ANALISA BENTUK GEOMETRI 3D TANGKI UNTUK

ANALISA BENTUK GEOMETRI 3D TANGKI UNTUK PERHITUNGAN

VOLUME DENGAN METODE FOTOGRAMETRI JARAK DEKAT DAN

METODE TACHYMETRI

Hamdani Musin 1)_{, Ir. Bambang Sudarsono, MS} 2)_{, Andri Suprayogi, S.T., M.T} 3)

1) _{Mahasiswa Teknik Geodesi Universitas Diponegoro} 2) _{Dosen Pembimbing I Teknik Geodesi Universitas Diponegoro} 3) _{Dosen Pembimbing II Teknik Geodesi Universitas Diponegoro}

ABSTRAK

Fotogrametri jarak dekat adalah suatu ilmu dan seni penentuan ukuran dan bentuk obyek-obyek dari analisis perekaman citra dalam film atau media elektronik dengan jarak perekaman kurang dari 100 meter. Metode ini tidak hanya digunakan untuk fotogrametri udara tetapi juga digunakan untuk pemodelan bangunan, arkeologi, kedokteran dan lain-lain.

Pada Tugas Akhir ini, metode fotogrametri jarak dekat digunakan untuk pemodelan bentuk geometri 3D tangki serta perhitungan volume dari obyek tersebut, dengan menggunakan kamera digital non metrik Canon EOS 500D. Kamera ini memiliki distorsi lensa sehingga harus dilakukan kalibrasi kamera untuk mengetahui parameter-parameter internal kamera. Proses kalibrasi kamera dilakukan menggunakan menu camera calibrator pada perangkat lunak PhotoModeler Scanner V.6.

. Tahapan-tahapan proses pemodelan pada perangkat lunak PhotoModeler Scanner V.6

adalah marking dan referencing, proses hitungan dan pembuatan model 3D awal, transformasi koordinat 3D dan visualisasi model 3D. Tahapan terakhir dari proses ini adalah analisa kualitas model 3D dengan membandingkan model 3D terhadap pengukuran Electronic Total Station, dan gambar rancangan (As built drawing).

Hasil perbandingan nilai volume dari ketiga data ini menunjukkan selisih nilai volume terkecil adalah selisih antara data Electronic Total Station terhadap data as built drawing sebesar 335,795 �, sedangkan untuk nilai selisih volume terbesar adalah selisih antara data Fotogrametri Jarak dekat terhadap data as built drawing sebesar 404,247 �.

Perbandingan nilai volume ini juga dilakukan untuk mencari selisih nilai volume antara data fotogrametri jarak dekat dan data electronic total station, dimana selisih antara kedua data ini tidak sebesar dengan selisih kedua data ini terhadap data as built drawing yaitu sebesar 68,453 �.

Kata Kunci : Fotogrametri Jarak Dekat, Perhitungan volume tangki, Kamera Digital NonMetrik,

PhotoModeler Scanner V.6

I. PENDAHULUAN I.1. Latar Belakang

metode yang dilakukan untuk mendapatkan besaran volume dari suatu objek, yang didasarkan pada jenis pekerjaanya.

Kegiatan pengukuran dan perhitungan volume secara umum dimaksudkan untuk mengetahui jumlah kapasitas suatu benda yang berkaitan dengan daya tampung ataupun muatan yang dapat ditanggung dari suatu benda. Dalam penentuan volume sangat dibutuhkan ketelitian dimana akurasi dari hasil menjadi hal yang utama.

Beberapa metode yang sering digunakan dalam kegiatan ini dimana dalam pengumpulan data lapangan digunakan alat-alat survey terestis seperti ETS (Electronic Total Station) dan 3D Laser Scanner yang memiliki akurasi tinggi. Namun demikian, kedua teknologi ini memerlukan biaya yang sangat mahal sehingga diperlukan metode alternatif untuk memperoleh ketelitian geometri yang tinggi namun dengan biaya yang relatif murah. Untuk itu, penelitian ini mencoba metode alternatif yang relatif murah untuk melakukan pengukuran dan perhitungan volume, yakni dengan teknologi Close Range Photogrammetry (CRP) atau Fotogrametri Jarak Dekat, dengan memanfaatkan kamera digital.

Metode fotogrametri jarak dekat mempunyai konsep yang sama dengan konsep dasar fotogrametri udara, yang membedakannya adalah kajian objek yang diteliti. Metode fotogrametri jarak dekat dapat digunakan jika jarak antara objek dengan kamera kurang dari 100 meter.

