BUKU AJAR PENGINDRAAN JAUH SENSOR AKTIF AIRBORNE LASER SCANNING / LIDAR
Oleh Istarno, Dr, Ir, D!"LIS, #T
DEPARTE#EN DEPARTE#EN TEKNIK GEODESI FAKULT AKULTAS TEKNIK T EKNIK UNI$ERSITAS GADJAH #ADA %&'(
1. TEKNOLOGI LIDAR
Pada Pada dasarn dasarnya ya sistem sistem Lidar Lidar terdir terdirii ata atass kompon komponen en dari dari sistem sistem sensor Laser dan komponen navigasi (gambar 1). Sistem sensor Laser fungsinya adalah untuk mendapatkan informasi jarak sensor terhadap permukaan permukaan tanah. tanah. Komponen Komponen navigasi navigasi digunakan digunakan untuk mendapatk mendapatkan an informasi posisi pesawat yang berupa alat penetuan posisi yang akurat berupa Global Positioning System (!PS) dan alat pen"atat sikap (attitude) sensor berupa Inertial Navigation System (#$S) dengan dengan peralatan berupa (#%&) seperti pada gambar 1 berikut' Inertial Measurement Unit (#%&) Sste) sensor Laser
Per-era*an Cer)n Rotas .an Oslas
S.t antara sorotan Laser .an Na.r
Relas Geo)etr*
Sensor Laser
Jara* antara Laser .an O+0e*
GPS
Koor.nat antena GPS .ala) sste) 1GS 234 5678
Orentas A+solte Sensor
INS Inertial Navigation System)
Pesa9at U.ara .an s*a! Sensor Roll, Pitch, Yaw)
!ambar 1. Komponen dari Lidar 2.
HUBU HUBUNG NGAN AN
MATE MATEMA MATI TIK K
DAN DAN
FORM FORMUL ULAA-FO FORM RMUL ULA A
PADA ADA
SISTEM LIDAR
ubungan ubungan matematik matematik dan formulaform formulaformula ula Lidar berguna berguna untuk mema me maha hami mi be bebe bera rapa pa prin prinsi sipp da dasa sarr da dann juga juga un untu tukk pe pere ren" n"an anaa aann pene pe nerb rban anga gan. n. ubu ubung ngan an ma mate tema matitikk juga juga da dapa patt digu diguna naka kann un untu tukk menghitung se"ara pendekatan dari nilai parameter yang tidak diketahui dari dari system system Lidar Lidar.. Selanj Selanjutn utnya ya dibaha dibahass beb bebera erapa pa faktor faktorfak faktor tor ya yang ng
mempengaruhi akurasi dari koordinat *+ terutama jarak posisi attitude dan kesalahan offset waktu. Kesalahan,kesalahan ini menyebabkankan adanya kesalahan koordinat *+. &ntuk pendekatan diasumsikan bahwa adalah lah nol nol pen penyia yiam m laser laser sepanj sepanjang ang bidang bidang vertik vertikal al roll sudut pitch ada terhadap arah terbang dan dalam dalam garis e-uidistant dan terrain datar. datar. uga diasumsikan bahwa daerah yang terliput terdiri dari beberapa overlap strip pararel dengan panjang yang sama dan ke"epatan terbang dan tinggi terbang konstan (/altsavias 1000a). &ntuk hubungan ini "ontoh numerisnya diberikan . +alam "ontoh ini nilai dasar masukan digunakan ' t 2.1ns3 v 415 km6h ( 52 m6s) *2deg3 1mrad ( ( 2.278* deg)3 9 12k:3
f s" s" *2 :3 h 872 m3 ;f * h ( 12<22 s)3 = 12 km3
L 17 km3 - 17 >3 t min tp 12 ns3 trise 1 ns Hubungan Matemat! "an F#$mu%a untu! L"a$
1. +ivergen sinar laser minimum #9?@diff 4.AA
D
BBBB....................................BBB....B(1)
Contoh C 1772 nm + 55 "m ' #9?@diff 2.278 mrad 4. +iameter Laser footprint DL + E 4h tan ( / % ) karena + umumnya umumnya ke"il DL 4h tan ( / % ) dan karena ke"il DL h BBBBB.............................................................B.......(4) +engan dalam satuan radian untuk "ontoh setiap 122 m tinggi terbang laser footprint adalah 1612 dari divergen sinar sinar laser (dalam miliradian) miliradian) "ontoh h 552 m3 1 mrad ' DL 2.55 m *. Ketinggian terbang minimum di atas tanah al ini biasan biasanya ya dibata dibatasi si berhub berhubung ungan an de denga ngann spesif spesifika ikasi si platfo platform rm peraturan $egara (seringkali berbeda untuk kota dan area lainnya) dan jarak pandang yang yang aman A. Lebar Cakupan (Swath =idth)
S= 4h tan %
h
BBBBBB............................ BBBBBB.................................B...... .....B...... (*)
%
+engan 4 tan
&ntuk penyiam bentuk F panjang garis s"an sesungguhnya antara kiri dan kanan batas "akupan yang sedikit lebih lebar dari lebar "akupan tetapi perbedaan itu sangat ke"il Contoh ' h 552 m3 52o ' S= 854 m 117A 7. umlah titik per garis penyiam penyiam dalam hal ini $ bebas dari dari tinggi terbang di atas tanah dan dan lebar "akupan $ 96 f s" s"
BBBBBBBBBBBB BBBBBBBBBBBBB.................BBBB...B B.................BBBB...B (A)
Contoh 9 72 k: f s" s" 52 : ' $ <** 5. Spasi atau arak titik sepanjang tra"k dGalong v6 f s" s" BBBBBBBBBBBBBB.......................BB.........(7) (dalam hal ini dGalong tidak terpengaruh dari tinggi terbang berkebalikan terhadap rerata dGa"ross ) Contoh v 52 m6s3 f s" s" 52 :3 dGalong 1 m &ntuk penyiam berbentuk F diberikan jarak sepanjang tra"k antara titik titik yang saling berhubungan dari 4 garis penyiam yang berurutan. Sebagai "ontoh titik ke* dari garis s"an i kepada titik ke * dari iE 1. 8. Spasi titik tra"k menyilang Dsumsi jarak sama antara antara titik sepanjang garis s"an s"an dan medan yang rata dGa"ross S= 6$
BBBBBBBBBBBBBBB.......BB...B BBBBBBBBBBBBBBB...... .BB...B (5)
S= 854 m $ <** dGa"ross8546<**201 8546<**201 m <. Kebutuhan jumlah jalur terbang n (= , S=)6(S=(1-6122))
BBBBBBBBBBB..B BBBBBBBBBBB..BB...... B...... (8)
&ntuk koridor pemetaan biasanya n 1 Contoh' = 47km - *2 > S= 854 m' n * jalur $ (4722854)6(854(12.*) *47 &ntuk praktisnya selama peren"anaan terbang ketinggian terbang dipilih pada titik terendah yang diukur ketika jalur terbang overlap dihitung berdasarkan pada titik tertinggi untuk menghindari gap yang disebabkan oleh sempitnya "akupan 0. Liputan area D S=H v H;s I(n1) (1 S=HL I(n , 1) (1
q
'&& q
'&&
) E 1J
E 1J
+engan ;s L6v &ntuk n 1 (sebagai "ontoh koridor pemetaan) D S= HvH;s S=H L.
BBBBBBBBBBBBBBBB..B......(<) BBBBBBBBBBBBBBBB..B.... ..(<)
Contoh L 17 km v 52m6s - *2> S= 854 m n *' ;s 472 s D 11A* km4 untuk * jalur D 1874 H17 km4454< km4 12. Kepadatan titik per unit area
d (9Hn H;s) 6D
BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB....(0)
Contoh D 454< km4 ;s 472 s n * 9 72 k:' d 1A* titik 6m4 11. umlah +ata umlah data berhubungan dengan data final (bukan interpolasi grid) /ukan data selama hasil proses s"anning. Dsumsi 41 byte per pengukuran titik untuk merekam jumlah titik F waktu dan kualitas kode penyimpanan binary A bit untuk masingmasing 7 data pertama dan 1 bit untuk kualitas kode (jumlah titik bisa dilewati). &ntuk intensitas perekaman 1 bit per titik harus ditambah dan untuk kelipatan e"ho tiap pulsa dikalikan total dengan jumlah e"ho per pulsa. C 9H;f H 41 bytes
BBBBBBBBBBBBBB.BB...B(12)
Contoh ' 9 72 k: ;f 1 h 3 C *8<2 !/ytes &. KONFIGURASI SISTEM LIDAR
Se"ara umum sistem Lidar wahana udara (gambar *) merupakan perpaduan antara LM9 (Laser Range Finder ) P?S (Positioning and Orientation System) yang se"ara jelas dengan mengintegrasikan +!PS
(i!!erential Global Positioning System) #%& (Inertial Measurement Unit ) dan "ontrol Unit (=ehr dan Lohr 1000). Laser mengukur jarak ke permukaan tanah atau obyek dan menghasilkan posisi * demensi bila dikombinasikan dengan posisi dan orientasi dari sensor. Karakteristik dari Lidar wahana udara se"ara umum dijelaskan pada tabel 4 ( /altsavias 1000a3 ?pte"h 422*). !ambarannya ada pada gambar 4 dan gambar * serta sistem sensor Laser terhadap suatu sistem referensi koordinat tertentu (gambar A).
