Proof of Concept PUSTEKDATA - LAPAN

(1)

PUSTEKDATA - LAPAN

Proof of Concept

RANCANGAN OPERASI FOTO UDARA LAHAN PERTANIAN

DAERAH SUBANG DENGAN KAMERA PERTANIAN TETRACAM ADC MENGGUNAKAN PESAWAT RINGAN LAPAN LSA-01

Ahmad Maryanto, dkk September 2014

(2)

H a l a m a n 1 | 14

(3)

H a l a m a n 2 | 14

Abstrak

Foto udara adalah salah satu teknik perolehan informasi suatu obyek melalui citra atau foto yang diambil dari wahana udara (pesawat udara). Studi ini mempelajari scenario operasi perolehan foto udara, termasuk pengaturan parameter kamera, menggunakan kamera multispektrum TetraCam ADC dengan wahana udara pesawat ringan Lapan LSA-01, agar menghasilkan citra udara yang memenuhi kualifikasi penginderaan jauh, sesuai permintaan pengguna. Studi difokuskan pada kalkulasi lama waktu operasi pemotretan, orientasi lintasan, jarak antar lintasan, dan selang waktu antar pemotretan (take picture), dikaitkan dengan karakteristik dan spesifikasi kamera dan wahana. Hasil studi menunjukkan bahwa untuk luasan = ± 93km x 34km, total waktu efektif yang akan dihabiskan untuk proses pengambilan gambar adalah > 20 jam dengan total gambar yang akan diperoleh tidak kurang dari 9000scene.

(4)

H a l a m a n 3 | 14

Pendahuluan

 Latar Belakang

Foto udara untuk penginderaan jauh adalah foto yang diambil dari wahana udara dengan cara-cara tertentu agar memenuhi kualifikasi penginderaan jauh, yaitu dapat memberi informasi spektroskopis dan geometris obyek yang difoto dengan tingkat kedetilan tertentu. Untuk memperoleh foto semacam itu dari wahana bergerak, maka perlu pengaturan dan sinkronisasi yang tepat antara kinerja wahana (kinematika gerak wahana), kinerja kamera, dan tingkat pencahayaan yang menerangi obyek (kondisi matahari). Pengaturan ini sangat diperlukan bagi para pihak yang terlibat dalam pelaksanaan proses foto udara agar dapat melakukan optimalisasi dalam menghasilakn foto yang memenuhi kebutuhan pengguna.

Penyelenggaraan foto udara lahan pertanian daerah Subang adalah salah satu perwujudan dari kerjasama antara LAPAN (Pustekbang, Pustekdata, Pusfatja) dan Kementrian Pertanian (BBSDLP) yang juga melibatkan beberapa pihak terkait yaitu Kementrian Perhubungan (BBKFP), Kementrian Pertahanan, Lanud Kalijati, dan BIN. Sebagai unit kerja yang membidangi penelitian, pengembangan dan perekayasaan teknologi penginderaan jauh, Pustekdata menjadi pihak yang ditugasi merencanakan dan memberikan panduan teknis proses perolehan foto udara sesuai dengan kaidah-kaidah foto udara untuk penginderaan jauh.

 Rumusan Masalah

- Menetapkan parameter wahana dan kamera agar foto yang dihasilkan tetap tajam, tidak terjadi percampuran piksel, dan tidak saturated (over

exposed).

- Menetapkan jeda antara dua pengambilan foto yang berturutan agar persyaratan tampalan depan belakang 60% terpenuhi

- Menetapkan titik awal dan titik akhir pengambilan gambar pada tiap-tiap lintasan agar tampalan kiri kanan 40% terpenuhi

 Tujuan dan Sasaran

- Tujuan: membuat analisis eksploratif kesesuaian spesifikasi dan kinerja perangkat system akuisisi dengan kebutuhan pengguna

- Sasaran: tersedianya data/informasi acuan untuk pengaturan parameter system akuisi dalam pelaksanaan operasi foto udara lahan pertanian daerah Subang menggunakan kamera TetraCamADC dari pesawat ringan

(5)

H a l a m a n 4 | 14

Metodologi

 Metode

- Menghitung ketinggian terbang (h) yang tepat berdasarkan kebutuhan GSD (Ground Sampling Distance), jarak focus lensa, dan dimensi atau ukuran sel detector/piksel pada kamera yang digunakan

