perangkat lunak sistem kontrol adaptif lingkungan-biologik dan model suhu dan kelembaban untuk single-span greenhouse. Perangkat lunak yang dibangun mencakup subsistem kebutuhan aplikasi real time, pengolahan citra (image processing), penentuan acuan optimal (optimal setpoint setting), penentuan parameter optimal kontrol (control optimal parameter setting), dan simulasi sistem kontrol.
Persamaan diferensial suhu dan kelembaban pada single-span greenhouse disusun untuk menduga perubahan suhu dan kelembaban lingkungan-biologik (lingk ungan disekitar tanaman yang diasumsikan akan berpengaruh kepada produk yang diharapkan), dipecahkan dengan metode beda hingga (finite difference) Euler skema implisit diselesaikan secara simultan dengan metode Gaus Jordan.
Setelah mendesain sistem kontrol adaptif lingkungan-biologik, serta membangun perangkat lunak dan model suhu dan kelembaban, dilanjutkan dengan tahapan aplikasi parsial, eksperimen di lapanga n dan pengamatan; dan pengolahan data. Adapun penjelasan ketiga tahapan tersebut diuraikan berikut ini.
Perumusan Aplikasi
Di rumah tanaman PT Saung Mirwan, masa tanam ketimun mini mulai dari semai sampai panen terakhir mengikuti jadwal berikut: minggu I adalah waktu semai; minggu II dan III adalah fase pertumbuhan vegetatif; minggu IV dan V adalah fase pertumbuhan generatif; minggu VI-XII adalah masa panen; dan minggu XIII masa bongkar untuk mempersiapkan masa tanam selanjutnya.
Salah satu hal ya ng masih menjadi masalah adalah masih rendahnya produksi ketimun mini dari yang direkomendasikan. Adapun upaya untuk meminimalkan pengaruh lingkungan, ketimun mini, ditanam secara hidroponik di
52
dalam rumah tanaman. Karena kondisi nutrisi dan lingkungan relatif terpenuhi, tidak jarang pertumbuhan vegetatif tanaman ini berlebihan dan hal ini diperkirakan menjadi penghambat pertumbuhan reproduktif (pembungaan dan pembuahan) atau dengan kata lain produksi menjadi rendah. Yang perlu diupayakan adalah pengontrolan optimal pada fase vegetatif ini. Hal ini tidak saja bermanfaat untuk meningkatkan produksi tapi juga untuk menghindari pemberian nutrisi yang berlebihan yang akhirnya tidak menguntungkan secara ekonomis dan juga akan merusak lingkungan.
Seperti diketahui, salah satu indikator yang biasanya digunakan untuk memprediksi fase reproduktif adalah rasio berat kering batang dan berat kering akar, semakin kecil nilai rasio ini semakin baik. Hal ini karena makin besar pertumbuhan batang akan mengakibatkan proses pembungaan yang buruk
Namun demikian, pengukuran pertumbuhan daun lebih mudah daripada akar dan makin luas pertumbuhan daun akan meningkatkan produksi fotosintesis daun. Morimoto dan Hashimoto (1998) melakukan pengukuran daun dan diameter batang, dan menggunakan rasio panjang daun-diameter batang tersebut sebagai indikator peramalan fase reproduktif, makin tinggi nilai rasio ini makin baik. Mungkin yang lebih baik bukan panjang daun tetapi luas kanopi (bukan luas daun) karena tidak selalu daun yang panjang mempunyai luasan yang lebih besar daripada daun pendek, tergantung dimensi lainnya, apalagi tidak semua daun pada posisi optimal dalam penerimaan cahaya matahari. Hal ini akan berimplikasi pada produktivitas fotosintesa.
