Terrestrial Laser Scanning

MAKALAH GD5201 METODOLOGI PEMETAAN

TERRESTRIAL LASER SCANNER (TLS)

Oleh: Adam Irwansyah Fauzi 25117005 Christopher Imanuel Simanjuntak 25117009

PROGRAM STUDI TEKNIK GEODESI DAN GEOMATIKA FAKULTAS ILMU TEKNOLOGI KEBUMIAN INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2018

DAFTAR ISI 1.

PENDAHULUAN ............................................................................................................. 1

2.

GAMBARAN UMUM TERRESTRIAL LASER SCANNER (TLS) ................................... 2

3.

4.

2.1

Konsep Dasar Laser Pada TLS.................................................................................... 2

2.2.

Klasifikasi TLS ........................................................................................................... 4

2.3.

Prinsip Penentuan Posisi pada TLS ............................................................................. 7

2.4.

Sumber Kesalahan TLS ............................................................................................. 13

2.5.

Visualisasi Data TLS ................................................................................................. 16

2.6.

Aplikasi TLS ............................................................................................................. 17

PRAKTIK SURVEY DENGAN TERRESTRIAL LASER SCANNER (TLS) .................. 19 3.1

Perencanaan Survey .................................................................................................. 19

3.2

Survey Lapangan ....................................................................................................... 23

3.3

Pengolahan Data ........................................................................................................ 25

3.4

Kontrol Kualitas ........................................................................................................ 34

CONTOH PEMANFAATAN TERRESTRIAL LASER SCANNER (TLS) ...................... 36 4.1

Pemantauan Deformasi Bendungan PLTA (Pembangkit Listrik Tenaga Air) .......... 36

4.2

Pemodelan Monumen Bersejarah (Gumilar et al., 2014) .......................................... 38

4.3

Estimasi Parameter Biomassa dan Interaksi antar Pohon (Gumilar et al., 2015)...... 40

5.

TEKNOLOGI TERBARU TERRESTRIAL LASER SCANNER (TLS) ........................... 41

6.

REFERENSI .................................................................................................................... 43

METODOLOGI PEMETAAN TERRESTRIAL LASER SCANNER (TLS)

ii

DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1. Jenis reflektansi laser dengan objek ...................................................................... 3 Gambar 2.2. Skema penjalaran sinyal laser pada TLS .............................................................. 3 Gambar 2.3. Klasifikasi TLS berdasarkan sudut cakupan pemindaian ..................................... 4 Gambar 2.4. Contoh produk TLS dengan jangkauan dekat ....................................................... 5 Gambar 2.5. Contoh produk TLS dengan jangkauan sedang .................................................... 5 Gambar 2.6. Contoh produk TLS dengan jangkauan jauh......................................................... 6 Gambar 2.7. Konsep pengukuran jarak berdasarkan selang waktu ........................................... 7 Gambar 2.8. Contoh produk TLS berbasis selang waktu .......................................................... 7 Gambar 2.9. Konsep pengukuran jarak berdasarkan beda fase ................................................. 8 Gambar 2.10. Contoh produk TLS berbasis beda fase .............................................................. 8 Gambar 2.11. Konsep pengukuran jarak berdasarkan triangulasi ............................................. 9 Gambar 2.12. Konsep penentuan posisi dengan metode polar .................................................. 9 Gambar 2.13. Penurunan rumus penentuan posisi horizontal.................................................. 10 Gambar 2.14. Penerapan segitiga siku-siku pada Posisi Vertikal ............................................ 11 Gambar 2.15. Metode Trigonometrik ...................................................................................... 12 Gambar 2.16. Beberapa mekanisme pemindaian pada TLS .................................................... 13 Gambar 2.17. Kesalahan footprint ........................................................................................... 13 Gambar 2.18. Permukaan Lambert .......................................................................................... 14 Gambar 2.19. Refleksi Ganda .................................................................................................. 14 Gambar 2.20. Kesalahan Tepi .................................................................................................. 15 Gambar 2.21. Visualisasi data TLS berupa point cloud .......................................................... 16 Gambar 2.22. Contoh aplikasi TLS pada bidang kehutanan ................................................... 17 Gambar 2.23. Contoh aplikasi TLS pada bidang arkeologi ..................................................... 18 Gambar 3.1. Diagram alir perencanaan survey ..................................................................... 19 Gambar 3.2. Lokasi pendirian alat yang buruk (atas) dan lokasi yang baik (bawah) ........... 21 Gambar 3.3. Footprint dari laser ........................................................................................... 21 Gambar 3.4. Konfigurasi posisi target yang buruk (atas) dan yang baik (bawah) ................ 22 Gambar 3.5. Jenis-jenis target ............................................................................................... 22 Gambar 3.6. Menentukan area target .................................................................................... 23 Gambar 3.7. Contoh resolusi untuk bangunan sejarah ......................................................... 24 Gambar 3.8. Proses filtering primer ...................................................................................... 24 METODOLOGI PEMETAAN TERRESTRIAL LASER SCANNER (TLS)

iii

Gambar 3.9. Target dengan resolusi tinggi ........................................................................... 25 Gambar 3.10. Registrasi dari dua posisi pemindaian ............................................................ 26 Gambar 3.11. Teknik registrasi ............................................................................................. 26 Gambar 3.12. Kesalahan pada teknik registrasi cloud-to-cloud ........................................... 27 Gambar 3.13. Representasi dari point cloud ......................................................................... 29 Gambar 3.14. Peta kedalaman .............................................................................................. 29 Gambar 3.15. Hasil laser splatting ....................................................................................... 30 Gambar 3.16. Contoh Kriteria Delaunay (a) dan tidak memenuhi kriteria (b) ..................... 32 Gambar 3.17. Contoh model NURBS ................................................................................... 32 Gambar 3.18. (a) Kubus tanpa informasi tekstur, (b) peta UV, (c) kubus dengan informasi tekstur, (d) informasi tekstur .......................................................................... 33 Gambar 3.19. Bidang proyeksi ortografik ............................................................................ 33 Gambar 3.20. Diagram alir kontrol kualitas ......................................................................... 35 Gambar 4.1. Skema storage PLTA (kiri) dan skema deformasinya (kanan) ........................ 36 Gambar 4.2. Solusi penentuan jarak TLS terhadap objek .................................................... 37 Gambar 4.3. Hasil pengukuran dari tiga titik berdiri alat ..................................................... 37 Gambar 4.4 Hasil registrasi ................................................................................................... 37 Gambar 4.5. Hasil penampang melintang (kiri) dan deformasi dari dua waktu pengukuran (kanan) ............................................................................................................. 38 Gambar 4.6. Hasil model 3D deformasi (dalam milimeter) ................................................. 38 Gambar 4.7. Proses filtering ................................................................................................. 39 Gambar 4.8. Validasi model (atas) dan objek sebenarnya (bawah) ...................................... 39 Gambar 4.9. Parameter interaksi antar pohon ....................................................................... 40 Gambar 4.10. Proses penghitungan parameter CPA (maximum crown projection area) ..... 40 Gambar 5.1. Komponen mobile mapping ............................................................................. 41 Gambar 5.2. Contoh hasil mobile mapping .......................................................................... 42 Gambar 5.3. Mobile mapping dengan unmanned vehicle (kiri) dan tas (kanan) .................. 42


iv

1. PENDAHULUAN Laser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) pertama kali di demonstrasikan oleh Theodore Maiman pada tahun 1960 di Hughes Research Laboratories. Laser pertama kali digunakan oleh surveyor untuk pengukuran jarak pada pertengahan tahun 1960. Pengukuran ini dilakukan menggunakan instrumen berbasis perbanding fase atau teknik akustik. Dalam bidang pemetaan, sejak 1970 dan seterusnya, laser berbasiskan EDM (electronic distance measurement) instruments banyak digunakan sebagai alat utama dalam pengukuran jarak yang membutuhkan kontrol atau jaring geodetik dengan metode trilaterasi. Sedangkan sudut yang dibentuk diukur secara terpisah menggunakan teodolit.

