PROGRAM KREATIVITAS MAHASISWA

TEKNIK PEMINDAIAN PERUBAHAN STRUKTUR BANGUNAN DENGAN KAMERA DIGITAL

BIDANG KEGIATAN :PKM Gagasan Tertulis (PKM-GT)

Diusulkan oleh :

Ketaua Kelompok : Afwan Faizin 1331310069, 2013

Anggota : 1. Arif Budiamawan 1331310006, 2013 2. Lalu Arman Jayadi 06.25.014, 2006

POLITEKNIK NEGERI MALANG

MALANG

2014

HALAMAN PENGESAHAN USUL PROGRAM KREATIVITAS MAHASISWA

1. Judul Kegiatan : Teknik Pemantauan Deformasi Struktur Bangunan dengan Kamera Dijital SLR

2. Bidang Kegiatan : ( ) PKM-AI ( √ ) PKM-GT3. Ketua Pelaksana Kegiatan

a. Nama Lengkap : M.Afwan Faizinb. NIM : 1331310069c. Jurusan : Teknik Sipil d. Universitas/Institut/Politeknik : Politeknik Negeri Malange. Alamat Rumah dan HP : Desa Tlogo,Kec. Kanigoro,

Kab. Blitar, Jawa Timur dan 08563350040

f. Alamat email : maf.afwan@gmail.com4. Anggota Pelaksana Kegiatan/Penulis : 2 orang5. Dosen Pendamping

a. Nama Lengkap dan Gelar : b. NIP.Y. : c. Alamat Rumah dan No. HP : Jl. Slamet Riyadi No.52

Lawang,Malang dan 085855296983

6. Biaya Kegiatan Totala. Dikti : Rp. 100.000b. Sumber lain : -

7. Jangka Waktu Pelaksanaan : 1 Bulan

Menyetujui,Ketua Jurusan Teknik Sipil

Fakultas Teknik Sipil Politeknik Negeri Malang

(Hery P urwanto, ST. MSc) NIP. Y. 1030000345

Malang, 5 Juli 2014

Ketua Pelaksana Kegiatan

(M.Afwan Faizin)NIM. 1331310069

Pembantu Direktur IIIBidang Kemahasiswaan Politeknik

Negeri Malang

(Ir. I Wayan Mundra, MT)

Dosen Pendamping

(Dr. Edwin Tjahjadi, ST. MGeom.Sc)

ii

NIP. Y. 1018700150 NIP. Y. 1039800320

iii

KATA PENGANTAR

Puji syukur Alhamdulillah atas rahmat dan anugerah ALLAH SWT yang

diberikan kepada kami, sehingga kami mempunyai kesempatan untuk

menyelesaikan penyusunan Program Kreativitas Mahasiswa Gagasan Tertulis

(PKM-GT) yang berjudul ”Teknik Pemindaian Perubahan Struktur Bangunan

dengan Kamera Digital”.

Penyusunan Gagasan Tertulis ini tidak terlepas dengan adanya bimbingan

dan dorongan dari berbagai pihak, oleh karena itu penyusun mengucapkan banyak

terima kasih kepada :

1. Bapak Ir. I Wayan Mundra, MT., selaku Wakil Rektor III Bidang

Kemahasiswaan ITN Malang.

2. Bapak Hery Purwanto ST. MSc., selaku Ketua Jurusan Teknik Geodesi S1

ITN Malang.

3. Bapak Dr. Edwin Tjahjadi, ST. MGeom.Sc., selaku Dosen Pembing.

4. Serta semua pihak yang telah banyak memberikan bantuan dalam

penyusunan gagasan tertulis ini.

Penyusun manyadari bahwa penyusunan Gagasan Tertulis ini masih jauh

dari sempurna, karena keterbatasan waktu, kemampuan serta pengetahuan penulis.

Akhir kata penulis mengucapkan banyak terima kasih.

Malang, 5 Juli 2014

Penyusun

iv

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL.......................................................................................i

LEMBAR PENGESAHAN............................................................................ii

KATA PENGANTAR....................................................................................iii

DAFTAR ISI...................................................................................................iv

DAFTAR GAMBAR......................................................................................v

RINGKASAN..................................................................................................1

GAGASAN TERTULIS

Pendahuluan ...............................................................................................2

Tujuan .........................................................................................................3

Manfaat .......................................................................................................3

Landasan Teori

Kondisi saat ini........................................................................................3

Proses Penelitian.....................................................................................4

Retro-Reflectif target..............................................................................5

Desain Jaringan Pemotretan..................................................................5

Teknik Pemotretan .................................................................................7

Pengolahan Data Foto............................................................................8

Penentuan Koordinat Foto dengan Metode Centroid..........................8

Exterior Orientation (EO)....................................................................9

Resection, Intersection, dan Bundle Adjustment..................................10

Self Calibrating Bundle Adjustment.....................................................11

