ABSTRACT
PRESSURE GAUGES DESIGN AND ANALYSIS OF WATER FLOW RATE OF MATERIAL IN WATER FLOWING RIVER SYSTEM WITH
IMAGE PROCESSING METHOD by
Juli Adi Prastyo
Abstract. It has been designed the measure of flow pressure and material system in the river analysis system used image processing method. The designing of this measurement system used to measure the flow pressure and material velocity in the river. This research used flexiforce sensor which have a function to measure the pressure of water flow. Image processing method is used to analysis the material in the water to know the sediment of material velocity. This method was done by 3 step equalization, smoothing and thresholding. Image processing application made by Delphi 7.0. The results in this research, was a pressure measurement system better to use in a range 1,31 atm to 9,16 atm and percentage of error about 5.329% pressure. For measurement of the material velocity, get an error measurement was 0.08 m/s.
DESAIN ALAT UKUR TEKANAN ARUS AIR DAN ANALISIS
LAJU MATERIAL DALAM AIR PADA SISTEM ALIRAN
SUNGAI DENGAN METODE IMAGE PROCESSING
Oleh Juli Adi Prastyo
Abstrak. Telah dilakukan perancangan alat ukur tekanan arus air dan analisis laju material dalam air pada sistem aliran sungai dengan metode image processing menggunakan sensor flexiforce. Metode image processing digunakan untuk mengetahui laju material dalam air. Metode pengolahan citra dibuat dengan bantuan perangkat lunak Delphi 7.0 dan dilakukan dengan tiga tahapan pengolahan yaitu, ekualisasi (kontras warna), smoothing dan thresholding. Pada penelitian ini dihasilkan alat ukur tekanan yang bagus ketika digunakan pada range beban 1,31 atm - 9,16 atm dan presentase error tekanan sebesar 5,329%. Uji pengukuran laju material dengan laju aliran air, didapat nilai error pengukuran sebesar 0,08 m/s.
DESAIN ALAT UKUR TEKANAN ARUS AIR DAN ANALISIS LAJU MATERIAL DALAM AIR PADA SISTEM ALIRAN SUNGAI DENGAN
METODE IMAGE PROCESSING
Oleh
JULI ADI PRASTYO
Skripsi
Sebagai Salah Satu Syarat untuk Memperoleh Gelar SARJANA SAINS
Pada
Jurusan Fisika
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUN ALAM UNIVERSITAS LAMPUNG
Material dalam Air pada Sistem Aliran Sungai dengan Metode Image Processing
Nama : Juli Adi Prastyo
NPM : 1017041031
Jurusan : Fisika
Fakultas : Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
MENYETUJUI, 1. Komisi Pembimbing
Prof. Warsito, S.Si., D.E.A., Ph.D.
NIP. 19710212 199512 1 001
Gurum Ahmad Pauzi, S.Si., M.T.
NIP. 19801010 200501 1 002
2. Ketua Jurusan Fisika FMIPA Universitas Lampung
Dr. Yanti Yulianti, S.Si., M.Si.
MENGESAHKAN
1. Tim Pembimbing
Ketua : Prof. Warsito, S.Si., D.E.A., Ph.D ...
Sekertaris : Gurum Ahmad Pauzi, S.Si., M.T. ...
Penguju
Buka Pembimbing : Arif Surtono, S.Si., M.Si., M.Eng. ...
2. Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Prof. Suharso, Ph.D.
NIP. 19690530 199512 1 001
PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa Skripsi ini terdapat karya yang pernah
dilakukan orang lain, dan sepanjang pengetahuan saya tidak ada karya atau
pendapat ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu
dalam naskah ini sebagaimana disebutkan dalam daftar pustaka. Selain itu saya
menyatakan pula bahwa skripsi ini dibuat oleh saya sendiri.
Apabila pernyataan ini tidak benar maka saya bersedia dikenakan sangsi sesuai
dengan hukum yang berlaku.
Bandar Lampung, April 2015
RIWAYAT HIDUP
Penulis yang bernama lengkap Juli Adi Prastyo dilahirkan di
Sumbersari Bantul. Penulis Menyelesaikan pendidikan Sekolah
Dasar di SDN 7 Metro Selatan pada tahun 2004, Sekolah
Menengah Pertama di SMPN 5 Kota Metro pada tahun 2007,
Sekolah Menengah Atas di SMA Kartikatama Kota Metro pada
tahun 2010.
Juli Adi Prastyo terdaftar sebagai mahasiswa di Jurusan Fisika FMIPA
Universitas Lampung melalui jalur SNMPTN pada tahun 2010. Selama
menempuh pendidikan, penulis pernah menjadi asisten Fisika Dasar I, Elektronika
Dasar I dan II, Pemrograman Komputer, Sensor dan Pengkondisi Sinyal, Sistem
Digital, dan Mikrokontroler. Penulis juga pernah aktif dalam organisasi
kemahasiswaan Himpunan Mahasiswa Fisika (HIMAFI) pada tahun 2010 sebagai
anggota muda dan pada tahun 2012 sebagai anggota Sains dan Teknologi. Pada
bulan Januari-Februari 2014 penulis melaksanakan Praktik Kerja Lapangan (PKL)
MOTTO
Segala puji bagi Allah SWT yang telah memberikan segala kekuatan sehingga
penulis dapat menyelesaikan kuliah serta skripsi yang berjudul “Desain Alat Ukur Tekanan Arus Air dan Analisis Laju Material dalam Air pada Sistem Aliran Sungai dengan Metode Image Processing”.
Penekanan skripsi ini adalah membuat sebuah alat yang digunakan untuk
mengetahui pergerakan material yang terbawa oleh arus air dan mengukur tekanan
arus tersebut. Pergerakan material dan tekanan yang terukur kelak dapat
digunakan sebagai data pertimbangan untuk mengelola sungai dengan baik.
Penulis menyadari dalam penyajian laporan ini masih jauh dari kesempurnaan.
Oleh karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari
berbagai pihak demi perbaikan dan penyempurnaan laporan ini. Akhir kata,
semoga laporan ini dapat menjadi rujukan untuk penelitian berikutnya agar lebih
sempurna dan dapat memperkaya khasanah ilmu pengetahuan.
Bandar Lampung, Maret 2015
SANWACANA
Alhamdulillah, penulis menyadari bahwa skripsi ini dapat terselesaikan dengan
baik berkat dorongan, bantuan dan motivasi dari berbagai pihak, oleh karena itu
pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada:
1. Bapak Prof. Dr. Warsito, D.E.A. atas tema penelitian yang diberikan, nasihat
dan semangat yang diberikan dan kesediaannya menjadi Pembimbing I.
2. Bapak Gurum Ahmad Pauzi, M.T. atas motifasi dan pandangan masa depan
yang telah diberikan dan kesediaannya menjadi Pembimbing II.
3. Bapak Arif Surtono, M.Si, M.Eng. atas keritik dan saran dalam penelitian ini
serta kesediaannya sebagai Penguji.
4. Bapak Endro P. Wahono, M.Sc. atas sumbangan ide-ide selama penelitian.
5. Ibu Suprihatin, S.Si., M.Si. selaku Pembimbing Akademik (PA).
6. Ibu Dr.Yanti Yulianti, S.Si., M.Si. selaku Ketua Jurusan Fisika
7. Bapak Prof. Suharso, Ph.D. selaku Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu
Pengetahuan Alam.
8. Semua saudara dan Sahabatku : Astri, Arfi, Ermi, Kak Febri, Kak Imam, Kak
Wawan, Mb Nurma, Mb Riza, Mb Ningrum, Mb Ilfa, Umi, Muji, Alvi, Fina,
Ulum, Danu, Defi, Kholif, Sami, Fathul, Putri, Gana dan seluruh angkatan
2010.
9. Adik-adik tingkat 2011, 2012, 2013, 2014 dan semua pihak yang tidak dapat
disebutkan satu-persatu selama menyelesaikan Tugas Akhir.
Semoga Allah SWT memberi balasan atas segala usaha yang telah dilakukan oleh
berbagai pihak sehingga skripsi ini dapat selesai dan bermanfaat.
