APLIKASI UAV (
UNMANNED AERIAL VEHICLE
) UNTUK MENDUKUNG
PEMANTAUAN TATA RUANG
(UAV (Unmanned Aerial Vehicle) Applications to Support Land Monitoring)
‘Azmiyatul 'Arifati, Randy Alihusni Wardana, Indra Laksana, & Ratri Ma'rifatun
Nisaa'
Geo-information for Spatial Planning and Disaster Risk Management, Universitas Gadjah Mada Jalan Teknika Utara, Pogung, Yogyakarta 55281
E-mail: azmiyatul@gmail.com
ABSTRAK
Pada beberapa tahun terakhir, pemanfaatan foto udara dari rekaman sensor yang dibawa oleh Unmanned Aerial Vehicle (UAV) berkembang sangat pesat. Hasil foto udara melalui UAV banyak dimanfaatan untuk pemetaan yang membutuhkan tingkat detail yang tinggi karena memiliki tingkat Ground Sample Distance hingga satuan sentimeter. Pekerjaan pemetaan skala besar biasa dilakukan menggunakan sumber data dari metode ekstraterestris yaitu citra satelit resolusi tinggi. Semula, metode fotogrameris dihindari karena memerlukan biaya yang relatif mahal, waktu yang relatif lama, serta SDM yang banyak dalam pengoperasiannya. Namun, saat ini UAV dengan berbagai kelebihannya dapat diperhitungkan sebagai sumber data pemetaan tata ruang. Penelitian ini bertujuan untuk mengkaji kapasitas UAV sebagai sumber alternatif dalam pemetaan tata ruang, terutama dalam kegiatan pemantauan pemanfaatan ruang. Studi literatur dengan teknik mengumpulkan (summarize) dan meringkas (synthesize) terhadap berbagai penelitian, laporan teknis, dan sumber online dilakukan untuk menggali informasi terkait aplikasi UAV, khususnya di bidang tata ruang. Kemudian dihasilkan kesesuaian UAV untuk pemetaan tata ruang beserta analisisnya. Secara keseluruhan, akurasi yang didapat dari hasil UAV telah memenuhi standar foto udara yang diperlukan untuk monitoring tata ruang, baik akurasi horizontal maupun vertikal, serta ketelitian DEM.
Kata kunci: UAV, pemetaan skala besar, pemantauan tata ruang.
ABSTRACT
In recent years, the utilization of aerial photo captured by Unmanned Aerial Vehicle (UAV)’s sensor develops rapidly. UAV products commonly used for detailed scale mapping as it affords to produce centimeter level of Ground Sample Distance. Large scale mapping for spatial mapping generally apply high resolution satellite imagery from extraterrestrial method as data source. At first, photogrammetry method was avoided because it tends to high-cost, time-consumed, also needs more human resources for operational. However, nowadays UAV with its advantages might be considered as spatial mapping data source. This research aims to study UAV capacity as alternative data source in the context of spatial mapping, particularly for monitoring of space utilization. Literature study through summarize and synthesize towards several researches, technical reports, and online resources are performed to gain information profusely on UAV data applications, particularly in spatial planning sector. Subsequently, UAV compatibility for spatial mapping along with its analysis can be generated. Overall, accuracy of UAV products has met the requirements for spatial monitoring, both horizontal and vertical accuracy, as well as DEM accuracy.
Keywords: UAV, large scale mapping, land monitoring.
PENDAHULUAN
Pengawasan adalah salah satu komponen dalam penyelenggaraan tata ruang. Undang-Undang No. 26 tahun 2007 Pasal 5 ayat 2 menyebutkan bahwa pengawasan terdiri atas pemantauan, evaluasi, dan pelaporan. Pemantauan tata ruang dalam undang-undang tersebut dapat dilakukan secara langsung maupun tidak langsung, serta dilakukan satu kali dalam setahun. Metode yang digunakan bermacam-macam, seperti laporan atau pengaduan masyarakat. Selain itu monitoring dilakukan dengan memeriksa pemanfaatan atau alokasi ruang yang ada di lapangan apakah telah sesuai dengan perda tata ruang atau tidak. Dengan adanya monitoring yang intensif, penyimpangan terhadap pemanfaatan ruang dapat diminimalisir. Salah satu alternatif yang praktis untuk monitoring adalah dengan kajian spasial.
