PEMANFAATAN TEKNOLOGI 3D TERESTRIAL LASER SCANNING DALAM MENDUKUNG KONSTRUKSI JALAN DAN JEMBATAN

Data spasial mempunyai peran yang sangat strategis dalam penyelenggaraan jalan nasional. Pemanfaatan data spasial sebagai sumber data merupakan salah satu elemen yang patut diperhatikan guna mencapai sasaran penyelenggaraan jalan nasional secara efektif dan efisien. Dengan ketersediaan data yang lengkap dan akurat secara spasial, maka akan meningkatkan kualitas pembangunan nasional.

Metode pengukuran langsung di lapangan menggunakan Total Station, Theodolite dan Waterpass masih mempunyai banyak kekurangan, yaitu waktu akuisisi di lapangan cukup lama, membutuhkan banyak personil di lapangan, akurasi data kurang baik karena titik yang didapat sedikit, data yang diperoleh belum berbentuk 3D. Data spasial yang diperoleh dari metode konvensional ini berpotensi mengandung kesalahan sehingga dapat menyebabkan kesalahan dalam analisis teknis jalan dan jembatan.

Seiring dengan kemajuan teknologi pemetaan, terdapat teknologi baru yaitu 3D Terestrial Laser Scanning (TLS). Hal yang membedakan dengan metode konvensional adalah proses scanning objek dengan jangkauan yang luas. Untuk daya jangkauan alat, TLS mempunyai jangkauan yang berkisar antara 300 meter hingga 6000 meter (tergantung spesifikasi alat yang dipakai) dan hasil pengukuran berupa point cloud dalam bentuk 3D.

Oleh karena itu, teknologi 3D TLS ini dapat dijadikan solusi dalam bidang pemetaan untuk menyediakan data spasial jalan dan jembatan, dengan keunggulan antara lain kecepatan pengambilan data yang tinggi, tingkat akurasi yang lebih baik, ekonomis dan kenampakan data hasil pengukuran yang mendekati objek aslinya. Dengan teknologi ini diharapkan data spasial dapat diperoleh dengan cepat, tepat, akurat dan ekonomis sehingga dapat dijadikan strategi baru dalam penyelenggaraan jalan terutama dalam analisis teknis, manajemen aset dan pemodelan objek.

Kondisi Saat Ini

Langkah awal dalam melaksanakan proyek infrastruktur jalan dan jembatan adalah dengan mengumpulkan data geospasial agar dapat memberikan gambaran umum baik itu analisis teknis pelaksanaan serta inventaris dan pemodelan. Sampai saat ini masih banyak surveyor yang menggunakan motede konvensional, misalnya Theodolite, Waterpass atau Total Station.

Pada pelaksanaan dan hasilnya, metode ini memiliki kekurangan contohnya, akuisisi data dilapangan membutuhkan waktu yang lama karena banyaknya mobilisasi alat dan pesonil surveyor. Hasil data yang diterima kurang detail serta akurasi data kurang baik karena resolusi spasial kurang baik. Metode ini juga tidak aman karena langsung turun ke medan untuk melakukan pengukuran dan pemetaan.

Kondisi yang Diharapkan

Perkembangan teknologi memperkenalkan 3D TLS dengan data spasial yang diperoleh lebih cepat dan akurat. Teknologi ini memilki keunggulan dibandingkan dengan metode konvensional yaitu: perolehan hasil yang lebih cepat, kualitas hasil yang secara signifikan lebih baik karena resolusi spasial yang tinggi, mengurangi adanya ambiguitas dan hasi/data lebih lengkap, tingkat kerincian yang tinggi, cara perolehan data lebih aman karena menggunakan prinsip penginderaan jauh (tanpa menyentuh obyek), jumlah personil lebih sedikit dan relative tidak menganggu lalulintas.

Di bidang jalan dan jembatan, data spasial dapat digunakan untuk perhitungan volume cut and fii, manajemen lereng, uji laik fungsi jalan, perekaman as-built drawing, pemantauan deformasi jembatan serta manajemen aset jalan dan jembatan. Diharapkan dengan berbagai manfaat dan keungulan dari teknologi 3D TLS dapat berkontribusi dan memudahkan pemangku kepentingan lebih efektif dan efisien dalam melakukan analisis teknik dan pengambilan keputusan (kebijakan).