Untuk mengolah hasil fotogrametri jarak dekat dapat menggunakan perangkat lunak

PhotoModeler Scanner V.6 seperti yang digunakan penulis. Dimana hasil pengambilan

data foto dilapangan diolah berdasarkan prosedur dan langkah-langkah pada perangkat lunak tersebut.

I.2. Permusan Masalah

Dari Permasalahan yang telah dipaparkan oleh penulis pada latar belakang maka diambil beberapa permasalahan yang akan dikaji diantaranya:

1. Bagaimana prosedur Pembuatan Model 3D dengan metode Fotogrametri Jarak Dekat menggunakan kamera non-metrik. 2. Bagaimana perbandingan hasil perhitungan volume menggunakan metode Fotogrametri Jarak Dekat dan pengukuran menggunakan ETS (Electronic Total Station) dengan data

As Built Drawing dari obyek sebagai data validasi dari model.

I.3. Ruang Lingkup Permasalahan

Ruang lingkup permasalahan dalam penyusunan tugas akhir ini sebagai berikut 1. Obyek penelitian yang digunakan adalah

tangki Clarifier IPA Kaligarang IV, PDAM TIRTA MOEDAL Semarang. 2. Proses Permodelan dan Rekonstruksi

Objek dengan Metode Fotogrametri Jarak Dekat dan Metode tachymetri

menggunakan alat ETS (Electronic Total Station).

3. Perbandingan hasil perhitungan volume dari kedua metode diatas dengan data As Built Drawing sebagai data validasi dari model.

I.4. Tujuan Penelitian

Tujuan dilaksanakannya penelitian ini adalah sebagai berikut :

2. Permodelan bentuk tangki dan Perhitungan volume menggunakan data pengukuran ETS (Electronic Total Station) dengan metode tachymetry. 3. Perbandingan hasil perhitungan Volume

dari data metode Fotogrametri jarak dekat, dan data dari Pengukuran ETS

(Electronic Total Station) dengan data

As Bulit Drawing dari obyek sebagai data yang dianggap benar.

I.5. Manfaat Penelitian

Dari penelitian yang dilakukan pada Tugas Akhir ini, diharapkan nantinya Metode Fotogrametri Jarak Dekat dengan menggunakan kamera non-metrik, dapat dijadikan sebagai salah satu metode alternatif dalam pendeskripsian geometri suatu obyek.

I.6. Metodelogi Penelitian

Secara garis besar metode penelitian meliputi :

II. DASAR TEORI

II.1.Teori Geometri Bidang Dan Geometri Ruang

Ruang geometri (tiga dimensi) yang dihubungkan dengan volume adalah dimana suatu titik (nol dimensi), garis (satu dimensi), garis-garis menyusun suatu bidang datar (dua dimensi) dan bidang-bidang yang membentuk ruang

(tiga dimensi) berdiri pada satu obyek (Rahardjo, M 1999).

II.2.Fotogrametri Jarak Dekat

Fotogrametri adalah suatu seni, pengetahuan dan teknologi untuk memperoleh informasi yang dapat dipercaya tentang suatu obyek fisik dan keadaan di sekitarnya melalui proses perekaman, pengamatan atau pengukuran dan interpretasi citra fotografis atau rekaman gambar gelombang elektromagnetik. (Rahma N, 2007).

II.2.1. Prinsip Dasar Fotogrametri Jarak Dekat

Pada saat sebuah foto diambil, berkas sinar dari obyek akan menjalar menyerupai garis lurus menuju pusat lensa kamera hingga mencapai bidang film. Kondisi dimana titik obyek pada bidang foto terletak satu garis dalam ruang dinamakan kondisi kesegarisan berkas sinar atau kondisi kolinearitas.

Gambar 2.1 Kondisi Kolineraritas (berdasarkan Atkinson, 1996 dan Suwardhi,

2007) xa=-c

[

r11

(

X

o

−

X

A

)+

r12

(

Y

o

−

Y

A

)+

r13

(

Z

o

−

Z

A

)]

[

r

₃₁

(

X

_o

−

X

_A

)+

r

₃₂

(

Y

_o

−

Y

_A

)+

r

₃₃

(

Z

_o

−

Z

_A

)]

ya=-c

[

r

21

(

X

o

−

X

A

)+

r

22

(

Y

o

−

Y

A

)+

r

23

(

Z

o

−

Z

A

)]

[

r

₃₁

(

X

_o

−

X

_A

)+

r

₃₂

(

Y

_o

−

Y

_A

)+

r

₃₃

(

Z

_o

−

Z

_A

)]