Bandar Lampung, Maret 2015
DAFTAR ISI A.Waktu dan Tempat Penelitian ... 33
B.Alat dan Bahan ... 33
C.Desain Alat ... 35
D.Prosedur Penelitian ... 37
E. Sistem Akuisisi Data ... 40
F. Proses Pengolahan Video ... 43
xiii
H.Alur Pengambilan Data Secara Keseluruhan ... 48
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN A. Perangkat Keras 1. Rangkaian Alat ... 51
2. Karakterisasi Kamera ... 55
B. Perangkat Lunak 1. Akuisisi Data ... 60
2. Convert Video to jpeg ... 66
3. Pengolahan Citra ... 67
4. Penggabungan Citra ... 74
5. Pengukuran Citra ... 75
C. Realisasi Alat 1. Sensor Flexiforce ... 80
2. Pengukuran di DAS ... 81
V. KESIMPULAN DAN SARAN A. Kesimpulan ... 85
B. Saran ... 86
Tabel Halaman
2.1.Besaran pokok ... 30
3.1.Spesifikasi laptop ... 33
4.1.Uji kamera ... 58
4.2.Hasil pengukuran jarak partikel ... 78
4.3.Hasil pengukuran kecepatan objek dari muka kamera ... 79
4.4.Pengukuran uji tekanan ... 81
4.5.Pengukuran kecepatan metode apung ... 82
DAFTAR GAMBAR
Gambar Halaman
2.1. Siklus hidrologi daerah aliran sungai ... 10
2.2. Saluran aliran terbuka (open channel flow) ... 13
2.3. Saluran aliran tertutup(pipe flow) ... 13
2.4. Aliran nonuniform dan uniform ... 15
2.5. Profil kecepatan ... 17
2.6. Sensor flexiforce... 20
2.7. Histogram citra ekualisasi ... 26
2.8. Grafik ambang (thresholding)... 27
2.9. Tampilan delphi ... 28
2.10.FreeStudio ... 29
2.11.Kurva linieritas... 31
3.1. Laptop yang digunakan ... 34
3.2. Kamera ... 34
3.3. Batang besi ... 35
3.4. Desai alat ... 36
3.5. Diagram alir penelitian ... 37
3.6. Proses Akuisisi Data ... 41
xvi
3.10 Matrik smoothing ... 47
3.11. Alur proses pengambilan data ... 48
4.1. Alat ukur tekanan dan laju material dalam air ... 50
4.2. Grafik histerisis sensor flexiforce ... 52
4.3. Grafik ADC ... 54
4.4. Kalibrasi kamera ... 56
4.5. Hubungan jarak objek dengan gradien pixel ... 58
4.6. Lembar kerja akuisisi video dan tekanan ... 61
4.7. Program konversi video ke gambar ... 66
4.8. Layar pengolahan gambar ... 68
4.9. Pengolahan gambar ekualisasi ... 71
4.10. Pengolahan gambar smoothing ... 71
4.11. Pengolahan gambar thresholding ... 73
4.12. Penggabungan dua buah gambar ... 74
4.13. Layar pengukuran gambar... 75
4.14. Garis pengukuran ... 77
4.15. Model DAS ... 82
I. PENDAHULUAN
A.Latar Belakang
Dewasa ini banyak bencana alam yang disebabkan oleh prilaku manusia yang
kurang memperhatikan lingkungan sekitar. Banjir merupakan salah satu contoh
bencana alam yang sering terjadi saat ini. Banjir terjadi karena kurang terawatnya
daerah aliran sungai mengakibatkan pendangkalan pada dasar sungai.
Pendangkalan tersebut mengakibatkan kurangnya kapasitas penampungan air di
daerah aliran sungai sehingga mengakibatkan peluapan air sungai ketika musim
hujan.
Pendangkalan sungai disebabkan oleh kikisan material yang terbawa oleh air.
Banyak faktor yang menyebabkan kikisan material tersebut yaitu, hujan mengikis
material dataran dan terbawa menuju daerah aliran sungai, erosi yang terjadi pada
daerah hulu dan tekanan aliran air mengikis dinding dan dasar sungai. Tekanan
merupakan perbandingan gaya dengan luas yang berpusat pada luasan yang
dikenai gaya (Halliday, dkk, 2008). Tekanan air merupakan tekanan yang timbul
disebabkan adanya faktor gaya dorong air. Material dalam air atau dikenal dengan
sedimen, merupakan material hasil erosi yang dibawa oleh aliran air dari daerah
Tekanan yang disebabkan oleh aliran air menyebabkan faktor gesekan pada dasar
sungai dan dinding sungai, gesekan tersebut dapat mengakibatkan pengikisan
sungai. Pengikisan sungai akan menghasilkan material kikisan yang dapat terbawa
arus dan dapat mengendap pada daerah hilir sungai, pengikisan terjadi tidak hanya
akibat tekanan aliran sungai, tetapi juga akibat air hujan yang mengikis dataran.
Material-material yang terkikis lama kelamaan akan mengendap di daerah hilir
dan mengakibatkan pendangkalan sungai.
Penelitian yang mengenai tekanan dan laju material pada sungai masih sedikit.
Berbagai macam penelitian dikembangkan untuk mengamati pengukuran debit
sungai diantarnya penelitian yang dilakukan oleh Azareh, dkk, 2014 mengenai
faktor gesekan aliran air terhadap dinding dan dasar sungai. diperoleh faktor
gesekan yang mempengaruhi proses aliran air sebesar 65%. Penelitian ini masih
kurang efisien, untuk memprediksi lama pengendapan material pada sungai.
Penelitian yang dilakukan oleh Anasiru (2006), Mokonio (2013), dan Pangestu &
Haki (2013), adalah dengan mengamati foto-foto dokumentasi sungai dan sampel
tanah, sedangkan pengamatan debit ditinjau berdasarkan kecepatan aliran sungai
dan luas daerah aliran sungai. Penelitian mengenai pengukuran debit dilakukan
oleh Novianta (2010) mengenai penggunaan sensor ultrasonik untuk mengukur
laju aliran. Adapun kelemahan dari penelitian yang dilakukan Novianta adalah
error pengukuran yang besar akibat faktor angin atau fluida udara. Sedangkan
penelitian oleh Edhy dkk (2013), tentang realisasi alat ukur laju aliran dengan
menggunakan sensor fotodioda untuk menghitung putaran baling-baling yang
diakibatkan laju aliran memilik nilai error yang cukup kecil. Menentukan laju
3
laju aliran air merupakan informasi primer untuk menentukan laju material
sedimen. Kurang dalam penelitian-penelitian sebelumnya membuat peneliti
tertarik akan mengembangkan pengukuran dengan metode baru yang
memanfaatkan teknologi yang berkembang saat ini yaitu, pengolahan citra.
Perkembangan teknologi pengolahan citra saat ini, telah banyak dimanfaatkan
pada berbagai bidang, seperti kepolisian dan kedokteran. Bidang kepolisian
memanfaatkan pengolahan citra untuk menganalisis sidik jari pada saat olah TKP
(Wijaya & Kanata, 2004). Bidang kedokteran menganalisis citra retina untuk
mengetahui tingkat kelelahan seorang manusia (Yulianti, 2008). Berdasarkan
perkembangan teknologi saat ini tentang pengolahan citra, penulis ingin
mengembangkan metode pengambilan data dengan cara mengukur tekanan air dan
laju material sedimentasi.
Penelitian ini akan mengukur tekanan yang diakibatkan arus air dan mengamati
laju material dalam aliran air tersebut. Salah satu manfaat penelitian ini adalah
membantu proses pemantauan pengendapan material pada dasar sungai. Metode
yang dilakukan pada penelitian ini yaitu, mengukur tekanan air secara langsung
dengan memanfaatkan sensor tekan untuk mengetahui tekanan yang terjadi akibat
laju aliran air dan menganalisi pergerakan aliran material dengan pengolahan citra
B.Rumusan Masalah
Adapun rumusan masalah dalam penelitian ini, yaitu:
1. Bagaimana merancang alat ukur tekanan arus air beserta akuisisi video
gambar aliran air yang dilakukan di dalam air.
2. Bagaimana merancang alat yang dapat terhubung dengan komputer.
3. Bagaimana merancang program untuk menangkap video dan citra gambar
sekaligus menampilkan data tekanan arus air dalam komputer.
4. Bagaimana cara menganalisis material di kedalaman air agar diketahui laju
pergerakannya.
C.Batasan Masalah
Adapun batasan masalah dalam penelitian ini adalah:
1. Merancang alat ukur tekanan arus air dan akuisisi video di dalam air.
2. Data yang diambil berupa pergerakan material kecil yang melayang dan
tekanan arus air.
3. Tekanan yang diukur adalah tekanan yang diakibatkan oleh arus air.
4. Pengambilan data yang dilakukan di sungai yang aliran airnya tidak timbul
turbulensi.