Sehubungan dengan hal di atas, indikator peramalan fase reproduktif yang digunakan pada penelitian ini adalah rasio luas kanopi-diameter batang. Hal ini mempertimbangkan bahwa sebagian besar cahaya matahari yang mengenai tanaman adalah daun bagian atas, selain itu pengukuran luas kanopi dan diameter batang tidak merusak tanaman. Pengukuran kanopi dilakukan dengan cara mengambil citra dari atas kanopi menggunakan kamera lalu diproses dengan komputer (image processing) untuk mengetahui luas kanopinya. Hal ini memungkinkan, terutama untuk tanaman sayuran yang kanopinya tidak terlalu luas, seperti pada ketimun mini ini. Makin besar nilai rasio luas kanopi-diameter
batang (rasio kanopi diameter) akan menghasilkan pertumbuhan reproduktif yang makin baik, yaitu buah yang memenuhi standar makin banyak atau berat.
Dalam aplikasi ini, pengontrolan lingkungan optimal diharapkan tidak hanya produksi tanaman ketimun mini yang tinggi yang direpresentasikan oleh rasio kanopi-diameter yang maksimum tetapi juga nutrisi yang hilang ditekan seminimum mungkin.
Eksperimen di Lapangan dan Pengamatan
Eksperimen di Lapangan. Rancangan eksperimen di lapangan ditentukan berdasarkan bukaan penetes (regulator stick) yang menjadi penghubung antara larutan nutrisi yang dialirkan dari tangki (Gambar 30) dengan
media tumbuh tanaman dan ditentukan sebanyak 9 perlakuan (disesuaikan untuk
pengolahan dengan JST). Adapun pendekatan perlakuan teoritis dan perlakuan
efektif di lapangan, masing- masing dapat dilihat pada Gambar 26 dan 27. Skema
dan tata letak perlakuan tanaman di lapangan, berturut-turut dapat dilihat pada
Gambar 28 dan 29. Pendekatan teoritis perlakuan mempertimbangkan kondisi
bukaan penetes yang biasa dilakukan setempat dan disesuaikan dengan kebutuhan
model JST respon dinamik yang akan dikembangkan, yaitu 120 pasang data-
terdiri delapan pola untuk kebutuhan pembelajaran (training) dan lima belas pasang data-terdiri satu pola untuk validasi. Pendekatan teoritis seperti Gambar
54
Tabel 3 Perlakuan berdasarkan pendekatan teoritis dan pola
Bukaan penetes (%), hari ke-
Perlakuan 1-5 6-10 11-15 Pola 1 70 70 70 1 2 50 50 50 2 3 30 30 30 3 4 70 50 70 4 5 50 30 50 5 6 30 70 30 6 7 70 30 70 7 8 50 70 50 8 9 30 50 30 9
Untuk memenuhi perlakuan di atas, tata letak beberapa perlakuan tanaman di rumah kaca pada hari ke-6 sampai ke-10 dilakukan pemindahan tempat dan pada hari ke-11 dikembalikan ke tempat semula. Adapun beberapa perlakuan yang dipindahkan adalah perlakuan 4 ke ke tempat perlakuan 5; perlakuan 5 ke tempat perlakuan 6; perlakuan 6 ke tempat perlakuan 4; perlakuan 7 ke tempat perlakuan 9; perlakuan 8 ke tempat perlakuan 7; dan perlakuan 9 ke tempat perlakuan 8.
Pengaturan tata letak perlakuan di lapangan dibuat sedemikan rupa karena mempertimbangkan kesulitan dalam mengatur keseragaman debit penetes pada pipa lateral. Dengan cara demikian efektifitas perlakuan mendekati yang diharapkan, hal ini dapat dilihat antara Gambar 26 dan 27 tidak terjadi perbedaan yang yang signifikan.
Persiapan Tanam. Benih dengan daya tumbuh 85-95% disemai di media arang sekam yang dimasukan ke dalam pot plastik kecil dan ditekan dengan menggunakan jari telunjuk berkisar 0,5–1 cm dengan posisi tegak lurus dan titik tumbuhnya berada di bawah kemudian disiram dengan air secukupnya. Karena pada waktu penyemaian dalam kondisi mendung penyiraman dilakukan 1-2 kali. Kelembaban dijaga sekitar 90-95% dengan suhu sekitar 25 oC. Penyiraman dilakukan dengan kaleng gembor pada jarak sekitar 30 cm dari media.