Pemanfaatan foto udara dari rekaman sensor yang dibawa oleh pesawat tanpa awak atau juga dikenal dengan Unmanned Aerial Vehicle (UAV) berkembang sangat pesat. UAV banyak dimanfaatkan untuk pemetaan skala besar karena memiliki hasil foto udara resolusi sangat tinggi. Selain itu, UAV memiliki keunggulan yaitu akusisi data yang relatif mudah dan cepat, biaya yang relatif rendah, foto yang dihasilkan bebas awan karena tinggi terbang yang rendah, serta dapat menghasilkan model permukaan berupa Digital Surface Model. Atas dasar keunggulan UAV inilah, perlu dilakukan kajian lebih lanjut terhadap kemungkinan UAV untuk digunakan sebagai sumber data alternatif dalam monitoring tata ruang. Penelitian ini bertujuan untuk mengkaji kapasitas produk UAV sebagai sumber data alternatif dalam pemetaan tata ruang, terutama dalam kegiatan pemantauan pemanfaatan ruang.
METODE
Penelitian menggunakan metode studi literatur dengan teknik mengumpulkan (summarize) dan meringkas (synthesize) hasil-hasil penelitian yang relevan dengan permasalahan penelitian. Adapun sumber data yang digunakan adalah jurnal-jurnal ilmiah, laporan teknis, serta sumber online yang terpercaya. Teori yang diperoleh dari hasil penelitian kemudian digunakan sebagai alat utama untuk analisis deskriptif terhadap kapasitas produk UAV.
Dalam proses pengumpulan sumber literatur, fokus yang dicari adalah keunggulan produk UAV yang dikaitkan dengan tata ruang. Dalam hal ini, dihasilkan segmentasi berupa ketelitian foto udara dari UAV, ketelitian model permukaan yang dihasilkan, kecepatan akusisi, dan ekstraksi informasi untuk kebutuhan tata ruang dari produk UAV. Tidak semua sumber data menyajikan informasi tersebut sekaligus, misalnya untuk mencari ketelitian foto udara, terkadang aplikasinya adalah untuk industri tambang. Mengklasifikasikan segmentasi hasil penelitian ini merupakan hal yang kompleks karena banyak sumber tidak secara langsung menyediakan data yang dibutuhkan sehingga analisis mendalam satu per satu terhadap sumber perlu dilakukan.
Sebagai bagian dari penelitian, komunikasi secara informal dengan praktisi UAV dan pemetaan tata ruang dilakukan untuk mendapatkan informasi tambahan terkait kapasitas UAV dan kemungkinannya untuk kepentingan tata ruang (Biljecki et al., 2015).
HASIL DAN PEMBAHASAN
Kegiatan mengamati kondisi struktur dan pola ruang pada suatu wilayah melalui pengamatan langsung di lapangan dapat menghasilkan penilaian kuantitatif dan kualitatif terhadap muatan struktur dan pola ruang. Salah satu kelengkapan yang dibutuhkan dalam kegiatan ini adalah citra satelit atau peta penggunaan lahan terbaru. Monitoring idealnya dilakukan secara rutin sehingga diperoleh data kesesuaian pemanfaatan ruang, baik perubahan maupun kecenderungannya. Oleh karena itu, UAV sebagai salah satu media penyedia foto udara dengan akurasi tinggi sangat berpotensi untuk mendukung kegiatan monitoring ini yaitu dengan overlay rencana tata ruang yang telah ada dengan foto udara hasil penerbangan UAV.