;abel 4. Karakteristik dari Lidar wahana udara se"ara umum Pa$amete$ Be'a$an mn "an ma!'
Panjang !elombang (nm) Sudut penyiam (derajat) Mit pulsa (k:) Mit s"an (:) ;inggi terbang h (m)
Be'a$an
<12 1772
1222 1422
1A 87
42A2
7 <* 425*2 42 5122
7 17 47A2 422*22 () 722 , 1222 (D) H) 2*7 h , 28 h 14 72 247 4
Lebar s#ath (m) 247 h , 17 h !PS frekuensi (:) 1 12 #%& frekuensi (:) A2422 +ivergensi $eam 227 A (mrad) +iameter tapakkaki (m) 227 4 Spasi across%trac& (m) 21 12 Spasi sepanjang trac& 225 12 (m) Dkurasi jarak ("m) 4 *2 Dkurasi Ketinggian 1252 ("m) Dkurasi Planimetrik (m) 21* H) 'elicopter D (irplane
2471 (h1222m) 27 4 2* 1 7 17 1742 2* 1
Sumber ' Maber et al) (4227)
!ambar 4. (a).Paradigma L#+DM (b) pan"aran pulsa mengenai obyek dan (") pantulan balik yang dideteksi alat penerima. sumber Kraus dan Pfeifer (100<).
!ambar *. Pemetan Lidar wahana udara
(. HUBUNGAN ANTARA SISTEM REFERENSI
!ambar A. ubungan antara sistem referensi koordinat
Sedangkan rumus yang menyatakan hubungan antara sistem sistem koordinat dinyatakan pada persamaan sebagai berikut ' m
r i
r
m GPS
t 8 R
m INS
INS INS laserunit laserunit
t 8 R
r
R
INS laserunit
laserunit laserbeam
R
& t 8 & .......... i
(11) '@ektor koordinat titik (i) dalam bingkai peta (m%
m
r i
!rame)
'!PS vektor koordinat terinterpolasi dalam bingkai peta INS r laserunit 'Perbedaan letak (lever arm) antara pusat #$S dan origin sistem koordinat unit Laser ditentukan dengan kalibrasi. i '@ektor koordinat titik (i) dalam sistem koordinat sorotan Laser m R INS t 8 '%atrik rotasi terinterpolasi antara bingkai badan #%& (b% !rame) dan bingkai peta (m%!rame). INS Rlaserunit 'Motasi differensial (boresight ) antara bingkai unit Laser dan bingkai badan #$S ditentukan dengan kalibrasi. m
r GPS
laserunit t 8 Rlaserbeam
bingkai
'Motasi differensial antara bingkai sorotan Laser dan unit Laser saat (t) ditentukan dengan mekanisme penyiam Laser. '=aktu pengambilan titik ditentukan dengan sinkronisasi.
/t 8
Komponen sistem sensor Laser terdiri atas sensor Laser dengan "ermin. Sensor Laser melakukan pengukuran jarak antara sensor terhadap permukaan tanah. Permukaan jarak ada yang menggunakan prinsip beda waktu dan ada yang menggunakan prinsip beda fase (/altsavias 1000b). Pada pengukuran jarak dengan prinsip beda waktu maka R
t
t
%
%
c : R c
: ........................................................................(14)
R merupakan jarak antara sensor dan obyek yang diukur )
merupakan ke"epatan "ahaya sedangkan t merupakan waktu tempuh sinyal. Karena sinyal menempuh perjalanan dari sensor ke obyek dan kembali lagi ke sensor maka faktor 4 harus dimasukkan. Pengukuran waktu tempuh sinyal dapat dilakukan sampai mendekati level 1212 detik (D"kermann 1000). Pada pengukuran jarak dengan prinsip beda fase (Li et al . 4227) maka '
M (16A ) G ("6f) N 3 OM (16A ) G ("6f) ON 3 ........................(1*) +alam hal ini ' f frekuensi (:) N fase (rad) dan ON resolusi fase (rad) Cermin digunakan untuk memantulkan sinyal dari pembangkit Laser ke permukaan tanah. Dda dua jenis "ermin yang digunakan yaitu Cermin putar dan Cermin osilasi dengan pola pantulannya masing masing (gambar 7)
i
ii
iii
a b !ambar 7. (a) Pola penyiaman dengan "ermin osilasi dan (b) "ermin putar. Drah panah menunjukkan arah terbang. ;erdapat beberapa pendefinisian tentang satu garis penyiaman (scan line) yaitu i ii iii. al yang perlu diperhatikan adalah adanya perbedaan tentang definisi satu garis penyiaman dalam data hasil penyiaman dengan "ermin osilasi. Karakteristik lain dari sensor Laser adalah ' a. panjang gelombang dari sinar Laser yang digunakan b. sudut divergensi ". ukuran pulsa sinar Laser di permukaan tanah (!oot print si*e) d. frekuensi peman"aran pulsa
e. frekuensi penyiaman f. sudut penyiaman. Sudut divergensi merupakan sudut yang terbentuk antara 4 kali pan"aran pulsa sinar Laser yang berurutan. Sudut ini ditentukan oleh panjang gelombang sinar Laser yang digunakan dan !oot print si*e. 9rekuensi peman"aran pulsa sinar Laser dan frekuensi penyiaman biasanya dapat diatur. 9rekuensi peman"aran pulsa menunjukkan seberapa sering pulsa sinar Laser dipan"arkan dari alat pembangkitnya tiap satu detik. Sedangkan frekuensi penyiaman menunjukkan seberapa banyak garis penyiaman yang dapat dilakukan dalam satu detik. Pada sistem yang ada saat ini frekuensi peman"aran pulsa berkisar dari 7 kF sampai dengan <* k: bahkan saat ini terdapat sistem yang men"apai 422 k: (?pte"h 422*). Kedua hal tersebut ditambah dengan faktor ketinggian terbang dari atas permukaan tanah akan menentukan kerapatan titik tiap satu satuan luas tertentu. +ari ketinggian terbang 022m , 1222 m bisa didapatkan kerapatan titik tiap 47 m4 sampai dengan 42 titik tiap 1 m4. ika dianalogikan dengan pengukuran terestris menggunakan rambu ukur maka kerapatan titik dengan 1 buah titik tiap 47 m4 akan sama dengan pendirian rambu ukur tiap luasan 7 G 7 m. Sedangkan kerapatan
titik dengan 42 buah titik tiap 1 m4 akan sama dengan
pendirian rambu sebanyak 42 kali di daerah dengan luasan (1 G 1) m4. al yang seperti itu tentu saja tidak mungkin dilakukan dalam survei konvensional karena kendala waktu dan dana. /elum lagi untuk daerah daerah yang medannya sulit seperti tepi sungai kawasan pesisir dan sebagainya. *. KOMPONEN + KOMPONEN LIDAR
Lidar wahana udara merupakan sistem Laser yang diran"ang untuk mengumpulkan data ketinggian dari permukaan bumi se"ara langsung dan se"ara digital. Dlat Lidar meman"arkan sinar Laser menuju target. /eberapa sinar Laser tersebut dipantulkan kembali ke alat tadi untuk
dianalisis. Range Finder Lidar digunakan untuk mengukur jarak dari alat Lidar ke target (D"kermann 1000). =aktu yang diperlukan oleh sinar untuk berjalan bolakbalik ke alat Lidar digunakan untuk menentukan jarak ke target Lidar dioperasikan pada sinar ultraviolet sinar tampak atau sinar inframerah dekat daerah spektrum elektromagnetik yang mana panjang gelombangnya jauh lebih pendek dengan MD+DM konvensional. *.1. ,a$a! La'e$ Laser Ranging
Selama misi penerbangan pesawat udara berotasi pada tiga sumbunya yang disebut roll+ pitch dan ya# . ubungan yang lebih mudah difahami di antara posisi dan sikap (attitude) dari penyiam Laser sudut instan "ermin dan jarak terukur seperti tergambar pada gambar 5 (/altsavias 1000b) =
7 <
0
> ?