Selanjutnya, kedua instrumen ini diintegrasikan ke dalam total station. Total station dilengkapi dengan reflektor, menjadi umum digunakan oleh surveyor dalam menentukan posisi untuk keperluan konstruksi maupun pemetaan topografi. Seiring dengan perkembangan teknologi laser, pengukuran tanpa menggunakan reflektor (reflectorless) menjadi mungkin. Kemajuan ini mendorong pengoprasian satu alat berbasiskan laser yang secara otomatis mengukur jarak dan sudut dengan simultan sehingga dapat menggambarkan penampang atau profil suatu permukaan. Melalui tahap-tahap pengembangan sistem laser untuk keperluan pemetaan, mekanisme pemindaian (scanning) menjadi dasar dalam pembangunan TLS.


1

2. GAMBARAN UMUM TERRESTRIAL LASER SCANNER (TLS) 2.1 Konsep Dasar Laser Pada TLS Saat ini laser dikenal sebagai suatu alat yang dapat menghasilkan sebuah gelombang cahaya pada spektrum tertentu dengan sudut yang sangat sempit. Terdapat 5 ciri utama laser sehingga dimanfaatkan dalam pengukuran jarak, yaitu : a) Laser dihasilkan dalam bentuk satu sorotan cahaya linier dan merambat pada arah tertentu. b) Laser dapat merambat pada jarak yang sangat jauh dan fokus pada satu titik. c) Laser memiliki warna asli tertentu (merah, hijau, biru) yang dapat teramati oleh mata manusia, namun umumnya laser yang digunakan pada instrumen pengukuran jarak memiliki panjang gelombang 1064 nm (near infrared). d) Cahaya laser tidak bersifiat kontinyu, namun merambat dalam bentuk pulsa-pulsa pendek atau sangat pendek. Sebagai konsekuensinya, dapat menghasilkan energi yang sangat tinggi. e) Laser memiliki cepat rambat yang konstan pada medium tertentu. Reflektansi atau interaksi antara laser dengan objek terbagi menjadi specular yaitu pantulan cahaya laser pada satu arah tertentu dan diffuse dimana cahaya laser dipantulkan ke berbagai arah dengan intensitas sangat rendah karena terbagi kedalam masing-masing pantulan.

Gambar 2.1 Jenis reflektansi laser dengan objek

Kedua jenis pantulan ini sangat bergantung dari karakteristik permukaan objek. Reflefansi pada laser bersisfat koheren sedangkan cahaya lainnya seperti matahari tidak koheren.


2

Gambar 2.2 Skema penjalaran sinyal laser pada TLS

Laser baik yang bersumber dari gas, solid-state atau semiconductor, bersifat monokromatik memancarkan cahaya dengan arah tertentu. Pantulan yang dihasilkan target umumnya bersifat diffuse sehingga menghasilkan banyak noise. Kekuatan sinyal pantul yang diterima kembali oleh sensor (rangefinder) akan lebih rendah dibandingkan kekuatan yang dipancarkan oleh transmitter. Energi yang dirambatkan akan berkurang akibat pengaruh atmosfer dan akibat hasil interaksi dengan target. Pantulan dan noise ini kemudian diterima oleh suatu sensor atau photodetection. Dalam perkembangan dibidang sensor, telah dihasilkan sensor yang dapat mengeliminasi noise tersebut.


3

2.2 Klasifikasi TLS Pemanfaaant laser dalam survey pemetaan selama 30 tahun terakhir telah mengubah metode akuisisi data. Titik-titik sampel dari objek yang awalnya diambil satu persatu menggunakan total satation, sekarang dapat dilakukan secara otomatis untuk area yang sama dapat merekam jauh lebih banyak titik sampel dalam waktu yang lebih singkat. TLS yang umum digunakan sekarang untuk survey pemetaan dapat bersifat statik yaitu dimana TLS diletakkan pada tripod yang berada pada titik tetap, atau dinamik dimana TLS diletakkan pada platform yang bergerak.

2.2.1 Statik TLS Statik TLS merupakan jenis akuisisi objek topografi pada area disekeliling instrumen yang ditempatkan pada posisi tetap. Instrumen ini bekerja dengan cara mengukur jarak miring, sudut horizontal, sudut vertikal suatu objek secara simultan dan otomatis. Sebelum proses pemindaian, umumnya perubahan sudut horizontal dan vertikal dapat diatur sesuai dengan sampling yang diinginkan dalam sisitem koordinat polar.

Menurut Staiger (2003), statik TLS dapat diklasifikasikan menjadi 3 jenis yaitu :

(a)

(b)

(c)

Gambar 2.3 Klasifikasi TLS berdasarkan sudut cakupan pemindaian

a) Panoramic scanner (a), jenis ini memindai jarak dan sudut yang mencakup 360 derajat pada bidang horizontal dan 180 derajat pada bidang vertikal. Sehingga area yang tercover adalah serluruh objek disekitar instrumen kecuali, bagian bawah tempat berdiri instrumen. b) Hybrid scanners (b), jenis ini mencakup 360 derjat pada bidang horizontal, sedangkan untuk bidang vertikal dibatasi hanya 50 sampai 60 derajat.


4

c) Camera scanner (c), memindai jarak dan sudut cakupan bidang horizontal dan vertikal yang terendah yaitu 40 bidang horizontal dan 40 derajat bidang vertikal, sama dengan cakupan kamera fotografi.

Apabla diklasifikasin berdasarkan jarak jangkauan objek yang dapat direkam, TLS dapat dibagi menjadi 3 jenis yaitu : a) Short range, dengan jangkauan 50-100m

(a)

(b)

(c)

Gambar 2.4 Contoh produk TLS dengan jangkauan dekat, (a) Zoller + Frohlich, (b) Faro, dan (c) Basis Software Inc

b) Medium range, dengan jangkauan 150-350m

(a)

(b)

(c)

Gambar 2.5 Contoh produk TLS dengan jangkauan sedang, (a) Leica Geosystems, (b) Trimble, dan (c) Topcon

c) Long range, dengan jangkauan hingga 1000m


5

(a)

(b)

(c)

Gambar 2.6 Contoh produk TLS dengan jangkauan jauh, (a) Opech, (b) Riegl, dan (c) I-SiTE

2.2.2 Dinamik TLS Dinamik TLS merupakan instrumen akuisisi objek topografi pada area disekeliling instrumen yang ditempatkan pada platform yang bergerak. Dinamik TLS sebagai bagian dari mobil mapping system memerlukan GPS/IMU sebagai komponen utama untuk memperoleh koordinat titik-titik sampel yang tergeoreferensi. Persoalan utama teknik ini adalah apabila dilakukan pemataan pada kawasan perkotaan padat, dimana sinyal GPS dapat terganggu baik akibat interupsi sinyal lain maupun efek multipath. Hingga kini, mobile mapping system yang pada awalnya hanya menggunakan komponen utama TLS, sekarang telah dikombinasikan dengan video dan foto digital bergeoreferensi yang juga dikumpulkan selama proses akuisisi data.