Dalam ketentuan teknis monitoring dan evaluasi pemanfaatan ruang yang dikeluarkan oleh Kementerian Pekerjaan Umum (2010), kegiatan monitoring meliputi pengumpulan data dan peta terkait struktur dan pola ruang, serta pengamatan dan pencatatan kegiatan perwujudan struktur dan pola ruang. Dalam hal ini, dokumen spasial yang dibutuhkan yaitu peta rencana tata ruang, peta kerja untuk melakukan monitoring, dan peta hasil monitoring lapangan. Peta ini harus memenuhi sistem referensi geometri minimal yang harus dimiliki, serta skala peta minimal, akurasi pengukuran minimal, dan kerincian data minimal.
Informasi yang Diperoleh dari UAV untuk Pemantauan Tata Ruang
Data yang diperoleh dari UAV dapat mendukung basis data perkotaan atau suatu wilayah dengan sajian informasi 3D yang berbiaya rendah, namun hanya terbatas pada lingkup area yang kecil (Tenedorio et al., 2016). UAV memiliki keuntungan untuk dapat digunakan dalam perencanaan kota, diantaranya yaitu berbiaya rendah, dapat menghasilkan 3D model, mudah diperbaharui, dan dapat memonitor kejadian ekstrim, misalnya banjir. Selain itu terdapat produk citra mosaik wilayah perkotaan, model elevasi digital, dan peta foto (Rokhmana, 2010). Hasil 3D
model dari UAV bersifat lebih akurat dan dapat mengintegrasikan banyak informasi dalam waktu yang singkat. Teknik ini banyak digunakan dalam perencanaan dan manajemen. (Zhang & Zhang, 2017).
Dalam rencana tata ruang, terdapat beberapa kebutuhan peta yang dapat diperoleh dari produk UAV yang dibagi dalam peta dasar, peta tematik, dan peta rencana. Sedangkan dalam monitoring tata ruang, jenis informasi spasial yang dibutuhkan adalah data terbaru mengenai jaringan jalan, kawasan hutan, sistem air minum perpipaan dan non-perpipaan, penggunaan lahan, dan status lahan. Metode inventarisasi data tersebut bermacam-macam yaitu dengan wawancara, dokumentasi, maupun peta kawasan atau foto udara skala 1:5.000 (Kementerian PU, 2010).
Ketelitian Sumber Data (UAV) untuk Pemetaan Tata Ruang
Akurasi Data UAV
Tabel 1. Studi Akurasi Hasil Foto Udara.
No. Jurnal/Naskah/Prosiding/Laporan Penelitian/Buku/Undang2
Akurasi (m) H V Resolusi /
GSD 1 Penggunaan Foto Udara Format Kecil Menggunakan Wahana Udara
Nir-Awak Dalam Pemetaan Skala Besar. (Gularso dkk., 2015) 0,24 0,28 0,5 2 Development and Evaluation of UAV-Photogrammetry System for Precise 3D
Environmental Modeling (Shahbazi et al., 2015) 0,4 1,7
-3 Spatial Accuracy of UAV-Derived Orthoimagery And Topography Comparing Photogrammetric Models Processed with Direct Geo-Referencing And Ground Control Points
0,07 0,05 0,05
4 Remote Sensing from UAV for 3d urban modeling (Tenedório, 2016) - - 0,03 5 Exploring UAV in Indonesian cadastral boundary data acquisition
(Ramadhani et al., 2017) 0,5 0,2 0,03
6 Pemanfaatan Foto Udara Format Kecil untuk Ekstraksi DEM dengan Metode
Stereoploting (Purwanto, 2017) 0,12 0,79 0,05
7 Pemanfaatan Pesawat Udara Nir awak (PUNA) sebagai Metode Alternatif Pengumpulan Data Geospasial Pulau-Pulau Kecil Terluar (Niendyawati & Artanto, 2014)
0,63 < 1 0,2
8 Analisa Planimetrik Hasil Pemetaan Foto Udara Skala 1:1.000 Menggunakan Wahana Fix Wing UAV (Al Ayyubi, 2017)
0,25 - 0,09
9 Potensi Pemanfaatan Penginderaan Jauh Dengan Wahana Udara Nir-Awak
di Industri Tambang dan Migas (Rokhmana, 2012) 0,3 0,5 0,1
UAV dapat memberikan informasi akurat tentang kondisi area ketika dilakukan pemantauan. Informasi yang diberikan oleh UAV antara lain elevasi, ragam perumahan, ruang terbuka, kondisi lalu lintas. Dalam keperluan monitoring, citra yang digunakan harus memenuhi standar akurasi yang baik. Untuk itu studi mengenai kemampuan UAV dilakukan untuk mengetahui seberapa tingkat akurasi pada foto yang dihasilkan. Akurasi yang didapat dari hasil UAV cukup memenuhi standar citra udara yang diperlukan untuk monitoring tata ruang.
