pendeteksian tingkat gas polutan pada udara …

46
PENGUKURAN TINGKAT GAS POLUTAN PADA UDARA MENGGUNAKAN TABUNG DETEKTOR GAS DENGAN BANTUAN KAMERA WIRELESS Oleh: Ilmawan Mustaqim DOSEN PEMBIMBING 1 Dr. Muhammad Rivai, ST., MT DOSEN PEMBIMBING 2 Ir. Djoko Purwanto, M.Eng, Ph.D

Upload: others

Post on 05-Nov-2021

5 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: PENDETEKSIAN TINGKAT GAS POLUTAN PADA UDARA …

PENGUKURAN TINGKAT GAS POLUTAN PADA UDARA MENGGUNAKAN TABUNG DETEKTOR GAS

DENGAN BANTUAN KAMERA WIRELESS

Oleh: Ilmawan Mustaqim

DOSEN PEMBIMBING 1Dr. Muhammad Rivai, ST., MT

DOSEN PEMBIMBING 2Ir. Djoko Purwanto, M.Eng, Ph.D

Page 2: PENDETEKSIAN TINGKAT GAS POLUTAN PADA UDARA …

Latar Belakang

• Polusi udara → masalah terhadap lingkungandan kesehatan manusia (penyakit, kematian, penurunan produktifitas).

• Zat-zat pencemar udara yang paling seringdijumpai dilingkungan perkotaan adalah: SO2, NO dan NO2, CO, NH3, O3, SPM (=Suspended Particulate Matter) dan Pb.

Page 3: PENDETEKSIAN TINGKAT GAS POLUTAN PADA UDARA …

Latar Belakang

• Zat tersebut dapat diukur menggunakan suatu peralatankhusus yaitu gas detektor.

• Pengukuran tingkat kandungan gas tertentu dalam udaradapat dilakukan dengan menggunakan berbagai pilihanperalatan.

– Metode gas chromatography/ mass spectrometry (biaya tinggi, waktu lama, kurang efisien)

– Sensor gas teknologi semiconductor dan electrochemical

– Tabung Detektor Gas

• pengukuran kadar suatu zat →sample udara (dalamkantong sampel)→laboratorium → di teliti kandungan gas tertentu yang terdapat di dalamnya

Page 4: PENDETEKSIAN TINGKAT GAS POLUTAN PADA UDARA …

Latar Belakang

• lokasi yang sulit dijangkau/berbahaya dibutuhkan peralatan khusus.

• Perpaduan teknologi sistem kamera dan wireless memungkinkan hal tersebut dilakukan.

• Pembacaan melalui kamera membantumanusia memperoleh keakuratan dalam hasilpembacaan mengingat keterbatasan matamanusia dalam pembacaan secara langsung

Page 5: PENDETEKSIAN TINGKAT GAS POLUTAN PADA UDARA …

Latar Belakang

• Sistem wireless digunakan untuk memancarkan hasil pembacaan agar dapat diterima dan diolah di tempat lain.

• Informasi yang ditangkap oleh kamera dapat dikirimkan melalui transmitter untuk dipancarkan.

• ditangkap oleh receiver untuk selanjutnya diolah pada komputer dengan software image processing untuk dianalisa dan dibaca hasilnya.

Page 6: PENDETEKSIAN TINGKAT GAS POLUTAN PADA UDARA …

Rumusan Masalah

• Perancangan sistem penempatan beberapatabung beserta sistem pendistribusian aliranudara dalam tabung.

• Perancangan pengendalian aliran udara danpengaktifan perangkat-perangkat yang dibutuhkan dalam melakukan pengukuran.

• Pemrograman segmentasi warna dalampembacaan tingkat gas polutan menggunakanbantuan perangkat lunak image processing.

