Studi ini membandingkan akurasi perhitungan volume material menggunakan data hasil survey dari UAV dan terrestrial laser scanner. Hasilnya menunjukkan deviasi antara kedua metode hanya 0,123% dan akurasi pengukuran mencapai level sentimeter. Presisi elevasi titik berkisar 1-3 kali ukuran piksel citra. Studi ini menunjukkan bahwa survei UAV dapat diandalkan untuk perhitungan volume dengan biaya rendah untuk area sedang.

1. Studi Pemanfaatan UAV untuk
Perhitungan Volume Material
Perbandingan dengan Survey Terrestrial Laser Scanner (TLS)

2. Pendahuluan

3. Seberapa akurat data hasil survey dengan Unmanned Aerial Vehicle (UAV)
untuk menghitung volume material?

4. Lokasi & kondisi
Lokasi
• Dicoba pada site material
• Tumpukan batu & pasir
• Luas area ±1.05 ha
Sistem pembanding
• Dengan terrestrial laser
scanner (TLS)
• Instrumen Leica C10
• Jarak 0.1-300 m
• Ketelitian 5 mm
Sistem UAV
• Dengan quad copter
• Kamera Nikon Coolpix
AW120 geotag 16 MP
• Tinggi terbang 50 m,
overlap 75%
• Total 219 foto GSD 15 mm
Sistem kontrol
• Dengan GNSS-RTK
• NavCom dual frequency
• Surveyor grade system
• Presisi elevasi 2-3 cm
• GCS pada 6 titik

5. Metode perhitungan volume
Metode
tradisional
• Mengukur breakline (crest, toe, creek, spot height)
• Volume dihitung dengan penjumlahan volume
penampang melintang atau profil sepanjang
sumbu tertentu
Metode
kontemporer
• Mengukur sebanyak-banyaknya titik pada
permukaan obyek (point cloud)
• Volume dihitung dengan volume profil permukaan
atau solid obyek secara 3D
Metode popular
• Menghitung jumlah unit transport dengan
kapasitas masing-masing yang sudah fixed

6. Bagaimana menentukan akurasi volume?
error margin ±10 cm
h = 10 m
h = 3 m
A = 300 m2 ± 5 m2 (~1.6%)
A = 100 m2 ± 4.3 m2 (~4.3%)
Tidak mudah untuk menentukan akurasi perhitungan
volume, karena merupakan prosentase dari margin
kesalahan (error margin). Juga untuk membandingkan
berbagai metode perhitungan volume sangat sulit, karena
akurasi volume tidak hanya tergantung pada akurasi
pengambilan data permukaan, tetapi juga ketinggian
(ketebalan) volume terhitung.
Gambar di samping menunjukkan bahwa obyek dengan
ketebalan volume 10 m memiliki sensitivitas terhadap
kesalahan permukaan yang lebih kecil dibandingkan
dengan obyek setebal 3 m.
Oleh karena itu, analisis kemudian difokuskan kepada
perbandingan kesalahan permukaan (surface error).

7. Metode
Pengukuran

8. Pengujian dataset surface
 Pengukuran dilakukan pada area gumuk pasir di Pantai
Parangkusumo, Yogyakarta
 Hasil generalisasi data UAV digunakan sebagai
reference plan, dengan pengaturan filter GSD pada
resolusi 15 mm.
 Pengaturan pengolahan software fotogrametri
ditetapkan pada nilai standar untuk mendapatkan hasil
yang netral dan dapat digunakan berulang.
 Data UAV kemudian dibandingkan secara statistik
dengan metode laser scanning:
 Nilai koordinat foto UAV dikontrol dengan GCS
yang diukur dengan GNSS-RTK
 Nilai koordinat foto UAV dibandingkan dengan
hasil pengukuran dengan TLS
 Hasil perhitungan volume material foto UAV
dibandingkan dengan perhitungan volume data
point cloud TLS pada area seluas 1.05 ha

9. Spesifikasi system & data UAV
 Jenis wahana: quad-copter (Nusatech QC-15)
 Sensor: kamera Coolpix AW120 geotag 16 MP
 Panjang fokal kamera: 4.3 mm
 Tinggi terbang wahana: 53.763 m
 Ground sampling distance (GSD): 15.186 mm/piksel (15 cm)
 Jumlah foto: 219 station
 Tie point: 33,527 titik
 Error: 3.130 pixel
 Kerapatan data: 1,084.08 titik/m2
Gambar di samping menunjukkan posisi kamera dan banyaknya
overlap pada suatu lokasi.