5o, 6o, 7o
arah ter+an-
;
6
h
@
D <
5
!ambar 5. arak Laser posisi dan sudutsudut rotasi scanner Keterangan ' h
' tinggi terbang roll ( ) ' rotasi pada sumbu G (arah terbang pesawat) pitch ( Q) ' rotasi pada sumbu y ya# ( R ) ' rotasi pada sumbu : o o Fo ' posisi alat Lidar LM9 bekerja seperti halnya Madar pada umumnya ke"uali bahwa Laser mengirim pulsa sempit atau sorotan (beam) sinar yang lebih baik
dari pan"aran gelombang radio. al itu terdiri atas dua unit yaitu ' optis mekanis scanner (penyiam) dan unit pengukur jarak Laser (=ehr dan Lohr 1000). Penyiam tersebut terdiri dari peman"ar Laser dan penerima elektrooptis. Cara kerja LM9 adalah berupa penyiam Laser yang mengeluarkan pulsa optis dan pulsa tersebut akan dipantulan dari obyek dan kembali ke alat penerima. Dlat penghitung dengan ke"epatan tinggi mengukur waktu perjalanan sinar mulai pulsa berangkat sampai pulsa kembali. Dkhirnya hasil pengukuran waktu dikonversi menjadi jarak dari penyiam sampai obyek. Keterpaduan posisi dan sistem orientasi terdiri atas +!PS (i!!erential !PS) dan #%& (=ehr dan Lohr 1000) . !PS merupakan konstelasi dari 4A satelit yang mengorbit bumi dan selalu meman"arkan sinyal yang memungkinkan seseorang menentukan posisi di muka bumi setiap saat dan di mana saja dengan ketelitian yang sangat tinggi. #%& terdiri dari dua komponen yaitu akselerator dan gyroscope pengindera penambah linear dan ke"epatan sudut dari sistem koordinat plat!orm% !i,ed . ;eknik inersial didasarkan pada integrasi linear dan ke"epatan sudut
yang kemudian dapat digunakan untuk menghitung posisi platform dan tiga sudut rotasi (%ohamed dan Pri"e 422*). Posisi Penyiam (2 2 F2) ditentukan dengan !PS dan #%& menentukan sudut rotasi platform (sudut putar arah terbang) Q (sudut putar melintang arah terbang) dan R (sudut putar yang tegak lurus sumbu terbang). *.2. Pen/aman Scanning
Dda beberapa jenis penyiam (scanner- yang biasa digunakan untuk akuisisi data Lidar (?pte"h 422*) yaitu ' 1. Penyiam "ermin putarke"epatan konstan (gambar 8) 4. Penyiam "ermin osilasi (gambar <) *. Penyiam "ermin nutasi (gambar 0) A. Penyiam elips (gambar 12)
!ambar 8. Pola penyiaman ke"epatan konstan (%aune4228)
!ambar <. Pola penyiaman "ermin osilasi (%aune4228)
!ambar 0.
Pola penyiaman "ermin nutasi (%aune4228)
!ambar 12. Pola penyiam eliptik (%aune4228) *.&. S'tem Na0ga' "an Unt K#nt$#%
&nit kontrol mengatur antarmuka digital antara LM9 dan P?S (=ehr dan Lohr 1000) . Geocoding dari pengukur penyiam Laser memerlukan sinkronisasi yang tepat antara LM9 dan P?S. LM9 mengukur hanya vektor spasial dari penyiam Laser ke titik ground pada permukaan bumi yang dibidik dengan sorotan Laser. +engan mengkombinasikan informasi !PS dan #%& menggunakan teknik .alman !iltering dapat memperoleh penentuan posisi dan sikap (attitude) yang lebih teliti (S"henk 4221). asil akhir berupa data orientasi luar yaitu ( 2 2 F 2 Q R ) (/altsavias 1000b). &ntuk menghitung posisi titik tiga demensi unit perekam pengukur jarak sudut "ermin scanner posisi !PS dan informasi orientasi #%& pada setiap saat (epoch) bidikan Laser dan kemudian menampilkan serangkaian transformasi untuk merotasi dan menggeser (translasi) jarak Laser dari sistem koordinat lokal pesawat udara ke dalam sistem koordinat =!S
!ambar 11.
Kesalahan akibat misalignment (?pte"h 422*)
. PEROLEHAN DATA LIDAR.
/eberapa pengertian yang digunakan dalam akuisisi pengolahan dan penggunaan data Lidar seperti tersebut di bawah ini Maber dan Cannistra (4227) ' 1. Sistem Penentuan Posisi !lobal =ahana &dara ( (irborne Global Positioning System D!PS)3 ;eknologi untuk menghitung informasi
koordinat dan F dari udara yang dihubungkan satu atau beberapa stasiun di pemukaan tanah. D!PS sensor ini sering digunakan untuk fotogrametri dan akuisisi sensor aktif data Lidar. 4. ;anah !undul ($are earth)3 +ata ketinggian digital di atas permukaan tanah yang bebas terhadap vegetasi bangunan dan berbagai ma"am struktur bangunan manusia. Ketinggian di atas permukan tanah data ;anah !undul dapat dimodelkan sebagai %+. *. !arispatah ($rea&line)3 fitur linear yang mendiskripsikan perubahan permukaan smooth atau kontinyu. !arispatah biasanya ditemui sepanjang tepi jalan dan sepanjang fitur hidrografi untuk memandu pembuatan garis kontur yang teliti. A. %odel levasi +igital (%+) (igital /levation Model )3 sebuah singkatan yang digunakan untuk menjelaskan data topografi digital. Pada spasi interval yang rapat dapat mewakili bentuk ;anah gundul.
7. %odel Permukaan +igital (igital Sur!ace Model- 3 +ata set ketinggian yang dibentuk dari koordinat teliti dan F dari sistem pantulan data Lidar. %odel Permukaan +igital berisi semua informasi data topografi planimetri dan vegetasi untuk daerah tersebut pada saat penyiaman Laser berlangsung. 5. %odel %edan +igital (%%+) ( igital 0errain Model )3 Sama dengan %+ tetapi lebih menekankan pada fitur topografi di atas permukaan tanah seperti halnya kerapatan titik garispatah yang menggambarkan bentuk medan. 8. &nit Pengukuran
#nersial ( Inertial Measurement Unit #%&)3
;eknologi untuk menghitung roll+ pitch+ dan heading dari obyek yang bergerak sebagai misal 3 sensor Lidar atau Kamera udara. <. +eteksi Sinar dan arak 1 LIght etection (nd Ranging L#+DM)3 ;eknologi yang menggunakan Penyiam Laser =ahana udara pengukur jarak ( (irborne Scanning Laser Range Finder ) untuk memperoleh data topografi teliti juga disebut (irborne Laser S#ath Mapping (DLS%).
0. #ntensitas L#+DM ( LI(R Intensity )3 Kekuatan dari pulsa sinar pada waktu pengamatan. /esarnya intensitas dapat digunakan untuk membuat file "itra raster yang ditampilkan sebagai peta "itra atau bisa disimpan sebagai besaran intensitas setiap titik pada waktu diukur. 12.Mit Pulsa L#+DM ( LI(R Pulse Rate)3 /iasanya berkaitan dengan jumlah pulsa sinar yang dipan"arkan setiap detik dalam sebuah penyiaman. Mit pulsa akan bervariasi tergantung jenis sensornya antara 7222 sampai 72.222 pulsa per detik. 11. Pantulan L#+DM ( LI(R Returns )3 umlah sinyal yang diterima setiap detik. /eberapa sensor Lidar dapat menangkap
ribuan
pantulan sinar per detik. &mumnya pantulan awal dan akhir digunakan untuk aplikasi pemetaan. Pantulan awal mengukur obyek pertama yang teramati sedangkan pantulan akhir biasanya mengukur permukaan tanah bila tidak terhalang obyek.
14.aringan Segitiga takteratur (0riangulated Irregular Net#or& ;#$)3 sejumlah perpotongan dan tidak tumpang tindih segitiga yang dihitung dari titiktitik ruang yang tidak teratur dengan koordinat dan F. %odel ;#$ digunakan untuk membentuk permukaan tanah dari data %+. 1*. Kosong (2oids)3 /agian data set ketinggian digital yang tidak tersedia data ketinggiannya. . AKUISISI DAN PENGOLAHAN DATA LIDAR
Saat ini sudah banyak sistem Lidar komersial di pasaran yang menyediakan jasa pemetan Lidar (/altsavias 1000a). Seluruh proses pemetaan dengan Lidar wahana udara dilakukan se"ara bertahap mulai dari peren"anaan jalur terbang akuisisi data dan produksi titik tinggi. Parameterparameter tinggi terbang sudut petak (s#ath) rate scanning pertampalan samping jalur terbang dan ke"epatan pesawat menentukan kerapatan titik dan parameter tersebut dikemas untuk mengakomodasi keperluan pekerjaan proyek (/altsavias 1000b). Ketelitian data jarak tergantung dari konfigurasi spesifik dari sistem Lidar. Sampai saat ini ketelitian sistem Lidar komersial men"apai 17 "m se"ara vertikal dan *2 "m se"ara horisontal ( 9owler 1000). Kebutuhan
untuk
validasi
ketelitian
dan
perataan
yang
memungkinkan dipengaruhi oleh eksistensi residu sistematik pada +!PS #%& dan Sistem pengukuran jarak (S"henk 4221). Sebagai tambahan untuk data jarak beberapa sistem Lidar menyediakan informasi pada intensitas pen"atat sinyal informasi beberapa jenis obyek pada tapakkaki (!oot print ) Laser dari pulsa tunggal (D"kermanm 10003 ?pte"h 422*). #ntensitas tangkapan pulsa balik yang se"ara spesifik dapat membedakan jenis vegetasi. /ila sorotan sinar menggelembung pada tapak obyek maka unit akan merekam pantulan dari kanopi pohon atau atap rumah dan pantulan sinar dari tanah sebagai dua perbedaan ketinggian dari pulsa tunggal (S"henk 42213 ?pte"h 422*). Proses akuisisi data Lidar menurut Maber dan Cannistra (4227) sama dengan akuisisi foto udara.