6

2.3 Prinsip Penentuan Posisi Pada TLS 2.3.1 Metode Pengukuran Jarak Dengan TLS a) Time of Flight (Mid & Long Range)

Gambar 2.7 Konsep pengukuran jarak berdasarkan selang waktu

Kecepetan rambat cahaya pada ruang vakum saat ini tepatnya 299.792.458 m/s, sehingga apabila cahayaa merambat pada udara harus diberikan koreksi bergantung dengan densitas udara. Terkait dengan kecepatan cahaya tersebut menunjukkan bahwa dibutuhkan waktu 3.33 nanoseconds untuk bergerak 1 m. Dengan demikian, untuk memperoleh akurasi 1 mm, harus dapat mengukur selang waktu sekitar 3.33 picoseconds. Untuk mid & long range TLS umumnya dapat mencapai akurasi sekitar 6 – 10 mm. (1/1)

Scanner berbasis metode ini tidak menggunakan sinar laser kontinyu, namun berbasis pulsa. Keuntangan dari penggunaan pulsa ialah tingginya konsentrasi energi yang dipancarkan. Energi ini membuat SNR (signal to noise ratio) sangat tinggi sehingga meningkatkan akurasi pengukuran terutama untuk jarak jauh.

Gambar 2.8 Contoh produk TLS yang menggunakan pengukuran jarak berbasis selang waktu. Dari kiri ke kanan, Optech, Leica, Riegl, Trimble, Callidus.


7

b) Phase (Short Range) Prinsip lain yang berupaya menghindari penggunaan jam dengan tingkat presisi tinggi adalah dengan memodulasi sinyal laser modulasi berbasis sinyal sinusoidal, amplitudo atau frekuensi, dan pseudo-noise atau polarisasi. Sinyal pantulan yang diterima kemudian didemodulasi untuk dibandingkan dengan sinyal yang ditransmisikan sehingga dapat diperoleh nilai perbedaan fase nya.

Gambar 2.9 Konsep pengukuran jarak berdasarkan beda fase

Dari nilai beda fase kemudian dapat dihitung selang waktunya sehingga diperoleh nilai jarak dari instrumen ke target. Akurasi dari metode ini dapat mencapai 0.5 mm. Metode ini umumnya memiliki keuntungan dalam kecepatan akusisi data dan akurasinya namun meiliki kepresisian lebih rendah dibandingkan berbasis selang waktu. Hal ini diakibatkan oleh kepresisian metode ini sangat bergantung dengan frekuensi sinyal, stabilitas dari osilator, kekuatan sinyal pantul dan noise.

Gambar 2.10 Contoh produk TLS yang menggunakan pengukuran jarak berbasis beda fase. Dari kiri ke kanan, IQsun, Leica, Z+F dan Faro.


8

c) Triangulation (Very Short Range less than 10m)

Gambar 2.11 Konsep pengukuran jarak berdasarkan triangulasi

Dalam aplikasinya pada LS terdapat keterbatasan panjang baseline pada metode ini sehingga metode ini biasa diaplikasikan pada LS dengan jangkauan kurang dari 10. Namun dibandingkan dengan metode berbasih perhitungan waktu, metode ini memiliki akurasi dalam yang sangat tinggi yaitu dalam skala mikron.

2.3.2 Prinsip Penentuan Posisi Pada TLS a) Penentuan Posisi Horiontal (Metode Polar) Dalam pembahasan ini, yang akan diuraikan adalah metoda polar, tanpa merincikan pengguna-an peralatan yang digunakan dalam pengukurannya. Pembahasan ditekankan pada prinsip dasar metoda disertai pengolahan data untuk mendapatkan posisi horizontal obyek (titik).

//Y = UP

1 6

d1 4 3

d6

2 6

A d5

d4

d3 3

5 5 4

Gambar 2.12 Konsep penentuan posisi dengan metode polar


9

Keterangan : Titik A

= titik yang diketahui koordinatnya (titik ikat)

i

= azimuth/sudut jurusan dari A ke titik i

di

= jarak mendatar dari A ke titik i

Posisi titik sekeliling titik A diukur dari titik A. Obyek ukuran adalah arah dan jarak datar dari titik A ke titik yang dimaksud (target). Mengingat titik A sebagai pusat titik lainnya, maka titik A dapat dikatakan sebagai titik kutub (pole). Hitungan koordinat titik lainnya (titik 1, 2, ..... , 6, ... ), dapat menerapkan persamaan (2.12) di atas, dengan penurunan persamaan tersebut sebagai di bawah.

Gambar 2.13 Penurunan rumus penentuan posisi horizontal

Dari segi-tiga siku yang terbentuk, dapat dilihat bahwa : •

Beda absis antara titik A sampai dengan titik B : XAB = XB - XA

•

Beda ordinat antara titik A sampai dengan titik B : YAB = YB - YA

•

Bila sudut jurusan/azimuth dari A ke B = AB , maka :

•

Sin AB

= (XAB / JAB)

XAB = DAB Sin AB

•

Cos AB

= (YAB / JAB)

YAB = DAB Sin AB

Jadi : XAB

= XB - XA = JAB Sin AB

XB = XA + JAB Sin AB

; ;

YAB = YB - YA = JAB Sin AB YB = YA + DAB Cos AB

Secara umum, dituliskan sebagai : XB = XA + JAB Sin AB YB = YA + JAB Cos AB


10

b) Penentuan Posisi Vertikal (Metode Trigonometrik) Metoda trigonometrik, menerapkan hitungan segi-tiga siku bidang datar vertikal. Bila dinyatakan dalam sistem koordinat Cartesius, bidang datar vertikal ini adalah bidang yang tegak lurus () bidang X-O-Y dan melalui garis bidik alat ukur. Parameter ukuran dalam metoda ini adalah jarak dan sudut. Mengingat masalah utama adalah posisi vertikal suatu titik, maka sudut yang diukur adalah sudut vertikal.

Gambar 2.14 Penerapan segitiga siku-siku pada Posisi Vertikal

Dapat dilihat pada Gambar 2.14., bahwa bila segi-tiga siku diterapkan pada permukaan bumi, maka hanya notasi atau istilah yang berubah. Notasi segitiga tersebut di lapangan dapat dikatakan sebagai berikut : JAB

: jarak miring dari titik A-B.

DAB

: jarak mendatar dari titik A-B (pada bidang mendatar X-O-Y)

m

: sudut miring ; yaitu sudut vertikal yang dibentuk dari bidang horizon (mendatar) sampai

jurusan/garis yang dimaksud.

Positif (+) ke arah atas horizon, negatif (-) ke arah bawah. Penerapan semacam di atas akan sukar dilaksanakan, karena pengukuran sudut dan titik bidikan tepat pada muka tanah, sehingga di gunakan penambahan ukuran, berupa tinggi alat dan tinggi target, sehingga seolaholah segi-tiga tersebut digeserkan ke atas (lihat Gambar 2.15). Disamping itu, pada metoda ini, alat ukur yang digunakan adalah alat ukur jarak dan alat ukur sudut (theodolit).


11

Gambar 2.15 Metode Trigonometrik

Keterangan : TA

= tinggi alat dari titik A

TT

= tinggi target dari titik B

M

= sudut miring

JAB

= jarak miring A-B

DAB

= jarak mendatar A-B

V

= sisi tegak segi-tiga siku

HAB

= beda tinggi A-B

Dari segi-tiga siku, dapat dihitung besar V, yaitu : V = JAB Sin m

; atau

V = DAB Tan m Jarak vertikal dari titik tertinggi pada gambar (target) sampai dengan garis terbawah (garis mendatar melalui titik A), dapat dinyatakan panjangnya, yaitu sebesar : X = HAB + TT = V + TA, sehingga : HAB = V + TA  TT dengan harga V sebesar : untuk jarak miring untuk jarak mendatar


: :

V = JAB Sin m V = DAB Tan m

12

c) Mekanisme Pemindaian Akuisisi sampel permukaan objek dengan laser tentunya membutuhkan mekanisme pemindaian untuk memindahkan arah laser ke seluruh bagian permukaan objek. Gambar 2.16 merupakan beberapa teknik pemindaian yang sering digunakan pada TLS.