10. Spesifikasi system & data TLS
 Jenis sistem: terrestrial laser scanner
 Sensor: Leica ScanStation C10
 Jangkauan laser: 0.1-300 m
 Kecepatan pengukuran: 50,000 point/detik
 Kerapatan data: 5.475 mm
 Jumlah station: 4 station
Akurasi data point cloud ditunjukkan dengan tabel RMS
error pada proses registrasi di bawah ini:
RMS (m) AVG (m)
Scan 1 to 2 0.002000 0.012000 41 0.012161 0.006636
Scan 2 to 3 0.033000 0.024000 26 0.023654 0.018270
Scan 3 to 4 0.020000 0.018000 15 0.018002 0.011340
Average 0.017939 0.012082
Overlap error stats.
IterationsError vector (m)Error (m)Registration

11. Spesifikasi GNSS & titik kontrol
 Jenis sistem: advanced GNSS UltraRTK
 Instrumen: NavCom LandPak SF-3040
 Frekuensi: geodetic L1, L2, L2C, L5
 Akurasi RTK: 10 mm + 0.5 ppm
 Akurasi static: 5 mm + 0.5 ppm
 Raw data rate: 5 Hz
Berikut adalah daftar koordinat GCS hasil pengamatan:
Point Easting (m) Northing (m) Elevation (m)
GCS1 424731.218000 9113711.361400 32.538100
GCS2 424729.508100 9113764.376500 31.928100
GCS3 424677.327900 9113780.377100 36.761100
GCS4 424664.642600 9113751.647000 36.432100
GCS5 424643.901800 9113714.485200 37.618100
GCS6 424712.493100 9113671.957500 30.011100
GNSS-RTK Coordinates

12. Hasil
Pengukuran

13. Point X error (mm) Y error (mm) Z error (mm) Error (mm)
GCS1 20.443 19.457 5.334 28.722
GCS2 34.047 14.961 3.546 37.358
GCS3 82.379 35.815 0.174 89.828
GCS4 16.579 48.352 4.658 51.327
GCS5 20.224 16.913 1.800 26.425
GCS6 8.565 5.284 4.118 10.874
Rerata 30.373 23.464 3.272 38.520
Data posisi foto UAV vs GCS GNSS-RTK
Sebagai kontrol, sebanyak 6 titik pada 6 lokasi yang berbeda dibandingkan dengan data GCS yang diamati menggunakan advanced
GNSS-RTK. Rerata kesalahan arah sumbu X sebesar 30.373 mm (3 cm), arah sumbu Y sebesar 23.464 mm (2 cm) dan kesalahan
elevasi sebesar 3.272 mm. Hasilnya, kecilnya nilai error arah sumbu X, Y dan Z tersebut memberikan Error Vector hanya sebesar
38.520 mm (4 cm), atau kurang dari 3 kali GSD data foto UAV.

14. Point X error (mm) Y error (mm) Z error (mm) Error (mm)
GCS1 39.443 14.857 8.234 42.945
GCS2 20.058 50.842 12.259 56.014
GCS3 34.474 46.824 44.696 73.339
GCS4 43.303 42.581 1.105 60.741
GCS5 27.707 -33.784 2.459 43.762
GCS6 14.829 21.699 11.166 28.556
Rerata 29.969 23.837 13.320 40.543
Data posisi foto UAV vs point cloud TLS
Deviasi rerata antara data surface UAV dengan TLS berada di kisaran 1 s/d 3 cm, dengan Error Vector sebesar 40.543 mm (4 cm).
Hal ini mencapai level yang sesuai dengan hasil terbaik teoretis menggunakan metode fotogrametri, bahkan dengan kualitas foto
terendah sekalipun. Hasil lebih presisi dapat diperoleh dengan meningkatkan kualitas resolusi kamera atau menurunkan tinggi
terbang wahana UAV.