Peren"anaan yang matang diperlukan sebelum proses akuisisi data pemahaman terhadap peralatan yang akan dipergunakan harus dimengerti untuk penentuan parameter penerbangan. Langkahlangkah proses akuisisi data Lidar seperti pada gambar 14. Renana Ter+an-
#o+lsas
Instalas Peralatan
$er*as La!an-an
#s Pener+an-an
Kal+ras
Post Proses
Pe)+ent*an Tt*
Proses lant
!ambar 14. Langkahlangkah akuisisi data Lidar 1. Men"ana terbang Kun"i utama peren"anaan penerbangan adalah ke"ermatan peralatan dan "akupan daerah juga termasuk tinggi terbang jumlah pertampalan samping dan peren"anaan jalur terbang melintang untuk meningkatkan ketelitian. Parameter yang lain berupa ke"epatan pesawat dan lebar s#ath. Sebagai bagian dari peren"anaan termasuk ijin terbang yang harus disiapkan. 4. %obilisasi +alam pekerjaan ini termasuk mobilisasi pesawat udara sensor personil operasi lapangan ke lokasi proyek. /iasanya diperlukan 4 , * orang untuk membantu koleksi data pilot dan mekanik pesawat udara operator sistem Lidar dan surveyor di darat. Dktifitas di darat meliputi pengamatan !PS pada statiun utama titik pengamatan dan survei test validasi dan kalibrasi di lapangan. *. #nstalasi instrumen Pekerjaan ini termasuk instalasi sistem Lidar di dalam pesawat udara yang dilakukan sebelum dan sesudah survei berlangsung. A. Kalibrasi Sistem
Kalibrasi sistem harus dilakukan setiap kali sistem Lidar dilepas dan dipasang kembali dari pesawat udara. Kalibrasi ini berkaitan dengan kerja sensor untuk survei dan hubungan geometris antara Sensor antena D!PS dan #%&. 7. %isi Penerbangan +alam sebuah misi penerbangan termasuk terbang survei dan inisialisasi antara Sensor Lidar dan D!PS. +ata umumnya berupa jalur terbang yang terdiri dari beberapa jalur terbang yang merupakan satu misi penerbangan. 5. @erifikasi Lapangan ;es jalur terbang harus dilakukan menggunakan !PS atau survei lapangan untuk validasi pengumpulan data lapangan. @erifikasi ini harus diintegrasikan dengan data yang dikumpulkan dari data Lidar. 8. Postproses Pekerjaan ini termasuk pengolahan data Lidar dengan informasi D!PS dan data #%& untuk menentukan model permukaan tanah. <. Pembentukan ;itik Pembentukan titiktitik dilakukan untuk memperoleh model permukaan tanah. 0. Proses Lanjutan Pada proses ini dilakukan pemeriksaan adanya gap pada akuisisi data lapangan baik data Lidar maupun hasil foto udara. #nformasi tambahan tentang parameter penerbangan adalah ' a. Keberadaan Dwan yang mempengaruhi tinggi terbang b. #jin ;erbang untuk daerah rahasia dan pengawas penerbangan (Security O!!icer ) ". Keselamatan penerbangan pada ketinggian antara <22 , 1722 meter d. =aktu penerbangan3 akuisisi data Lidar dapat dilakukan siang maupun malam hari e. Kondisi "ua"a.
3. PERATAAN ANTAR ,ALUR TERBANG
Penggabungan data dilakukan hanya jika seluruh hasilnya konsisten se"ara spasial. Persoalan yang sering terjadi pada data Lidar adalah data tersebut menunjukkan pergeseran se"ara sistematik pada elevasi dan posisi horisontalnya ketika dibandingkan dengan sumber data lainnya misal peta dan kesalahan sistematik antara bagianbagian yang overlap dari data dengan sensor yang sama. %eskipun kesalahan kesalahan random ada pada seluruh pengukuran sensor kesalahan sistemastik sebagian besar menga"u pada ketidaktepatan atau ketidaklengkapan kalibrasi. Pada sistem Lidar parameterparameter yang mengandung kesalahan dari ketidaksejajaran (misalignment ) antara komponen navigasi dan komponen Laser perlu dihilangkan. Pengaruh dari kesalahankesalahan tersebut tunjukkan pada gambar 1*.
!ambar 1*. Pergeseran pada jalur pertampalan akibat kesalahan kalibrasi !ambar 1*. menunjukkan profil melintang dari sebuah bangunan yang berada pada area penyiaman yang bertampalan. Ketidaksamaan jalur jalur terbang (digambarkan dengan garis hijau dan biru) menunjukkan bahwa bangunan tersebut nampak bergeser dari satu jalur terbang ke jalur terbang lain dan permukaan tanah tidak konsisten. ika menggunakan ekstraksi fitur pada data ketidaksejajaran (misalignment ) dari dua buah jalur akan menyebabkan kesalahankesalahan yang diperoleh pada produk yang dihasilkan dari data Lidar. ;ujuan metode kalibrasi ini adalah memperoleh kesamaan ketidaksejajaran sudut pandangan yang salah (boresight misalignment
angles) se"ara global dari beberapa jalur terbang yang berbeda. %odel
persamaan kalibrasi diperoleh dari persamaan pengamatan sederhana ' m
r i
m r nav /t 8
Rbm t 8 I R . r b s
s
i
a
b
JBBBBBBBBBB.B..
(1A) +alam hal ini ' m r i ' koordinat dari sasaran Laser (i) dalam kerangka peta (m%!rame) m r nav /t 8 ' koordinat dari sensorsensor navigasi terkombinasi (!PS6#$S) dalam kerangka peta m Rb t 8 ' matriks rotasi yang diinterpolasi dari kerangka tubuh navigasi (b frame) ke kerangka peta b R s ' rotasi dari kerangka tubuh pada kerangka penyiam (s%!rame) ke kerangka tubuh s r i ' vektor Laser dari penyiam dalam s%!rame ' koordinat offset antara b%!rame dan s%!rame ab Persamaan ini mengandung ketidaksejajaran sudut pandangan
yang
salah ( R sb ). Komponenkomponen Laser diperluas untuk memasukkan sudut penyiam' L
r s
& R LS t 8 . r L R LS t 8 & &
BBBBBBBBBBB.BBBB..(17)
Keterangan ' R LS t 8
r L d
' adalah rotasi dari kerangka Laser ke kerangka penyiam menggunakan "ermin sudut penyiaman ' adalah vektor jarak Laser dalam kerangka "ermin Laser (L% !rame) ' pengukuran jarak yang terkoreksi dari Laser
+ikombinasikan maka persamaan akan menjadi ' m
r i
m r nav (t)
J..............................(15) +alam hal ini '
Rbm (t)
I R . R Ls (t) b s
. r L
ab
Rbm /t 8
' matriks rotasi penuh dengan roll+ pitch dan heading yang diambil dari sensor navigasi ( Q T) ' matriks rotasi penuh untuk parameterparameter yang memiliki kesalahan penyusunan ( Q T) ' matriks rotasi sekitar sumbu sekunder dengan sudut penyiam (U)
b s
R
Persamaan ini merupakan model dasar dari parameterparameter tambahan yang dapat ditambahkan. &ntuk menambahkan sebuah parameter karena kesalahan penyiam yang menga"u pada puntiran6torsi sudut penyiam harus diperluas' o
.............................................................
(18) Keterangan ' ' adalah sudut penyiaman yang terkoreksi digunakan pada matriks rotasi penyiam R Lo (t) o ' adalah sudut penyiaman mentah (ra# scanner angle) dari pen"atat kode sudut penyiaman ' adalah jumlah koreksikoreksi pada penyiam. ' adalah koreksi atmosfer. Koreksi penyiam untuk puntiran6torsi dapat dimodelkan sebagai fungsi dari
sudut penyiam mentah yaitu' torsion
c" n
..................................................................................(1<)
Keterangan ' " adalah nilai koreksi konstan untuk torsi Persamaan gabungan untuk setiap epoh menjadi' r m r nav m
Rbm
VQTW I R sb VQTW. R Ls (t) V , c W. r L
a b J...............