Gambar 2.16 Beberapa mekanisme pemindaian pada TLS

2.4 Sumber Kesalahan TLS a) Kesalahan Instrumen •

Kesalahan footprint

Gambar 2.17 Kesalahan footprint

Kesalahan posisi akibat footprint laser sekitar ¼ dari diameter footprint. •

Kesalahan Jangkauan Ketidakpastian jarak yang dihasilkan oleh mid & long TLS berkisar 5-50 mm. Umumnya diakibatkan oleh kesalahan waktu.

•

Kesalahan Sudut Kesalahan yang diakibatkan oleh mirror dan alat pengkuran sudut.

•

Kesalahan Sumbu TLS Kesalahan akibat toleransi perakitan dimana sumbu-sumbu tidak lurus secara sempurna sehingga menghasilkan kesalahan kolimasi dan sumbu horizontal.


13

b) Kesalahan Objek •

Sudut datang sinar laser Idealnya besar sudut datang dan sudut pantul sinyal laser mendekati 90o karena sudut datang yang terlalu rendah akan menyebabkan sudut pantul terlalu tinggi sehingga sinyal pantul tidak kembali ke instrumen.

•

Warna Objek Objek berwarna hitam akan menyebabkan absorbsi sinyal yang tinggi sehingga sinyal pantul yang diterima akan lemah bahkan tidak ada.

•

Permukaan Lambert

Gambar 2.18 Permukaan Lambert

Jika karakteristik permukaan objek menyebabkan absorbsi sinyal tinggi maka sinyal yang diterima akan lemah dan dapat dianggap noise. Sedangkan apabila permukaan objek memiliki reflektivitas sangat tinggi (metal) makan laser akan sepenuhnya dipantulkan pada arah lain. •

Refleksi Ganda

Gambar 2.19 Refleksi Ganda

Material yang bersifat semi-transparan dapat menyebabkan refleksi ganda sehingga terdapat penambahan jarak yang diperoleh.


14

•

Kesalahan Tepi

Gambar 2.20 Kesalahan Tepi

Sinyal pantulan pada batas objek akan diterima 2x karena dari posisi yang berbeda, sehingga yang diperoleh merupakan nilai reratanya.

c) Kesalahan Kondisi Lingkungan •

Temperatur Temperatur external matahari dapat menyebabkan pemuaian pada tripod sehingga menghasilkan data yang terdistorsi. Selain itu temperatur objek yang terlalu tinggi seperti pada area industri dapat menurunkan SNR (signal to noise ratio) sehingga menurunkan kepresisian pengukuran.

•

Atmosfer Kesalahan akibat variasi atmosfer seperti temperatur, tekanan, kelembaban yang mempengaruhi indeks refraksi dan panjang gelombang elektromagnetik yang dihasilkan. Selain itu kecepatan cahaya juga sangat bergantung pada densitas udara. Sebagai contoh, apabila pengukuran dilakuan di pegunungan dengan penurunan temperatur berkisar 0.65 derajat C/100m dan tekanan 10hpa/100m. Pada ketinggian 2000, kesalahan jarak dapat berkisar 8mm/100m.

•

Gangguan Radiasi Karena laser menggunakan band frekuensi yang sangat sempit, maka dapat dipengaruhi oleh radiasi eksternal.

•

Distorsi Gerakan Jumlah sampel per detik TLS umumnya berkisar 2000 – 500.000 sampel per detik. Meskipun ini sangat cepat, pemindaian untuk resolusi tinggi dapat memakan waktu sekitar 20-30 menit untuk TLS berbasis waktu dan 10 menit untuk TLS berbasis fase. Selama pemindaian getaran sekitar dapat menyebabkan perubahan posisi instrumen.


15

d) Kesalahan Metodologi Kesalahan dalam memilih metode survey. Contohnya apabila pengguna menentukan resolusi yang lebih tinggi daripada akurasi per titik dari TLS. Pemindaian akan memperoleh sampel berlebih. Sampel berlebih ini akan menghasilkan noise yang juga berlebih sehingga membutuhkan waktu pemrosesan yang jauh lebih lama.

2.5 Visualisasi Data TLS

Gambar 2.21 Visualisasi data TLS berupa point cloud

Visualisasi umumnya digunakan untuk memeriksa apakah objek telah terekam seluruhnya juga untuk tahap awal pengujian kualitas hasil perekaman. Point cloud uang diperolah memiki koordinat 3 dimensi (x,y,z), selain itu juga dapat dilengkapi dengan informasi atribut seperti amplitudo atau jumlah gelombang pantul.


16

2.6 Aplikasi TLS

Gambar 2.22 Contoh aplikasi TLS pada bidang kehutanan

Pada bidang kehutanan, kemampuan TLS untuk menghasilkan point cloud dari geometri pohon-pohon banyak diaplikasikan untuk penelitian, inventarisasi, manajemen dan perencanaan. Contohnya adalah menggambarkan geometri jenis pohon tertentu, sepert tinggi dan diameter batang dan ranting pohon, hingga kerusakan pada pohon.

Gambar 2.23 Contoh aplikasi TLS pada bidang industri

Rekonstruksi objek pada daerah industri seperti platform dan kilang minyak sangat dibutuhkan untuk keperluan pengembangan dan perawatan. Sehingga sangat dibutuhkan suatu model yang terbaru dan dapat menggambarkan secara akurat geometri dari setiap objek. Contohnya untuk pendeteksian kerusakan dan perkuatan konstruksi bangunan, untuk pengawasan struktur bangunan dan pendeteksian deformasi. METODOLOGI PEMETAAN TERRESTRIAL LASER SCANNER (TLS)

17

Gambar 2.24 Contoh aplikasi TLS pada bidang arkeologi

Warisan budaya merupakan saksi dari aktivitas manusia masa lalu yang menunjukkan keragaman dalam sifat, ukuran, dan kompleksitas. Mulai dari artefak-artefak kecil, benda-benda musium, bangunan bersejarah, monumen kuno, hingga pusat kota dan situs arkeologi. Melalui kemampuannya dalam akuisisi data pointcloud yang relatif instan, TLS juga dimanfaatkan untuk dokumentasi hingga visualisasi objek-objek bersejarah. Contohnya diaplikasikan untuk keperluan perencanaan restorasi dan revitalisasi situs bersejarah. Pendekatan perekaman situs yang akurat melalui TLS dapat merekonstruksi bangunan historis yang kompleks dalam 3 Dimensi.


18

3. PRAKTIK SURVEY DENGAN TERRESTRIAL LASER SCANNER (TLS) 3.1 Perencanaan Survey Saat ini tidak ada standar prosedur untuk perencanaan survey dengan TLS. Namun, perencanaan survey setidaknya harus memuat tujuan dan sasaran, analisis area yang akan disurvey, penentuan teknik pengukuran dan peralatannya, serta pengelolaan data. Alur perencanaan survey dapat dilihat pada diagram berikut.

Gambar 3.1 Diagram alir perencanaan survey

3.1.1

Menentukan Tujuan dan Sasaran

Dalam menentukan tujuan dan sasaran harus mempertimbangkan hal-hal berikut: •

Mengapa objek tersebut harus diukur dan apa yang diinginkan data tersebut?

•

Alasan untuk mengukur suatu objek agar dapat tergambarkan terkait penyajian dan akurasi, seperti klien berpikir TLS lebih ideal untuk mereka karena perusahaan pesaing telah menggunakan TLS atau, sebaliknya, klien takut menggunakan TLS karena masih bergantung pada teknik tradisional


19

•

Bentuk penyajian yang diminta, dapat berupa rencana 2D, model 3D, atau animasi 3D; raw data, dan yang terpenting adalah tingkat detail atau resolusinya.