………(2.1)

II.2.2. Kalibrasi Kamera Non Metrik

Kalibrasi kamera dilakukan untuk menentukan parameter internal kamera (IOP) meliputi pricipal distance (c), titik pusat fidusial foto (xo, yo), distorsi lensa (K1, K2, K3, P1 dan P2), serta distorsi akibat perbedaan penyekalaan dan ketidak ortogonal antara sumbu X dan Y (b1, b2) (Fraser, 1997, dalam Fraser 1998 dan Kuncoro, A. 2010.). Distorsi radial adalah pergeseran linier titik foto dalam arah radial terhadap titik utama dari posisi idealnya. (ASP, 1980, hal 1035 dalam Wigrata, 1986 dan Kuncoro, A. 2010). δr = K1r3 _{+ K2r}5 _{+ K5r}7

dimana r2 _{= (x-x0)}2 _{+ (y-y0)}2 _...(2.2)

Distorsi tangensial atau distorsi decentric adalah pergeseran linier titik di foto pada arah normal (tegak lurus) garis radial melalui foto tersebut. (ASP, 1980, hal 1041, dalam Wigrata, 1986 dan Kuncoro, A. 2010). δx = P1 [r2 _{+ 2 (x-x0)}2_{] + 2P2 (x-x0) (y-y0)} δy = P2 [r2 _{+ 2 (y-y0)}2_{]+ 2P2 (x-x0) (y-y0)} …….………(2.3)

II.3.Permodelan Tiga Dimensi

Dari dua buah foto yang bertampalan yang dihasilkan dari dua posisi pemotretan yang berbeda, akan dapat dibentuk sebuah model tiga dimensi. Model ini direpresentasikan oleh titik-titik tiga dimensi (x, y, z). Untuk dapat membentuk model tiga dimensi tersebut diperlukan suatu proses hitungan fotogrametri seperti orientasi dalam, orientasi luar, dan orientasi absolut.

Pada proses pemodelan 3D dihasilkan suatu model obyek dalam ruang 3D. Model 3D dibentuk menggunakan aturan ukuran geometri koordinat kartesian (X,Y,Z) untuk merepresentasikan panjang, lebar dan tinggi.

II.3.2. Texture Mapping

Texture mapping merupakan teknik yang digunakan untuk membuat variasi citra dan film dari teknik-teknik komputer grafik (Weinhaus, 1997 dan Kuncoro, A. 2010).

Gambar 2.2 Ilustrasi Texture Mapping

(Werner, 2006 dan Kuncoro A, 2010)

2.4. Electronic Total Station (ETS)

Electronic Total Station (ETS) adalah suatu alat yang merupakan kombinasi

theodolit elektronik, Electronic Distance Meter (EDM) dan perangkat lunak yang berfungsi sebagai kolektor data. Data yang diperoleh dari pengukuran menggunakan

Electronic Total Station berupa sudut dan jarak, kemudian dengan menggunakan persamaan trigonomerti dapat diperoleh koordinat suatu titik relatif terhadap titik tertentu.

III. Metodoogi Penelitian 3.1. Kalibrasi Kamera

Metode kalibrasi pada PhotoModeler Scanner V.6. pada prinsipnya menghitung parameter internal kamera secara analitis dengan menggunakan self calibration bundle adjustment terhadap titik target.

Gambar 3.1 Bidang Kalibrasi Kamera

Tabel 3.1 Hasil Kalibrasi Kamera Canon EOS 500D

3.2. Pengambilan Data Lapangan

Pengambilan data lapangan dilakukan di area Laboratorium Penelitian Air Milik PDAM Tirta Moedal Semarang.

3.2.1. Pengukuran Kerangka Dasar Dan Titik Detail Obyek

Pada tahap ini dilakukan dua pekerjaan, yaitu pengukuran kerangka dasar dan titik detail pada obyek. Pegkururan kerangka dasar dan titik detail pada penelitian ini menggunakan alat ETS (Electronic Total Station). Pengukuran kerangkas dasar digunakan sebagai pengikatan titik-titik detail obyek terhadap koordinat tanah.

3.2.2. Pengambilan Data Foto Untuk Permodelan Bentuk 3D

Pengambilan data foto dilapangan merupakan suatu proses penting , dimana semua foto hasil pemotretan pada obyek penelitian akan diolah menggunakan perangkat lunak Photomodeler Scanner V.6. PhotoModeler Scanner adalah suatu perangkat lunak yang dibuat oleh Eos System Inc. yang tergabung dalam Windows Corporation.

foto dalam format digital menjadi suatu model tiga dimensi.