15. Point X error (mm) Y error (mm) Z error (mm) Error (mm)
GCS1 19.000 4.600 2.900 19.763
GCS2 13.989 35.881 8.713 39.485
GCS3 47.905 11.009 44.522 66.320
GCS4 26.724 5.771 3.553 27.570
GCS5 7.483 50.697 0.659 51.251
GCS6 6.264 26.983 7.048 28.583
Rerata 20.228 22.490 11.232 32.267
Data posisi point cloud TLS vs GNSS-RTK
Sebagai kontrol perbandingan, data pengukuran TLS juga dibandingkan dengan data GCS hasil pengamatan GNSS-RTK, yang
memberikan Error Vector sebesar 32.267 mm (3 cm). Hasil ini mengkonfirmasi bahwa hasil pengukuran dengan ketiga sistem
memberikan hasil yang konsisten, dengan kisaran deviasi di angka 1 s/d 3 GSD (1.5 s/d 4.5 cm).

16. Perbandingan
Volume

17. Perbandingan volume
Untuk membandingkan hasil perhitungan volume secara relatif, diambil sebuah area gundukan gumuk pasir tanpa vegetasi seluas
±1.05 ha. Menggunakan software Surpac Geovia, perhitungan volume dilakukan dengan mengurangkan surface gumuk pasir aktual
pada bidang acuan 0 m, menggunakan metode Nett Volume. Mengingat jumlah titik point cloud hasil pengukuran sangat banyak
(mencapai puluhan juta titik), untuk bisa diolah menggunakan Surpac, data UAV dan TLS dibuat menjadi data point XYZ dengan
grid DSM 4 cm.
Hasil pemotongan data pada boundary area yang sama menghasilkan perbedaan jumlah titik, jumlah segitiga triangulasi yang
terbentuk dan luas permukaan area. Selisih luas area horizontal sebesar 1.792 m; selisih luas permukaan surface sebesar 32.235 m2;
dan selisih hasil perhitungan volume sebesar 436.947 m3.
Deviasi perhitungan volume data yang diambil dengan sistem UAV dan sistem TLS dalam studi ini adalah sebesar 0.123%
Sistem Ʃ Titik Ʃ Segitiga Z Datum Z Min (m) Z Max (m) Hz Area (m2) Surf. Area (m2) Volume (m3)
Photo UAV 259512 515275 0 29.692 38.059 10372.993 10493.653 354626.320
TLS 243455 483348 0 29.949 38.054 10371.201 10525.888 355063.267
Selisih 1.792 -32.235 -436.947
Deviasi -0.123%

18. Tampak planimetris (XY)
Tampak memanjang 1 (YZ)
Tampak memanjang 2 (XZ)

19. Potongan memanjang pada Y=9113745 N dengan perbesaran
elevasi 5x, atas data foto UAV dan bawah data TLS
Hasil pengukuran UAV pada ruang 3 dimensi

20. Kesimpulan
Akurasi
• Akurasi hasil pengukuran pada level sentimeter (cm)
• Deviasi memenuhi standar survey praktis untuk perhitungan volume (s/d 1%)
Presisi
• Presisi elevasi titik antara 1 s/d 3 GSD
• Dapat ditingkatkan dengan menggunakan kamera resolusi lebih tinggi dan menurunkan tinggi terbang wahana
Nilai
tambah
• Efisien dan murah untuk luas area sedang
• Selain DSM, dihasilkan pula ortofoto mosaik detil tinggi yang ter-georeferensi

21. Terima kasih