3.1.2 Menganalisis area yang akan disurvey Mengumpulkan informasi objek untuk mengetahui kompleksitas objek sehingga dapat diperkirakan seberapa detail yang diinginkan dan lama waktu pengerjaannya. Selain objeknya, wilayah disekitar objek juga perlu diamati untuk mengetahui obstruksi, posisi yang mungkin untuk mendirikan alat, dan lainnya yang terkait dengan pelaksanaan pengukuran. Dengan informasi tersebut, keputusan dapat diambil terkait teknik pengukuran yang tepat dan jenis TLS yang digunakan.

Beberapa alasan TLS digunakan sebagai salah satu solusi dalam pengukuran, yaitu terkait pengukuran permukaan, struktur permukaan yang sangat kompleks, penyajian tiga dimensi, hasil pengukuran dapat digunakan untuk berbagai tujuan, keterbatasan akses, dan lain-lain.

3.1.3 Menentukan Lokasi yang Optimal Penentuan lokasi pengukuran harus mencakup area semaksimal dan seakurat mungkin sehingga dapat meminimalkan jumlah tempat berdiri alat. Semakin jauh jarak alat ke objek, maka semakin rendah tingkat akurasi dan resolusi. Namun, cakupan area objek yang dapat diukur semakin luas. Ilustrasinya dapat dilihat pada gambar 3.2.


20

Gambar 3.2 Lokasi pendirian alat yang buruk (atas) dan lokasi yang baik (bawah)

Keakuratan pengukuran tergantung pada diameter footprint dari laser. Footprint laser bergantung pada jarak alat dengan objek. Jarak yang terlalu dekat akan menghasilkan sudut yang sangat miring. Ilustrasinya dapat dilihat pada gambar berikut.

Gambar 3.3 Footprint dari laser

Selain penentuan lokasi TLS, jenis dan konfigurasi posisi target juga penting untuk ditentukan karena akan terkait dengan proses registrasi. Posisi target harus tersebar luas dan baik secara geometrik (dalam arah x, y, dan z). Sebaran posisi target dapat diilustrasikan seperti pada gambar 3.4. Saat ini ada beberapa jenis target yang biasa digunakan, seperti retro-reflektif, bola, kertas, prisma, bahkan ada target yang memiliki receiver GPS. METODOLOGI PEMETAAN TERRESTRIAL LASER SCANNER (TLS)

21

Gambar 3.4 Konfigurasi posisi target yang buruk (atas) dan konfigurasi yang baik (bawah)

Gambar 3.5 Jenis-jenis target

3.1.4 Pengelolaan Data Masalah penyimpanan data harus diperhitungkan sebelum memulai proses pengukuran. Sebagai contoh, TLS merk Leica HDS4500 menghasilkan memori sebesar 140 MB untuk satu scan. Rata-rata satu hari dapat menghasilkan 20-30 scan, maka total data yang dihasilkan sekitar 7 GB. Hal ini membutuhkan perencanaan yang matang terkait seberapa banyak pengukuran yang dilakukan dan penyediaan ruang penyimpanan data.


22

3.2 Survey Lapangan 3.2.1 Persiapan dan Pengaturan TLS Salah satu yang penting terkait persiapan survey adalah menentukan teknik registrasi yang akan digunakan pada saat pengolahan data. Terdapat tiga teknik yang dapat diterapkan, yaitu target-to-target, cloud-to-cloud, dan mendirikan TLS diatas titik kontrol.

Proses mendirikan TLS kurang lebih prosedurnya sama dengan mendirikan Total Station. Alat harus terhubung ke laptop untuk menyimpan hasil pemindaian dan juga dapat berfungsi sebagai controller dengan software tertentu. TLS terbaru sudah tersedia controller dan penyimpanan data menjadi satu kesatuan. Meskipun TLS dapat berputar 360° horizontal dan 310° secara vertikal, namun tidak sepenuhnya diperlukan. Oleh karena itu, tentukan area dari objek yang menjadi target melalui controller.

Gambar 3.6 Menentukan area target

Selain menentukan area target, tingkat resolusi juga dapat ditentukan melalui controller. Penentuan tingkat resolusi bergantung pada kompleksitas permukaan objek. Semakin tinggi resolusi yang dipilih, maka semakin banyak titik yang diukur, maka semakin lama pula waktu proses pemindaian yang dilakukan. Selain itu juga semakin besar data yang dihasilkan.


23

Gambar 3.7 Contoh resolusi untuk bangunan sejarah

Tabel tersebut dihasilkan melalui penghitungan dengan rumus: 𝑚 𝑄 = 1−( ) 𝜆 Dengan Q = kualitas data, m = resolusi objek, dan λ = ukuran fitur minimum.

Proses lain yang harus ditentukan terlebih dahulu adalah filtering primer. Filter yang dapat dipilih yaitu berdasarkan nilai reflektasi, jarak (seperti pada gambar 3.6), atau kombinasi keduanya. Proses ini untuk memastikan bahwa data yang diakuisisi berada dalam rentang batas akurasi alat, atau untuk menghapus titik dengan nilai reflektansi yang rendah karena mungkin tidak cukup akurat.

Gambar 3.8 Proses filtering primer

3.2.2 Akuisisi Data Proses pemindaian hampir sepenuhnya otomatis. Jika terhubung dengan laptop, maka titik-titik yang diukur dapat langsung divisualisasikan. Setelah proses pemindaian, cek obstruksi yang menghalangi hasil scan.


24

Setelah dilakukan pemindaian sesuai dengan resolusi yang diminta, target diukur kembali dengan resolusi yang lebih baik. Hal ini bertujuan untuk mencapai akurasi yang lebih tinggi saat menentukan titik pusat target sekaligus mempermudah dalam pendefinisian target pada saat proses registrasi. Pada sebagian besar controller software, pengaturan pemindaian target dapat langsung dilakukan dengan resolusi yang lebih tinggi tanpa harus dilakukan dua fase pengukuran.

Gambar 3.9 Target dengan resolusi tinggi

Selain dilakukan pemindaian, target juga perlu diukur dengan Total Station terutama apabila menggunakan teknik target-to-target pada proses registrasi. Target akan berfungsi sebagai titik kontrol scan.

3.3 Pengolahan Data Sebelum memulai proses pengolahan data, ada baiknya data terlebih dahulu dianalisis dan dibandingkan dengan sketsa dan catatan lapangan, mengubah format file ke format yang umum dikenali, misalnya .xyzrgb, serta menghilangkan noise yang ekstrim. Data yang terpengaruh oleh noise atau kesalahan akibat manusia harus dikeluarkan dari kumpulan data karena akan mempengaruhi ketepatan pada proses registrasi.

3.3.1 Registrasi dan Georeferensi Hasil scan dari beberapa kali proses pemindaian diregistrasikan agar hasilnya dapat menjadi satu kesatuan yang utuh. Oleh karena itu, perlu diketahui posisi dan orientasi sistem koordinat lokal TLS agar dapat menyelaraskan setiap posisi pemindaian yang berbeda. Georeferensi adalah proses mengikatkan koordinat lokal ke sistem koordinat global sesuai dengan kebutuhan. METODOLOGI PEMETAAN TERRESTRIAL LASER SCANNER (TLS)

25

Gambar 3.10 Registrasi dari dua posisi pemindaian

Seperti yang telah disinggung pada subbab 3.2.1, terdapat tiga jenis teknik registrasi, yang secara umum dibagi menjadi langsung dan tidak langsung. Teknik registrasi langsung adalah dengan mendirikan alat pada titik kontrol, sedangkan teknik tidak langsung yaitu target-to-target dan cloud-to-cloud. Secara ringkas dapat dilihat pada diagram berikut.