3.3. Pengolahan Dan Visualisai Data Lapangan

3.3.1. Data Pengukuran Kerangka Dan Titik Detail Obyek.

1) Export Data Dari Alat

Data pengukuran kerangka dan titik detail dilapangan diexport dalam bentuk notepad

dan selanjutnya dipindahkan kekomputer untuk dipindai pada program Microsoft excel. 2) Visualisasi Data

Visualisasi data dilakukan pada perangkat lunak Autocad Land Desktop 2004, dengan memasukkan semua point dari hasil pengukuran kedalam file notepad dengan format PENZD.

Gambar 3.2 Visualisasi Data Pada Perangkat Lunak Autocad Land Desktop

2004

3.3.2. Gambar Rancangan Dari Obyek

Gambar rancangan (as built drawing) dari obyek penelitian, merupakan data gambar rancangan secara manual diatas kertas kalkir (Gambar 3.13), sehingga perlu dilakukan penggambaran ulang pada perangkat lunak

Autocad Map 3D 2010 untuk proses digitalisasi data tersebut.

1)Visualisasi Digital Pada Gambar Rancangan Manual

Untuk tahap ini dilakukan penggambaran ulang pada perangkat lunak Auto Cad Map 3D 2010.

Gambar 3.3 Gambar Rancangan Digital

3.3.3. Permodelan 3D Menggunakan Perangkat Lunak Photomodeler Scanner

Tahapan pemodelan 3D menggunakan perangkat lunak ini terbagi menjadi 4 bagian penting yaitu : Marking and Referencing,

proses hitungan dan pembentukan model 3D awal, transformasi koordinat 3D dan visualisasi model 3D.

1) Marking and Referencing

Pada tahapan ini, pekerjaan yang dilakukan adalah menandai titik-titik obyek dan mengidentifikasi titik yang sama pada foto yang berbeda.

Gambar 3.4 Proses Marking and Referencing 2) Proses Hitungan Dan Pembentukan

Model 3D Awal

Perangkat lunak PhotoModeler Scanner

menggunakan metode bundle adjustment

untukmendapatkankoordinat 3D dalam sistem dunia nyata sedang untuk perhitungannya digunakanmetode perataan kuadrat terkecil.

Gambar 3.5 Tampilan setelah Proses 3D

3) Transformasi Koordinat 3D Sebangun

Gambar 3.5 Tampilan sub menu 3D Scale and Rotation

4) Visualisasi Model 3D

Untuk visualisasi model tiga dimensiyang terbentuk berupa shaded surface dan kerangka model. Sub menu yang digunakan untuk visualisasi model 3D adalah 3D Viewer.

Gambar 3.21 Tampilan Model 3D Bentuk Solid

3.4. Perhitungan Volume Data Lapangan

Perhitungan volume dilakukan dengan menggunakan rumus bidang ruang kerucut terpancung ( frustum of cone) dan bidang ruang selinder digunakan untuk menghitung volume data ABD.

3.4.1. Data Pengukuran Titik Detail Obyek

Perhitungan volume pada data ini menghasilkan volume obyek sebesar 354,975 m3 _{= 354.975,197 �.}

3.4.2. Model 3D Dari Perangkat Lunak

Photomodeler Scanner

Perhitungan volume pada data ini menghasilkan volume obyek sebesar 354,907 m3 _{= 354.906,745 �.}

3.4.3. Gambar Rancangan Obyek (As Buil Drawing)

Perhitungan volume pada data ini menghasilkan volume obyek sebesar 355,311 m3 _{= 355.310,992�.}

IV. Analisa Hasil Dan Pembahasan

4.1. Perbandingan Geometri Obyek dan Nilai Volume

Permodelan bentuk geometri tangki dengan data ETS lebih mendekati dengan geometri dari data as built drawing, dimana hasil perhitungan volume dari data ETS sebesar 354.975,197 � terhadap data as built

drawing sebesar 355.310,992 � dengan selisih 335,795 �.

Permodelan bentuk geometri tangki dengan metode FJD menghasilkan nilai volume sebesar 354.906,745 �, dimana nilai selisih dari data FJD terhadap data ABD yaitu sebesar 404,247 �.