5. Material yang diukur kecepatanya adalah material yang berdimensi ± 70 x
80 pixel.
D.Tujuan penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah membuat rancang alat dan analisis citra
5
1. Merancang alat yang dapat digunakan untuk menangkap citra gambar
dalam air sungai untuk menentukan kecepatan aliran sungai.
2. Membuat perangkat lunak dengan delphi yang secara langsung dapat
terintegrasi dengan kamera dan sensor.
3. Membuat aplikasi pengolahan citra ekualisasi, smoothing dan theresholding
untuk mengamati material air sungai yang hanyut untuk menentukan
kelajuannya.
E.Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian ini antara lain:
1. Memberi kemudahan dalam proses analisis aliran sungai terutama laju
aliran sungai berdasarkan partikel yang terbawa oleh air sungai.
2. Dapat dijadikan alat penanggulangan bencana banjir di daerah aliran sungai
berdasarkan sedimentasi dan tekanan arus air yang terjadi di daerah aliran
sungai.
3. Data hasil pengukuran laju material dapat digunakan sebagai referensi
untuk mengamati sedimentasi yang terjadi pada sungai.
4. Data hasil pengukuran tekanan arus air dapat digunakan sebagai referensi
untuk membangun bendungan dengan pondasi yang kokoh.
5. Untuk menambah wawasan ilmu pengetahuan dan keilmuan tentang proses
Image Processing dan interfacing dengan menggunakan bahasa
II. TINJAUAN PUSTAKA
A.Penelitian Terkait
Penelitan ini terkait dengan penelitian yang dilakukan oleh Novianta (2010)
dan Edhy dkk, (2013) yaitu pengukuran kecepatan aliran, dimana kecepatan
pada penelitian ini digunakan sebagai pembanding laju material sedimen.
Novianto membuat alat ukur laju fluida menggunakan metode efek dopler.
Metode tersebut memanfaatkan sensor ultrasonik untuk mengukur laju fluida.
Hasil dari penggunaan metode tersebut masih kurang baik jika pengukuran
dilakukan di lapangan, karena sensor ultrasonik yang sangat sensitif.
Sensitifitas sensor tersebut mengakibatkan fluida udara juga ikut terbaca
sehingga diperoleh error penyimpangan yang cukup besar. Sedangkan
penelitian yang dilakukan Edhy, dkk, memanfaatkan putaran baling baling
sebagai alat ukur laju fluida air. Metode yang digunakan memanfaatkan sensor
fotodioda sebagai alat ukur putaran baling – baling, kemudian ditampilkan
dalam layar LCD. Hasil pengujian pada penelitian ini menghasilkan error
7
Arus memiliki peranan penting dalam proses analisi aliran sungai terutama
dalam menentukan debit aliran. Debit merupakan kuantitas air yang mengalir
pada waktu tertentu. Penelitian yang dilakukan (Ratnata, dkk, 2013) mengkaji
potensi energi listrik mikrohidro dari tinggi kemiringan aliran. Kemiringan
aliran tersebut dapat dikonversikan ke tekanan dengan mengalikan massa jenis
air dan percepatan gravitasi untuk mencari nilai efisiensi energi yang
dihasilkan dari turbin. Penelitian yang terkait dengan pengukuran tekanan
adalah penelitian yang dilakukan (Syaryadhi dkk, 2008) yang memanfaatkan
sensor flexiforce sebagai alat ukur berat badan bayi, dimana alat dirancang
dengan dua buah lapisan tebal dengan 4 buah pegas pada masing masing sisi
dan satu buah besi penyangga pada bagian tengah yang digunakan untuk
menekan flexiforce. Hasil tersebut diperoleh dari hubungan berat dan tegangan
tidak linier tetapi menunjukan perbandingan yang diperkuat antar berat dan
tegangan. Sensor tersebut dapat digunakan untuk mengukur tekanan dalam air
guna mendapatkan tekanan dalam air, dan juga sebagai penentu nilai efisiensi
aliran dalam memutar turbin.
Penelitian kali ini dilakukan dengan memanfaatkan kamera CCD dan sensor
flexiforce untuk proses pengambilan data material dan tekanan arus dalam air
guna mengetahui tekanan di dalam air pada kedalaman tertentu dan
menganalisis laju aliran berdasarkan material sedimen yang hanyut. Dimana
alat ini nantinya dapat digunakan sebagai alat pengukur debit material sedimen
untuk memprediksi pengendapan yang terjadi pada dasar sungai. Flexiforce
terjadi pada air sungai dengan kedalaman tertentu. Data tekanan digunakan
untuk mengukur efisiensi tekanan arus yang dapat memutar turbin.
B.Teori Dasar
1. Air
Menurut (Hatmoko & Triweko, 2011) air merupakan sumber kehidupan
makhluk hidup di dunia. Sifat air berbeda dengan sumber daya yang lain, air
merupakan sumber daya yang mengalir (flowing resources), tidak bergantung
administrasi dan dibutuhkannya bergantung pada ruang, waktu jumlah dan
mutu. Air merupakan sumber kehidupan yang sangat esensial bagi makhluk
hidup di dunia. Tidak ada satupun makhluk hidup di dunia ini yang bisa hidup
tanpa air. Makhluk hidup memiliki kandungan air di dalam struktur tubuhnya
baik itu tumbuhan, hewan bahkan manusia. Sel mahluk hidup yang dimiliki
tumbuhan hewan dan manusia pun mengandung air, sekitar 75% air dalam
tumbuhan dan 67% yang terkandung dalam tubuh hewan. Dari 40 juta kubik
kandungan air yang terdapat di permukaan tanah hanya 0,5% saja yang dapat
dimanfaatkan untuk kepentingan manusia, karena 97% air yang berada
dipermukaan merupakan air laut yang asin dan sisanya dalam keadaan
membeku (salju) yang dapat dimanfaatkan ketika salju tersebut sudah mencair
(Widiyanti & Ristianti, 2004).
Air di dunia ini sangat banyak sehingga menghasilkan beberapa sumber air,
misalnya air laut, air permukaan, air tanah, dan air hujan. Begitu juga Indoneisa
9
penghujan dan musim kemarau tetapi sumber air tetaplah sama (Alamsyah,
2006). Salah satu sumber air yang sangat dimanfaakan manusia dalam
kehidupanya adalah air hujan. Air hujan terjadi karena proses hidrologi.
Secara alami air bergerak dari hulu ke hilir dan dari dataran tinggi ke dataran
rendah. Air ada yang mengalir di permukaan tanah dan ada yang meresap
kedalam tanah. Semua itu adalah proses alami yang terjadi pada air. Bentuk air
dapat berupa cairan, es, bahkan ada yang dalam bentuk uap air (gas). Bentuk
tersebut dapat berubah sesuai dengan keadaan alam yang terjadi. Gas (uap air)
terbentuk ketika mengalami pemanasan hingga 100 oC, dan berubah menjadi
air kembali ketika berada pada suhu tertentu. Air berubah padat yaitu es atau
salju ketika berada pada suhu 0 oC. Bahkan air dapat berubah menjadi tawar
atau asin seperti air laut. Proses alami seperti pergerakan air dalam tanah, udara
dan permukaan tanah ini sering dikenal dengan siklus hidrologi (Kodoatie &
Syarief, 2010).
Siklus hidrologi diawali dengan penguapan akibat panas matahari yang
menyinari permukaan bumi seperti air laut, tumbuhan dan tanah. Panas yang
diakibatkan matahari menimbulkan penguapan pada air laut (evaporasi),
tumbuhan (Evaponstraspirasi) dan tanah. Penguapan tersebut mengakibatkan
terbentuknya awan, karena pengaruh kalimotologi mengakibatkan awan tertiup
angin hingga sampai ke daratan. Perbedaan suhu yang terjadi di udara
mengakibatkan air yang menguap menjadi awan berubah menjadi butiran
butiran air hujan. Air hujan yang jatuh di permukaan mengalir ke sungai
Prama, 2008). Air yang sampai ke tanah selanjutnya mengalir menuju daerah
aliran sungai.
2. Daerah Aliran Sungai (DAS)
Daerah Aliran Sungai atau DAS merupakan salah satu bentuk dari lanskap
yaitu panorama yang ada di permukaan bumi yang terbentuk dari
geomorfologi. Lanskap tersusun dari berbagai komponen, seperti air, tanah dan
sebagainya yang salah satunya itu adalah DAS.