Gambar 3.11 Teknik registrasi

Teknik registrasi target-to-target menggunakan target sebagai titik ikat antar scan. Target juga harus diukur dengan Total Station untuk mengetahui koordinat target pada saat proses georeferensi. Untuk melakukan registrasi, minimal dibutuhkan tiga target


26

dari dua scan. Lebih banyak target lebih baik, untuk meminimumkan kesalahan dengan least square.

Teknik registrasi cloud-to-cloud melakukan registrasi dengan dua scan yang overlap sebesar 30-40%. Untuk melakukan registrasi, minimal dibutuhkan minimal tiga titik overlap yang dipilih secara manual. Teknik ini disebut Iterative Closed Point (ICP), dapat digunakan untuk menyelaraskan dua data scan. Algoritma ICP secara berulang akan memeriksa jarak antara semua titik dari point clouds dan mengestimasi transformasi untuk menyelaraskan kedua data scan sehingga menghasilkan kesalahan minimum.

Gambar 3.12 Kesalahan pada teknik registrasi cloud-to-cloud

Teknik registrasi langsung berarti posisi dan orientasi alat dihitung secara langsung. Salah satu caranya adalah dengan menempatkan TLS langsung di atas titik yang diketahui koordinatnya. Cara lainnya, apabila TLS tidak memiliki kemampuan seperti Total Station, maka koordinat TLS diukur dengan Total Station yang diikatkan ke sistem koordinat global. Cara yang lain adalah dengan memasang receiver GPS pada TLS. Teknik registrasi ini dapat mengurangi jumlah target yang dibutuhkan dan tidak memerlukan overlap pada saat pemindaian.

Beberapa hal yang harus diperhatikan ketika melakukan proses registrasi, meliputi: •

Pastikan residu proses registrasi global sama atau lebih baik daripada tingkat presisi geometri yang diminta untuk penyajian.

•

Ketika menggunakan teknik registrasi tidak langsung, setiap pemindaian harus berisi setidaknya 4 titik/ target kontrol yang didistribusikan secara tepat. Ini sangat menentukan hubungan geometrik antara dua data scan dan pengoptimalan least square untuk meminimalkan kesalahan.


27

•

Selalu sertakan residu dari proses registrasi dan ketepatan geometri dari parameter estimasi pada laporan survey.

•

Sertakan ilustrasi atau foto pada laporan survey apabila terdapat fitur yang tidak teratur pada data atau ada keretakan pada objek, untuk mengantisipasi terjadinya kesalahpahaman yang dapat disalahartikan sebagai kesalahan dalam proses pendaftaran

•

Jangan meletakkan target pada bagian/ detail penting objek dan jangan membuat target terlalu besar

•

Pada saat memasang target pada permukaan objek, pastikan perekat yang digunakan tidak merusak struktur permukaan

•

Hindari penggunaan target alami, karena kurang akurat daripada target buatan

•

Sesuaikan controller software dengan jenis target yang digunakan. Penggunaan software yang tepat dapat memgurangi efek Halo yang dipancarkan target, umumnya target jenis retro-reflektif.

•

Ketika sudut yang dihasilkan sangat tajam pada saat pemindaian target, maka tools identifikasi target secara otomatis pada software tidak boleh digunakan, karena akan memberikan hasil yang buruk.

3.3.2 Pengolahan Point Cloud Proses ini mentransformasi raw data menjadi penyajian yang diminta seperti pada proses perencanaan. Penyajian dapat berupa gambar 2D (misalnya rencana, elevasi, penampang melintang, dll), model 3D, atau animasi 3D. Secara umum, pemrosesan point cloud dapat dibagi menjadi dua kategori, yaitu hasil pengukuran langsung diekstrak tanpa pengolahan lebih lanjut, atau diolah terlebih dahulu menjadi 3D surface model. Metode mana yang akan dipilih sangat bergantung pada bentuk penyajian yang dibutuhkan. Sebagai contoh, jika hanya dibutuhkan sejumlah penampang melintang, maka lebih baik menggunakan kategori pertama. Namun, jika membutuhkan penampang melintang yang lebih banyak, akan lebih efisien jika menggunakan kategori kedua dengan memanfaatkan tools yang tersedia.

a. Representasi Point Cloud Hasil dari pemindaian adalah titik dengan jumlah yang sangat banyak. Titik tersebut mengandung koordinat x, y, z, nilai reflektansi, dan ada beberapa alat yang memberikan METODOLOGI PEMETAAN TERRESTRIAL LASER SCANNER (TLS)

28

informasi

warna.

Point

cloud

dapat

langsung

direpresentasikan

dengan

menggambarkan semua titik pada layar. Namun, hasil yang ditampilkan masih sangat kasar bahkan dapat membuat user mengalami kesulitan mengenali struktur dari point cloud tersebut.

Gambar 3.13 Representasi dari point cloud

Cara lain dalam merepresentasikan point cloud adalah dengan peta kedalaman. Peta kedalaman adalah struktur seperti matriks (2D) dimana setiap piksel merepresentasikan jarak titik 3D ke alat dalam bentuk nilai derajat keabuan.

Gambar 3.14 Peta kedalaman

Dengan algoritma meshing (triangulasi), point clouds dapat dihubungkan dan membentuk permukaan, sehingga hasilnya lebih nyata. Alternatif lainnya, yaitu dengan laser point splatting. Cara ini menghasilkan surfel (elemen permukaan kecil) yang diwakili oleh bentuk seperti lingkaran atau elips dalam bentuk 3D. METODOLOGI PEMETAAN TERRESTRIAL LASER SCANNER (TLS)

29

Gambar 3.15 Hasil laser splatting

b. Noise Filtering dan Resampling Langkah pertama dalam proses membentuk mesh adalah menghapus data noise dan titik-titik yang tidak diperlukan. Noise dapat disebabkan oleh angin, reflektansi permukaan objek yang buruk, dll. Mesh akan yang dibentuk nanti akan mengandung noise tersebut apabila tidak dibuang. Dua prinsip penghapusan noise: •

outlier, yang bukan bagian dari objek, dapat dengan mudah diidentifikasi dengan menggunakan sejumlah parameter pengaturan; dan

•

titik dipindahkan sedikit menyesuaikan bentuk permukaan objek agar permukaan yang dihasilkan smooth

Jumlah titik perlu dikurangi sebelum proses pembuatan mesh, karena dapat membebani hardware. Ada dua cara proses pengurangan titik ini: •

hapus titik yang berada di sekumpulan titik tanpa menghilangkan fitur penting atau informasi berharga, dan

•

lihat kelengkungan permukaan, teknik resampling ini mampu menjaga titik-titik berharga di daerah melengkung serta menghilangkan titik-titik di daerah yang cukup ditunjukkan oleh sedikit titik. Dengan teknik ini, dapat direduksi ukuran point cloud yang asli tanpa kehilangan fitur yang berharga.

c. Pemodelan 2D dan 3D Langsung Pemodelan ini memerlukan interpretasi manusia. Pemodelan ini dapat dilakukan di software CAD, seperti AutoCAD atau MicroStation. Penampang melintang, bidang, dan elevasi dapat dihasilkan dengan mengambil dan memproyeksikan sedikit potongan dari point cloud. Kemudian secara manual dilakukan tracing untuk menghubungkan METODOLOGI PEMETAAN TERRESTRIAL LASER SCANNER (TLS)

30

titik-titik. Orang yang melakukan tugas ini harus memiliki pemahaman yang baik mengenai bangunan atau struktur yang menjadi objek, sehingga objek dapat diinterpretasi secara tepat. Cara lain yang dapat dilakukan untuk mengatasi keterbatasan orang yang memahami objek adalah dengan memanfaatkan foto dari objek.