Page 7: PENDETEKSIAN TINGKAT GAS POLUTAN PADA UDARA …

Batasan Masalah

• Gas polutan yang diukur dalam penelitian iniadalah NH3

• Tabung detektor gas yang digunakan adalahtabung detektor produksi Gastec denganspesifikasi nomor Tabung 3L untuk pengukurankadar gas NH3, skala ukur 0,5-78.

• Pemilihan batasan pengukuran tabung detektorgas disesuaikan dengan kondisi perkiraan kadargas yang akan diteliti di lapangan.

Page 8: PENDETEKSIAN TINGKAT GAS POLUTAN PADA UDARA …

Batasan Masalah

• Pemompaan udara ke dalam tabungmenggunakan bantuan pompa air kecilaquarium untuk kemudian ditambahkansistem pendistribusian dan tingkat aliranudara sesuai dengan rancangan dalampenelitian ini.

• Kamera yang digunakan adalah kamera CCTV mini wireless dengan disertai perlengkapansistem pengirim dan penerimanya.

Page 9: PENDETEKSIAN TINGKAT GAS POLUTAN PADA UDARA …

Batasan Masalah

• Sistem penerimaan pada komputermenggunakan alat bantu TV Tunner eksternaluntuk menghubungkan perangkat video receiver dengan komputer.

• Pengolahan tampilan kamera di aplikasikanmenggunakan bahasa pemrograman C++ CLR Windows Form Application dengan bantuanperangkat lunak Microsoft Visual Studio 2008 dan OpenCV 1.1.

Page 10: PENDETEKSIAN TINGKAT GAS POLUTAN PADA UDARA …

Tujuan• Membuat prototipe alat pendeteksi tingkat gas polutan pada

udara menggunakan tabung detektor gas dengan bantuankamera wireless.

• Mengaplikasikan sistem image processing dalam pembacaanhasil deteksi sensor tabung detektor gas yang dikirimkanmelalui kamera wireless.

Manfaat• Sistem monitoring kadar gas polutan dapat dilakukan dari jarak jauh

tanpa memerlukan kabel penghubung karena dilengkapi sistemwireless sehingga dapat diterapkan pada suatu area yang sulitdijangkau atau suatu area dengan kandungan gas yang berbahaya.

Page 11: PENDETEKSIAN TINGKAT GAS POLUTAN PADA UDARA …

Kajian Pustaka

• Polusi udara merupakan masalah global. • Beberapa peneliti mengembangkan penelitian

yang berkaitan dengan polusi udara: sistem monitoring polusi udara, sistem penanggulangannya,dll.

• Zat-zat pencemar yang ada dalam udara dapatmenyebabkan berbagai macam penyakit

Polusi Udara

Page 12: PENDETEKSIAN TINGKAT GAS POLUTAN PADA UDARA …

Kajian Pustaka

• Pencemaran udara adalah masuknya ataudimasukkannya zat, energi dan/ataukomponen lain ke dalam udara ambien olehkegitan manusia, sehingga mutu udaraambien turun sampai ke tingkat tertentu yang menyebabkan udara ambien tidak dapatmemenuhi fungsinya.

(Peraturan Gubernur Jawa Timur Nomor 39 tahun 2008)

Polusi Udara

Page 13: PENDETEKSIAN TINGKAT GAS POLUTAN PADA UDARA …

Kajian Pustaka

• Baku mutu udara ambien adalah ukuran batasatau kadar zat, energi dan/atau komponenyang ada atau seharusnya ada dan/atau unsurpencemar yang ditenggang keberadaannyadalam udara ambient.

(Peraturan Gubernur Jawa Timur Nomor 39 tahun 2008)

Polusi Udara

Page 14: PENDETEKSIAN TINGKAT GAS POLUTAN PADA UDARA …

Kajian Pustaka

• Baku mutu emisi sumber tidak bergerakadalah batas kadar maksimum dan/ataubeban emisi maksimum yang diperbolehkanmasuk atau dimasukkan ke dalam udaraambient.