DAS merupakan daerah yang terbentuk secara alami dan dilalui oleh aliran air
yang menjadi satu kesatuan dengan sungai dan anak sungai. Sungai dan anak
sungai memiliki manfaat untuk menampung, menyimpan dan mengalirkan air
dari tempat tinggi ke tempat yang rendah. Curah hujan yang terbentuk karena
siklus hidrologi mengakibatkan terbentuknya sungai dan anak sungai. Sesuai
dengan proporsi curah hujan yang terjadi maka terbentuklah aliran air yang
tertata oleh alam (Rahayu, dkk, 2009).
11
Aliran yang terbentuk tentun tidak hanya membawa air. Air mengalir dari
tempat tinggi ke tempat yang lebih rendah, mulai dari aliran, debit dan kontur
tanah yang terkena dampak hujan tentunya membawa sedikit sampah. Sampah
yang terbawa tidak hanya berupa daun atau yang lain, bahkan butiran seperti
kerikil bahkan pasir pun ikut terbawa (hanyut) oleh air.
Kegiatan pengolahan daerah aliran sungai (DAS) sudah dilakukan beberapa
abad silam. Kegiatan ini agar DAS mampu menahan curah hujan yang tinggi
dalam fungsi transmisi air, penyangga pada puncak kejadian hujan, pelepasan
air secara perlahan, memelihara kualitas air, mengurangi perpindahan masa
tanah misal, longsor, erosi dan memprtahankan iklim mikro (Noordwijk dkk,
2004). DAS juga berfungsi menjaga kualitas sumber air serta meningkatkan
kualitas dan kuantitas air (Verbist dkk, 2004). Proses pengolahan Daerah
Aliran Sungai terutama pada longsor dan erosi yang menyebabkan banyak
permasalahan terutama pendangkalan pada DAS, atau lebih kenal dengan
pengendapan (sedimentasi), karena prilaku manusia yang tidak baik, seperti
penggundulan hutan yang menimbulkan banyak masalah seperti kekurangan air
saat musim kemarau dan banjir pada saat musim penghujan. Lahan hutan yang
digunduli dan diiringi dengan curah hujan yang tinggi menimbulkan banyak
masalah, karena hutan merupakan kawasan tangkapan air yang mempunya
3. Sedimentasi
Sedimen merupakan hasil proses erosi, baik erosi permukaan, parit atau erosi
lainya. Sedimen biasanya mengendap di bagian bawah pada saluran air atau
sungai. Besar sedimen disebabkan oleh erosi yang terukur pada waktu dan
tempat tertentu yang terjadi di daerah aliran sungai dapat dikatakan sebagai
hasil sedimentasi dan biasanya diperoleh dengan pengukuran tertentu di sungai
atau pengukuran secara langsung di waduk (Alimudin, 2012).
Perjalanan partikel material dasar yang diakibatkan oleh arus air dapat berupa
bad-load dan suspended load. Bad-load merupakan jenis material yang
bergerak mengelincir atau menggelinding pada dasar sungai. Suspended load
merupakan meterial melayang karena tersangga oleh aliran air, kemungkinan
juga mengandung beberapa wash load. Wash load atau meterial cuci terdiri
dari partikel lanau dan debu yang terbawa oleh aliran air, dan material sedimen
hampir tidak berpengaruh terhadap bentuk daerah aliran sungai (Pangestu &
Haki, 2013).
4. Sungai
Salah satu tempat berkumpulnya air yang mengalir dari dataran tinggi ke
dataran rendah adalah sungai. Daerah sekitar sungai merupakan daerah
penyangga sungai yang menyuplai air pada sungai. Suplai air di daerah
penyangga dipengaruhi oleh aktivitas yang berada pada sekitar sungai. Pada
umumnya kualitas air di daerah hulu sungai lebih baik dibandingkan dengan
13
2004 tentang sumber daya air, yang dimaksud dengan sungai adalah suatu
wilayah pengolahan sumber daya air dalam satu atau lebih daerah aliran sungai
(Yuliastuti, 2011).
Air merupakan salah satu bentuk fluida dan sungai merupakan salah satu
contoh fluida mengalir yang kita ketahui. Banyak macam jenis aliran antara
lain aliran udara dan aliran air, dimana air dan udara merupakan jenis fluida.
Pada penelitian ini masalah dibatasi hanya untuk aliran air. Aliran dapat
dibedakan menjadi dua yaitu aliran saluran tertutup (Pipe Flow) dan aliran
saluran terbuka (Open Channel Flow).
Gambar 2.2. Saluran aliran terbuka (open channel flow) (Chaudhry, 2008).
Gambar 2.3. Saluran aliran tertutup(pipe flow) (Chaudhry, 2008).
Pipe Flow merupakan bentuk aliran air yang terjadi pada pipa atau
mengabaikan faktor tekanan luar karena keadaannnya yang tertutup.
Sedangkan aliran saluran terbuka (Open Channel Flow) tidak mengabaikan
tekanan atmosfer. Sungai merupakan salah satu contoh dari aliran saluran
terbuka sehingga dalam penelitian ini akan lebih banyak membahas aliran
Aliran atau arus merupakan gerak massa air baik horizontal maupun vertikal.
Arus sungai merupakan gerakan air dari hulu menuju hilir faktor yang
mempengaruhi tanah dasar, gaya coriolis dan perbedaan densitas (Agustini
dkk, 2013; Wibisono, 2011). Penelitian tentang arus, tidak akan terlepas dari
kata debit, debit merupakan volume alir yang mengalir pada suatu penampang
dengan waktu tertentu (Priyantini, 2010; Prinyantini & Irjan, 2009). Untuk
mengetahui debit terlebih dahulu harus mengukur kecepatan aliran, setelah itu
luas penampang sungai. Dengan dua parameter tersebut dapt dirumuskan nilai
persamaan debit seperti persamaan (2-1)
= (2-1)
dimana:
Q = debit air (m3/detik);
v = keceparan aliran (m/s);
A = Luas Penampeng sungai melintang (m2), (Subekti, 2010).
Debit juga berperan dalam proses pembangkit listrik, yaitu PLTMH. PLTMH
merupakan kepanjangan dari Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro, dalam
hal ini PLTMH memanfaatkan kondisi air, yaitu debit. Pada penelitian yang
dilakukan Galla dkk, (2012) dengan memanfaatkan debit air terbesar 7,8
m³/detik dan debit air terkecil 2-4 m³/detik.
Telah diabahas pada persamaan (2-1) ada 2 faktor yang mempengaruhi debit
air, salah satunya yaitu aliran air. Beberapa bentuk klasifikasi aliran air adalah
15
1. Aliran Steady dan Unsteady
Aliran steady merupakan kecepatan aliran pada titik tertentu yang tidak
berubah terhadap waktu, �
�� = 0. Aliran unsteady adalah kecepatan aliran
pada titik tertentu yang berubah berdasarkan waktu. Contoh dari aliran air
unsteady yaitu gelombang aliran (Chaudhry, 2008).
2. Aliran Unifrom dan Nonuniform
Aliran Uniform merupakan bentuk aliran yang seragam berdasarkan
kedalaman atau kecepatan aliran yang sama pada permukaan dan dasar
sungai. Sebaliknya, kecepatan aliran yang berubah – ubah berdasarkan
kedalaman disebut sebagai aliran nonuniform. (Chaudhry, 2008).
Gambar 2.4. Aliran nonuniform dan uniform (Chaudhry, 2008).
3. Aliran Laminar dan Turbulent
Aliran dapat dikatakan laminar jika sebuah partikel cairan muncul dan
bergerak pada bagian yang halus dan aliran muncul bergerak sebagai
menentu. Perbandingan besar viskositas dan gaya inersia menghasilkan
bentuk aliran yang turbulent atau laminar.
Sebagai salah satu sumber daya alam yang berada di dunia, sungai dapat
memberikan manfaat ataupun kerugian bagi masyarakat yang
menggunakannya. Pertambahan jumlah penduduk dan meningkatnya aktifitas
masyarakat mengakibatkan dampak negatif bagi sumber daya air, serta
meningkatnya daya rusak air, yaitu erosi, sedimentasi, dan banjir (Mananoma,
dkk, 2005). Hal tersebut diakibatkan karena pemanfaatan dan perawatan sungai
yang tidak dilakukan dengan baik. Salah satu penanggulangan dari dampak air
yang merusak adalah memprediksi angkutan sedimentasi, karena sedimentasi
dapat menyebabkan pendangkalan pada daerah hilir sungai, mengakibatkan
banjir pada musim hujan dan kekeringan pada musim kemarau (Wahid, 2009),
karena fungsi daerah aliran air yang kurang dalam menampung air.