KESIMPULAN ..............................................................................................11

DAFTAR PUSTAKA......................................................................................12

DAFTAR RIWAYAT HIDUP.......................................................................vi

v

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1 Stiker retro-reflektif target...............................................................5Gambar 2 Network Design................................................................................6Gambar 3 Posisi kamera dirotasi 900 kearah kanan..........................................7Gambar 4 Posisi kamera dirotasi 900 kearah kiri..............................................7Gambar 5 Posisi pengambilan foto...................................................................7Gambar 6 Bagan alir proses pengolahan data foto...........................................8Gambar 7 Kondisi ideal berkas sinar yang melewati lensa

kamera merupakan garis lurus.........................................................9

vi

TEKNIK PEMANTAUAN DEFORMASI STRUKUR BANGUNANDENGAN KAMERA DIJITAL SLR

Afwan Faizin, Arif Budiamawan, Lalu Arman Jayadi

Program Studi Teknik Sipil - D3 Jurusan Teknik Sipil dan Manajemen Rekayasa Konstruksi, Politeknik Negeri

MalangKampus II : Jl. Seokarno-Hatta No.9 Malang

RINGKASAN

Letak gografis Indonesia merupakan wilayah yang rawan terjadi gempa bumi dan tsunami. Bencana alam yang terjadi dapat memberikan dampak kerusakan pada struktur bangunan yang ada di permukaan bumi. Misal : jebolnya waduk Situ Gintung, 27 Maret 2009 dan tembok Fly over Jakarta Pusat, 1 Agustus 2009 (Kompas,2009), sehingga perlu adanya penyajian informasi spasial. Penyajian informasi spasial yang terkini tentang kekuatan dan daya tahan suatu struktur bangunan terhadap pemakaian, proses penuaan, maupun karena bencana alam merupakan langkah awal yang terpenting untuk dapat memonitor dan menganalisa kondisi struktur bangunan tersebut. Selama ini, salah satu faktor kendala adalah tingginya biaya operasional survei (pengukuran) dan lamanya pengolahan data, terutama jika diukur dengan menggunakan alat survei terestris, seperti Total Station dan Global Positioning System (GPS). Disamping itu, ketelitian alat ukur sangat berpengaruh. Untuk dapat menganalisa tentang terjadi atau tidaknya deformasi, informasi ini dapat diperoleh dengan melakukan pemotretan terhadap struktur bangunan yang akan diamati.

Tujuan dari penyusunan Program Kreativitas Mahasiswa (PKM) adalah memperkenalkan teknik pemantauan deformasi dengan metode yang sederhana, murah dan mudah dengan menggunakan kamera dijital SLR.

Prinsip dari Kamera Dijital SLR dapat memotret obyek dari berbagai sudut dengan cepat dengan tingkat keakurasian tinggi. Fotogrametri merupakan teknik untuk memperoleh informasi mengenai posisi, ukuran dan bentuk dari objek dengan mengukur beberapa foto secara langsung (Cooper and Robson,2001)..

Dalam penyusunan Program Kreativitas Mahasiswa ini kami memanfaatkan literatur yang berkaitan dengan fotogrametri dan browsing internet untuk mendapatkan informasi yang berhubungan dengan pemantauan deformasi struktur bangunan.

Dapat diambil kesimpulan bahwa pemantauan deformasi dapat dilakukan dengan metode yang sederhana, mudah dan murah sehingga dapat dijangkau dengan menggunakan kamera dijital SLR. Kamera Dijital SLR akan menghasilkan tingkat akurasi yang akurat jika pengambilan foto dilakukan dengan teknik yang benar dan foto yang diperoleh direduksi. Sehingga hasil pemotretan dengan kamera dijital SLR dapat menghasilkan tingkat akurasi sampai dengan ketelitian > 1mm, dengan memperhatikan kaidah-kaidah fotogrametri.

1

GAGASAN TERTULIS

Pendahuluan

Menurut catatan dari Direktorat Vulkanologi dan Mitigasi Bencana Geologi (DVMBG) Departemen Energi dan Sumber Daya Mineral menunjukan bahwa ada 28 wilayah di Indonesia yang dinyatakan rawan gempa dan tsunami. Di antaranya NAD, Sumatra Utara, Sumatra Barat, Bengkulu, Lampung, Banten, Jateng dan DIY bagian Selatan, Jatim bagian Selatan, Bali, NTB dan NTT. Kemudian Sulut, Sulteng, Sulsel, Maluku Utara, Maluku Selatan, Biak, Yapen dan Fak-Fak di Papua serta Balikpapan Kaltim (Tempo,2007). Bencana alam yang terjadi dapat memberikan dampak kerusakan pada struktur bangunan yang ada di permukaan bumi dan berjatuhan korban jiwa. Contoh pada kasus deformasi yaitu jebolnya waduk Situ Gintung di Ciputat Timur, 27 Maret 2009 dan tembok Fly over Jakarta Pusat, 1 Agustus 2009 (Kompas,2009), merupakan kasus dari pengabaian monitoring deformasi. Sehingga perlu adanya penyajian informasi spasial untuk mengantisipasi terjadinya bencana alam dan meminimalkan jatuhnya korban jiwa.

Berawal dari kondisi di atas, maka kami mencoba untuk menulis suatu gagasan penelitian tentang Teknik Pemantauan Deformasi Struktur Bangunan dengan Menggunakan Kamera Dijital SLR.