Prinsip Kerja Teknologi 3D TLS

Prinsip kerja Teknologi 3D TLS pada dasarnya memiliki prinsip yang sama dengan pengukuran dengan teknologi konvensional yang membutuhkan titik referensi bench mark (BM) dan pengukuran backsight sebagai titik ikat atau acuan. Yang menjadi keunggulan 3D TLS bekerja dengan cara pemindaian laser berulangkali, bahkan terkadang hingga jutaan titik per detik, dari berbagai arah sehingga diperoleh data dan informasi tentang semua sisi dari objek secara lebih banyak dan lebih detail. Pemindaian laser ini mencatat rekaman digital objek pengukuran yang jelas dan akurat sesuai dengan kondisi yang ada di lapangan. Titik – titik yang ditangkap merupakan data yang berupa koordinat (x,y dan z). Kemudian titik - titik tersebut berkumpul membentuk suatu kumpulan data  dalam bentuk point cloud.

Keterangan:

α adalah sudut vertical antara bidang horizontal dengan arah penembakan laser.

β adalah sudut horizontal antara arah penembakan laser dengan sumbu x alat.

d adalah jarak yang didapatkan dari pengukuran waktu tempuh laser.

Prinsip kerja pada TLS adalah pulse based/times of flight. Pulse based adalah pengukuran yang didasarkan pada waktu tempuh gelombang laser sejak dipancarkan sampai diterima kembali oleh penerima pulsa laser tersebut. Berdasarkan kecepatan gelombang sinar laser dan waktu tempuhnya, maka akan diketahui jarak obyek dari scanner.

D = ½ x c x ?t

Keterangan :

D         = Jarak dari scanner ke objek (meter)

C         = Kecepatan rambat sinar laser (3 x 108 m/s)

?t         = Waktu tempuh sinar laser pergi dan kembali (second)

 

Akuisisi Data Teknologi 3D TLS

Akuisisi data teknologi 3D TLS dimulai dengan mendirikan kaki tiga (tripod) dan melakukan centering alat di titik bench mark stasiun. Pendirian alat 3D TLS di lapangan dapat dilihat pada gambar di bawah ini.

Setelah alat sudah berdiri di titik stasiun bench mark (standpoint), maka langkah selanjutnya adalah pengukuran backsight titik ikat yang digunakan sebagai acuan. Kebutuhan personil dalam pengukuran dengan menggunakan 3D TLS cukup dengan 2 orang yaitu 1 surveyor pemetaan dan 1 orang asisten surveyor pemetaan. Jumlah personil ini lebih sedikit apabila dibandingkan dengan metode pemetaan terestris konvensional. Akuisisi data di lapangan dilakukan dengan cara pemindaian (scan) jarak jauh dengan memanfaatkan laser yang dipantulkan ke obyek di lapangan. Oleh karena itu, metode 3D TLS cenderung lebih aman dibandingkan metode pemetaan teristris konvensional dikarenakan menggunakan pemindaian secara 3600 tanpa menyentuh objek. 

Pengolahan Data Teknologi 3D TLS

Hasil dari akuisisi data di lapangan yaitu jutaan titik pindai (scan) yang berkumpul dalam bentuk point clouds. Akuisisi data dilakukan dari beberapa kali berdiri alat. Data hasil penyiaman dari setiap berdiri alat disebut dengan stand point. Semakin banyak jumlah stand point, maka akan semakin baik pula hasil pemodelan yang didapatkan. Terdapat beberapa tahapan dalam pengolahan data teknologi 3D TLS antara lain: proses registrasi, proses filterisasi, proses geo-referensi  dan pemodelan 3D.

Proses registrasi yaitu suatu proses menggabungkan point-clouds yang sama dari posisi (standpoint) yang berbeda atau pada proses registrasi ini adalah mengubah koordinat point-clouds dari posisi yang berbeda kedalam sistem koordinat yang sama. Pada setiap pemindaian dari standpoint diperoleh satu sistem koordinat point-clouds yang didefinisikan dalam sistem koordinat lokal, yaitu sistem koordinat internal dari alat TLS. Untuk menggabungkan posisi yang berbeda ini, perlu diketahui posisi standpoint dan orientasi dalam sistem koordinat berbagai pindaian. Secara matematis dapat dilakukan transformasi koordinat dari sistem koordinat alat TLS (coordinate in the scanner system) ke sistem bersama (coordinate in the Common system).