- Menghitung lebar sapuan kamera arah melintang jalur (GSWx) dari data dimensi dan jumlah piksel pada arah melintang lintasan, jarak focus lensa, dan tinggi terbang wahana untuk menentukan jarak efektif antar lintasan agar memenuhi kebutuhan tampalan kiri-kanan 40%

- Menghitung lebar sapuan kamera searah jalur (GSWy) dari data dimensi dan jumlah piksel pada arah melintang lintasan, jarak focus lensa, dan tinggi terbang wahana untuk menentukan jarak efektif antar scene/frame agar memenuhi kebutuhan tampalan depan-belakang 60%

- Menghitung waktu singgah detector (dwelltime, tD) sebagai referensi penetapan waktu paparan atau waktu integrasi (shutter speed) maksimum agar tidak terjadi percampuran piksel berdasarkan data GSD dan kecepatan pesawat yang dipilih.

- Menetapkan waktu integrasi, selang waktu ambil gambar (delay time) yang tepat untuk memperoleh citra akhir sesuai kebutuhan dengan memperhatikan hasil-hasil tes akuisisi pada beberapa kondisi matahari yang harus dilakukan terlebih dahulu.

 Alat/Bahan

- Kalkulator trigonometri bola/aplikasi spreadsheed,

- PC

- internet/aplikasi peta online (googlemap)

 Data

- Koordinat studi area dan kebutuhan pengguna a. Lokasi Study Area : Subang dan sekitarnya b. Luasan Study Area :  (93km x 34km)

c. Koordinat Lokasi : A (107.53 BT, 6.20 LS) / (107°31′48.0″E,

06°12′00.0″S), B (108.36 BT, 6.31 LS) / (108°21′36.0″E, 06°18′36.0″S), C ( 108.35 BT, 6.58 LS) / (108°21′00.0″E, 06°34′48.0″S) , D (107.53 BT, 6.50 LS) / (107°31′48.0″E, 06°30′00.0″S)

d. GSD :  1m (untuk peta dengan skala 1:10.000) e. End lap (el) : 60%

f. Side lap (sl) : 40% g. Format file : RAW 8 bit

(6)

H a l a m a n 5 | 14 - Spesifikasi LSA-01

a. Kecepatan Jelajah (v) : 70 s/d … kts b. Tinggi Terbang (h) :  6000 feets c. Daya Jelajah : (4 jam) d. Kapasitas tempat duduk : 2 orang

- Spesifikasi teknis kamera TetraCam ADC

Npx Npy

(7)

H a l a m a n 6 | 14 a. Jml piksel pergaris (Npx/Lx) : 2048 / 6.5126mm

b. Jml garis (Npy/Ly) : 1536 / 4.8845mm

c. Ukuran piksel (px x py) : 0.00318mm x 0.00318mm d. Jarak focus (f) : 8.5 mm (unchanged) e. Bilangan focus (N) : 4 (unchanged)

f. Jarak hiperfokus : 1.82 m (dihitung dengan asumsi batas lingkaran kabur 0.01mm) g. Ukuran file image : 3.07 MB (RAW 8)

6.15 MB (RAW 10) 2.3 MB (DCM10) h. Durasi waktu per siklus acq : 3 sec (RAW8)

4 sec (RAW10) 7 sec (DCM10)

Implementasi dan Hasil

1. Menghitung GSD (ground sampling dictance) dan GSW (ground swath) untuk beberapa scenario tinggi terbang (h)

 GSDx =

px f

x h

 GSWx =

Lx f

x h

 GSWy =

Ly f

x h

No h(feet) h(m) GSDx(m) GSWx(m) GSWy(m) test 3000 914.40 0.3421 700.61 525.46 Xcam Ycam Npy px py Npx GSD x GSD y GSWy GSWx Zcam f h

(8)