(10) Parameterparameter kalibrasi yang tidak diketahui (un&no#n) untuk persamaan ini adalah'
, , ! , c
...................................................................................(42)
Sebagaimana telah dijelaskan pada bagian sebelumnya parameterparameter yang tidak diketahui dapat diselesaikan dengan
melakukan pengamatan titiktitik kontrol pada data Lidar. Kegunaan titik titik kontrol tersebut memungkinkan terbentuknya model parameter kuadrat terke"il dan memberikan
solusi khusus untuk perolehan
parameterparameter kalibrasi. ;itiktitik tersebut sangat diperlukan sekali untuk melakukan metode kalibrasi dengan tidak tergantung pada titiktitik kontrol tanah yang telah diketahui. Satu "ara untuk menyelesaikan persamaan pengamatan adalah dengan melakukan pengamatan berbeda ke"uali fiturfitur yang tidak terkontrol pada area yang bertampalan. 9iturfitur tersebut mungkin memiliki kesamaan dengan yang digunakan dalam fotogrametri konvensional seperti penandaan jalan3 tetapi harus menghindari fiturfitur yang tidak kontinyu (non%continous !eatures) seperti tepitepi bangunan mengingat kemungkinan terjadinya kesalahan pengukuran. Kesalahan kesalahan kalibrasi menghasilkan ketidaksesuaian koordinat antara fitur fitur yang ada. ?leh karena itu penyelesaian kalibrasi dapat diperoleh dengan "ara meminimalkan ketidaksesuaian tersebut yaitu untuk fitur yang diamati dalam 4 strip yang overlap' Pengguna mengamati fitur pada masingmasing strip
ika efek dari tiap kesalahan kalibrasi tidak saling berhubungan dalam pengamatan fitur maka ratarata untuk koordinatkoordinat fitur harus diperkirakan nilai posisi yang sebenarnya # Y " rata rata
i
' n
n
i '
# # Y Y .......................................... " sebenarnya " t ar- et
(41) Ketidaksesuaian antara posisi ratarata dan posisi yang diamati pada titik menjadi
informasi
kesalahan
penutup
yang
diperlukan
untuk
menyelesaikan parameterparameter yang tidak diketahui dengan
meminimalisasi
kuadrat
terke"il
(leasts-uare
minimi:ation)
menggunakan parameter dari (D"kermann 1000)' EE
EE
$ 8
l
..
...........................................................................................(44) EEE
EE
r ( E # BBBBB.............................................................(4*)
3 4 $ o 8 ' ...................................................................................(4A) EE
( &
%
'
' '
)
'
. &
%
'
' '
w
EE
o
, E
EE
BBB....BBBBBB...
(47) Keterangan ' ' adalah vektor untuk pengamatan yang diselesaikan l ' adalah vektor untuk un&no#n
$ 8
' adalah persamaan pengamaatan
r
' adalah vektor untuk residual pengamatan yang diminimalkan ' adalah matriks untuk derivasi parsial pada respect G
( EE
' adalah vektor untuk kesalahan penutup ' adalah vektor untuk perkiraan awal ' adalah vektor untuk ratarata tiap nilai seri titik
# , o l
C1
' adalah vektor untuk koreksi terhadap un&no#n
'
' adalah apriori matriks bobot
Sebagai model nonolinear "ara ini harus diiterasikan sampai penyelesaiannya telah ditemukan yaitu' w
n '
!1 5 n
EE n
-%6+ sampai
EE n
4 7 BBBBBBBBBBBB..
(45) ika sensor #%& diperkirakan berorientasi
ke kerangka Laser maka
sudutsudut pandangan yang dihasilkan (boresight ) akan menjadi sangat ke"il. Perkiraan awal besarnya 2 untuk sudutsudut pandangan akan "ukup untuk memulai proses iterasi. Kualitas yang dihasilkan tergantung
pada jumlah dekorelasi yang "ukup dari kesalahan kalibrasi pada posisi posisi fitur yang diamat. Sebaliknya ini tergantung pada karakteristik data yang ditentukan oleh peren"anaan penerbangan (!light planning ). Dlgoritma yang dipergunakan dalam teknik pengolahan data Lidar adalah meliputi' 1. Penapisan (Filtering )3 biasanya pada pekerjaan ini merupakan langkah manipulasi hasil pengukuran yang tidak diperlukan atau men"ari permukaan tanah yang kontinyu dari berbagai data "ampuran yang ada di permukaan tanah dan yang ada di atasnya (Soininen 4227). &ntuk membedakan titiktitik yang ada di atas bangunan maupun di kanopi pohon yang diharapkan di permukaan tanah maka digunakan "ara statistik dan penapisan morfologi atau fungsi berat yang sering digunakan (@osselman 4222). +ata mentah seberkas titik Lidar bisa diproses untuk menghilangkan kesalahan kasar (blunders) yang terlihat adanya ketidak kontinyu di atas permukaan tanah. 4. Segmentasi (Segmentation) 3 Pada tahap ini berarti bahwa adanya pemisahan di antara seberkas titik ke dalam jalur homografik yang mendiskripsikan perbedaan geometrik radiometrik atau struktur tekstur
(misal ' jalan bangunan atau vegetasi). al ini dilakukan
dengan menggunakan thresholding clustering deteksi batas algoritma organisasi persepsi (Sithole 4224). Sedangkan segmen bangunan dapat dideteksi dengan membandingkan ketinggian. *. Klasifikasi ("lassi!ication)3 Proses ini untuk membedakan di antara beberapa obyek permukaan tanah (misal ' bangunan jalanjalan semaksemak dan pohon) yang dikelompokkan menjadi beberapa kelas yang berbeda pada klaster titik (Soininen 4227) dengan menggunakan algoritma pola pengenalan ( pattern recognition). A. #nterpolasi (Interpolation)3 Pelaksanaan interpolasi memperkirakan ketinggian titik di beberapa lokasi. /anyak metoda untuk menginterpolasi titiktitik yang tersebar atau permukaan format raster. %etoda yang paling umum digunakan untuk interpolasi
adalah ;#$ atau .riging sedangkan untuk interpolasi "itra raster menggunakan tetangga terdekat (nearest neighbor ) interpolasi bilinear dan cubic convolution (Soininen4227).
7. Pemodelan (Modelling )3 Pada tahap ini dibentuk permukaan tanah atau obyek dasar pada bentuk geometrik properti. Permukaan tanah diperkirakan sebagai kepingan yang menyambung se"ara smooth yang dibentuk ;#$. &ntuk bentuk kombinasi yang berbeda
berupa jalanjalan yang membentuk model jalan pada tingkat resolusi yang berbeda sehingga membentuk pemandangan yang berbeda. (@osselman 4222). ?byek akan dibedakan dalam bentuk fitur dengan menggunakan parametrik prismatik dan model polihedral yang dapat dikonversi menjadi bingkai kawat (#ire !rame).
5. Penghalusan ( Smoothing ) 3 tahap ini berupa penghalusan untuk menghilangkan gangguan noise se"ara a"ak agar menghasilkan permukaan yang smooth sehingga bentuk kontur akan lebih baik. Pelaksanaan ini biasanya se"ara iteratif membandingkan titik dengan titik dekatnya dan meratakan ketinggiannya. /iasanya bentuk yang paling "o"ok ( the best !it ) dihitung untuk sekelompok titik dan titik pusat ketinggian yang digunakan. (Soininen4227). 8. #nteraksi %anusia ('uman Interaction)3 ;ahap ini merupakan interaksi manusia untuk mengaplikasikan keahliannya untuk mengolah komputer dari data Lidar. (@osselman 42223 Sithole 4224). 4. KUALITAS MED DARI DATA LIDAR
%enurut #S?1011* 4224 dalam u 422* kualitas geoinformasi dapat dideskripsikan dengan elemen kualitas data sebagai berikut ' a. Kelengkapan (completeness) atribut dan hubungannya.