Elevasi dapat dihasilkan dengan dua cara: •

Apabila tersedia nilai reflektansi atau warna pada data, titik-titik tersebut dapat diproyeksikan secara orthogonal; atau

•

Tracing tepi fitur yang penting (misal: bukaan jendela atau pintu), lalu diproyeksikan ke bidang dua dimensi. Teknik ini memerlukan pemahaman geometri yang baik dan kemampuan mengenali struktur pada point cloud.

Untuk pembentukan model tiga dimensi secara langsung, apabila bentuk objek telah diketahui sebelumnya dan dapat dideskripsikan secara geometrik, maka dapat dideteksi secara otomatis apabila bentuk geometrik tersebut fit dengan point cloud. Algoritma yang digunakan mengasumsikan bahwa bentuk geometrik tersebut adalah bentuk yang ideal.

d. Pemodelan 3D Tidak Langsung Produk akhir dari proses pemodelan 3D adalah model dengan permukaan mesh. Berikut beberapa langkah untuk membuat mesh yang berkualitas: •

noise filtering Seperti yang telah dijelaskan pada bagian sebelumnya, tahap ini menghilangkan noise karena dapat mempengaruhi mesh yang dihasilkan.

•

resampling Seperti yang telah dijelaskan pada bagian sebelumnya, tahap ini mengurangi jumlah point cloud tanpa menghilangkan informasi berharga dari suatu objek. Tahap ini dapat mereduksi ukuran data sekaligus mengurangi beban hardware.

•

meshing/ triangulasi Meshing adalah mengkonversi point clouds menjadi poligon dengan TIN (Triangulated Irregular Network). Teknik yang paling popular adalah Kriteria


31

Delaunay. Kriteria ini mensyaratkan setiap titik tidak boleh terkandung di dalam lingkaran tetrahedral manapu di dalam mesh.

Gambar 3.16 Contoh Kriteria Delaunay (a) dan tidak memenuhi kriteria (b)

•

hole filling Apabila terdapat lubang, atau kekosongan point cloud, pada data, maka dapat diisi dengan menghubungkan titik-titik sekitarnya dengan segitiga sederhana untuk membuat titik baru. Algoritma ini merupakan interpolasi untuk menutupi kekurangan informasi.

•

pengoptimalan mesh Proses resampling mengakibatkan lebih sedikit segitiga yang terbentuk pada proses pembentukan mesh. Mungkin perlu untuk mengurangi jumlah segitiga untuk mengatasi kemampuan hardware. Cara lain untuk mengoptimalkannya adalah dengan mengaproksimasinya dengan menggunakan permukaan matematis. Salah satu yang umum digunakan adalah NURBS (Non-Uniform Rational Basis Functions). NURBS adalah representasi matematis dari permukaan berbentuk bebas, seperti badan mobil, lambung kapal, atau wajah manusia.

Gambar 3.17 Contoh model NURBS

e. Pemodelan 2D Tidak Langsung Proses ini membentuk bidang 2D dari model 3D atau dari mesh suatu objek. Teknik ini berguna apabila banyak penampang melintang yang harus dibuat, misalnya satu


32

penampang melintang setiap satu sentimeter untuk dapat membuat peta kontur kedalaman.

Gambar 3.18 (a) Kubus tanpa informasi tekstur, (b) peta UV, (c) kubus dengan informasi tekstur, (d) informasi tekstur

Pemetaan tekstur menggunakan peta UV, yang mengubah objek tiga dimensi atau mesh menjadi dua dimensi. Peta tekstur adalah peta yang menyajikan informasi warna atau lainnya. Berbeda dengan x, y, z, yang merupakan koordinat untuk objek tiga dimensi asli di pemodelan, U dan V adalah koordinat dari objek yang ditransformasikan ke bidang dua dimensi. Setelah peta UV dibuat, pengguna dapat mewarnai peta UV ini dan kemudian diproyeksikan kembali ke bentuk tiga dimensi. Peta yang umum menggunakan peta UV adalah peta ketinggian, peta perpindahan, peta cahaya, dll.

Gambar 3.19 Bidang proyeksi ortografik


33

Cara lain adalah dengan proyeksi ortografik. Teknik ini menyederhanakan proses texturing. Namun, proses dengan menggunakan peta UV lebih disukai daripada proyeksi karena peregangannya minimal pada tekstur.

3.4 Kontrol Kualitas Aspek kualitas survey menggunakan TLS memerlukan pertimbangan yang cermat di seluruh proses pengukuran dan pengolahan. Sebelum, selama, dan sesudah proses pemindaian, data harus diperiksa dan dicek kesesuaiannya terhadap hasil yang diharapkan atau diprediksi. Faktor-faktor seperti cakupan area pemindaian, distribusi titik terhadap resolusi yang diminta, sketsa pendukung, foto referensi dengan kamera resolusi tinggi, akuisisi pemindaian target yang tepat, dan lainnya akan sangat berguna pada langkah-langkah pengolahan lebih lanjut.

Kualitas dimulai dengan pemahaman penuh tentang spesifikasi proyek. Pemahaman ini memungkinkan pemilihan jenis TLS yang tepat, teknik registrasi yang tepat, dan lain sebagainya. Diagram berikut memberikan gambaran umum terkait kontrol kualitas pada survey TLS.


34

Gambar 3.20 Diagram alir kontrol kualitas


35

4. CONTOH PEMANFAATAN TERRESTRIAL LASER SCANNER (TLS) 4.1 Pemantauan Deformasi Bendungan PLTA (Pembangkit Listrik Tenaga Air) PLTA adalah konstruksi yang memanfaatkan energi potensial air yang dibendung untuk menggerakkan turbin air yang digabungkan ke generator untuk menghasilkan listrik. Terdapat dua jenis PLTA, run-of-river dan storage. Storage PLTA membutuhkan bendungan dengan struktur beton yang tipis dan melengkung, seperti yang terlihat pada gambar berikut.

Gambar 4.1 Skema storage PLTA (kiri) dan skema deformasinya (kanan)

Fluktuasi pengisian waduk yang bervariasi menyebabkan tekanan pada badan dan permukaan bendungan berbeda. Hal ini menyebabkan deformasi elastis pada struktur bendungan.

TLS dipilih untuk melakukan pemantauan terhadap deformasi bendungan karena TLS mampu mengukur deformasi pada seluruh permukaan, tidak hanya pada titik-titik tertentu. Untuk pemantauan deformasi, penyajian yang dibutuhkan adalah model DTM (Digital Terrain Model) pada dua tingkat pengisian waduk yang berbeda dan model diferensial dari DTM yang menggambarkan deformasi.

TLS yang digunakan adalah jenis Trimble GX 3D karena kemampuannya untuk dipasang dengan posisi vertikal (gambar 4.2 solusi 3) dan juga software yang disediakannya untuk akuisisi data dan juga untuk pengolahan.

Solution 1: l= 100 m / tan (30°) = 173.20 m ≈ 175 m


36

Solution 2: l= 100 m / tan (50°) = 83.91 m ≈ 85 m

Solution 3: l= 100 m / tan (60°) = 57,73 m ≈ 60 m

Gambar 4.2 Solusi penentuan jarak TLS terhadap objek

Gambar 4.2 menunjukkan tiga solusi yang diambil terkait penentuan jarak yang optimal untuk dapat mengukur keseluruhan bendungan dengan jumlah berdiri alat seminimum mungkin. Solusi satu mendirikan alat dengan tegak, solusi dua dengan memiringkan alat sebesar 20°, dan solusi tiga dengan memutar alat 90° sehingga menjadi vertikal.