Pengendalian hama dan penyakit dilakukan dengan menyemprotkan pestisida setengah dari dosis tanaman dewasa. Perlakuan yang demikian diharapkan perkecambahan dapat berlangsung baik.
Sebelum tanaman di pindahkan ke polibag yang diletakkan di lantai rumah kaca, lantai rumah kaca disapu, disikat dengan deterjen dan disemprot dengan air. Demikian juga dengan peralatan irigasi, seperti selang lateral dan penetes, direndam 1-2 jam dan dialiri ke dalam larutan asam nitrat tiga persen dengan konsentrasi 40 cc per liter. Dengan cara demikian diharapkan sisa tanaman, kotoran, genangan air, lumut, dan endapan garam nutrisi tidak ada lagi dan kemungkinan serangan penyakit selama masa tanaman telah diminimalkan.
Penanaman. Media sekam di polibag, sebelum ditanami bibit, terlebih dahulu disiram dengan larutan nutrisi pekat sebagai pupuk dasar. Hal ini bertujuan agar bibit yang dipindahkan tidak mengalami stres, mudah beradaptasi, dan akan mudah merangsang pertumbuhan akar tanaman.
Arang sekam di wadahi polibag berwarna putih; dilobangi dibagian samping bawah melingkar, sekitar 2 cm dari bagian bawah, teridiri dua baris dengan diameter 5 mm dan jarak antar lobang 2 cm. Adapun dimensi media, tinggi 18 cm, lebar 18, dan panjang 25 cm.
Polibag yang telah dilubangi sedalam 5-10 cm, dimasuki bibit ketimun mini yang sebelumnya telah dicabut dari pot penyemaian dan ditutupi kembali. Kemudian penetes (drip irigasi) ditempatkan disekitar tanaman.
Pemeliharaan. Pendistribusian nutrisi dilakukan dengan sistem irigasi tetes, lama pemberian larutan nutrisi untuk satu kali aplikasi 8-10 menit dan frekuensi pemberian rata-rata 10 kali per hari, tergantung cuaca. Pendistribusian larutan nutrisi dimulai pukul 07.00 sampai pukul 15.00. Electrical conductivity (EC) dipertahankan 2-3 mS (milisemen) per cm, sedangkan pH 5,5-6,5. Nilai EC yang tinggi menunjukkan terjadinya penggaraman dan diatasi dengan pemberian larutan nutrisi 10-30%.
56
Gambar 26 Skema pendekatan perlakuan teoritis
0 50 100 0 5 Hari ke- 10 15 Bukaan penetes (%) Perlakuan 1 Perlakuan 2 Perlakuan 3 Perlakuan 4 Perlakuan 5 Perlakuan 6 Perlakuan 7 Perlakuan 8 Perlakuan 9 70 30 Terbuka Tertutup 100 70 50 30 Tertutup
Gambar 27 Perlakuan efektif di lapangan 0
50 100
0 5 Hari ke- 10 15
Bukaan penetes nutrisi (%)
Perlakuan 1 Perlakuan 2 Perlakuan 3 Perlakuan 4 Perlakuan 5 Perlakuan 6 Perlakuan 7 Perlakuan 8 Perlakuan 9 Terbuka Tertutup 70 30
58
Gambar 28 Skema tata letak perlakuan tanaman di rumah tanaman
Baki dengan tanaman (BT)
Penetes
Perlakuan 1 Perlakuan 2 Perlakuan 3
Perlakuan 4 Perlakuan 5 Perlakuan 6
Perlakuan 7 Perlakuan 8 Perlakuan 9
Baki kosong (BK) Pipa utama Pipa lateral
Pemasangan tali ajir dengan benang kasur (agar tidak melukai tanaman) pada kawat yang membentang ditengah-tengah rumah kaca dan dilakukan pada tanaman berumur seminggu. Tali ajir yang dipasang sedemikian rupa adalah untuk membantu pertumbuhan tanaman agar merambat lurus ke atas sehingga mempermudah pemeliharaan tanaman.