Hasil yang didapat dari studi literatur mengenai ketelitian penggunaan UAV di berbagai bidang ditampilkan pada Tabel 1. Ketelitian terbaik diperoleh ketika melakukan penelitian tentang pengolahan UAV area padang rumput menggunakan GCP dan software fotogrametri, yaitu menghasilkan ketelitian horizontal sebesar 0,07 m dan vertikal sebesar 0,05 m. Pada penelitian tentang pemanfaatan drone untuk industri tambang dan migas diperoleh ketelitian H sebesar 0,3 m dan V sebesar 0,5 m dengan resolusi foto 0,1 m. Pemanfaatan Pesawat Udara Nir Awak (PUNA)
untuk pengumpulan data pulau kecil terluar memiliki tingkat akurasi H sebesar 0,63 dan ketelitian V kurang dari 1 m. Secara keseluruhan penelitian mengenai akurasi hasil UAV menunjukkan tingkat akurasi horizontal dan vertikal adalah <2,5 m, seperti ditunjukkan pada tabel 1. Akurasi ini mengacu pada ketentuan pemetaan rencana tata ruang dengan menggunakan citra satelit resolusi tinggi. Sedangkan resolusi yang didapat sudah sangat baik dengan tingkat ketelitian Ground Sampling Distance (GSD)<0,65 m.
Ketelitian DEM untuk Keperluan Tata Ruang
Informasi dari data terbang dari Unmanned Aerial Vehicle (UAV) dapat digunakan dan diolah untuk memperoleh data permukaan tanah atau disebut Digital Elevation Model (DEM) (Febriarta, 2017). Produk topografi berupa DEM banyak diterapkan di berbagai bidang (Uysal et al., 2015) dan dapat dimanfaatkan sebagai data utama dalam pembuatan peta perencanaan (Nurteisa and Suharyadi 2016).
Ada beberapa hal yang perlu diperhatikan agar dapat mendapatkan DEM dengan ketelitian yang memuaskan. Pertama adalah waktu pemotretan. Pada saat pemotretan, perlu diusahakan untuk berada dalam kondisi cuaca yang cerah agar tidak terjadi kesalahan pendeteksian tie point pada setiap foto yang memiliki overlap dan sidelap (Gularso dkk., 2015). Pemotretan udara sebaiknya dilakukan pada pagi hari, yaitu antara pukul 09.00 - 12.00 WIB. Suharyadi & Nurteisa (2016) menjelaskan bahwa pemotretan pada pagi hari dilakukan dengan pertimbangan yakni kondisi atmosfer masih kondusif karena pada umumnya belum terbentuk awan dan kecepatan angin relatif rendah, pantulan energi elektromagnetik dari objek di permukaan bumi masih ideal untuk perekaman, dan bayangan yang timbul dari objek-objek berukuran tinggi masih wajar.
Kualitas ketelitian DEM dipengaruhi oleh jumlah Ground Control Point (GCP). Jumlah GCP yang digunakan dapat berpengaruh terhadap hasil pengolahan atau pemetaan (Ruzgienė et al., 2015). Jumlah minimum GCP dapat memberikan tingkat akurasi yang tinggi jika didistribusikan secara merata ke seluruh area dan visibilitas pada gambar atau foto dapat dimaksimalkan. Hal tersebut perlu ditingkatkan dengan melakukan tumpang tindih (overlap) yang lebar antarfoto (Shahbazi et al. 2015). Tumpang tindih gambar penting dilakukan untuk mendapatkan produk pemetaan kualitas tinggi. Bila jumlah gambar yang tumpang tindih hanya dua atau tiga, hal tersebut dapat menyebabkan kualitas produk yang dihasilkan buruk. Hasil terbaik bisa didapat bila lebih dari 5 gambar yang bertumpang tindih (Ruzgienė et al. 2015). Faktor lain yang mempengaruhi ketelitian DEM adalah algoritma filtering untuk mendapatkan DEM dari DSM (Sammartano & Spanò, 2016).