Proses deformasi merupakan proses analisa besaran vector dari pergeseran koordinat obyek yang sedang diamati. Penyajian informasi spasial ini merupakan langkah awal yang terpenting untuk dapat memonitor dan menganalisa kondisi struktur bangunan tersebut. Selama ini, salah satu faktor kendala adalah tingginya biaya operasional survei (pengukuran) dan lamanya pengolahan data, terutama jika diukur dengan menggunakan alat survei terestris, seperti Total Station dan Global Positioning System (GPS). Disamping itu, ketelitian alat ukur sangat berpengaruh dalam upaya untuk mendeteksi besaran minimum deformasi yaitu kemampuan sistem untuk mendeteksi pergerakan yang sekecil mungkin.

Penggunaan Kamera Dijital SLR merupakan salah satu alternatif pilihan yang dapat meminimalisir kendala tersebut. Dengan prinsip fotogrametri, kamera dijital SLR dapat memotret obyek dari berbagai sudut dengan cepat dan dengan perangkat lunak, titik-titik deformasi yang diamati akan dapat dihitung nilai koordinatnya. Disamping itu, harga kamera dijital SLR ini lebih murah dibandingkan dengan harga Total Station ataupun GPS. Untuk dapat menganalisa tentang terjadi atau tidaknya deformasi, informasi spasial 3-dimensi merupakan informasi dasar yang harus dapat didesiminasikan, dan informasi ini dapat diperoleh dengan melakukan pemotretan terhadap struktur bangunan yang akan diamati.

2

3

Tujuan

Tujuan dari penulisan gagasan dalam Program Kreativitas Mahasiswa ini adalah untuk memperkenalkan teknik pemindaian perubahan dengan metode yang sederhana, murah dan mudah dengan menggunakan kamera digital.

Manfaat

Manfaat yang dapat diberikan dari penulisan gagasan ini,antara lain :1. Bagi Peneliti : dapat menambah wawasan dan menjadi tanggap akan

kondisi disekitarnya serta meningkatkan kreativitas dalam mencari solusi untuk meminimalkan dampak dari pengabaian monitoring deformasi.

2. Bagi Masyarakat : diharapkan dapat membantu dalam memperkenalkan cara pemantauan terhadap struktur bangunan disekitarnya, sehingga meminimalkan jatuhnya korban jiwa dengan cara yang terjangkau secara ekonomi dan teknologi.

3. Bagi Pemerintahan : diharapkan dapat menjadi sumber data untuk monitoring dan menganalisa struktur bangunan di tiap-tiap daerah, sehingga dapat diketahui rentan waktu untuk perbaikan dan daya tahan suatu struktur bangunan dan antisipasi terhadap bencana gempa.

Landasan Teori

Kondisi saat ini

Berkembangnya teknologi dan pengetahuan, memberikan kesempatan kepada setiap orang untuk mengembangkan ide kreatif untuk mendirikan usaha dan bekerja sesuai dengan keinginannya. Kesempatan itu ditanggapi dengan baik oleh investor dalam dan luar negeri untuk datang ke Indonesia. Usaha yang dilakukan dapat bergerak dibidang pelayanan jasa, perdagangan atau industri. Akibatnya, sekarang banyak kita jumpai pembangunan gedung bertingkat, perumahan, pertokoan, mall dan masih banyak lagi. Yang pada awalnya lahan pertanian dan lahan-lahan kosong berfungsi sebagai lahan penghasil padi, bahan pokok, dan sebagai tempat resapan air tanah, berubah fungsi. Sangat disayangkan pembangunan struktur bangunan tersebut, tidak diimbangi dengan sistem monitoring yang baik dan teratur tentang kekuatan dan daya tahan suatu struktur bangunan terhadap pemakaian, proses penuaan, dan pergeseran posisi yang dikarenakan bumi bersifat dinamis. Seperti yang terjadi pada tahun 2009 yang berkaitan dengan deformasi yaitu : jebolnya waduk Situ Gintung di Ciputat Timur, 27 Maret 2009 dan tembok Fly over Jakarta Pusat, 1 Agustus 2009 (Kompas,2009), merupakan kasus dari pengabaian monitoring deformasi. Sehingga perlu adanya penyajian informasi spasial untuk mengantisipasi terjadinya bencana alam dan meminimalkan jatuhnya korban jiwa.

Penyajian informasi spasial yang terkini tentang kekuatan dan daya tahan suatu struktur bangunan terhadap pemakaian, proses penuaan, maupun karena bencana alam merupakan langkah awal yang terpenting untuk dapat memonitor dan menganalisa kondisi struktur bangunan tersebut. Selama ini, salah satu faktor kendala dalam perolehan informasi tentang kekuatan struktur dan perubahan bentuk, posisi serta dimensi per satuan waktu (deformasi) dari suatu struktur bangunan adalah tingginya biaya operasional survei (pengukuran) dan lamanya pengolahan data, terutama jika diukur dengan menggunakan alat survei terestris, seperti Total Station dan Global Positioning System (GPS). Disamping itu, ketelitian alat ukur sangat berpengaruh dalam upaya untuk mendeteksi pergerakan yang sekecil mungkin. Untuk dapat menganalisa tentang terjadi atau tidaknya deformasi, informasi ini dapat diperoleh dengan melakukan pemotretan terhadap struktur bangunan yang akan diamati.