Proses filtering merupakan salah satu proses yang sangat penting, dimana dalam hal ini dilakukan pemilihan antara data yang diperlukan maupun data yang tidak diperlukan (data yang dibuang/noise). Proses filtering ini menggunakan perangkat lunak yang telah tersedia satu paket untuk proses pengolahan data point clouds. Sedangkan pada tahap geo-referencing, diperlukan koordinat titik-titik tempat berdiri alat (standpoint), agar point-clouds berada dalam sistem koordinat baik lokal (SRGI 2013) ataupun global (WGS 1984). Pada tahap pemodelan, dilakukan proses meshing yaitu dengan melakukan wrapping dimana point-clouds diproses menjadi bentuk Triangulated Irregular Network (TIN) sebagai pembungkus permukaan obyek sehingga diperoleh model mesh.

Manfaat Teknologi 3D TLS di Bidang Jalan

Data hasil teknologi 3D TLS dapat digunakan untuk berbagai macam keperluan di bidang jalan Beberapa manfaat hasil data 3D TLS di bidang jalan adalah sebagai berikut:

a. Analisis topografi

     

b. Analisis volume cut and fill timbunan jalan

c. Analisis manajemen lereng jalan

d. Manajemen aset dan as-built drawing

e. Uji laik fungsi jalan

Manfaat Teknologi 3D TLS di Bidang Jembatan

Data hasil teknologi 3D TLS dapat digunakan untuk berbagai macam keperluan di bidang jembatan. Beberapa manfaat hasil data 3D TLS di bidang jembatan adalah sebagai berikut:

a. Monitoring deformasi dan inspeksi jembatan

b. As-built drawing dan manajemen aset jembatan

Tantangan Penerapan Teknologi 3D TLS

1. Teknologi 3D TLS merupakan teknologi yang baru, sehingga masih banyak yang belum mengetahui manfaat tekologi tersebut.
2. SDM (operator) yang memiliki pemahaman dan skill dalam penggunaan dan processing data 3D TLS masih terbatas jumlahnya.
3. Teknologi 3D TLS relatif lebih mahal dari pada teknologi konvensional, namun data yang dihasilkan lebih baik dan lebih efektif.
4. Kelemahan teknologi 3D TLS secara teknis tidak dapat memindai obyek yang telah terpasang reflektor dari alat Total Station.

Kesimpulan

1. Kehadiran teknologi 3D TLS dapat dijadikan solusi baru dalam kegiatan survey pengambilan data spasial di bidang jalan dan jembatan.
2. Teknologi 3D TLS memiliki beberapa keunggulan dibandingkan dengan metode pengukuran teristris konvensional.
3. Data hasil pengukuran menggunakan 3D TLS dapat digunakan untuk analisa teknis, inventaris dan pemodelan bidang jalan dan jembatan.
4. Dengan tersedianya data spasial yang lebih detail dan akurat dengan memanfaatkan teknologi 3D TLS, diharapkan dapat memberikan kemudahan dalam analisa teknis dan pengambilan keputusan (kebijakan) menjadi lebih baik.

Daftar Pustaka

Pemerintah Republik Indonesia (2004), Undang-Undang Nomor 38 Tahun 2004
Tentang Jalan, Sekretaris Negara Republik Indonesia, Jakarta.

Kwan Lam (2007)., Engineering Survey Applications of Terrestrial Laser Scanner., Highways Department of the Government of Hong Kong Special Administration Region (HKSAR) CHOW, HKSAR, China

Leica, 2018, User Manual Leica Laser Scanner HDS P50. Leica Indonesia.

Pradana Dendy S, 2019. “Pemanfaatan Teknologi 3D Terestrial Laser Scanning Di Bidang Jalan Dan Jembatan”. Karya Tulis Ilmiah. Bandung: Pusat Puslitbang Kebijakan dan Penerapan Teknologi.

Quintero, M. S., Genechten, B. V., Bruyne, M. D., Ronald, P., Hankar, M., dan Barnes, S., (2008, June 4), Theory and practice on Terrestrial Laser Scanning. Project (3DriskMapping).

S. Hendriatiningsih (2014)., Survey Pemetaan Model Bangunan Tiga Dimensi (3D) Metode Terrestrial Laser Scanning untuk Dokumentasi As-Built Drawing, Institut Teknologi Bandung. Bandung.

Youtube.com/Matthew Daly (2015)., Bridge As-built - FARO X330 Laser Scanner., diakses pada tanggal 1 November 2019.

 

Ditulis oleh:

Samsul Rijalul Hadi, Direktorat Jenderal Bina Marga