5. Kecepatan
Bidang Fisika yang membahas pergerakan benda adalah Kinematika yang
merupakan salah satu cabang bidang ilmu dalam mekanika. Pengertian
kecepatan itu sendiri adalah laju perubahan posisi dari benda itu. Kecepatan
merupakan besaran vektor yang dapat ditampilkan kedalam bentuk kecepatan
rata-rata dan kecepatan sesaat. Kecepatan rata rata merupakan perubahan posisi
benda Δr dibagi dengan selang waktu Δt. Dan dapat dirumuskan seperti
persamaan (2-4).
17
Kemudian kecepatan sesaat merupakan kecepatan pada suatu saat, merupakan
kecepatan rata-rata dalam selang waktu terkecil Δt, dan dapat dirumuskan
seperti persamaan (2-5).
̅ = lim�� → ̅ = lim�� → ���� = �� , (2-5)
Persamaan (2-5) memiliki makna bahwa kecepatan sesaat merupakan turunan
dari perubahan posisi terhadap waktu (Jati & Priyambodo, 2007).
Kecepatan pada aliran sungai yang merupakan aliran saluran terbuka berbeda
dengan kecepatan pada pipa yaitu saluran tertutup. Kecepatan aliran pada
saluran terbuka selalu memperhatikan faktor tekanan atmosfer. Kecepatan
aliran pada saluran terbuka terkadang berbeda pada permukaan dan dasar
sungai, seperti profil kecepatan pada aliran sungai pada Gambar 2.5 y
merupakan kedalaman sungai dan x merupakan kecepatan aliran.
Gambar 2.5 Profil kecepatan (Husain, dkk, 2008).
Hasil penelitian yang dilakukan oleh Azareh dkk, (2014) terhadap faktor
gesekan aliran fluida dengan dasar sungai yang menyebabkan kecepatan pada
tersebut bahwa nilai kecepatan aliran sungai memiliki faktor koreksi sebesar
65% dari kecepatan permukaannya atau kecepatan maksimalnya. Selaras
dengan pendapat Rahayu dkk, (2009) pengukuran kecepatan menggunakan
metode manual yang memiliki faktor koreksi dengan dasar kasar sebesar 0,75
dan dasar halus sebesar 0,85 tetapi secara umum faktor koreksi yang digunakan
adalah 0,65 untuk mencari kecepatan dari pengukuran pada sungai.
6. Sensor Tekanan
Tekanan merupakan suatu besaran yang sangat penting dalam fisika. Tekanan
adalah suatu parameter disiplin ilmu yang diterapkan dalam berbagai bidang,
seperti termodinamika, aerodinamika, mekanika fluida dan biofisika (Ripka &
Tipek, 2007). Tekanan memiliki pengertian perbandingan besar gaya F
terhadap luas bidang penampang A, dan dapat dirumusakan seperti persamaan
(2-6)
=�� , (2-6)
dimana:
P = Tekanan (N/m2);
F = Gaya (N);
A = Luas Permukaan (m2).
Persamaan (2-6) merupakan persamaan yang berlaku untuk masa fluida yang
diabaikan dan tekanan dianggap sama di semua titik (Sears & Zemansky,
19
Salah satu sensor yang dapat digunakan untuk mengetahui tekanan tersebut
adalah Flexiforce. Flexiforce merupakan jenis sensor yang digunakan merubah
besaran fisis berat menjadi elektris hambatan. Respon tegangan sensor ini
berbanding lurus dengan berat yang diberikan Syaryadhi dkk, (2008).
Meskipun tidak linier, sensor ini dapat berubah berdasarkan berat yang
diberikan, semakin berat objek yang menekan daerah aktif sensor, maka
semakin kecil hambatan yang dihasilkan. Prinsip kerja dari sensor Flexiforce
ini mirip dengan sensor piezoresistive force (Tekscan, 2014). Perubahan
hambatan listrik yang terjadi pada material ketika mengalami perubahan
bentuk dapat dikatakan sebagai piezoresistive effect. Dalam beberapa kasus,
effect tersebut adalah sebuah sumber error. Di sisi lain, hal tersebut memiliki
respon terhadap tekanan, yang dirumuskan seperti persamaan (2-7).
=�� = �∆, (2-7)
Pada persamaan (2-7) terdapat sebuah karakteristik elastisitas material yang
memiliki nilai berbeda – beda untuk setiap material yang diwakili dengan
simbol E atau sering disebut dengan Modulus Young. Setiap material memiliki
karakteristik yang berbeda – beda terhadap nilai hambatannya. Respon material
lambang ρ yang memiliki satuan internasional Ωm, dan dirumuskan seperti
persamaan (2-8)
= �� , (2-8)
dimana :
= luas material (m2) dan
= panjang konduktor, (Fraden, 2004).
Berikut adalah gambar dari sensor tekanan yang digunakan dalam penelitian
ini,
a
b
Gambar 2.6. Sensor flexiforce, a) konstruksi flexiforce (Tekscan, 2014) dan b) realflexiforce
Sensor flexiforce ini memiliki karakteristik penggunaan sebagai berikut:
3 range pengukuran : 1 lb
21
: 100 lb
Akurasu : +/- 5%
Presisi : +/- 2,5%
Resolusi : 10 ons (0,01kg)
(Syaryadhi dkk, 2008).
7. Pengkondisi Sinyal
Pengkondisian sinyal adalah sistem elektronika yang bertugas mengondisikan
sinyal dari sensor agar sesuai dengan kebutuhan sinyal untuk mikrokontroler.
Rangkaian pengkondisi sinyal berfungsi merubah sinyal analog agar sinyal
tersebut sesuai dengan keperluan pada tingkat pemrosesan yang selanjutnya.
Sinyal input yang diterima oleh pengkondisi sinyal dapat berupa tegangan dan
arus DC, tegangan dan arus AC, frekuensi dan muatan listrik (Andrianto,
2013).
8. Citra
Kemampuan manusia yang mampu melihat berbagai macam warna merupakan
suatu kemampaun yang fantastis. Tidak hanya membuat bergetar ketika
melihat keindahan dunia, warna juga dapat membuat ekspresi emosi pada
manusia (Fernandez & Maloigne, 2013). Pengolahan citra merupakan bidang
ilmu yang bersifat multidisipliner, banyak aspek terutama dalam bidang fisika
optik, nuklir, gelombang dan lainya. Citra merupakan suatu representasi,
merupakan sebuah entitas dari suatu objek itu sendiri di depan kamera. Citra
dikelompokkan menjadi citra tampak dan tidak tampak. Banyak dalam
kehidupan sehari hari yang dapat jadikan contoh sebagai citra tampak,
misalnya gambar foto, gambar tangan, lukisan, segala sesuatu yang tampak
pada layar, televisi serta hologram. Data gambar dalam file (citra digital) dan
citra yang direpresentasikan dalam bentuk matematis merupakan jenis citra tak
tampak. Dari sekian banyak citra yang ada di dalam kehidupan sehari – hari,
hanya citra digital yang dapat diolah dengan komputer (Achmad & Firdausy,
2005).
Secara umum pengolahan citra mengacu pada pengolahan 2 dimensi
menggunakan software pengolahan citra dan mengacu pada 2 data setiap 2
dimensi. Citra digital merupakan sebuah larik array yang beris nilai nilai real
maupun kompleks yang direpresentasikan dengan deretan bit tertentu (Putra,
2010).
1. Format Citra
Citra direpresentasikan oleh matriks data yang membuat berbagai informasi
tentang fungsi nilai citra tersebut. Dengan kata lain, citra yang tampak oleh
mata merupakan sekumpulan nilai tertentu yang membentuk suatu pola
yang telah dikondisikan. Derajat tingkat keabuan yang lazim sering
digunakan adalah 8 bit, 24 bit dan 32 bit. Keabuan pada tingkat yang
berbeda memiliki representasi nilai masing masing bergantung pada format
23
akan memiliki nilai rentang intensitas warna dari 0 – 225, begitu juga untuk
citra 16 bit akan memiliki derajat keabuan sebesar 2 x 8 bit yang artinya
akan memiliki rentang intensitas warna dari 000-000 hingga 225-225,
begitu pula untuk 24 bit akan memiliki derajat keabuan 3 x 8 bit yang
memiliki intensitas warna berkisar 000-000-000 hingga 225-225-225.