Proses Penelitian

Penggunaan Kamera Dijital SLR merupakan salah satu alternatif pilihan yang dapat meminimalisir kendala tersebut. Dengan prinsip fotogrametri, kamera dijital SLR dapat memotret obyek dari berbagai sudut dengan cepat dan dengan perangkat lunak, titik-titik deformasi yang diamati akan dapat dihitung nilai koordinatnya. Disamping itu, harga kamera dijital SLR ini lebih murah dibandingkan dengan harga Total Station ataupun GPS. Untuk dapat menganalisa tentang terjadi atau tidaknya deformasi, informasi spasial 3-dimensi merupakan informasi dasar yang harus dapat didesiminasikan, dan informasi ini dapat diperoleh dengan melakukan pemotretan terhadap struktur bangunan yang akan diamati. Agar kamera dijital SLR dapat digunakan untuk pemantauan deformasi, seperti halnya pemotretan udara, ada kaidah-kaidah tertentu yang harus diikuti agar diperoleh koordinat titik-titik deformasi dengan keakurasian yang optimum. Dengan keakurasian yang optimum, titik-titik tersebut akan dapat digunakan untuk mendeteksi adanya pergerakan atau pergeseran struktur. Gagasan ini akan membahas kaidah-kaidah tersebut dan mekanisme perhitungan nilai koordinat 3-dimensi yang diimplementasikan kedalam perangkat lunak.

Pemantauan deformasi struktur bangunan ini akan dilakukan secara bertahap. Pihak-pihak yang ikut serta dalam pelaksanaannya antara lain : pihak kampus Politeknik Negeri Malang sebagai naungan dan penanggung jawab kami untuk melaksanakan penelitian ini, Dosen Teknik Sipil sebagai pendamping dan pengarah dalam pelaksanaannya di lapangan dan dalam pengolahan data hasil dari penelitian. Teman-teman mahasiswa Teknik Sipil dan mahasiswa jurusan lain sebagai wadah untuk diskusi dan mencari referensi yang berkaitan dengan penelitian serta instansi-instansi yang berkaitan dengan penelitian kami dalam penyediaan obyek penelitian.

Pada gagasan tertulis ini tahapan awal pemantauan adalah pemasangan stiker Retro-Reflectif target dan perencanaan jaringan pemotretan yang disesuaikan dengan teknik pemotretan tentang jarak dan fokus antara kamera digital dan obyek yang akan diamati. Pengambilan foto pada masing-masing obyek akan dilakukan tiap bulan dalam jangka waktu pengamatan 1 tahun. Hasil

4

foto yang diperoleh kemudian dianalisa menggunakan teknik pengolahan data dengan metode yang sederhana dan mudah dipahami.

Retro-Reflectif Target

Proses pemantauan deformasi diawali dengan pemasangan retro-reflectif target pada bangunan yang akan diamati, misalnya : jembatan kereta api, jalan layang (fly over), dinding bangunan bertingkat, dan sebagainya. Retro-reflectif target merupakan sebuah stiker yang terbuat dari suatu bahan yang memiliki daya pantul cahaya yang sangat kuat apabila terkena sinar (lampu blitz,). Sehingga sangat baik digunakan untuk menandai posisi yang akan dicari koordinatnya pada suatu objek yang akan diukur atau ditentukan dimensinya terhadap bidang datum. Titik tengah lingkaran putih pada stiker ini dapat diekstrak koordinat fotonya dengan metode Centroid (Wong, 1986; MR Shortis, 1994a; dan MR Shortis, 1995b). Titik tengah lingkaran digunakan untuk mengamati pergeseran obyek bangunan yang diamati. Ketelitian (nilai rms) dari penentuan posisi titik tengah ini dapat lebih baik dari 0,01 piksel. Contoh Retro-reflectif Target :

Desain Jaringan Pemotretan

Proses selanjutnya yaitu mendesain jaringan (network design) yang merupakan faktor terpenting dalam mendapatkan tingkat akurasi yang tinggi. Esensi dari network design dalam suatu pekerjaan fotogrametri adalah jarak maksimum kamera terhadap objek, diameter target, jumlah dan distribusi dari titik-titik di dalam foto. Adapun penyelesaian masalah ini dengan menggunakan rumus sebagai berikut (Mikhail et al, 2001) :

................................................................................(1)

Dimana f adalah panjang fokus pada kamera, p adalah jumlah piksel minimum yang terdapat pada target, d merupakan jarak kamera ke objek yaitu jarak yang tepat dan dapat mencakup semua target pada obyek yang diamati. t adalah diameter target. Sehingga dalam kasus mendesain pemotretan, jarak kamera ke objek dan diameter target dapat disesuaikan dengan kondisi yang ada dilapangan. Untuk mempermudah pengambilan foto dengan kamera, maka harus membuat