(Peraturan Gubernur Jawa Timur Nomor 39 tahun 2008)

Polusi Udara

Page 15: PENDETEKSIAN TINGKAT GAS POLUTAN PADA UDARA …

Tabung Detektor Gas• Sistem tabung detektor gas adalah suatu

pengambilan sampel yang dilengkapi sistem pembacaan terukur untuk menentukanseberapa kadar konsentrasi gas dan uap air dengan cepat dan mudah.

• Sistem tabung detektor:– pompa udara

– tabung detektor gas

Page 16: PENDETEKSIAN TINGKAT GAS POLUTAN PADA UDARA …

Gambar Tabung Detektor Gas Sumber: http://www.envisupply.com

Gambar Pompa Pengambilan Sample Udara dengan Tabung Detektor Gas

Sumber: http://www.komyokk.co.jp

Page 17: PENDETEKSIAN TINGKAT GAS POLUTAN PADA UDARA …

Gambar Indikator Pengukuran dalam Tabung Detektor Gas Sumber: http://www.envisupply.com

Page 18: PENDETEKSIAN TINGKAT GAS POLUTAN PADA UDARA …

• Sistem wireless pada kamera memungkinkanpengguna dapat memonitor suatu keadaan denganjarak yang cukup jauh tanpa bantuan kabelpenghubung antara pengolah gambar dengankamera.Margi (2006).

• Kamera wireless yang ada di pasaran umumnya telahdilengkapi dengan transmitter dan receiver yang dapatdihubungkan dengan komputer.

Wireless Camera

Page 19: PENDETEKSIAN TINGKAT GAS POLUTAN PADA UDARA …

• Dalam komputer, piksel warna bisanya memiliki nilai warna Merah, Hijau dan Biru yang masing-masing diukur dalam 8 bit.

• Secara khusus warna objek segmentasi akan melibatkankonversi dari nilai-nilai tersebut ke beberapa parameter model warna.

• Model warna yang paling popular digunakan untuk gambarsegmentasi adalah RGB, HSV, HLS, HIS dan NCC. (Kravtchenko, 1999).

Segmentasi Warna

Page 20: PENDETEKSIAN TINGKAT GAS POLUTAN PADA UDARA …

• Dalam komputer, piksel warna bisanya memiliki nilai warna Merah, Hijau dan Biru yang masing-masing diukur dalam 8 bit.

• Secara khusus warna objek segmentasi akan melibatkankonversi dari nilai-nilai tersebut ke beberapa parameter model warna.

• Model warna yang paling popular digunakan untuk gambarsegmentasi adalah RGB, HSV, HLS, HIS dan NCC. (Kravtchenko, 1999).

Segmentasi Warna

Page 21: PENDETEKSIAN TINGKAT GAS POLUTAN PADA UDARA …

• Konsep Metode kalibrasi kamera dalampenelitian ini digunakan untuk mengkalibrasiantara gambar yang ditampilkan olehkamera dengan perhitungan nilai panjangwarna yang muncul pada tabung detektorgas ke komputer.

• Panjang warna dikonversi menjadi ukuran kadar gas polutan dalam ukuran ppm/jam.

Kalibrasi Kamera

Page 22: PENDETEKSIAN TINGKAT GAS POLUTAN PADA UDARA …

1. Pembuatan sistem pengaturan udara dari pompa menujutabung detektor gas.

2. Pembuatan hardware rangkaian berupa: rangkaian catudaya, rangkaian relay, rangkaian mikrokontroler.

3. Pembuatan program pergantian aliran udara melaluipengaktifan solenoid, program pengaktifan kamera, pompa dan lampu yang mendukung proses pengukuran.