Pemutaran tali ajir dilakukan dua hari sekali dengan arah putaran searah jarum jam. Tiga minggu kemudian dilakukan pemindahan tali ajir setinggi 5-6 ruas di atas ikatan semula dengan maksud agar tali tetap kencang dan memberi giliran batang bawah tumbuh bebas tanpa terhalang ikatan tali.
Pewiwilan pada tanaman berumur dua minggu dimaksudkan untuk membuang sulur, cabang, atau tunas samping agar tidak terjadi persaingan dengan tunas yang berpotensi menjadi buah yang baik. Sebelum dilakukan pewiwilan jari tangan dicelupkan kedalam larutan susu agar luka akibat pewiwilan cepat sembuh. Dengan dilakukan pewiwilan ini berarti fase vegetatif tanaman timun diakhiri dan dikonsentrasikan pada fase generatif agar buah tanaman yang dihasilkan baik.
Pembuangan sulur dilakukan setiap dua hari sekali. Pembuangan tunas dilakukan pada tiga cabang pertama. Karena ketiga cabang tersebut terlalu dekat dengan media, dan dikhawatirkan buah yang dihasilkan jelek. Cabang ke-4 dan 5 dipelihara dua daun dan dua bakal buah. Cabang ke-6 dan seterusnya dipelihara tiga daun dan tiga bakal buah. Tujuan pembuangan tunas cabang adalah agar energi fotosintesis dapat dimaksimalkan untuk pembesaran buah bukan untuk pertumbuhan cabang.
Bersamaan dengan pewiwilan juga dilakukan perompesan. Perompesan adalah pemangkasan daun tanaman yang terkena hama atau penyakit atau daun- daun tua yang tidak berproduktif lagi. Sedangkan pengendalian hama penyakit disesuaikan dengan kebutuhan di lapangan.
Pengamatan. Data pengamatan yang dikumpulkan selama lima belas hari (fase vegetatif tanaman ketimun mini), mencakup volume nutrisi yang diberikan,
outflow (nutrisi yang hilang), luas kanopi, diame ter batang; suhu, kelembaban dan iradiasi lingkungan-biologik (disekitar tanaman), serta suhu dan kelembaban
60
lingkungan di luar rumah kaca. Selain data utama tersebut, juga dikumpulkan
data penunjang, seperti pH dan EC untuk larutan nutrisi yang diberikan dan
limpasan, kecepatan angin, serta data untuk kebutuhan persamaan pindah panas
dan masa yang dibangun.
Volume Nutrisi. Volume nutrisi yang diberikan untuk tiap tanaman per hari diukur dengan cara memindahkan air yang tertampung dalam baki kosong (BK) ke dalam gelas ukur. Hal yang sama dilakukan untuk mengukur limpasan, tetapi larutan nutrisi yang dimasukan ke gelas ukur berasal dari baki yang ada tanaman (BT). Persentase bukaan penetes antara BT dan BK sama untuk setiap perlakuan. Pengukuran dilakukan sore hari, pukul 16.00.
Luas Kanopi. Pengertian kanopi disini adalah objek bagian atas tanaman timun (meliputi daun dan tangkai daun) yang terekam oleh kamera dimana posisi pengambilannya dengan kamera relatif tegak lurus. Kanopi yang direkam dengan cara ini menganalogkan penerimaan kanopi terhadap cahaya matahari. Bagian daun atau tangkai tanaman yang tidak terekam berarti kontribusinya dalam fotosintesis sangat kecil atau dapat diabaikan.