Kamera 2

Target

Kamera 3

Kamera 1

Kamera 4

Gambar 1 Stiker retro-refelektif target

5

sketsa situasi lokasi yang akan diambil fotonya. Selain itu, posisi pemotretan hendaknya dapat menjangkau semua target yang terdapat pada obyek, dimana situasinya tidak ada yang menghalangi pemotretan, baik pohon, bangunan maupun tiang listrik. Penentuan jarak maksimum kamera dengan objek akan mempengaruhi resolusi gambar yang dihasilkan. Desain pemotretan dapat dilihat seperti gambar 2 dibawah ini :

Gambar 2 Network Design

Dimana desain jaringan diatas mendiskripsikan tentang teknik pemotreran antara posisi kamera dan target. Tujuan akhir dari pemotretan adalah untuk mengetahui besaran pergeseran yang mungkin terjadi dari suatu struktur bangunan. Misalkan, kita menginginkan pergeseran minimum dalam arah 3-dimensi yang masih dapat dideteksi adalah 0,5 mm. Maka ketelitian dari sistem pengukuran adalah lebih kecil atau sama dengan besarnya pergeseran minimum tersebut. Indikator ketelitian sistem dirumuskan sebagai berikut (Fraser, 2001b):

..............................................................(2)

Dimana σc adalah ketelitian (Root Mean Square atau rms) dari besaran pergeseran yang ingin diamati, S adalah faktor skala pemotretan yaitu perbandingan antara jarak pemotretan dengan panjang fokus kamera pada saat pemotretan, k adalah banyaknya pemotretan untuk setiap posisi kamera, σ adalah ketelitian pengukuran koordinat foto untuk titik-titik yang akan diukur posisinya, sedangkan q merupakan konstanta yang umumnya bernilai 0,7 (Fraser, 2001b) untuk jaringan pemotretan yang konvergen. Dari Persamaan (2) dapat dilihat bahwa semakin kecil besaran minimum pergeseran yang ingin diamati maka jumlah pemotretan harus semakin banyak, jarak pemotretan harus semakin dekat, dan ketelitian pengukuran koordinat foto harus seteliti mungkin.

Kamera 2

Tiang

Kamera 3

Kamera 1

Kamera 4

6

7

Teknik Pemotretan

Untuk mendapatkan foto obyek dengan kualitas yang ideal perlu dilakukan pengaturan pada panjang fokus kamera. Selain itu, posisi kamera sangat berpengaruh dan diusahakan dapat mencakup semua target pada obyek yang akan diamati. Pada setiap posisi pemotretan harus dilakukan perputaran pada kamera setiap melakukkan pemotretan, memutar kamera sebesar 90˚ ke kanan dan 90˚ ke kiri kemudian melakukan pemotretan. Ini dilakukan untuk memperoleh hasil foto yang berbeda-beda pada setiap pemotretan. Seperti pada gambar dibawah ini :

Gambar 3 Posisi kamera dirotasi 90˚ kearah kanan

Gambar 4 Posisi kamera rotasi 90˚ kearah kiri

Jumlah pemotretan minimal 3 kali, dengan posisi kamera biasa, kamera dirotasi kearah kanan sebesar 90˚ dan kearah kiri 90˚. Proses pemotretan harus dilakukan multifoto dan harus konvergen. Untuk pengambilan foto yang baik harus dapat menjangkau semua point retro target. Proses pengambilan foto pada obyek, dapat dilihat seperti pada gambar dibawah ini :

Point retro target pada Jembatan

Kamera Posisi 1

Kamera Posisi 2Kamera Posisi 3

Gambar 5 Posisi pengambilan foto

8

Pengolahan Data Foto

Proses pengolahan data foto dapat ditunjukan pada bagan alir dibawah ini :

Penjelasan bagan alir dari proses pengolahan data foto, antara lain :

Penentuan Koordinat Foto dengan Metode Centroid

Dari proses pengolahan data foto diperoleh hasil koordinat dalam sistem kartesian 3-dimensi (X,Y,Z) pada datum lokal dan vektor arahan yaitu parameter rotasi. Namun, data awal yang diperoleh pada pengukuran masing-masing centroid dalam sistem kartesian 2-dimensi (x,y) yang didefinisikan untuk setiap foto. Pengkonversian sistem piksel menjadi koordinat foto mengikuti arahan (Cooper and Robson,2001). Titik koordinat yang diamati pada foto adalah lokasi jatuhnya berkas sinar pada bidang sensor (CCD atau CMOS) yang dipantulkan dari obyek, seperti dilustarsikan pada gambar 7:

Nilai pendekatan Exterior Orientation (EO) dengan Closed Form

Resection

Bundle Adjustment

Koordinat 3D (XYZ) dengan tingkat akurasi < 1mm

Analisa deformasi tiap epoch secara berkala

Gambar 6 Bagan alir proses pengolahan data foto

Intersection

Self Calibrating Bundle Adjustment

Penentuan koordinat objek titik tengah lingkaran (centroid)

Gambar 7 Kondisi ideal berkas sinar yang melewati lensa kamera merupakan garis lurus

Pada kondisi ideal seperti pada gambar 7, berkas sinar pantulan dari obyek P yang menuju titik p pada bidang sensor, akan berupa garis lurus (Cooper and Robson,2001). Tetapi pada kenyataannya, berkas sinar pada bidang sensor mengalami pembelokan (distorsi) baik karena kecacatan dalam proses perakitan dan penyusunan komponen lensa maupun karena ketidakstabilan posisi sensor CCD/CMOS didalam cangkang kamera. Karena adanya kesalahan sistematik inilah menyebabkan kamera dijital SLR dikategorikan sebagai kamera non-metrik (Luhman et al.,2006).