4.2. Analisa Efektifitas Dan Efisiensi Metode Permodelan 3D

Permodelan 3D dengan menggunakan metode fotogrametri jarak dekat dan

electronic total station, memiliki kelebihan dan kekurangan masing-masing

Untuk pemodelan objek 3D yang tidak membutuhkan ketelitian yang sangat tinggi, akan ekonomis apabila menggunakan metode Fotogrametri Jarak Dekat. Apabila menginginkan ketelitian yang tinggi dengan detail yang sederhana akan lebih ekonomis apabila pengambilan data dilakukan menggunakan

Electronic Total Station.

V. PENUTUP 5.1. Kesimpulan

1) Metode Fotogrametri jarak dekat menggunakan kamera digital non-metrik dapat digunakan untuk permodelan geometri obyek terutama dalam menentukan volume suatu obyek 3D.

2) Berdasarkan hasil selisih dari ke tiga data (ETS,ABD,FJD) diketahui bahwa, nilai selisih volume dari data ABD-ETS dan data ABD-FJD (Tabel 4.9) lebih besar dibandingkan dengan hasil selisih volume dari data ETS-FJD (Tabel 4.10).

5.2. Saran

1) Dalam pemotretan untuk pengambilan data foto dilapangan, hendaknya memperhatikan tingkat kecerahan dari tiap foto.Posisi kamera harus diatur agar tiap sisi obyek dapat dicover dalam satu

frame foto.

2) Posisi kamera harus diatur agar tiap sisi obyek dapat dicover dalam satu frame foto.

3) Peningkatan akurasi model 3D dapat dilakukan dengan cara-cara sebagai berikut: sudut pemotretan antar stasiun kamera diusahakan mendekati sudut 90°. 4) Dalam melakukan studi perbandingan

sebaiknya pada proses pengambilan data menggunakan suatu target yang dibuat khusus.

5) Sebaiknya dilakukan perbandingan antar metode dan persamaan dalam

perhitungan volume dengan

menggunakan persamaan frustum of cone

dan metode end area.

6) Sebaiknya diadakan studi kasus, yang secara khusus membahas tentang pengaruh parameter (eksternal/internal) kamera.

VI. Daftar Pustaka

Anwar, R.A. 2009. Pemetaan Situasi Tiga Dimensi dengan Metode Fotogrametri

Rentang Dekat (Studi Kasus Stasiun Penampungan Minyak Bumi Mundu).Tugas Akhir Sarjana. Departemen Teknik Geodesi ITB. Bandung.

Gilang, A. 2009. Analisis Geometri Data Objek Tiga Dimensi Menggunakan Fotogrametri Rentang Dekat, Terrestrial Laser Scanner, Dan Electronic Total Station (ETS). Tugas Akhir Sarjana. Departemen Teknik Geodesi ITB. Bandung.

Hanifa, N.R. 2007. Studi Penggunaan Kamera Digital Low-Cost _on-Metric Auto Focus untuk Pemantauan Deformasi. Tesis Magister. Bidang Pengutamaan Mitigasi Bencana. Program Studi Teknik Geodesi dan Geomatika. Program Pascasarjana Institut Teknologi Bandung. Bandung.

Ismail, Y. 2009. Aplikasi Fotogrametri Rentang Dekat untuk Menentukan Volume

Suatu Obyek. Tugas Akhir Sarjana. Departemen Teknik Geodesi ITB. Bandung.

Kuncoro, A. 2010. Aplikasi Fotogrametri Jarak Dekat untuk Pemodelan Bangunan. Semarang: Program Studi Teknik Geodesi Fakultas Teknik Universitas Diponegoro.

Maherdinanta, D. 2009. Kaji Pengaruh Parameter Kamera Terhadap Rekonstruksi Benda 3D. Tugas Akhir Sarjana. Departemen Teknik Geodesi ITB. Bandung.

Soeta’at. 1994. Diktat Fotogrametri Analitik. Yogyakarta: Program Studi Teknik Geodesi Fakultas Teknik Universitas Gajah Mada.

Geodesi Fakultas Teknik Universitas Diponegoro.

Suprayogi, A. 2008. Catatan Mata Kuliah Mata Kuliah Fotogrametri Digital. Semarang: Program Studi Teknik Geodesi Fakultas Teknik Universitas Diponegoro.

Weinhaus, F.M., Devarajan, V. 1997. Texture Mapping 3D Models of Real-World

Scenes. ACM Computing Surveys Vol.29, No.4. University of Texas. Arlington.

Wijayanti, M. 2010. Uji Coba Penentuan Unsur-Unsur Orientasi Dalam Kamera Digital Non Metric. Tugas Akhir Sarjana. Departemen Teknik Geodesi ITB. Bandung.