H a l a m a n 7 | 14

1 5800 1767.84 0.6614 1354.51 1015.88

2 5900 1798.32 0.6728 1377.86 1033.40

3 6000 1828.80 0.6842 1401.21 1050.91

2. Menghitung waktu singgah (Dwell time, tD) berdasarkan tinggi terbang (h) dan kecepatan pesawaat (v) sebagai limit atas waktu exposure (texp) agar citra yang dihasilkan tetap tajam (tidak pudar/kabur)

 tD = GSD v  Ketentuan : texp  tD v (kts) v (kph) 70 75 80 85 90 95 129.64 138.9 148.16 157.42 166.68 175.94 tD(msec)@h3000feet 9.50 8.87 8.31 7.82 7.39 7.00 tD(msec)@h5800feet 18.37 17.14 16.07 15.12 14.28 13.53 tD(msec)@h5900feet 18.68 17.44 16.35 15.39 14.53 13.77 tD(msec)@h6000feet 19.00 17.73 16.62 15.65 14.78 14.00

3. Kalkulasi selang waktu take picture (tpic) intra path untuk endlap 60% berdasar tinggi terbang (h) dan kecepatan pesawat (v) untuk sisi pendek kamera sejajar arah terbang (Ly//v)

 ∆tpic = 40% x GSWy v v (kts) 70 75 80 85 90 95 v (kph) 129.64 138.9 148.16 157.42 166.68 175.94 tpic(s)@h3000feet 5.84 5.45 5.11 4.81 4.54 4.30 tpic(s)@h5800feet 11.28 10.53 9.87 9.29 8.78 8.31 tpic(s)@h5900feet 11.48 10.71 10.04 9.45 8.93 8.46 tpic(s)@h6000feet 11.67 10.89 10.21 9.61 9.08 8.60 4. Estimasi jumlah scene per path (∑scnppath), waktu akuisisi per path

(tacqppath) dan jumlah path (∑path) yang diperlukan untuk meliput area study seluas P x L dengan P = 93 km dan L = 34 km, untuk tinggi terbang h = 3000 feets, h = 6000 feets, endlap (el) = 60%, sidelap (sl) = 40%, arah terbang//P.

 Σscnppath = P

ΔsP

 ∆sP = (1 − el) x GSWy  el dalam %

(9)

H a l a m a n 8 | 14

 Σpath = L

ΔsL

 ∆sL = (1 − sl)x GSWx  sl dalam %

[a] Untuk h = 3000 feets (0.91 km)  test pra operasi

 GSD = 34.21 cm  GSWy = 0.53 km  el (60%) = 0.32 km  sP = 0.21 km  scnppath = ~ 442  GSWx = 0.70 km  sl (40%) = 0.28 km  sL = 0.42 km  path = ~ 81  scnTOT = ~ 35802 v (kts) 70 75 80 85 90 95 v (kph) 129.64 138.9 148.16 157.42 166.68 175.94 tpic (sec) 5.84 5.45 5.11 4.81 4.54 4.30 tacqppath (minute) 43.04 40.17 37.66 35.45 33.48 31.72 tacqTOT (hour) 58.02 54.15 50.77 47.78 45.13 42.75 P L path2 v el sP GSWx GSWy scn1 scn2 path1 pathn sl sL GSWx GSWy -v scnn

(10)

H a l a m a n 9 | 14 [b] Untuk h = 6000 feets (1.83 km)  GSD = 68.42 cm  GSWy = 1.05 km  el (60%) = 0.63 km  sP = 0.42 km  scnppath = ~ 221  GSWx = 1.40 km  sl (40%) = 0.56 km  sL = 0.84 km  path = ~ 41  scnTOT = ~ 9061 v (kts) 70 75 80 85 90 95 v (kph) 129.64 138.9 148.16 157.42 166.68 175.94 tpic (sec) 11.67 10.89 10.21 9.61 9.08 8.60 tacqppath (minute) 43.51 40.60 38.07 35.83 33.84 32.06 tacqTOT (hour) 29.32 27.37 25.66 24.15 22.81 21.61 5. Saran Scenario Operasi

[1] Kelengkapan Peralatan

 Pesawat LSA-01 LAPAN

 Sistem Kamera Tetracam ADC

 Kamera Pembanding  opsional

 Sistem Pengenal Lokasi (GPS)