Gambar 4.3 Hasil pengukuran dari tiga titik berdiri alat

Gambar 4.4 Hasil registrasi

Untuk keperluan studi deformasi, diperlukan penampang melintang dari dua waktu pengukuran yang berbeda. Seperti yang telah dijelaskan pada bab sebelumnya, penampang melintang dapat diperoleh langsung dari point cloud atau melalui model 3D apabila dibutuhkan banyak penampang melintang. METODOLOGI PEMETAAN TERRESTRIAL LASER SCANNER (TLS)

37

Gambar 4.5 Hasil penampang melintang (kiri) dan deformasi dari dua waktu pengukuran (kanan)

Gambar 4.6 Hasil model 3D deformasi (dalam millimeter)

4.2 Pemodelan Monumen Bersejarah (Gumilar et al., 2014) Salah satu cara untuk mendokumentasikan dan mengarsipkan bangunan atau monumen bersejarah adalah dengan membuat model tiga dimensi. TLS dapat dimanfaatkan untuk pemodelan tiga dimensi bangunan bersejarah karena kemampuannya mengamati detail permukaan monumen.


38

Gambar 4.7 Proses filtering

Hasil pengukuran monumen bersejarah dengan TLS berguna untuk rekonstruksi dan rehabilitasi apabila terjadi kerusakan pada monumen. Distometer dan pita ukur digunakan sebagai validasi ukuran model terhadap objek yang sebenarnya. Rata-rata perbedaan jarak yang dihasilkan adalah 5-10 cm.

Gambar 4.8 Validasi model (atas) dengan objek sebenarnya (bawah)


39

4.3 Estimasi Parameter Biomassa dan Interaksi antar Pohon (Gumilar et al., 2015) Biomassa adalah materi organik yang dihasilkan oleh proses fotosintesis. Biomassa memegang peranan penting dalam mengendalikan iklim global dan mitigasi perubahan iklim karena mampu menyerap partikel karbon di sekitar area hutan. Parameter biomassa yang terbentuk di setiap pohon di hutan mewakili proses interaksi antar pohon. Teknologi untuk mengestimasi parameter biomassa untuk menghitung potensi biomassa di sektor kehutanan terus berkembang. Salah satu teknologi baru yang sedang dikembangkan adalah penggunaan TLS. TLS dapat menganalisis struktur dan bentuk tiga dimensi pohon yang kompleks.

Gambar 4.9 Parameter interaksi antar pohon

= 19.325 m2

Gambar 4.10 Proses penghitungan parameter CPA (maximum crown projection area)

Hasil ukuran TLS divalidasi dengan ukuran menggunaakn pita ukur. Dari validasi tersebut, dihasilkan perbedaan ukuran sebesar 1 mm – 7.73 cm. Dari penelitian tersebut, dapat disimpulkan bahwa TLS dapat digunakan untuk mengukur parameter biomassa yang berhubungan dengan interaksi antar pohon.


40

5. TEKNOLOGI TERBARU TERRESTRIAL LASER SCANNER (TLS) Mobile mapping adalah metode pengumpulan data spasial yang sangat akurat. Sensor mobile mapping dipasang pada mobile platform, misalnya mobil. Tren terhadap mobile mapping di geomatika didorong oleh permintaan untuk akuisisi data yang cepat dan hemat biaya. Keuntungan utama dari mobile mapping ini adalah produktivitas tinggi, peningkatan keselamatan (misal keamanan surveyor yang tidak perlu ada di jalan raya), dan akurasi yang tinggi.

Mobile mapping berguna untuk semua jenis proyek pengukuran yang berjenis linear atau koridor, yang membutuhkan akurasi dan detail yang baik, serta memiliki akses yang dapat dilewati oleh kendaraan. Aplikasi yang ideal umumnya pemetaan pada jalan raya, jalur kereta, sungai, dan lain-lain. Dengan navigasi yang tepat dan telah berkembang, penggunaan GCP dapat dikurangi secara signifikan. Dampaknya adalah biaya pelaksanaannya akan sangat berkurang.

Gambar 5.1 Komponen mobile mapping

Terdapat empat sensor dan kamera digital yang digunakan pada mobile mapping. GPS (Global Positioning System) memberikan posisi tiga dimensi. INS (Inertial Navigation Systems) memberikan rotasi tiga dimensi (omega, phi, dan kappa). DMI (Digital Measurement Indicators) memberikan data jarak tempuh. LiDAR (Light Detection and Ranging) memberikan informasi tiga dimensi dan untuk mengukur jarak dan arah dari sensor ke objek. Kamera digital digunakan sebagai validasi terhadap hasil pemindaian oleh LiDAR.


41

Sensor LiDAR mampu menangkap hingga satu juta titik per detik dengan dual laser 500 kHz. Setiap pulsa yang dipancarkan, ditangkap dalam posisi tiga dimensi yang akurat. Kepadatan titik yang sangat tinggi, bisa mencapai 5000 titik per meter persegi untuk objek yang berada di dekat lajur mobil. Dengan tingkat kepadatan ini, memungkinkan untuk mengenali dan memposisikan fitur yang sangat kecil di sepanjang rute lajur mobil.

Gambar 5.2 Contoh hasil mobile mapping

Tingkat akurasi metode ini tergantung pada sejumlah faktor, seperti panjang baseline GPS, konfigurasi GPS, dan lain-lain. Untuk proyek yang sangat menuntut ketelitian tinggi, akurasi horizontal dan vertikal dapat mencapai 0.05’, dengan syarat titik target ditempatkan di sepanjang area proyek dengan posisi tiga dimensi yang akurat. El-Sheimy (2005) melakukan studi untuk memeriksa keakuratan sistem secara absolut. Beberapa GCP yang terdefinisi dengan baik dipasang sepanjang rute uji coba dengan jarak sekitar 10-30 meter dari mobil untuk kemudian dibandingkan. Hasilnya, RMS (root mean square) horizontalnya sebesar 0.3 meter dan untuk tinggi hanya beberapa sentimeter pada ketinggian hingga 25 meter dalam kondisi normal.

Gambar 5.3 Mobile mapping dengan unmanned vehicle (kiri) dan tas (kanan)

Mobile mapping dengan kendaraan seperti mobil memiliki keterbatasan pada aksesibilitasnya. Oleh karena itu, saat ini juga dikembangkan mobile mapping dengan perangkat unmanned vehicle dan tas (backpack). METODOLOGI PEMETAAN TERRESTRIAL LASER SCANNER (TLS)

42

6. REFERENSI 3D Risk Mapping (Theory & Practice on Terrestrial Laser Scanning). (2008). Vorarlberg, Austria: Flemish Agency of the European Leonardo Da Vinci programme. Cox, C. (2016). Mobile Mapping System. Londong: 3D Laser Mapping. El-Sheimy, N. (2005). An Overview of Mobile Mapping Systems. FIG Working Week 2005 and GSDI-8. Quintero, M. S., van Genechten, B., de Bruyne, M., Poelman, R., Hankar, M., Barnes, S., Caner, H., Budei, L., Heine, E., Reiner, H., Garcia, J. L. L., dan Taronger, J. M. B. (2008). 3D Risk Mapping – Theory and Practice on Terrestrial Laser Scanning. European Leonardo da Vinci Programme Gumilar, I., Abidin, H. Z., Prasetyo, E., dan Kustiwa, E. (2015). Estimation of 12 Biomass Parameters and Interaction between the Trees using Terrestrial Laser Scanner. FIG Working Week 2015. Gumilar, I., Abidin, H. Z., Riawan, R., dan Putri, N. S. E. (2014). 3D Modelling of “Bandung Lautan Api” Monument Bandung (Indonesia) using Terrestrial Laser Scanner. Asia Geospatial Forum. Meade, M. (2011). Mobile Mapping Technology and Applications. Photo Science. Shan, J., & Toth, C. K. (2008). Topographic Laser Ranging And Scanning (Principles & Processing). New York: CRC Press. Vosselman, G., & Maas, H.-G. (2010). Airborne and Terrestrial Laser Scanning. Scotland: Whittles Publishing.


43

Terrestrial Laser Scanning

Recommend Documents