Sebelum penga mbilan citra kanopi dilakukan, terlebih dahulu disiapkan kertas karton putih sebagai alas polibag, kemudian diantara media dengan kanopi tanaman juga ditutup dengan karton putih, lalu di atas karton putih ini diletakkan objek tuntun, yaitu berupa karton bentuk bujur sangkar berwarna merah yang luasnya sudah diketahui (25 cm2), peletakan objek tuntun (karton merah) diupayakan tidak overlap dengan objek sasaran (kanopi). Peletakan kesemuanya diatur sedemikian rupa sehingga pada waktu direkam dengan kamera dalam posisi relatif tegak lurus, yang terekam hanya objek tuntun dan objek sasaran di atas kertas putih. Kertas karton putih yang diletakan dibawah polibag harus cukup lebar, hal ini dimaksudkan untuk mengantisipasi pengambilan citra kanopi tanaman yang luasnya telah melebihi permukaan polibag. Dengan cara demikian, rekaman citra yang dihasilkan sesuai dengan yang diharapkan. Pengambilan citra ini dilakukan setiap hari pada pukul 08.00 pagi selama lima belas hari.
Gambar 29 Tata letak perlakuan tana man di lapangan
62
Diameter Batang. Pengukuran diameter batang dilakukan pada bagian tenga h batang ketimun dengan jangka sorong. Pengukuran dilakukan pada pagi hari setelah perekaman kanopi dengan kamera.
Suhu, Kelembaban, Iradiasi, dan Kecepatan Angin. Suhu dan kelembaban lingkungan-biologik juga kecepatan angin diukur menggunakan lutron-meter set (Gambar 31), Sebagian lagi, Suhu dan kelembaban baik lingkungan-biologik maupun lingkungan di luar rumah kaca direkam dengan alat multi points recorder (Gambar 32) melalui suhu bola basah dan kering kemudian dilanjutkan dengan pembacaan kurva psikrometrik untuk menentukan kelembaban. Sedangkan iradiasi matahari diukur dengan menggunakan pyranometer.
Pengolahan Data
Data yang dikumpulkan, sebelum diolah lebih lanjut dengan perangkat lunak yang telah dikembangkan, dipilah-pilah sesuai dengan kebutuhan pengolahan lanjutan. Secara garis besar data dikelompokan menjadi dua, yaitu pertama untuk kebutuhan pengembangan model tana man dengan menggunakan operator JST dan optimasi lingkungan optimal dengan operator algoritma genetika, dan kedua untuk kebutuhan pengembangan model suhu dan kelembaban (lingkungan-biologik) dan penentuan parameter optimal kontrol fuzi, PID, P, PI, dan PD dengan operator algoritma genetika. Setelah itu dilanjutkan dengan simulasi sistem kontrol adaptif lingkungan-biologik dengan memanfaatkan kedua hasil tersebut.
Data citra kanopi tanaman ketimun, yang dikumpulkan dari lapangan melalui kamera, diproses dengan menggunakan perangkat lunak proses citra yang telah dikembangkan sebelumnya. Keluaran dari perangkat lunak ini berupa luasan citra kanopi tanaman. Hasil penghitungan luas kanopi, kemudian dibagi dengan hasil pengukuran diameter batang dan diistilahkan dengan rasio kanopi-diameter. Kemudian bersama-sama data volume nutrisisi yang diberikan, limpasan, dan lingkungan biologik (suhu, kelembaban, dan iradiasi) digunakan untuk mengembangkan model JST dinamik.
Selanjutnya untuk melihat kehandalan model dilakukan analisis error dengan menghitung: RMS error (pers 65), tingkat kebenaran (pers 66) dan tingkat kesalahan (pers 67), dimana a adalah nilai aktual, p adalah nilai prediksi serta i dan N masing- masing adalah data ke-i dan data ke-N.
(65)
(66)
(67)
Solusi Lingkungan Optimal. Selanjutnya menggunakan operator optimasi algoritma genetika dengan fungsi fitness JST respon dinamik ditentukan solusi optimal dari masukan tersebut. Solusi optimal masukan ya ng dimaksud adalah solusi optimal masukan setiap hari selama 15 hari (umur fase vegetatif tanaman ketimun mini).
Masukan terdiri dari empat faktor (decision variable), yaitu larutan nutrisi yang diberikan, suhu, kelembaban dan iradiasi. Sedangkan keluaran adalah dua faktor, rasio luas kanopi-diameter batang (tanaman) dan larutan nutrisi yang hilang (outflow).