Dengan kata lain, satu pixel yang terdapat dalam citra 8 bit akan
dipresentasikan oleh layar dengan nilai 0-225 pada tabel citra, sedangkan
24 bit akan memiliki nilai berkisar 0-225 yang direpresentasikan dengan 3
layar sekaligus. Di mana dengan jangkauannya akan memiliki nilai berkisar
0-225 (Fadlisyah dkk, 2010).
2. Resolusi Citra
Resolusi citra merupakan tingkat kedetailan suatu gambar, semakin tinggi
nilai resolusinya maka semakin tinggi kualitas gambar. Satuan dalam
pengukuran citra dapat berupa ukuran fisik dan dapat juga berupa ukuran
citra menyeluruh. Ukuran fisik misalnya jumlah garis per mm atau jumlah
garis per inchi, sedangkan ukuran citra menyeluruh jumlah garis per tinggi
citra. Resolusi sebuah citra dapat diukur degan beberapa cara diantarannya,
a. Resolusi Pixel
Resolusi pixel merupakan perhitungan jumlah pixel dalam citra digital.
Misalkan, sebuah citra memiliki resolusi M x N itu berarti citra tersebut
memiliki arti M jumlah pixel lebar dan N jumlah pixel tinggi. Dan
terdapat dalam citra gambar. Dimana jumlah pixel dapat dikatakan
sebagai hasil perkalian antara panjang dan lebar pixel (M x N).
b. Resolusi Spasial
Resolusi spasial menunjukan kedekatan jarak setiap garis pada citra.
Jarak berdasarkan sistem yang menciptakan citra tersebut, hasil resolusi
parsial menghasilkan jumlah pixel persatuan panjang. Resolusi parsial
dari sebuah monitor komputer adalah 71 hingga 100 garis per inchi atau
dalam resolusi pixel 72 hingga 100 ppi.
c. Resolusi Spektrum
Sebuah citra digital membedakan intensitas ke dalam beberapa
spektrum. Citra multi spektrum akan memberikan spektrum atau
panjang gelombang yang lebih baik yang digunakan untuk
menampilkan warna.
d. Resolusi Temporal
Resolusi temporal merupakan berkaitan dengan video. Suatu video
merupakan kumpulan frame statis yang yang berurutan dan ditampilkan
secara cepat. Resolusi temporal memberikan jumlah frame yang dapat
ditampilkan setiap detik dengan satu frame per second (fps).
e. Resolusi Radiometrik
Resolusi ini memberikan nilai atau tingkat kehalusan citra yang dapat
25
bit dan citra 256 bit. Semakin tinggi resolusi radiometrik ini semakin
baik perbedaan intensitas yang ditampilkan (Putra, 2010).
3. Operasi Logika
Tidak hanya elektronika saja yang dapat memiliki operasi logika,
pencitraan pun memiliki operasi logika. Operasi logika dalam pencitraan
dapat dilakukan dengan dua buah gambar citra atau lebih, berikut jenis
operasi logika yang sering digunakan seperti pada persamaan (2-9) sampai
2-13).
, = , AND , (2-9)
, = , OR , (2-10)
, = , XOR , (2-11)
, = , SUB , (2-12)
, = NOT , (2-13) (Achmad & Firdausy, 2005).
4. Ekualisasi
Ekualisasi merupakan pengolahan kontras citra yang dilakukan secara
merata. Citra yang kontras ditandai dengan sempitnya daerah yang dipakai
oleh kurva histogram tingkat keabuan. Dengan operasi peningkatan kontras
yang optimal, kurva histogram akan memiliki rentang yang maksimum,
dari baris kiri ke batas kanan histogram. Cara lain untuk mendapatkan
sekala keabuan citra untuk memperoleh citra histogram yang datar atau
seragam yang ditunjukan pada Gambar 2.7.
Gambar 2.7. Hsitogram Citra Ekualisasi.
Pada Gambar 2.7, histogram citra hasil idealnya memiliki jumlah titik yang
sama untuk setiap tingkat keabuan. Untuk citra sekala keabuan k bit yang
berukuran tinggi h dan lebar w, maka jumlah titik untuk tingkat keabuan
adalah sebesar .ℎ�. Untuk memperoleh hasil seperti itu, distribusi titik
dalam citra asli harus disebarkan secara lebih merata ke seluruh nilai
keabuan. Secara metematis pengolahan citra ekualisasi dapat dilakukan
dengan menggunakan persamaan (2-14).
� = ��( �− )
.ℎ (2-14)
Dimana nilai Ci adalah cacahan kumulatif nilai sekala keabuan ke-i dari
citra asli dan fungsi round adalah untuk pembulatan ke bilangan bulat
terdekat, contohnya :34,5 menjadi 34; dan 187,5 menjadi 188. (Achmad &
27
5. Pengambangan
Operasi pengambangan (thresholding) digunakan untuk mengubah citra
dari format 8 bit atau 24 bit menjadi format 2 bit, dimana format 2 bit ini
mempunyai 2 buah warna hitam dan putih (nol dan satu), seperti pada
persamaan 2-15 dengan penjelasan persamaan pada Gambar 2.8.
(2-15)
Gambar 2.8. Grafik ambang (thresholding)
Dalam hal ini, titik dengan nilai rentang nilai keabuan tertentu diubah
menjadi warna hitam dan sisanya menjadi warna putih, atau sebaliknya,
seperti dapat dilihat pada Gambar 2.8 dimana Ki merupakan citra berwarna
dan Ko merupakan citra 2 bit (biner), (Achmad & Firdausy, 2005).
0 1
0 255
Ko
Ki
Ambang bawah Ambang atas
Ko =
0, jika ambang bawah ≤ Ki ≤ ambang atas
9. Perangkat Lunak
1. Delphi
Delphi merupakan suatu bahasa pemrograman yang digunakan untuk
merancang suatu aplikasi program. Delphi dibuat oleh perusahaan Borland
dengan basis pemrograman pascal. Program ini memiliki keunggulan untuk
membuat aplikasi window, merancang aplikasi program berbasis grafis,
membuat program berbasis jaringan berbasis .Net (berbasis internet).
Delphi memiliki keunggulan antara lain IDE (Integrated Devlopment
Environment) dimana terdapat menu-menu yang digunakan untuk membuat
suatu proyek program, kompailer cepat, mudah digunakan, bersifat
multipurphase, artinya bahasa pemrograman delphi dapat digunakan
berbagai pengembangan aplikasi. Berikut tampilan lembar kerja delpi,
terlihat pada Gambar 2.9.
29
2. FreeStudio2014
Free Studio merupakan sebuah prangkat yang digunakan untuk
mengonversi audio/video. Terdapat 8 perangkat yang dapat digunakan
seperti youtube video download, audio download, CD/DVD burning,
mengkonversi berbagai file media audio, video, pengolahan gambar 3D.
Softwere ini merupakan salah satu jenis softwere sharewhere yang dapat
digunakan secara kontinu hanya pada satu fungsi saja yaitu konversi video
ke bentuk gambar (DVDVideoSoft, 2014), seperti pada Gambar 2.10.
Gambar 2.10. FreeStudio
10. Karakterisitik Pengukuran
Pengukuran merupakan suatu kegiatan untuk mendapatkan suatu keterangan
kuantitatif dengan cara membandingkan benda dengan sebuah alat yang
sudah diketahui nilai kuantitatifnya. Alat yang digunakan sering disebut juga
sebagai alat ukur. Dalam pengukuran tentunya ada besaran yang melengkapi
keterangan dari pengukuran, berikut contoh – contoh bersaran pokok yang
Table 2.1. Besaran pokok
Besaran Unit Setandar Simbol
Panjang Meter m
Dalam proses pengukuran sangatlah penting mengetahui nilai dan
karakteristik dari alat ukur itu sendiri. Beberapa karakteristik alat ukur yaitu :
a. Resolusi
Resolusi merupakan perubahan terkecil dari sekala penuh dari
pengukuran atau pergeseran nilai terkecil dari alat ukur. Misalkan,
terdapat alat ukur sepedometer denga sekala terkeceil sebesar 5 km/jam
dengan sekala penuhnya 50 km/jam. Sepedometer tersebut memiliki nilai
resolusi sebesar 5 km/jam, dimana sekala tersebut merupakan sekala
terkecil kecepatan yang mampu diukur oleh sepedometer (Morris, 2001).
b. Linieritas
Merupakan sebuah hubungan input dan output yang menghasilkan
persamaan garis lurus, atau sensitivitas antara output dan input.
Sensitivitas tersebut dijelaskan dengan kemiringan gradien kurvanya,
31
Gambar 2.11. Kurva linieritas.