 Sistem Pencatatat Sikap Kamera (IMU) opsional [2] Pengaturan Parameter Sistem

1) Pesawat LSA-01 LAPAN

 Altitude : 6000 feets  Speed : 90 kts

 Bearing/heading : 95 untuk lintasan dari barat ke timur  Bearing/heading : 275 untuk lintasan dari tumur ke barat  Pola Lintasan : sesuai Gambar dan Tabel Koordinat Titik

Start dan Titik Stop Take Picture 2) Kamera Tetracam ADC

 Mounting : nadir viewing, melintang terhadap arah terbang : Xcam // PitchAxis, Ycam // RollAxis, Zcam // YawAxis

(11)

H a l a m a n 10 | 14  Capture Method

o SaveMode : RAW8

o FixedExposure : ON

o ExpTime : 3 msec (based on acq. test results)

o ContinuousCapture : ON

o ContinuousDelay : 9 sec

3) Kamera Pembanding (opsional) 4) Sistem Pengenal Lokasi (GPS)

 Selalu ON dan direkam

5) Sistem Pencatatat Sikap Kamera (IMU/opsional)  Selalu ON dan direkam

Npx Npy

Xcam

Ycam

(12)

[3] Koordinat Titik Start dan Titik Stop Take Picture dan Plot Lintasan Pesawat pada peta Google a. Koordinat Titik Start dan Titik Stop Take Picture pada Tiap Lintasan

No. SISI BARAT SISI TIMUR

Lat Lon Lat Lon

1. 06°30′00″S -6.5000 107°30′00″E 107.50 06°34′39″S -6.5775 108°24′00″E 108.40 2. 06°29′33″S -6.4925 107°30′00″E 107.50 06°34′12″S -6.5700 108°24′00″E 108.40 3. 06°29′06″S -6.4850 107°30′00″E 107.50 06°33′45″S -6.5625 108°24′00″E 108.40 4. 06°28′39″S -6.4775 107°30′00″E 107.50 06°33′18″S -6.5550 108°24′00″E 108.40 5. 06°28′12″S -6.4700 107°30′00″E 107.50 06°32′51″S -6.5475 108°24′00″E 108.40 6. 06°27′45″S -6.4625 107°30′00″E 107.50 06°32′24″S -6.5400 108°24′00″E 108.40 7. 06°27′18″S -6.4550 107°30′00″E 107.50 06°31′57″S -6.5325 108°24′00″E 108.40 8. 06°26′51″S -6.4475 107°30′00″E 107.50 06°31′30″S -6.5250 108°24′00″E 108.40 9. 06°26′24″S -6.4400 107°30′00″E 107.50 06°31′03″S -6.5175 108°24′00″E 108.40 10. 06°25′57″S -6.4325 107°30′00″E 107.50 06°30′36″S -6.5100 108°24′00″E 108.40 11. 06°25′30″S -6.4250 107°30′00″E 107.50 06°30′09″S -6.5025 108°24′00″E 108.40 12. 06°25′03″S -6.4175 107°30′00″E 107.50 06°29′42″S -6.4950 108°24′00″E 108.40 13. 06°24′36″S -6.4100 107°30′00″E 107.50 06°29′15″S -6.4875 108°24′00″E 108.40 14. 06°24′09″S -6.4025 107°30′00″E 107.50 06°28′48″S -6.4800 108°24′00″E 108.40 15. 06°23′42″S -6.3950 107°30′00″E 107.50 06°28′21″S -6.4725 108°24′00″E 108.40 16. 06°23′15″S -6.3875 107°30′00″E 107.50 06°27′54″S -6.4650 108°24′00″E 108.40 17. 06°22′48″S -6.3800 107°30′00″E 107.50 06°27′27″S -6.4575 108°24′00″E 108.40 18. 06°22′21″S -6.3725 107°30′00″E 107.50 06°27′00″S -6.4500 108°24′00″E 108.40 19. 06°21′54″S -6.3650 107°30′00″E 107.50 06°26′33″S -6.4425 108°24′00″E 108.40 20. 06°21′27″S -6.3575 107°30′00″E 107.50 06°26′06″S -6.4350 108°24′00″E 108.40 21. 06°21′00″S -6.3500 107°30′00″E 107.50 06°25′39″S -6.4275 108°24′00″E 108.40

(13)