4. Mengolah hasil tampilan yang diterima pada layar kameradengan metode segmentasi warna, konversi warna, dilasi, erosi.

5. Mengkalibrasi hasil pembacaan kamera dengan hasilpembacaan sensor.

6. Pengambilan data pengujian pembacaan kamera.7. Analisis hasil pengujian.

Metode Penelitian

Page 23: PENDETEKSIAN TINGKAT GAS POLUTAN PADA UDARA …

Metode Penelitian

Gambar Diagram Cara Kerja Sistem

Page 24: PENDETEKSIAN TINGKAT GAS POLUTAN PADA UDARA …

Pembuatan Sistem Pengaturan Udara dari Pompa ke Tabung Detektor Gas

Metode Penelitian

Gambar Diagram Distribusi Udara

Page 25: PENDETEKSIAN TINGKAT GAS POLUTAN PADA UDARA …

Pembuatan Rangkaian Catu Daya.

Metode Penelitian

Page 26: PENDETEKSIAN TINGKAT GAS POLUTAN PADA UDARA …

Pembuatan Rangkaian Catu Daya.

Metode Penelitian

Page 27: PENDETEKSIAN TINGKAT GAS POLUTAN PADA UDARA …

Metode Penelitian– Pembuatan Rangkaian Relai

Page 28: PENDETEKSIAN TINGKAT GAS POLUTAN PADA UDARA …

Metode Penelitian– Pembuatan Rangkaian Relai

Page 29: PENDETEKSIAN TINGKAT GAS POLUTAN PADA UDARA …

Metode Penelitian– Pembuatan Rangkaian Mikrokontroler

Page 30: PENDETEKSIAN TINGKAT GAS POLUTAN PADA UDARA …

Metode Penelitian– Pembuatan Rangkaian Mikrokontroler

Page 31: PENDETEKSIAN TINGKAT GAS POLUTAN PADA UDARA …

Metode PenelitianPembuatan Program Mikrokontroler

Page 32: PENDETEKSIAN TINGKAT GAS POLUTAN PADA UDARA …

Pembuatan Program untuk Segmentasi Warna danPengukuran Jarak.

Metode Penelitian

Page 33: PENDETEKSIAN TINGKAT GAS POLUTAN PADA UDARA …

Langkah-langkah segmentasi warna:

Metode Penelitian

Page 34: PENDETEKSIAN TINGKAT GAS POLUTAN PADA UDARA …

Kalibrasi Pembacaan Nilai Ukur:

1. mengkalibrasi antara posisi piksel gambar yangditampilkan oleh kamera dengan perhitungan nilaipanjang warna yang muncul pada tabung detektor gas dilayar monitor komputer.

2. Nilai skala pada tabung gas detektor NH3 yang digunakandalam penelitian ini adalah 0, 2, 5, 10, 15, 20, 25, 30 ppmsesuai yang tertera pada permukaan tabung.

Metode Penelitian

Page 35: PENDETEKSIAN TINGKAT GAS POLUTAN PADA UDARA …

Hasil Rancangan Alat

HASIL DAN PEMBAHASAN

Alat dilihat dari belakangAlat dilihat dari depan

Page 36: PENDETEKSIAN TINGKAT GAS POLUTAN PADA UDARA …

Hasil Pengujian Program

HASIL DAN PEMBAHASAN

Page 37: PENDETEKSIAN TINGKAT GAS POLUTAN PADA UDARA …

Hasil Kalibrasi Nilai Posisi dengan Nilai Skala Tabung

HASIL DAN PEMBAHASAN

Page 38: PENDETEKSIAN TINGKAT GAS POLUTAN PADA UDARA …

Hasil Kalibrasi Nilai Posisi dengan Nilai Skala Tabung

HASIL DAN PEMBAHASAN

Page 39: PENDETEKSIAN TINGKAT GAS POLUTAN PADA UDARA …
Page 40: PENDETEKSIAN TINGKAT GAS POLUTAN PADA UDARA …
Page 41: PENDETEKSIAN TINGKAT GAS POLUTAN PADA UDARA …
Page 42: PENDETEKSIAN TINGKAT GAS POLUTAN PADA UDARA …
Page 43: PENDETEKSIAN TINGKAT GAS POLUTAN PADA UDARA …

PENUTUP

• Tabung Detektor Gas dapat digunakan untuk mendeteksi Gas NH3 dengan perubahan warna yang kontras antara warna merah muda menuju ke kuning.