Nilai sensitivitas dapat dicari dengan gradien atau dengan persamaan
perbandingan,
= ℎ ℎ � � �
(Morris, 2001).
c. Error
Proses pengukuran error merupakan sesuatu hal yang sering terjadi.
Pengukuran merupakan suatu kegiatan membandingkan sesuatu yang
tidak diketahui nilainya dengan sesuatu yang sudah diketahui standar
nilainya. Proses perbandingan tersebut sering kita menemukan ketidak
sesuaiaan antara alat yang dibaca dan yang membaca, perbedaan tersebut
disebut error. Error dijelaskan dalam dua kondisi yaitu absolut error
yang dijelaskan dalam persamaan 2-15 dan persentase error dijelaskan
= − (2-15)
% =�
� (2-16)
dimana,
e = error
%e = Persentase error
Yn = Real Nilai (Standar Nilai)
Xn = Hasil Pengukuran.
32
III. METODE PENELITIAN
A. Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian ini mulai dilaksanakan pada bulan Juli 2014 sampai Februari 2015.
Pembuatan alat dilaksanakan di Laboratorium Elektronika & Instrumentasi
Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam dan
pengambilan data dilakukan di daerah aliran sungai (DAS) Kota Metro.
B. Alat dan Bahan
Alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian ini meliputi:
1. Perangkat Keras (Hardware)
Berikut perangkat keras yang digunakan dalam penelitian ini adalah;
a. Laptop
Spesifikasi laptop yang digunakan dalam penelitian ini seperti pada
Tabel 3.
Tabel 3.1. Spesifikasi laptop
Deskripsi Spesifikasi
Processor Intel(R) Core(TM) i5-4200M CPU @2.50GHz (4 CPUs) Video Intel (R) HD Graphics 4600
Driver Version 9.18.10.3131 RAM 2048 MB Hard Disk 500 GB
Gambar 3.1. Laptop yang digunakan
b. Webcam
Logitech merupakan kamera yang digunakan dalam penelitian ini
dengan type Logitech Webcam C210. Adapun spesifikasinya antara lain
Photo : Up to 1.3 Megapixels (Software Enhanced)
Video Capture : Up to 640 x 480 pixels
Logitech Fluid CrystalTM technology
Frame rate : Up to 30 frames per second
Hi-Speed USB 2.0 certified (recommended)
35
c. Batangan Besi
Batangan besi digunakan sebagai penyangga kamera, agar kamera
kokoh berada dalam air untuk analisis material yang hanyut terbawa air.
Batang besi memiliki diameter sebesar 10 mm dengan panjang 1 m.
Gambar 3.3. Batang besi.
2. Perangkat Lunak (Software)
Perangkat lunak dalam penelitian ini digunakan untuk proses akuisisi data
dan pengolahan citra ;
a. Delphi 7.0
Program yang akan dibuat untuk pengolahan citra menggunakan
software Delphi. Delphi yang digunakan memiliki komponen DSPack
untuk video capture dari sebuah webcam, dan pengolahan citra,
misalnya pengolahan gambar grayscale, thresholding, negasi dan Even
Mouse untuk mengetahui jarak partikel.
C. Desain Alat
Desain alat yang digunakan dalam penelitian ini seperti terlihat pada Gambar
(a)
(b)
37
D. Prosedur Penelitian
Pada penelitian ini prosedur yang dilakukan adalah perancangan sistem,
realisasi sistem, pengujian sistem dan data seperti pada Gambar 3.5. Jika data
yang diinginkan sesuai, yaitu terdapat material pada citra yang diakuisisi
maka lanjut ke tahap pengambilan data, pengolahan data, pembuatan laporan
Langkah kerja penelitian adalah sebagai berikut:
1. Pembuatan Diagram Blok Penelitian
Pada tahap pertama, dilakukan penyusunan blok diagram penelitian guna
mempermudah dalam proses penelitian. Diagram blok ini juga dapat
mempermudah dalam menyusun sebuah rancangan penelitian jika dalam
suatu rancangan terdapat kendala-kendala.
2. Perancangan Sistem
Perancangan alat meliputi perangkat keras (hardware) dan perangkat lunak
(software). Alat dirancang untuk sebuah dudukan kamera dan sensor
flexiforce yang dapat digunakan untuk memantau material melalui kamera
dan tekanan dengan sensor tersebut. Alat yang dibuat terintegrasi dengan
laptop dan software didalamnya untuk proses akuisisi dan pengolahan.
Kamera dibuat agar dapat digunakan di dalam air, yaitu melapisi kamera
dengan pelapisan kedap air.
3. Pembuatan Sistem
Pembuatan Sistem ada 2 tahapan, yaitu
a. Pembuatan Perangkat Keras
Pembuatan alat ini dilakukan dengan menggunakan batang besi
berukuran 10 mm dengan panjang masing-masing ± 1 m. Batangan besi
tersebut terdiri dari 5 batang dengan batang besi yang dapat dibongkar
pasang. Bagian bawah batang besi didesain untuk dapat diletakan
39
digunakan di kedalaman air sungai. Perancangan dudukan tersebut
disesuaikan dengan kondisi arus maksimal pada sungai.
b. Pembuatan Perangkat Lunak.
Perancangan perangkat lunak ini menggunakan program FreeStudio dan
delphi. Delphi digunakan untuk membuat software yang dapat
menganalisis citra hasil cuplik kamera. Free studio digunakan untuk
mengubah data video ke dalam format gambar, selajutnya gambar
tersebut dianalisis partikel/material yang hanyut untuk mengetahui laju.
4. Uji Coba Sistem
Realisasi sistem dilakukan di daerah aliran sungai (DAS). Uji coba ini
dilakukan agar dapat mengetahui kinerja sistem yang dibangun. Pengujian
sistem dilakukan dengan menangkap partikel/material yang terbawa oleh
arus sungai di dalam air dengan menggunakan kamera. Kamera yang
digunakan adalah kamera yang sudah dilapisi bahan kedap air agar
terlindung terhadap air dan sensor yang digunakan yaitu flexiforce untuk
mengetahui tekanan dalam air. Citra yang dihasilkan adalah citra RGB 24
bit yang berfungsi mempermudah pengolahan citra, dengan tampilan latar
dasar air.
5. Data
Data yang dihasilkan dari proses akuisisi adalah berupa video dan tekanan.
Citra film diolah kembali menggunakan software FreeStudio untuk
mendapatkan gambar. Gambar dapat langsung diolah untuk mendapatkan
6. Pengambilan Data
Pengambilan data dilakukan setelah pembuatan dan pengujian alat,
kemudian data yang diperoleh digunakan sebagai bahan pembuatan
laporan. Pengambilan data dilakukan menggunakan alat seperti pada
Gambar 3.4 (a) dengan contoh pengambilan data seperti yang digambarkan
pada Gambar 3.4 (b), dimana alat dimasukkan ke dalam air dengan
kedalaman 5 – 10 cm dari permukaan.
7. Analisis.
Analisis dilakukan untuk menentukan laju yang ditentukan dari hasil
pengukuran material/partikel yang hanyut di sungai. Analisis dilakukan
dengan menggunakan software yang telah dibuat untuk mendapatkan data
laju material/partikel. Laju tersebut digunakan sebagai data primer (data
peninjauan langsung di lapangan) yang akan digunakan untuk menentukan
debit aliran.
8. Data Hasil
Data hasil berupa data laju material sedimentasi dan tekanan air sungai.
E. Sistem Akuisisi Data
Pengambilan data dilakukan dengan menggunakan kamera dan sensor yang
sudah terhubung dengan software. Diagram proses akuisisi data dapat dilihat
41
Aliran Air
Kamera
Personal Computer
Aliran air
Flexiforce
Pengondisi SInyal
Video Aliran
Air Tekanan
(a) (b)
Gambar 3.6. Proses akuisisi data. (a) video dan (b) tekanan.
Proses akuisisi data yang digunakan untuk pengambilan video aliran dan
tekanan aliran pada daerah aliran sungai. Kamera digunakan untuk merekam
aliran air dan flexiforce digunakan untuk menentukan tekanan aliran. Tekanan
aliran diperoleh dari hasil konversi berat ke tekanan. Konversi secara analog
dilakukan menggunakan rangkaian pembagi tegangan yang berfungsi untuk
mengkonversi resistansi ke tegangan. Konversi hambatan menjadi tegangan
seperti terlihat pada persamaan (3-2)
� = �� � �
� = � +�� � (3-2)
dihasilkan. Sinyal yang dikeluarkan oleh rangkaian pada V2 merupakan sinyal
analog yang diubah dalam bentuk digital sehingga dapat diteruskan ke PC.