Persamaan garis lurus (persamaan kolinier) antar titik tengah lingkaran pada obyek dan pada foto seperti yang diilustrasikan pada Gambar 7 adalah sebagai berikut (Mikhail et al., 2001), (Luhmann et al., 2006):

............(3)

dimana dan adalah model kesalahan sistematik dalam arah x dan y, r ij

merupakan elemen dari matrik rotasi, xo,yo adalah koordinat principal point, c adalah panjang fokus kamera, X,Y,Z adalah koordinat 3-dimensi titik-titik obyek (titik tengah lingkaran pada stiker), Xc,Yc,Zc adalah koordinat 3-dimensi kamera saat pemotretan, dan x,y merupakan koordinat foto, yaitu satu-satunya informasi yang diketahui (known observation) dari pengukuran langsung, sedangkan parameter object space dan parameter rotasi tidak diketahui nilainya (unknown). Untuk setiap pengukuran koordinat foto akan menghasilkan sepasang persamaan garis lurus (Persamaan 3).

Exterior Orientation (EO)

Menentukan parameter orientasi luar (Exterior Orientation atau EO) dari foto merupakan salah satu tugas terpenting dalam fotogrametri. Parameter orientasi luar terdiri dari enam parameter yaitu 3 parameter object space (Xc,Yc,Zc) dan 3 parameter rotasi sudut yaitu : omega, phi, dan kappa (ω, φ, κ). Untuk mendapatkan koordinat titik obyek (X,Y,Z), dari data awal yang tersedia

9

berupa koordinat titik masing-masing foto yaitu x dan y, maka persamaan (3) dapat diselesaikan melalui metode Hitung Kuadrat Terkecil. Namun karena dalam prosesnya dibutuhkan suatu nilai pendekatan awal untuk parameter orientasi luar.

Agar persamaan 2 dapat diselesaikan, maka kami menggunakan teknik seperti yang dijelaskan oleh (Rampal, 1979; Zeng Wang, 1992 dan Stefanovic, 1973) untuk mendapatkan nilai pendekatan awal agar proses iterasi dapat konvergen secara cepat, disamping untuk mengorientasikan jaringan pemotretan (Fraser, 2006c).

Resection, Intersection dan Bundle Adjustment

Setelah parameter EO pendekatan untuk kedua foto dapat ditentukan, proses selanjutnya adalah perhitungan untuk mendapatkan nilai koordinat 3-dimensi pendekatan. Didalam fotogrametri proses ini dikenal sebagai metode triangulasi atau intersection (Mikhail et al., 2001; dan Wolf dan Dewitt, 2000). Prinsipnya, jika dua buah foto atau lebih diketahui posisi dan orientasinya didalam sistem kartesian 3-dimensi (Xc,Yc,Zc), maka jika terdapat titik obyek yang terlihat dari dua foto atau lebih itu, koordinat 3D titik obyek itu dapat ditentukan nilainya. Orientasi foto biasanya dinyatakan dalam sudut omega, phi, dan kappa untuk masing-masing salib sumbu sistem kartesiannya.

Dan untuk mencari nilai pendekatan parameter EO untuk foto-foto yang lainnya, digunakan teknik Resection (Mikhail et al., 2001; dan Wolf and Dewitt, 2000). Pada prinsipnya, jika terdapat titik-titik obyek yang diketahui koordinatnya dan terekam pada foto, maka posisi dan orientasi foto ini (parameter EO) didalam sistem kartesian 3D dapat ditentukan. Teknik komputasi metode resection ini dapat dijumpai pada literatur (Mikhail et al., 2001), dan (Wolf and Dewitt, 2000).

Setelah nilai pendekatan awal parameter EO untuk semua foto dan nilai koordinat 3D untuk semua titik-titik obyek didalam jaringan diketahui, langkah selanjutnya adalah memodelkan ulang seluruh berkas sinar yang terlibat dengan menggunakan teknik hitung perataan kuadrat terkecil. Pemodelan ini sering dinamakan sebagai Bundle adjustment (Mikhail et al., 2001; dan Wolf dan Dewitt, 2000).

Jika Persamaan 3 dilinierisasikan dengan deret Taylor akan menjadi persamaan linier berupa:

...................(4)

jika m adalah jumlah foto yang terlibat dalam pemotretan dan n adalah banyaknya titik-titik obyek yang diamati, maka vektor v akan berisikan 2nm buah nilai residu pengukuran koordinat foto. Matrik A1 berisikan turunan terhadap parameter orientasi luar dan berdimensi 2mn x 6m; matrik A2 berisikan 2mn x 3n elemen turunan terhadap titik-titik obyek; dan matrik A3 berdimensi 2mn x p yang merupakan turunan terhadap q buah parameter kesalahan sistematis kamera. Vektor 1, 2 dan 3 berturut-turut berisikan nilai koreksi parameter orientasi luar (EO), koordinat titik-titik obyek yang diamati deformasinya, dan model kesalahan sistematis kamera. Sedangkan 2mn buah elemen vektor w berisikan selisih perbedaan antara nilai pengukuran dengan nilai terkoreksi dari Persamaan 3.

