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

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.

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

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

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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

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

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

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

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

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

Gambar Pompa Pengambilan Sample Udara dengan Tabung Detektor Gas

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

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

• 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

• 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

• 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

• 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

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

Metode Penelitian

Gambar Diagram Cara Kerja Sistem

Pembuatan Sistem Pengaturan Udara dari Pompa ke Tabung Detektor Gas

Metode Penelitian

Gambar Diagram Distribusi Udara

Pembuatan Rangkaian Catu Daya.

Metode Penelitian

Pembuatan Rangkaian Catu Daya.

Metode Penelitian

Metode Penelitian– Pembuatan Rangkaian Relai

Metode Penelitian– Pembuatan Rangkaian Relai

Metode Penelitian– Pembuatan Rangkaian Mikrokontroler

Metode Penelitian– Pembuatan Rangkaian Mikrokontroler

Metode PenelitianPembuatan Program Mikrokontroler

Pembuatan Program untuk Segmentasi Warna danPengukuran Jarak.

Metode Penelitian

Langkah-langkah segmentasi warna:

Metode Penelitian

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

Hasil Rancangan Alat

HASIL DAN PEMBAHASAN

Alat dilihat dari belakangAlat dilihat dari depan

Hasil Pengujian Program

HASIL DAN PEMBAHASAN

Hasil Kalibrasi Nilai Posisi dengan Nilai Skala Tabung

HASIL DAN PEMBAHASAN

Hasil Kalibrasi Nilai Posisi dengan Nilai Skala Tabung

HASIL DAN PEMBAHASAN

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.

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.

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

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