Ketelitian DEM dapat dilihat dari RMS error yang dihasilkan. Uysal et al. (2015) memperoleh akurasi vertikal DEM yang dievaluasi dengan 30 GCP sebesar 6,62 cm dari ketinggian terbang 60 m. Sedangkan Ruzgienė et al. (2015) mendapatkan hasil untuk DSM, ketika gambar diproses dengan 10 dan 5 GCP, nilai rata-rata RMSE dan standar deviasi masing-masing adalah 0,064 m dan 0,078 m, saat tinggi terbang 150 m.
Dalam pemetaan tata ruang, informasi kebencanaan merupakan parameter yang perlu dipertimbangkan. Data topografi berupa DEM dengan resolusi 1-3 cm dapat digunakan untuk memprediksi kejadian berbahaya seperti penurunan tanah, ketidakstabilan lereng dan tanah longsor (Shahbazi et al., 2015). Selain itu, untuk investigasi bentuk lahan, penggunaan akuisisi UAV memungkinkan diperoleh data morfologi rinci yang tinggi dari wilayah tersebut (Sammartano & Spanò, 2016). Topografi pada area rawan bencana menjadi dinamis sehingga pembaharuan data DEM yang rutin penting dilakukan.
Efisiensi Biaya dan Waktu
Menurut Gularso (2015) efisiensi biaya pada pemetaan menggunakan metode foto udara sangat dipengaruhi oleh jenis kamera dan wahana yang digunakan. Harga kamera digital non-metrik yang relatif murah dengan spesifikasi yang bagus semakin berkembang (Putera, 2013 dalam Purwanto, 2017).
Menurut wawancara dengan praktisi UAV, dibutuhkan setidaknya 15 hari untuk memperoleh data orthofoto hingga DEM dalam lingkup kecamatan (5.000 hektar). Diawali dengan pengukuran
GCP, akuisisi data menggunakan UAV, kemudian pemrosesan data (DSM, orthofoto, DEM). Perhitungan ini tergantung dari spesifikasi alat yang digunakan.
KESIMPULAN
Penelitian membahas potensi UAV yang dapat digunakan untuk mendukung pemetaan tata ruang, khususnya dalam monitoring pemanfaatan ruang. Penelitian mengenai akurasi hasil UAV menunjukkan tingkat akurasi horizontal dan vertikal adalah kurang dari 2,5 m, bahkan mencapai satuan sentimeter. Data topografi berupa DEM hasil foto udara dengan resolusi 1-3 cm dapat digunakan untuk memprediksi kejadian berbahaya. Selain itu, biaya yang dibutuhkan tergantung dari spesifikasi alat yang digunakan begitu juga dengan waktu. Secara keseluruhan, akurasi yang didapat dari hasil UAV telah memenuhi standar foto udara yang diperlukan untuk monitoring tata ruang, baik akurasi horizontal, vertikal, maupun ketelitian DEM. Oleh karena itu, UAV dapat dimanfaatkan menjadi sumber alternatif untuk monitoring tata ruang.
DAFTAR PUSTAKA
Al Ayyubi, A.S. (2017). Analisa Planimetrik Hasil Pemetaan Foto Udara Skala 1:1000 menggunakan Wahana Fix Wing UAV (Studi Kasus: Kampus ITS Sukolilo). Tugas Akhir Institut Teknologi Sepuluh Nopember. Surabaya. 113 hlm.
Biljecki, F., J. Stoter, H. Ledoux, S. Zlatanova, & A. Coltekin. (2015). Applications of 3D City Models: State of the Art Review. ISPRS International Journal of Geo-Information, 4, 2842-2889.