10

11

Self Calibrating Bundle AdjusmentPersamaan 4 adalah persamaan hitung kuadrat terkecil untuk seluruh

berkas sinar (bundle adjustment) dari titik-titik obyek yang diamati. Proses hitung perataan seluruh berkas sinar yang terlibat dapat dilakukan dengan metode Helmert Blocking (Brown, 1974a, 1980b), dan persamaan normalnya dapat ditulis sebagai berikut:

...................(5)

Dimana P disini adalah matrik bobot dari ketelitian (rms) pengukuran koordinat titik-titik obyek yang dilakukan dengan metode centroid. Karena satu-satunya informasi pengukuran adalah hanya dari ukuran koordinat titik-titik pada foto, maka persamaan 5 tidak dapat diselesaikan karena matrik persamaan normalnya singular (nilai determinannya sama dengan nol). Agar persamaan 5 dapat diselesaikan, datum untuk koordinat titik-titik obyek harus ditetapkan terlebih dahulu. Solusi dengan teknik inner constraint (Dermanis, 1994) tidak menghasilkan ketelitian yang optimum. Artinya matrik varian-covarian (matrik ketelitian) sangat tergantung dari pemilihan titik obyek yang dijadikan titik basis atau datum. Oleh karena itu kami memilih teknik Free Network Adjustment (Papo and Perelmuter, 1982; dan Perelmuter, 1979) untuk menyelesaikan persamaan 4 dan menghasilkan ketelitian yang optimum tanpa tergantung dari pemilihan titik-titik obyek yang akan dijadikan datum, seperti yang pernah ditegaskan oleh (Akimoto dan Hattori, 2001), dan (Fraser, 2001b).

KESIMPULAN

Program Kreativitas Mahasiswa yang kami ajukan ini merupakan suatu gagasan tertulis tentang Teknik Pemantauan Struktur Bangunan dengan Kamera Digital. Suatu teknik pemindian dengan metode yang sederhana, mudah dan murah sehingga dapat dijangkau dari semua kalangan masyarakat dan pemerintah serta pihak-pihak lain yang bersangkutan dapat melakukan pemantaun deformasi tentang kekuatan dan daya tahan suatu struktur bangunan terhadap pemakaian, proses penuaan, dan pergeseran posisi yang dikarenakan bumi bersifat dinamis dengan memanfaatkan perangkat lunak yang akan kami kembangkan. Perangkat lunak ini dibuat dengan mengikuti pakem fotogrametri dan akan dapat dioperasikan oleh kalangan awam sekalipun, bahkan yang tidak memiliki latar belakang fotogrametri. Sehingga proses pemantauan ini dapat dilakukan dengan lebih mudah dan dapat meminimalisir jatuhnya korban jiwa akibat pengabaian monitoring terhadap struktur bangunan.Pada prakteknya pemindaian perubahan akan dilakukan dengan mengambil beberapa studi kasus untuk proses analisa, misalnya : gedung kampus Politeknik Negeri Malang, gedung, jembatan fly over, jembatan kereta api, dan lain-lain.

Untuk pengambilan foto pada target akan digunakan kamera digital. Kamera digital dapat digunakan untuk melakukan pengukuran perubahan dengan tingkat keakurasian tinggi. Agar diperoleh hasil akurasi yang tinggi, faktor kesalahan sistematis pada kamera harus direduksi terlebih dahulu. Hal ini dapat dilakukan dengan memperhatikan kaidah-kaidah fotogrametri yang berkaitan dengan penentuan koordinat foto, penentuan nilai pendekatan Exterior Orientation (EO), Resection, Intersection, Bundle Adjustment, Self Calibrating Bundle Adjustment.

Hasil analisa yang akan diperoleh setelah melakukan pengamatan diharapkan dapat menjadi sumber data untuk monitoring dan analisa tentang daya tahan dan rentan waktu untuk perbaikan suatu struktur bangunan di tiap-tiap daerah. Sehingga jatuhnya korban jiwa karena pengabaian monitoring deformasi dapat diminimalkan lagi. Dampak dari kegiatan ini adalah adanya beberapa stiker yang akan terdapat disekitar obyek pemantauan untuk pengambilan foto. Kegiatan ini juga membutuhkan waktu untuk proses analisa yang mengharuskan peneliti untuk mengambil foto secara bertahap yaitu tiap bulan dalam jangka waktu pengamatan 1 tahun.

12

12

DAFTAR PUSTAKA

Akimoto, K. and Hattori, S., 2001. Revisit To Zero Order Design In Industrial Vision Metrology, Proceedings of ASPRS: Gateway to the New Millennium. American Society of Photogrammetry and Remote Sensing, St. Louis, Missouri, pp. unpaginated CD-ROM.

Armer, G.S.T., 2003. Monitoring and assesment of Structures. Taylor anf Francis, New york, 167 pp.

Artikel wikipedia."Situ Gintung".http://id.wikipedia.org/wiki/Situ_Gintung (diakses tanggal 15 februari 2010).