H a l a m a n 12 | 14 22. 06°20′33″S -6.3425 107°30′00″E 107.50 06°25′12″S -6.4200 108°24′00″E 108.40 23. 06°20′06″S -6.3350 107°30′00″E 107.50 06°24′45″S -6.4125 108°24′00″E 108.40 24. 06°19′39″S -6.3275 107°30′00″E 107.50 06°24′18″S -6.4050 108°24′00″E 108.40 25. 06°19′12″S -6.3200 107°30′00″E 107.50 06°23′51″S -6.3975 108°24′00″E 108.40 26. 06°18′45″S -6.3125 107°30′00″E 107.50 06°23′24″S -6.3900 108°24′00″E 108.40 27. 06°18′18″S -6.3050 107°30′00″E 107.50 06°22′57″S -6.3825 108°24′00″E 108.40 28. 06°17′51″S -6.2975 107°30′00″E 107.50 06°22′30″S -6.3750 108°24′00″E 108.40 29. 06°17′24″S -6.2900 107°30′00″E 107.50 06°22′03″S -6.3675 108°24′00″E 108.40 30. 06°16′57″S -6.2825 107°30′00″E 107.50 06°21′36″S -6.3600 108°24′00″E 108.40 31. 06°16′30″S -6.2750 107°30′00″E 107.50 06°21′09″S -6.3525 108°24′00″E 108.40 32. 06°16′03″S -6.2675 107°30′00″E 107.50 06°20′42″S -6.3450 108°24′00″E 108.40 33. 06°15′36″S -6.2600 107°30′00″E 107.50 06°20′15″S -6.3375 108°24′00″E 108.40 34. 06°15′09″S -6.2525 107°30′00″E 107.50 06°19′48″S -6.3300 108°24′00″E 108.40 35. 06°14′42″S -6.2450 107°30′00″E 107.50 06°19′21″S -6.3225 108°24′00″E 108.40 36. 06°14′15″S -6.2375 107°30′00″E 107.50 06°18′54″S -6.3150 108°24′00″E 108.40 37. 06°13′48″S -6.2300 107°30′00″E 107.50 06°18′27″S -6.3075 108°24′00″E 108.40 38. 06°13′21″S -6.2225 107°30′00″E 107.50 06°18′00″S -6.3000 108°24′00″E 108.40 39. 06°12′54″S -6.2150 107°30′00″E 107.50 06°17′33″S -6.2925 108°24′00″E 108.40 40. 06°12′27″S -6.2075 107°30′00″E 107.50 06°17′06″S -6.2850 108°24′00″E 108.40 41. 06°12′00″S -6.2000 107°30′00″E 107.50 06°16′39″S -6.2775 108°24′00″E 108.40

CATATAN UNTUK PILOT

[1] Pasangan titik-titik tersebut merupakan pasangan koordinat titik awal dan akhir pengaturan initial bearing (heading) pesawat

o 95 untuk lintasan lintasan dari barat ke timur

o 275 untuk lintasan dari timur ke barat [2] Asumsi kecepatan dan arah angin: 0

CATATAN UNTUK OPERATOR KAMERA

[1] Pasangan titik-titik tersebut merupakan pasangan koordinat titik START dan STOP take picture

[2] Data GPS di sepanjang lintasan tersebut harus direkam [3] Total citra untuk tiap lintasan  238 scenes (dengan asumsi

(14)

H a l a m a n 13 | 14 b. Study area dan lintasan pesawat

(15)

Kesimpulan dan Tindak Lanjut

Dengan menerapkan kaidah-kaidah foto udara untuk penginderaan jauh, untuk pemetaan luasan ± (93x34) km2 skala 1:10000 (GSD ~ 70cm) sebagaimana ditentukan oleh pengguna, pemotretan dengan kamera TetraCam ADC menggunakan pesawat LSA-01 LAPAN akan memakan waktu tidak kurang dari 21 jam, untuk memperoleh ± 9061 scene dari ± 41 lintasan yang harus dilalui secara bolak-balik.

Mengingat daya jelajah pesawat yang berada pada kisaran 4 jam, durasi akuisisi yang cukup lama seperti itu harus dikonfirmasi kepada semua pihak terkait, baik yang menyangkut teknis operasionalisasi pesawat maupun perijinan dan administrasi.