Febriarta, E. (2017). Laporan Pembuatan Kontur Permukaan Digital Elevation Model (DEM) Telaga Winong. Yogyakarta.
Gularso, H., H. Rianasari, & F.E.S. Silalahi. (2015). Penggunaan Foto Udara Format Kecil menggunakan Wahan Udara NIR-Awak dalam Pemetaan Skala Besar. Jurnal Ilmiah Geomatika, 21(1), 37-44
.
Kementerian Pekerjaan Umum. (2010). Pedoman Monitoring dan Evaluasi Pemanfaatan Ruang.
Niendyawati, & E. Artanto. (2014). Pemanfaatan Pesawat Udara NIR-Awak (PUNA) Sebagai Metode Alternatif Pengumpulan Data Geospasial Pulau-pulau Kecil Terluar. Majalah Ilmiah Globe, 16(1), 1- 8. Peraturan Kepala BIG (Badan Informasi Geospasial). (2014). Pedoman Teknis Ketelitian Peta Dasar.
Peraturan Kepala BIG No. 15 tahun 2014. Kepala BIG. Bogor.
Purwanto, T.H. (2017). Pemanfaatan Foto Udara Format Kecil untuk Ekstraksi Digital Elevation Model dengan Metode Stereoplotting. Majalah Geografi Indonesia, 31(1), 73-89
.
Ramadhani, S.A., R.M. Bennet, & F.C. Nex. (2017). Exploring UAV in Indonesia Cadastral Boundary Data Acquisition. Earth Science Informatics, https://doi.org/10.1007/s12145-017-0314-6
Rokhmana, C.A. (2010). Sistem Pemantauan Tata Ruang Kota dengan Wahana Udara NIR-Awak sebagai Penyedia Foto Udara Murah. Prosiding Seminar Nasional Tata Ruang Wilayah, Institut Teknologi Malang. Malang.
Rokhmana, C.A. (2012). Potensi Pemanfaatan Penginderaan Jauh Dengan Wahana Udara Nir-Awak di Industri Tambang dan Migas. Prosiding Seminar Nasional Informatika, UPN Veteran Yogyakarta. Yogyakarta
Ruzgienė, B., T. Berteška, S. Gečyte, E. Jakubauskienė, & V.Č. Aksamitauskas. (2015). The surface modelling based on UAV Photogrammetry and qualitative estimation. Measurement, 73, 619-627. Sammartano, G. & A. Spanò. (2016). DEM Generation based on UAV Photogrammetry Data in Critical Areas.
Proceedings of the 2nd International Conference on Geographical Information Systems Theory, Applications and Management.Volume 1: GISTAM, 92-98. DOI: 10.5220/0005918400920098
Shahbazi, M., G. Sohn, J. Théau, & P. Menard. (2015). Development and Evaluation of a UAV-Photogrammetry System for Precise 3D Environmental Modeling. Sensors, 15(11):27493-524. doi: 10.3390/s151127493.
Suharyadi & Y.T. Nurteisa. (2016). Teknologi Pesawat Tanpa Awak untuk Pemetaan Skala Detail Rencana Jaringan Pipa Sanitasi Komunal bagi Masyarakat Dusun Kepek 1, Kepek, Wonosari, Gunungkidul. Indonesian Journal of Community Engagement, 2(1), 1-13.
Tenedorio, J.A., R. Estanqueiro, A.M. Lima, & J. Marques. (2016). Remote Sensing from Unmanned Aerial Vehicle for 3D Urban Modelling Case Study of Loule, Portugal. 11th CTV, Virtual Cities and Territories-International Congress, page1118-1128.
Uysal, M., A.S. Toprak, & N. Polat. (2015). DEM generation with UAV photogrammetry and accuracy analysis in sahitler hill”. Measurement, 73, 539-543.DOI: 10.1016/j.measurement.2015.06.010
Zhang, B. & L. Zhang. (2017). Study on the Application of 3D Modeling Based on UAV Photography in Urban Planning. AIP Conference Proceeding 2017, 1864:1.https://doi.org/10.1063/1.4993043.