' kelengkapan fitur termasuk
b. Konsistensi logis (logical consistency ) ' tingkat kelekatannya pada aturan logis struktur data atribut dan hubungannya ( struktur data dapat berupa konseptual logikal adan fisik) ". Ketelitian posisi ( positional accuracy ) ' ketelitian posisi fitur d. Ketelitian temporal (temporal accuracy )' ketelitian temporal atribut dan temporal hubungan fitur e. Ketelitian tematik (thematic accuracy ) ' ketelitian kuantitatif atribut dan kelengkapan nonkuantitatif atribut dan klasifikasi fitur serta hubungannya. +alam kasus kualitas %+ kelengkapan ketelitian posisi dan ketelitian tematik mendapat perhatian yang signifikan. Ketelitian posisi biasanya berupa ketelitian vertikal dan horisontal yang ditunjukkan dengan perhitungan Root Mean S8uared /rror (M%S) yang dihubungkan dengan sejumlah titik kontrol. %enurut (9%D 4224) asumsi kesalahan berupa distribusi normal metadata akan menyatakan ' %+ dites untuk 105 G M%S (vertikal atau horisontal) ketelitian pada tingkat keper"ayaan 07>. +i lain pihak perhitungan kualitatif dari kualitas %+ dapat juga dikerjakan melalui inspeksi visual kemampakan %+. @isualisasi perangkat yang efisien untuk mengidentifikasi kesalahan dengan ketidak konsistensian dalam set data. (9%D 4224 dalam Luethy dan #ngensand 422*) menyarankan 5 langkah aspek teknis tentang kualitas %+ Lidar ' 1. Ketelitian horisontal dan vertikal 4. Kerapatan titik *. +ata kosong daerah tidak ada titik data yang dalam hal ini pantulan jamak telah diukur menurut ketentuan. +ata void dapat disebabkan oleh malfungsi
sistem atau permukaan
tidak
memantulkan (air soil basah) A. artifak daerah anomali elevasi atau osilasi dan berlipat dalam data %+ yang menghasilkan kesalahan sistematik kondisi lingkungan atau post proses tidak lengkap
7. Outlier sering menyebabkan hasil yang salah untuk men"apai permukaan tanah yang betul dari proses penyaringan. ?utlier tunggal dapat mengesampingkan puluhan atau ratusan titik "ek yang teliti membuat seluruh nilai M%S menjadi jelek. 5. Step daerah yang se"ara tibatiba berubah ketinggiannya. Step biasanya terlihat antara jalur terbang yang berdekatan dan disebabkan data navigasi atau kalibrasi yang salah. Sumber kesalahan %+ Lidar dan "ara meningkatkan ketelitian didapat dengan upaya yang diambil untuk mengidentifikasi faktorfaktor yang menyebabkan ketelitian horisontal dan vertikal dari %+ Lidar dan meningkatkan "ara untuk mengeliminasinya. &ntuk meningkatkan kualitas hasil (Crombaghs /rugelmannet al) 4222) mengidentifikasi A komponen utama yang menyebabkan kesalahan geometris data Lidar (gambar 1A) a. Kesalahan tiap titik Seharusnya untuk mengukur keraguraguan dari setiap titik penyiam Laser menyebabkan kesalahan random atau noise titik sekitar 1217 "m. al itu dapat diturunkan dengan "ara meratakan ketinggian dari sejumlah titik dalam area guna keperluan menghitung nilai ketinggian rerata pada daerah tersebut. Perbedaan tinggi titik pada perataan jalur atau perhitungan ketelitian tidak harus dihitung se"ara individu titik sebab noise titik akan mempengaruhi hasil. ika perbedaan dihitung sebagai perbedaan rerata dari grup yang terdiri minimal 122 titik pada daerah tersebut kirakira (72G72)m4 maka kesalahan random dapat minimal. ;itik noise sebesar 14 "m hasil dari (14GX4)612218 "m untuk perbedaan rerata tinggi.
!ambar 1A. Komponen kesalahan dari akuisisi Lidar b. Kesalahan tiap pengamatan !PS Pengamatan !PS internal biasanya di set untuk setiap detik. Setiap pengamatan !PS menyebabkan kesalahan random. Kesalahan !PS ini besarnya konstan untuk seluruh titik Laser terukur selama detik tersebut. /iasanya titiktitik tersebut terletak dalam luasan jalur terbang kirakira 52m panjang yang tergantung dari ke"epatan pesawat (v 52 m6detik). ". Kesalahan tiap jalur !PS dan sensor #%& diperlukan untuk mengukur posisi dan orientasi pesawat udara sepanjang jalur terbang. Sistem !PS6#%& mengenalkan vertikal o!!set untuk setiap jalur sepanjang jalur sebesar tilt memanjang atau melintang. Kadangkadang efek dari kesalahan sistematik yang disebabkan !PS6#%& yaitu efek parabolik jalur melintang puntiran jalur dan efek periodik arah jalur terbang. d. Kesalahan tiap blok Pengukuran referensi terestris (titik kontrol tanah) digunakan untuk mengoreksi blok pengukuran Laser. Sehingga kesalahan pengukuran referensi menyebabkan seluruh blok data ketinggian Laser. Perataan jalur terbang dan teknik koreksi deformasi jalur terbang telah dikembangkan untuk meminimalkan komponen kesalahan tersebut. 15. MODEL PERMUKAAN DIGITAL MPD "an MODEL ELE6ASI DIGITAL MED
%P+ merupakan data set ketinggian yang dibentuk dari koordinat teliti dan F dari sistem pantulan data Lidar yang memuat semua informasi data topografi planimetri dan vegetasi baik buatan manusia maupun alam untuk daerah tersebut pada saat penyiaman Laser berlangsung seperti pada gambar 17.
!ambar 17. %P+ %+ dan $ormal %P+ (%aune4228) Sedangkan pengertian %odel levasi +igital umumnya berkaitan representasi permukaan topografi yang mempunyai ketinggian medan. Ketinggian medan yang mewakili posisi permukaan tanah mempunyai posisi horisontal tertentu sehingga data Lidar dapat digunakan langsung sebagai model elevasi digital sebab mempunyai koordinat Gy: untuk setiap posisinya akan tetapi bila elevasi tersebut di atas permukaan tanah dan di situ ada obyeknya maka lokasi tersebut merupakan model permukaan digital.
Data se+er*as tt* L.ar ">,0,=8
#o.el Per)*aan D-tal
'" Penentan Gr. %" Al-ort)a nter!olas Pen-hlan-an o+0e* .atas )e.an #orolo- !ena!san Proses *las*as tra
Klas*as
#e.an
Koners .ata
Non #e.an
Inter!olas #o.el Eleas D-tal
#o.el Eleas D-tal
Normal MPD = MPD - MED
!ambar 15. Pendekatan umum %P+ dan %+
'&" PELAKSANAAN AKUISISI DAN PENGOLAHAN DATA LIDAR
Bebe$a7a ta8a7an 7e%a!'anaan a!u'' "an 7eng#%a8an "ata L"a$ /atu 9 1. Pe$'a7an 2. Ren)ana :a%u$ te$bang &. Settng L"a$ S/'tem (. Ka%b$a' L"a$ S/'tem
*. Pe%a!'anaan S)annng . Data "#;n%#a"< Management "an ba)!u7 Data . Peng#%a8an Data L"a$ 3. Peng#%a8an Dgta% F#t# 4. Kebutu8an Fa'%ta' Penun:ang
LANGKAH PELAKSANAAN 1
Pe$'a7an
Pe$'a7an A"mn't$a'
/erdasarkan Surat Perintah Kerja akan dilakukan sebagai berikut '
Permohonan Security "learance . Security "learance akan diterbitkan oleh +irektorat =ilayah Pertahanan +irjen Strategi Pertahanan +epartemen Pertahanan M# dengan mengisi 9ormulir D dan 9ormulir Men"ana Kegiatan yang dilampiri Pengantar Security "learance.
/aik 9orm D maupun pengantar SC harus diajukan dan ditanda tangani Pemberi Pekerjaan atau /upati6=alikota setempat atau +inas di wilayah PemKab6PemKota apabila yang mengajukan adalah Pihak Swasta. Security "learance normalnya memerlukan waktu selama 1 minggu
setelah berkas lengkap. /erdasarkan
security clearance yang ada
dimohonkan Security O!!icer untuk mengikuti kegiatan survei tersebut. /ersamaan dengan permohonan security o!!icer dimohonkan pula Security "learance ke %abes ;$#D&.
Surat alan
Surat jalan sangat diperlukan untuk memobilisasi peralatan kerja dan //% untuk operasi khususnya penerbangan. ;anpa adanya maksud dan tujuan yang jelas memobilisasi peralatan khususnya //% bisa dikenai sanksi hukum tertentu apalagi saat ini kondisi negara rawan kekurangan //%. Pe$'a7an Te!n'
Keberhasilan misi (irborne Laser Scanning berawal dari persiapan teknis ini yang terdiri dari '
Ground Re!erence
%erupakan titik yang mempunyai koordinat dan tinggi yang digunakan sebagai dasar kalkulasi data lidar maupun digital image . ;itik ini normalnya telah ada dan tersebar diseluruh wilayah #ndonesia yang dibangun oleh /akosurtanal. &mumnya titik yang ada pada tugu beton yang mempunyai posisi koordinat berada di wilayah /andara sedang titik referensi elevasi berada di luar wilayah /andara maupun tersebar pada jembatan sungai keluar masuk kota.
Dpabila tidak terdapat titik nasional yang dibangun
/akosurtanal ini diusahakan menggunakan titik referensi lokal yang ada.
Fuel ( //% )
?perasi penerbangan (irborne Laser Scanner akan dilakukan dengan Pesawat ;erbang bermesin Piston sehingga memerlukan //% dengan octant 112 yaitu avgas ( (viation Gasoline ). Karena pengguna dan pemakai Dvgas ini relatif jarang di #ndonesia ada kemungkinan status Dvgas tidak tersedia di /andara alim PK saat pelaksanaan sehingga diperlukan mengangkut dari luar wilayah yang masih tersedia seperti di Surabaya atau Semarang.