Pada keluaran, faktor tanaman diupayakan maksimum sedangkan faktor limpasan sebaliknya, yaitu mimum atau sekecil-kecilnya. Untuk memenuhi prinsip algoritma genetika yang selalu mencari solusi kearah positif (maksimum) maka untuk mencari limpasan yang minimum, faktor outflow dalam fungsi fitness diinverskan.
Karena kedua faktor di atas (tanaman dan outflow) bersifat dualisme, yaitu bertentangan maka alternatif persamaan fungsi fitnessnya, diantaranya adalah seperti pada persamaan berikut,
(
)
2 N 1 i i i a p N 1 RMSE = ∑ − =(
)
∑ − ∑ − ∑ − = = = = N 1 i 2 i i 2 N 1 i N 1 i i i p a a N 1 a 1 EI 2 i i i p p a N 100 APD − =64
( )
( )
+ + ∑ = c t l Y 1 t n i c Y F1 α β ∑ ∑ + = + = n i n i l c l c 2 c ) t ( Y ) t ( Y c ) t ( Y l * ) t ( Y F β α β αdimana F1 adalah fungsi fitness 1, F2 adalah fungsi fitness 2, αdanβ, adalah koefisien untuk Yc(t) adalah rasio luas kanopi-diameter batang (rasio
kanopi-diameter) pada saat t (cm2/cm), Yl(t) adalah limpasan nutrisi (limpasan)
pada saat t (ml), c adalah konstanta, i adalah data ke-i, dan n adalah data ke-n. Persamaan F1 dan F2 disusun dengan tujuan untuk memaksimalkan nilai fitness (f), yang pada prinsipnya untuk memaksimalkan rasio kanopi-diameter dan meminimalkan limpasan nutrisi. Jadi disini limpasan nutrisi merupakan faktor pembatas atau pengendali dari faktor rasio kanopi-diameter. Konstanta c sebagai antisipasi untuk menghindari variabel Yl(t) sama dengan nol, untuk
mengakomodasi keperluan tersebut tetapi juga diharapkan nilai c ini tidak berpengaruh signifikan, maka ditentukan nilai c adalah 10-6. Selanjutnya penggunaan kedua persamaan tersebut pada fungsi fitness dalam mencari solusi optimal dieksplorasi.
Data suhu, kelembaban, dan iradiasi baik yang dikumpulkan dari dalam rumah tanaman maupun lingkungan digunakan untuk pemodelan tanaman (JST), verifikasi model suhu dan kelembaban (lingkungan-biologik), dan simulasi. Untuk kebutuhan simulasi, suhu dan kelembaban lingkungan dari hasil pengukuran dibuat suatu fungsi dengan menggunakan interpolasi kubik spline, yaitu polinomial pangkat tiga. Sehingga suhu dan kelembaban lingkungan dapat berubah sesuai kebutuhan. Pembuatan persamaan tersebut dengan menggunakan aplikasi kubik spline (Setiawan 2000).
Solusi Parameter Optimal Kontrol. Pemecahan masalah optimasi disini menggunakan operator AG (algoritma genetika). Untuk mencari solusi optimal parameter-parameter kontrol fuzi (P1, P2, P3, P4, dan P5), dan parameter-parameter
kontrol PID, (KP, TI, dan TD) guna mempertahankan suhu dan kelembaban berada
disekitar acuan (meminimalkan error sebagai representasi dari performansi kontrol) digunakan fungsi tujuan atau fungsi fitness berikut :
∑ + ∑ = n i 2 rh n i 2 suhu e e 1 F α β (68)
dimana, αdanβ adalah koefisien,eadalah error, yaitu selisih antara acuan dengan kondisi aktual dari besaran fisik (suhu dan kelembaban), i adalah data ke-i, dan n adalah data ke-n.
Seberapa besar peran yang diharapkan dari komponen esuhu dan erh di
dalam persamaan fungsi fitness, dilakukan dengan mengatur koefisien αdanβ