• Pergeseran nilai yang terukur secara manual dipengaruhi oleh posisi titik yang ditentukan dengan mouse.

• Diperlukan perhitungan kalibrasi skala yang tepat agar diperoleh nilai yang sesuai pada masing masing skala.

Page 44: PENDETEKSIAN TINGKAT GAS POLUTAN PADA UDARA …

PENUTUP

• Pada pengukuran otomatis, ketelitian hasil pembacaan dipengaruhi oleh beberapa faktor yaitu:

⁻ nilai threshold yang mampu memisahkanwarna sekitar dengan warna yang akan disegmentasi,

⁻ kontras perubahan warna pada tabung dengan warna sekitarnya,

⁻ serta kestabilan posisi tabung.

Page 45: PENDETEKSIAN TINGKAT GAS POLUTAN PADA UDARA …

1. Bradski.G, Kaehler.A (2009), “Learning OpenCV”, O’Reilly Media, Inc.2. Cheng.H.D, Jiang.X.H, Sun, Wang.J.L (2001), “Color Image Segmentation:

Advances & Prospects”.3. Color Cube and Color Ramp, http://www.duke.edu/web/isis/gessler/borland/4. Detector Tubes, http://www.envisupply.com/equipment/detector_tubes.html5. Fick’s Law of Diffusion, http://en.wikipedia.org6. Ikeda.T, Hirano .H, Nakamoto. T, Arimoto.T. (2008), ”A Bad-Smell Sensing

System Using Gas Detector Tubes and Build-In Camera Module”, Proceedings of The 25Th Sensor Symposium 2008, pp159-162.

7. KITAGAWA Gas Detector Tube System, http://www.komyokk.co.jp8. Kravtchenko.V, Little.James J, (1999), ”Efficient Color Object Segmentation

Using the Dichromatic Reflection Model”, IEEE Pacific Rim Conference on Communications. ieeexplore.ieee.org

9. Lukac.Rastilav, Plataniotis.Konstantinos N, (2007), “Color Image Processing: Methods and Applications”, Taylor & Francis Group

DAFTAR PUSTAKA

Page 46: PENDETEKSIAN TINGKAT GAS POLUTAN PADA UDARA …

10. Margi.C.B, Lu.X, Zhang.G, Stanek.G, Manduchi.R, Obraczka.K (2006), “Meerkats: A Power-Aware, Self-Managing Wireless Camera Network for Wide Area Monitoring”, Workshop on Distributed Smart Cameras (DSC 2006), inrg.cse.ucsc.edu

11. Muklis, Fauzi, (2003) “Pergerakan Unsur Hara Nitrogen dalam Tanah”, USU digital library.

12. Paoletti.E, Bytnerowicz.A, Andersen.C, Augustaitis.A, Ferrett.M, Grulke.N, Goerg.M.S, Innes.J, Johnson.D, Karnosky.D, Luangjame.J, Matyssek.R, McNulty.S, Starck.G.M, Musselman.R, Percy.K (2007), “Impacts of Air Pollution and Climate Change on Forest Ecosystems-Emerging Research Needs”, Short Communication Proceedings, TheScientific World JOURNAL (2007) 7(S1), 1–8 ISSN 1537-744X; DOI 10.1100/tsw.2007.52

13. Peraturan Gubernur Jawa Timur Nomor 39 tahun 2008.14. Source codes for all chapters of "Visual Computing: Geometry, Graphics, and

Vision", http://www.sonycsl.co.jp/person/nielsen/visualcomputing/

DAFTAR PUSTAKA