Petapeta kerja
Peta kerja terdiri dari '
Route "hart penerbangan
Peta ?! 1 ' 472.222
Peta ;opografi 1 ' 472.222
Selain peta kerja perlu dilengkapi data elevasi wilayah pemetaan seperti SM;% untuk peren"anaan jalur terbang. OFFS/0 1 L/2/R (RM - D$;$D !PS
+ikarenakan data posisi yang ditentukan mengunakan !PS adalah di pusat antena !PS yang dipasang ditubuh6 !uselage pesawat sedangkan rekaman data adalah laser dan digital kamera maka diperlukan o!!set atau ukuran jarak dari antena !PS terhadap pusat laser generator dan pusat "" 1charge coupled device- kamera atau yang disebut o!!set data. MOUN0ING (NGL/ 1Lever arm-
/erbeda dengan o!!set Lever arm Mounting (ngle adalah perbedaan orientasi antara 4 body !rame atau lebih Net#or& (ttached S/R2/R
+ikarenakan data hasil scanning "ukup besar ( ! 1.7 %/ setiap second scanning time ) ditambah digital imagery ! 4* %/ setiap Ra# Image dan ! 1*2 %/ tif
tiap image maka semua
data perlu di do#nloading pada POR0($L/
S/R2/R dengan kapasitas yang memadai. +ikarenakan menggunakan N(S 1 Net#or& (ttached Server - portable dengan storage sebesar 4 ;/ ( 0erra $yte )
dengan Gigabit /thernet komunikasi yang dapat diakses se"ara bersamaan pada beberapa laptop sebagai client . 2 a8
Ren)ana :a%u$ te$bang Pe$mu!aan Ob/e! Scanning
Perkiraan kondisi permukaan obyek yang akan di scanning akan menentukan strategi scanning . Semakin halus permukaan semakin ke"il nilai pantulan sinar lasernya.
/erdasarkan klasifikasi Scanner yang akan digunakan yaitu type LMS kekasaran permukaan wilayah perkotaan termasuk obyek dengan pantulan sebesar 42> yang terdiri dari permukaan tanah tertutup aspalt tertutup bangunantertutup "orn blo"k dan sebagian ke"il bervegetasi tanaman kerassebagian ke"il merupakan wilayah tanah kering terbuka . $ilai pantulan obyek ini akan menentukan ketinggian scanning .
!ambar 18. b
Tngg Te$bang
;inggi terbang scanning akan ditentukan oleh obyek yang akan di s"an yaitu tingkat kekasaran obyek yang akan berpengaruh terhadap nilai pantulan laser. Sesuai dengan urain sebelumnya bahwa nilai pantulan wilayah perkotaan adalah sebesar 42> maka tinggi terbang adalah sebesar 552 meter. )
A$a8 Pene$bangan
Drah penerbangan akan dilakukan ke arah &taraselatan. Selain mengikuti arah memanjang batas wilayah ke"amatan yang akan di s"an arah &tara selatan mendekati arah jalur jalan. Scan dengan arah searah memanjang wilayah yang di s"an akan efektif
dan ekonomis karena jumlah jalur terbang akan minimum karena jumlah jalur belok minimum.
Pertimbangannya adalah agar sebanyak mungkin titik scan bisa men"apai permukaan tanah terutama jalan. +engan arah penerbangan hampir sejajar arah jalan utamadimana jalan "abangnya se"ara normal juga akan terliput titik s"an. al ini dipertimbangkan karena wilayah s"anning adalah rapat bangunan pemukiman di samping itu untuk keperluan perkotaan jalan raya harus terliput sebanyak mungkin titik s"an yang "ukup penting untuk prediksi banjir perkotaan. Selain pertimbangan teknis tersebut di atas arah penerbangan &tara Selatan juga akan meminimalkan kasus non teknis karena wilayah perkotaan yang akan di s"an mempunyai kendala penerbangan tertentu. Dpalagi penerbangan dengan ketinggian 552 meter atau 4222 feet di atas permukaan tanah. Penerbangan dengan ketinggian tersebut (4222 ft) dengan "ontrol lokal ("ontoh ' dalam kontrol menara alim PK). &ntuk penerbangan dengan ketinggian 7222ft ke atas baru masuk pada "ontrol menara pengawas regional ("ontoh ' Cengkareng). anya dengan pertimbangan sa!ety penerbangan saja maka penerbangan akan dilakukan dengan koordinasi menara pengawas penerbangan regional (Cengkareng) termasuk pemberi tahuan pada setiap insan penerbangan di sekitarnya yang sedang melakukan kegiatan dengan menerbitkan $?;D% (Notice 0o (ir Man) Ddapun "ontoh ren"ana alur terbang adalah sebagai berikut'
!ambar 1<. Men"ana jalur terbang umlah alur terbang adalah 4A lines dengan jalur terpanjang adalah 145 Km. Pada Mun < dan Mun 0 ;otal LineKm alur terbang adalah 105 Km alur terbang untuk scanning akan digunakan juga untuk jalur terbang digital foto pada saat bersamaan (simultan) "
=a!u7an L"a$ "an F#t# Dgta%
+engan ketinggian terbang 552
meter maka akan diperoleh lebar
"akupan untuk Lidar maupun foto digital adalah sebagai berikut'
Lidar mempunyai Cakupan dengan lebar
552 meter panjang
sesuai dengan panjang jalur terbang atau tergantung perolehan sesuai kondisi "ua"a saat scanning dilakukan. Cakupan Lidar ini biasa disebutkan dengan "arpet s#ath #idth karena menyerupai benuk karpet yang digelar memanjang. Cakupan selebar 552 tersebut diperoleh karena sudut scan sebesar 52Y dengan ketinggian 552 meter akan memperoleh lebar "akupan sama dengan tinggi terbang. &ntuk keperluan data prosesing yaitu perataan data Lidar maka perekaman data Lidar dilakukan bertampalan kearah sejajar jalur terbang sebesar Z*2>.
Cakupan digital foto
/erbeda dengan "akupan Lidar yang tidak dibatasi !rame atau !rameless +igital foto mempunyai !rame dengan jumlah (535 7>e% ? *55 7>e% . &ntuk penerbangan dengan ketinggian 552 meter digital foto akan mempunyai resolusi piGel sebesar 12 )m sehingga ukuran "akupan setiap frame foto adalah (45 mete$ ? 5 mete$ dimana lebar foto adalah searah jalur terbang. Setiap frame foto akan mempunyai pertampalan sebesar *2> baik searah jalur terbang maupun tegak lurus jalur terbang. 9rame foto digital akan mengikuti jalur terbang scanning Lidar. 3)
Setting Lidar System
Setting Lidar akan menentukan hasil akhir dari data yang akan dihasilkan.
Karena akan menggunakan !i,ed #ing maka setting system Lidar akan dilakukan di dalam kabin pesawat. ang perlu diperhatikan adalah tingkat vibrasi pesawat karena putaran mesin yang akan mempengaruhi kualitas data Lidar baik dari laser generatornya image motion maupun data #%&.
Setelah dilakukan setting system Lidar harus segera dilakukan pengukuran OFFS/0 antena !PS terhadap Lidar maupun Kamera +igital yang akan dilakukan dengan metode terristrial total station (
Ka%b$a' L"a$ S/'tem
Setelah System Lidar dipasang pada pesawat terbang dan dilakukan pengukuran OFFS/0 maka sebelum system dilakukan untuk scanning harus dilakukan kalibrasi terlebih dahulu. Ddapun ren"ana kerja kalibrasi akan dilakukan di landasan pa"u yang tidak terlalu sibuk seperti di Pondok Cabe atupun di Semplak /ogor. Kalibrasi dilakukan dengan melakukan penerbangan dan e,posure foto se"ara bersamaan pada ketinggian sesuai dengan ren"ana s"anning yaitu 552 meter.
Scanning dilakukan searah landasan pa"u dan cross run masingmasing
pada jalur terbang arah bolak balik sehingga pada ketinggian terbang 552 meter akan didapat A jalur s"an dan foto. Kalibrasi dilanjutkan dengan ketinggian setengahnya yaitu pada ketinggian terbang **2 meter. #lustrasi ren"ana kerja Kalibrasi adalah sebagai berikut '
!ambar 10 Kalibrasi Lidar udara #lustrasi di atas terdiri dari 4 bagian yaitu bagian kiri dan sebelah kanan. /agian kiri menggambarkan pandangan dari atas Landasan Pa"u yang akan memperoleh A jalur s"an sedangkan #lustrasi sebelah kanan merupakan pandangan vie# bird untuk menggambarkan landasan pa"u di s"an pada ketinggian maupun arah yang berbeda. *
Pe%a!'anaan Scanning
Setelah pesawat terbang disiapkan dan direlease terbang oleh %ekanik yang bersertifikat sesuai dengan otorisasinya Pilot harus melakukan pre% !light chec& terlebih dulu. Pre !light dilakukan terutama pada mekanisme !light control yang sangat menentukan untuk penerbangan scanning .
Setelah pilot melakukan pre!light chec& dan dirasa tidak ada kelainan mesin dan panel kontrol maka sebelum terbang pilot akan membuat ren"ana penerbangan dengan mengisi formulir Flightplan di serahkan kepada menara pengawas penerbangan. Selanjutnya menara pengawas penerbangan akan selalu berkoordinasi dan membimbing penerbangan ke lokasi scanning . Scanning dan perekaman digital foto akan dilakukan dengan ketinggian
552 meter di atas tanah atau 4222 feet kearah &taraSelatan sesuai ren"ana jalur terbang. Scanning dan perekaman digital foto akan di mulai kirakira 722 meter
sebelum dan sesudah ujung ren"ana jalur s"an. Selama s"anning dan perekaman digital foto status pesawat harus S0R(IG'0 and Level yang berarti harus lurus tanpa kelakkelok.