Brown, D.C., 1974a. Evolution, Application and Potential of The Bundle Method of Photogrammetric Triangulation, Geodetic Services, Inc., Melbourne, Florida.

Brown, D.C., 1980b. Application of Photogrammetry to Measurements of Structures in Orbit, Volume 1. Report No. MOM7DNS-895942, Geodetic Services Inc., Melbourne, Florida.

Cooper, M.A.R. and Robson, S., 2001. Theory of Close Range Photogrammetry. In: K.B. Atkinson (Editor), Close Range Photogrammetry and Machine Vision. Whittles Publishing, Scotland, UK, pp: 9-51.

Dermanis, A., 1994. The photogrammetric inner constraints. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, 49(1): 25-39.

Fraser, C.S., 1997a. Digital camera self-calibration. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, 52(4): 149-159.

Fraser, C.S., 2001b. Network Design. In: K.B. Atkinson (Editor), Close Range Photogrammetry and Machine Vision. Whittles Publishing, Scotland, UK, pp. 256-281.

Fraser, C.S., 2006c. Network Orientation Models for Image-Based 3D Measurement, International Archives of Photogrammetry and Remote Sensing & Spasial Information Science. ISPRS.

Fryer, J.G., 2001. Camera Calibration. In: K.B. Atkinson (Editor), Close Range Photogrammetry and Machine Vision. Whittles Publishing, Scotland, UK, pp. 156-179.

Luhmann, T., Robson, S., Kyle, S. and Harley, I., 2006. Close Range Photogrammetry: Principles, Techniques and Applications. Whittles Publishing, Scotland, UK., 510 pp.

Mikhail, E.M., Bethel, J.S. and McGlone, C.J., 2001. Introduction to Modern Photogrammetry. John Wiley & Sons, Inc., New York, 479 pp.

MR Shortis, T.C., S Robson, 1995a. Practical Testing of the Precision and Accuracy of Target Image Centring Algorithms, Videometrics IV.

MR Shortis, T.C., T Short, 1994b. A comparison of some techniques for the subpixel location of discrete target images. Videometrics III, SPIE Vol. 2350 239-250.

Papo, H.B. and Perelmuter, A., 1982. Free Net Analysis in Close-Range Photogrammetry. Photogrammetric Engineering & Remote Sensing, 48(4): 571-576.

Perelmuter, A., 1979. Adjustment of Free Network. Bulletin Geodesy, 53: 291-296.

Pusat dan Analisa Tempo.“Indonesia Rawan Bencana”. http://www.pdat.co.id/hg/political_pdat/2006/06/19/pol,20060619-01,id.html (diakses tanggal 15 februari 2010).

Rampal, K.K., 1979. A Closed Solution for Space Resection. Photogrammetric Engineering & Remote Sensing, 45(9): 1255-1261.

Stefanovic, P., 1973. Relative Orientation – A New Approach. The ITC Journal, 3: 417-448.

Wolf, P.R. and Dewitt, B.A., 2000. Elements of Photogrammetry: with Applications in GIS. McGraw-Hill Companies Inc., New York, 608 pp.

Wong, K.W., 1986. Close-Range Mapping with a Solid State Camera. Photogrammetric Engineering & Remote Sensing, 52(1): 67-74.

Zeng, Z. and Wang, X., 1992. A General Solution of a Closed-Form Space Resection. Photogrammetric Engineering & Remote Sensing, 58(3): 327-338.

13

Identitas Diri

1 Nama Lengkap2 Jenis Kelamin L/P3 Program Studi4 NIM5 TTL6 Email7 Nomer Telepon/HP

Riwayat PendidikanSD SMP SMA

Nama InstitusiJurusanTahun Masuk-Lulus

Pemakalah Seminar Ilmiah No Nama Pertemuan

Ilmiah / SeminarJudul Artiel Ilmiah

Waktu dan Tempat

123

Penghargaan dalam 10 tahun TerakhirNo Jenis Penghargaan Institusi Pemberi

PenghargaanTahun

123

Susunan Organisasi Tim Kegiatan dan Pembagian TugasNo Nama/NIM Program

StudiBidang Ilmu

Alokasi Waktu (jam/minggu)

Uraian Tugas

vii

Surat Peryataan Ketua Peniliti/Pelaksana

KOP PERGURUAN TINGGI

SURAT PERYATAAN KETUA PENILITI/PELAKSANA

Yang bertanda tangan di bawah ini :Nama :NIM :Program Studi :Fakultas :Dengan ini menyatakan untuk tahun anggaran 2014/2015 bersifat original dan belum pernah di biayai oleh lembaga atau sumber dana lain.

Bilamana di kemudian hari ditemukan ketidaksesuaian dengan peryataan ini, maka saya bersedia dituntut dan diproses sesuai dengan ketentuan yang berlaku dan mengembalikan seluruh biaya penelitian yang sudah diterima ke kas negara.Demikian peryataan ini dibuat dengan sesungguhnya dan dengan sebenar-benarnya.

Malang, 05-Juli-2014Mengetahui, Yang menyatakan,Pembantu Rektor/KetuaBidang kemahasiswaan,

( ) ( )

NIP. NIM.