Sobat Smart Farmer, seperti yang kita ketahui, Pertanian di Indonesia akhir-akhir ini mengalami banyak tantangan seperti pemenuhan kebutuhan pasar, permasalahan iklim, sampai ke alih fungsi lahan. Salah satu solusi untuk itu yakni dengan menerapkan pertanian presisi. Pertanian presisi (precision farming) didasarkan pada informasi dan teknologi pada sistem pengelolaan pertanian yang bertujuan untuk mengidentifikasi, menganalisis, dan mengelola informasi keragaman spasial dan temporal di dalam lahan supaya mendapatkan keuntungan optimum, berkelanjutan, serta menjaga lingkungan. Implementasi dari pertanian presisi ini salah satunya dengan melakukan pengukuran pada tanaman untuk dapat mengamati laju pertumbuhannya.
Sistem Monitoring Pertumbuhan Tanaman
Pertumbuhan tanaman yakni peristiwa bertambahnya ukuran tanaman seperti tinggi, luas daun, dan volumenya. Pertumbuhan tanaman pada fase vegetatif merupakan salah satu tahapan penting dalam produksi yang menentukan kualitas akhir produk pertanian. Pengukuran pada tanaman biasanya dilakukan secara langsung dengan menggunakan alat ukur konvensional. Beberapa cara pengukuran juga terkadang bersifat merusak tanaman, seperti mengukur luas daun dengan cara memetik beberapa sampel daun pada tanaman. Pengukuran seperti ini disebut dengan pengukuran destruktif. Solusi dari pengukuran yang bersifat destruktif tersebut adalah dengan menggunakan berbagai metode non-destruktif seperti teknologi laser scanning maupun computer vision.
Teknologi laser scanning bekerja dengan cara memindai objek tanaman dengan menggunakan sinar laser. Hasil pindaian tersebut diproses sehingga didapatkan hasil pengukuran yang dicari. Kekurangan dari teknologi ini yakni harganya yang relatif cukup mahal. Apabila kita mencari alat laser scanning di berbagai e-commerce maka dapat dilihat harga-harga dari berbagai jenisnya mecapai angka belasan hingga puluhan juta rupiah. Maka dari itu, pada penelitian yang dikerjakan oleh penulis, diuji cobakan metode pengukuran non-destruktif dengan biaya lebih terjangkau dari teknologi laser scanning tetapi tetap memiliki tingkat akurasi yang baik.
Metode Rekonstruksi Tiga Dimensi
Model tiga dimensi tanaman dapat dihasilkan menggunakan beberapa metode. Metode yang paling akurat saat ini yakni dengan menggunakan terestrial laser scanner (TLS). Penggunaan instrumen TLS untuk pemodelan masih sangat terbatas karena biaya peralatan yang tinggi serta keterbatasan perangkat lunak (software) yang digunakan. Dalam penelitian ini dilakukan studi metode untuk dijadikan alternatif pengganti metode terestrial laser scanner yang lebih murah. Metode yang digunakan untuk menekan biaya yang tinggi ini adalah metode fotogrametri rentang dekat (Close-Range Photogrammetry).
Metode fotogrametri rentang dekat menggunakan prinsip dasar pengukuran tumpang tindih (tampalan) antar foto dengan sudut pandang yang berbeda dan pengukuran orientasi kamera. Model tiga dimensi yang dihasilkan sangat dipengaruhi oleh banyaknya area tampalan antar foto. Semakin banyak foto yang bertampalan maka semakin baik pula hasil model tiga dimensinya. Sebelum foto diolah, dilakukan kalibrasi terhadap kamera yang digunakan untuk mengetahui faktor orientasinya.
Metode fotogrametri didasarkan pada pengolahan citra gambar 2 dimensi yang hasilnya berupa Digital Terrain Model (DTM), Digital Elevation Model (DEM), Digital Surface Model (DSM), dan rekonstruksi tiga dimensi. Model tiga dimensi yang dihasilkan merupakan pertampalan foto yakni pengambilan citra 17 foto 2 dimensi objek tertentu yang diambil dari berbagai sudut.
Pengembangan Sistem
Pada studi yang dilakukan, dirancang sistem yang terdiri dari alat pemindai tanaman berbasis web-camera yang akan melakukan pengambilan data foto pada objek tanaman. Data foto tanaman yang telah didapatkan kemudian akan diolah menjadi objek tiga-dimensi pada software. Terakhir dilakukan proses pengukuran volumetrik terhadap objek tiga-dimensi tanaman tersebut. Tingkat keakuratan pada metode ini dilakukan dengan cara memvalidasi hasil dari pengukuran volume objek tiga-dimensi dengan pengukuran volume secara konvensional.
Sobat Smart Farmer, dari Gambar 1. dapat dilihat kerangka pikir sistem monitoring pertumbuhan tanaman yang dilengkapi dengan alat pemindai. Alat pemindai dan rekonstruksi 3D yang dibuat terdiri dari 2 komponen utama dan 1 komponen pendukung. Komponen utama terdiri sistem akuisisi citra dua dimensi foto dan sistem rekonstruksi tiga dimensi. Untuk komponen pendukung alat ini terdiri dari rangka penyangga dari besi siku lubang, lampu LED sebagai lighting tambahan, serta kain untuk alas objek tanaman.
Kinerja Sistem Pemindai dan Rekonstruksi 3D
Hasil surface reconstruction pada penelitian ini dapat dilihat pada Gambar 2. Dari hasil yang didapatkan terlihat bahwa model tiga dimensi yang dihasilkan dari metode fotogrametri rentang dekat ini sudah menyerupai model sebenarnya, walaupun masih terdapat kekurangan yakni objek yang tertutup daun tanaman bagian atas seperti lekukan daun maupun tanah tidak mampu direkonstruksi dengan baik. Dari hasil rekonstruksi ini dapat di estimasi volume tanaman, yang merupakan salah satu indikator fisik pertumbuhan dan perkembangan tanaman yang ingin kita ukur secara presisi.
Hasil validasi menggunakan uji RMSE (Root Mean Square Error), koefisien determinasi (R²), dan NSE (Nash-Sutcliffe Efficiency) masing-masing menghasilkan nilai 0,954 cm, 0,999, dan 0,999. Dari hasil tersebut dapat disimpulkan bahwa sistem pengukuran secara non-destruktif pada penelitian ini dapat menjadi alternatif cara pengukuran pada objek tanaman.
Acknowledgement
Penelitian ini merupakan hasil penelitian tugas akhir yang didanai dengan skema Reknogisi Tugas Akhir (RTA) tahun 2019-2020 yang dilaksanakan di Smart Agriculture Research dalam merintis penerapan pertanian presisi pada plant factory. Penelitian ini dibimbing oleh: Dr. Andri Prima Nugroho, Prof. Dr. Lilik Sutiarso, M.Eng., dan Dr. Rudiati Evi Masithoh, M.Dev. Tech.
[simple-author-box]