Proses konversi data analog ke digital dilakukan menggunakan rangkaian
mikrokontroler port A yang berfungsi untuk mengubah sinyal analog menjadi
digital, seperti terlihat pada Gambar 3.7. Tahap akhir pengkondisi sinyal
adalah mengirimkan data digital hasil konversi ke USB port untuk diteruskan
ke PC. PC akan menerima sinyal dalam bentuk digital dan data diolah dan
dikonversi menggunakan perangkat lunak yang sudah disesuaikan dengan
perangkat keras (sensor dan pengondisi sinyal) untuk mendapatkan hasil
akhir berupa tekanan. Data hasil akusisi kamera, berupa video aliran air yang
ditampilkan pada perangkat lunak pendukung yang dibuat dan disesuaikan
dengan kamera. Video yang diperoleh kemudian dianalisis untuk
43
Material/partikel yang terlihat pada aliran air ini yang akan diolah gambarnya
untuk mendapatkan laju material sedimen.
Gambar 3.7. Rangkaian pengondisi sinyal.
F. Proses Pengolahan Video
Berdasarkan data video aliran yang diperoleh dengan durasi yang sesuai
jumlah memori penyimpanan video (hardisk internal laptop) atau sesuai
keinginan pengguna, maka video tersebut dikonversi menjadi sekumpulan
gambar. Penjelasan lebih lanjut dari proses pengolahan data dapat dilihat pada
Gambar 3.8. z1
z2
V1
Data Video
Proses Konversi ke Bentuk Gambar
Data Citra
Proses Pengolahan Citra
Data Jarak dan Waktu dari Data
Citra
Gambar 3.8. Proses pengolahan data
Data video yang diperoleh selanjutnya dikonversi menggunakan softwarefree
video to jpeg converter ke dalam bentuk gambar. Proses konversi tersebut
mengacu pada kecepatan maksimal perekaman yang dilakukan oleh kamera
yang digunakan, misalkan pada video tersebut tercatat perekaman selama 168
detik dengan kecepatan perekaman 30 fps (frame per second) maka jumlah
gambar yang terbentuk kurang lebih 5062 jumlah gambar dengan
masing-masing gambar mengandung informasi waktu 1/30 detik. Gambar yang
dihasilkan dari proses konversi kemudian dipilih berdasarkan ada atau
tidaknya material pada gambar tersebut, kemudian gambar tersebut diolah
45
G. Penentuan Laju Material Dalam Aliran
Dalam proses menentukan laju material dalam air dilakukan analisis gambar
yang dihasilkan dari proses konversi. Proses konversi dilakukan untuk
memilih gambar yang terdapat material/partikel sedimen. Gambar material
tersebut dipilih dan dilakukan pengolah citra untuk mengetahui jarak
perpindahannya. Untuk menentukan laju material/partikel tersebut dilakukan
perhitungan dengan rumus dasar kecepatan seperti persamaan (3-4).
� =
xt , (3-4)Dimana;
� = laju partikel meter ;
= jarak material A pada t0 dan A pada t1 meter ;
� = waktu tempuh material A pada t0 ke A pada t1 detik .
Berikut adalah diagram blok diagram pengolahan citra untuk menentukan laju
Gambar
Penggabungan kedua data gambar dilakukan dengan operasi logika penjumlahan.
Prinsip penggabungan dijelaskan pada persamaan matematis (3-5),
, = , � � , (3-5)
penggabungan gambar dilakukan dengan mengubah citra A pada t0 pada Gambar
3.9 gambar material A pada t1 terlebih dahulu di-Not kan, fungsi tersebut
bertujuan untuk menghasilkan warna material yang berbeda setelah proses
penggabungan sehingga mudah dalam proses pengukuran. Sebelum dilakuka
47
mendapatkan kontras warna gambar yang optimal. Proses ekualisasi ini dilakukan
dengan persamaan matematis seperti pada persamaan (2-14) pada bab
sebelumnya. Kemudian dilakukan smoothing agar tampilan gambar tampak lebih
halus. Proses smoothing ini dilakukan menggunakan prinsip pemerataan operasi
bertetangga, artinya pemerataan nilai citra (dalam hal ini dimisalkan sebuah titik
warna citra) dengan nilai citra yang berada pada sebelahnya seperti pada Gambar
3.10.
Gambar 3.10. Matrik smoothing.
Gambar 3.10 merupakan permisal sebuah matrik dari sebuah citra, dimana
memiliki nilai warna sesuai dengan angka pada Gambar 3.10. Operasi bertetangga
pada pengolahan citra smoothing, misal ingin menghaluskan citra pada nilai
warna 5 maka nilai warna tersebut ditambahkan nilai tetangga yaitu
5+1+2+3+4+6+7+8+9 selanjutnya dibagikan dengan jumlah kolom warna yang
dijumlahkan, dalam hal ini jumlah kolom yang digunakan adalah 9 setelah itu
dilakukan proses thresholding. Sebelum proses penggabungan dilakukan proses
thresholding untuk mengubah gambar berwarna menjadi hitam-putih agar
memudahkan dalam proses pengukuran. Proses ini dapat ditinjau lebih jelas
H. Alur Pengambilan Data Secara Keseluruhan
Software pendukung pada penelitian ini dibuat menggunakan software borland
delphi 7. Software pendukung digunakan untuk proses akuisisi data hingga proses
pengolahan data. Ada dua jenis data yang akan diakusisi yaitu data tekanan dan
video aliran. Data tekanan akan secara langsung ditampilkan dalam layar akuisisi
dan data video akan disimpan dan diolah.
Air/Partikel
Gambar 3.11. Alur proses pengambilan data.
Pada proses pengolahan data seperti diagram Gambar 3.11, langkah pertama
proses akuisis data dilakukan dengan rangkaian pada Gambar 3.7 untuk sensor
dan kamera secara langsung dapat dihubungkan dengan PC. Data video yang
diakuisisi dengan video kemudian diteruskan untuk mengubah jenis video ke
dalam citra gambar, citra gambar yang diperoleh kemudian diolah (teori
pengolahan dijelaskan pada subab G pada Bab ini) untuk memperoleh citra yang
mudah dianalisis. Analisis gambar dibutuhkan untuk memperoleh informasi jarak
49
untuk menghitung kecepatan material tersebut untuk mendapatkan data kecepatan
dengan cara membagi nilai jarak yang diperoleh dengan waktu yang dibutuhkan
partikel untuk berpindah posisi. Langkah pertama menentukan waktu perubahan
gambar dari kumpulan gambar hasil konversi dengan cara menentukan kecepatan
rekaman yang dilakukan oleh kamera dengan menggunakan persamaan (3-6).
� = ℎ � (3-6)
Persamaan (3-6) merupakan persamaan untuk mencari kecepatan dimana satuan
dari kecepatan rekam ini adalah frame per second (fps). Untuk mendapatkan data
waktu untuk setiap frame –nya (gambar) yaitu dengan persamaan (3-6).
� =
� (3-7)
Persamaan (3-7) merupakan persamaan untuk menentukan waktu (t), dimana
persamaan ini merupakan persamaan yang menerangkan bahwa kumpulan gambar
hasil konversi dari video ke gambar sesuai pada persamaan (3-7) membutuhkan
waktu perubahan dari posisi satu ke posisi dua. Langkah teakhir menentukan nilai
kecepatan dengan membagi jarak hasil pengukuran material yang sudah dilakukan
V. KESIMPULAN DAN SARAN
A. Kesimpulan
Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan dapat ditarik beberapa
kesimpulan. Adapun kesimpulan tersebut adalah,
1. Tekanan pada sensor flexiforce pada penelitana ini baik digunakan dalam
range pengukuran < 7 kg.
2. Tingkat keberhasilan sensor tekanan rata – rata mencapai 94,671%.
3. Program dapat mengukur range terkecil dari penggaris dengan tinggkat
presentase keberhasilan tertinggi pada objek berjarak 3 cm mencapai
99,992% dan presentase keberhasilan terendah pada objek berjarak 4 cm
mencapai 95,436%.
4. Nilai yang terukur dengan menggunakan metode image processing
memiliki nilai selisih rata-rata terkecil sebesar 0,08 terhadap metode
86
B. Saran
Adapun saran pada penelitian ini yaitu gunakan sensor tekan yang rentang
ukurnya lebih kecil, untuk mendapatkan ketelitian pengukuran tekanan