Sebelum scanning dilakukan status !PS6#$S harus sudah merekam data !PS pada interval setiap detik dan #$S harus merekam data sebanyak 422 data setiap detik. Selama scanning dan perekaman digital foto operator mengamati indikator yang ada seperti indikator Pesawat untuk koordinasi dengan pilot agar pesawat dilakukan koreksi seperlunya karena pengaruh angin misalnya atau karena fisik pilot telah lelah maupun stress. Selain indikator pesawat operator Lidar juga akan mangawasi status indikator Lidar baik indikator jarak ke permukaan yang dis"an maupun indicator !lo# data ke unit recorder dan load 'ard is& data Recorder .
Data download < Management "an ba)!u7 Data
asil s"an akan menghasilkan data yang sangat besar yaitu kirakira 1.7 %b setiap detik. ;ermasuk jumlah foto yang "ukup banyak yaitu * foto setiap 1 Km panjang jalur terbang.
Sehingga setiap penerbangan s"aning dan perekaman foto mempunyai data hasil s"an perlu segera dilakukan do#nload sesuai dengan system management !ile pada folder yang disiapkan. $ama dan tingkatan dari Folder akan dikonsultasikan pada pemberi pekerjaan terlebih dahulu
sebelum digunakan untuk do#nload data. Ra# data setelah di download akan segera di $ac&Up sebagai standard
prosedur s"aning lidar.
Peng#%a8an "ata L"a$ 0ra9ectory
0ra9ectoty adalah Lintasan Penerbangan saat dilakukan s"anning dan
perkaman digital foto. 0ra9ectory ini diperoleh dari pengolahan data !PS Kinematik dan #$S
yang direkam saat pelaksanaan s"anning. 0ra9ectory merupakan gambaran dari tabulasi yang berisi data sebagai
berikut ' Time
Long
Lat
Elev
Roll
0ra9ectory dalam ilustrasi grafis adalah sebagai berikut '
Pitch
Yaw
!ambar 42. ;rayektori 0ra9ertory berfungsi sebagai awal pengolahan data Lidar maupun digital
orthofoto
igital Signal Processing
asil scanning yang di download masih berupa pulsa digital seperti ilustrasi berikut
!ambar 41. Pantulan Lidar Sehingga perlu dilakukan pengolahan signal procesing . +engan menggunakan (lgoritma Full 3ave Form hasil rekaman data Lidar akan diproses manghasilkan Lidar point "loud seperti tampak pada penampang berikut '
!ambar 44. penampang melintang +ari #lustrasi penampang tersebut tampak semua titik pantulan laser seperti /angunan vegetasi maupun ground terrain. asil Signal Prosesing masih dalam sistem koordinat Laser sehingga perlu ditransformasikan pada sistem koordinat Ground .
;ransformasi Koordinat Point "loud
Point "loud dalam system koordinat Laser harus di transformasikan
kedalam system tanah agar dapat digunakan untuk berbagai keperluan. ;ransformasi point cloud akan menggunakan data 0ra9ectory seperti disebutkan dalm tabel 0ra9ectory dalam uraian sebelumnya.
(d9ustment ata Lidar
asil S"an data Lidar pada 4 arah yang berbeda akan mempunyai kesalahan karena terdapat perbedaan sudut ke"il saat pemasangan seperti pada ilustrasi berikut '
!ambar 4*. perataan antar jalur
Sebelum (d9ustment
Setelah (d9ustment
!ambar 4A Pengaruh perataan
Klasifikasi Point "loud data Lidar
Point cloud data Lidar pada sistem koordinat tanah berupa data +S%
(igital Sur!ace Model ) yaitu kumpulan dari titiktitik dengan kerapatan 1 meter yang terletak baik di permukaan tanah di atas atap bangunan di kanopi vegetasi harus diklasifikasikan untuk mendapatkan data terrain atau dikenal dengan istilah +% (igital /levasi Model ) yaitu kumpulan titiktitik yang mempunyai elevasi hanya di permukaan tanah saja. +% ini berfungsi untuk pengolahan foto digital untuk menghasilkan peta foto yang akurat. Selain itu data +% juga dapat berfungsi untuk evaluasi analisa maupun simulasi /anjir dan tsunami. Prosedur kerja klasifikasi akan menggunakan Dlgoritma klasifikasi daerah perkotaan yaitu dengan terrain yang relatif datar dengan bangunan pemukiman yang rapat. 3
Peng#%a8an Dgta% F#t#
0ime Image
0ime Image merupakan daftar file foto digital yang dilengkapi dengan 0ime stamp yaitu waktu yang didapat dari pertengahan waktu eGposure. 0ime stamp ini bersama 0ra9ectory akan mendapatkan layout foto digital
yang bersamaan dengan data !PS6#$S time stamp dan file foto digital akan diolah menghasilkan ortho !oto.
igital Ortho!oto
igital ortho!oto akan didapat dari rektifikasi setiap frame foto digital
sesuai dengan data !PS6#$S dan time stamp dan data mass point +% hasil klasifikasi point cloud data Lidar. +igital foto yang di mosaic dan di cutting sesuai dengan lembar Peta +aerah Survei akan menghasilkan peta foto yang dimaksud. Peta foto juga dilengkapi dengan Legenda dan $amanama geografi. 4.
Kebutu8an Fa'%ta' Penun:ang
9asilitas penunjang yang "ukup penting dalam layanan jasa pemetaan Lidar ini adalah ' 1. 4. *. A. 7. 5. 8. <.
Pesawat ;erbang Survei Lidar !enerator Dirborne +ata Me"order !PS Kinematik #nertial %easurement &nit Server Komputer Software pengolahan data Lidar Software pengolahan foto +igital
9oto berikut adalah system Lidar yang akan digunakan untuk layanan jasa pemetaan Lidar '
I.M.U
Lidar Scanner
Kamera Digital
!ambar 47. Pesawat udara
!ambar 45 Konfigurasi Lidar
Pesawat Terbang Surei Lidar 12. KONTROL KUALITAS DATA LIDAR
Pada data Lidar tidak terdapat Redundancy seperti stereo foto udara maka diperlukan prosedur kontrol kualitas. Redundancy adalah data lebih untuk maksud memeriksa kesalahan blunder sekaligus untuk perataan hasil agar mendapatkan kualitas yang lebih baik. Kontrol kualitas
untuk penelitian
ini dilakukan dengan pengukuran di darat untuk
menghasilkan data kontrol yang berupa koordinat dan F pada lokasi tertentu. Lokasi area kontrol kualitas ditentukan pada daerah yang mendekati jalur terbang pada daerah yang dapat diidentifikasi letaknya se"ara visual. Seperti "ontoh adalah pada daerah di sekitar sungai dan di persimpangan jalan atau jembatan di depan bangunan rumah yang mempunyai kenampakan spesifik agar tidak salah pada identifikasinya. Pengukuran dilakukan dengan !PS !eodetik statik de!!erensial positioning dari titik referensi yang digunakan sama sewaktu pelaksanaan
pemotretan udara maupun pada pengambilan data penyiaman agar tidak terdapat kesalahan sistem referensinya sedangkan detilnya diukur menggunakan ;otal Station. +engan mamasukkan data koordinat dan elevasi hasil pengukuran lapangan tersebut dapat diketahui perbedaan yang terjadi atau adanya kesalahan dan besar perbedaannya. Dpabila sifat kesalahan yang ada adalah linear maka dapat disimpulkan terjadi kesalahan sistematik sehingga perlu dilakukan koreksi berdasarkan kaidah hitungan kuadrat terke"il. Pemeriksaan Lapangan (Field chec& ) dilakukan untuk memperoleh ketelitian %+ yang diperoleh dari sistem Lidar untuk tutupan lahan daerah persawahan permukiman lingkungan sungai dan daerah hutan. +ata Lidar dibandingkan dengan pengukuran terestris pada masing masing tutupan lahan ke arah vertikal
dan hori:ontal . Ddapun
perhitungan selisih beda tinggi antara posisi titik Lidar dan titik Lapangan dengan menggunakan interpolasi linier seperti pada gambar 48. Sedangkan untuk perbedaan posisi horisontal diukur berdasarkan "itra ortofoto yang mewakili kondisi lapangan dengan posisi titik Lidar seperti ditunjukkan pada gambar 4<.
tt* l.ar tt* la!an-an
!ambar 48 . Pemeriksaan Lapangan antara titik Lidar dan titik lapangan dengan "ara interpolasi linier
!ambar 4<. Pemeriksaan Lapangan antara titik Lidar dan ortofoto pada posisi horisontal PELAKSANAAN KONTROL KUALITAS
Kete%tan 6e$t!a%
Ketelitian vertikal data Lidar diperoleh dengan mengukur perbedaan elevasi obyek permukaan bumi se"ara terestris dengan elevasi hasil s"anning dan dinyatakan dengan Root Mean S8uare /rror (M%S). /esaran ini merupakan akar kuadrat ratarata dari sejumlah perbedaan kuadrat antara nilai koordinat dataset dan nilai koordinat dari sumber yang bebas pada titik yang identik dengan ketelitian yang lebih tinggi.
