KESAN PERBEZAAN RESOLUSI IMBASAN TERHADAP PEMANTAUAN TANAH RUNTUH MENGGUNAKAN ALAT PENGIMBAS LASER DARATAN

Transcription

1 KESAN PERBEZAAN RESOLUSI IMBASAN TERHADAP PEMANTAUAN TANAH RUNTUH MENGGUNAKAN ALAT PENGIMBAS LASER DARATAN Mohamad Pauzi Bin Mat Zam Politeknik Tuanku Sultanah Bahiyah ( ABSTRAK Pada masa kini, teknologi pengimbas laser daratan menjadi semakin popular dalam memantau pergerakan tanah runtuh disebabkan oleh kemampuannya dalam pengutipan data yang berkelajuan tinggi tanpa memerlukan sentuhan langsung dengan permukaan yang dipantau. Ianya menawarkan ketumpatan data titik awan tiga dimensi yang sangat tinggi dalam resolusi yang tinggi dan mampu mengesan pergerakan tanah runtuh. Tujuan kajian ini adalah untuk menentukan kesan perbezaan resolusi imbasan terhadap pemantauan tanah runtuh menggunakan alat pengimbas laser daratan Topcon GLS Dalam kajian ini, empat jenis resolusi imbasan telah digunakan iaitu resolusi sangat tinggi, tinggi, sederhana dan rendah. Perbezaan resolusi imbasan telah disetkan semasa operasi pengimbasan dan diukur pada cerapan dua epoch. Set data titik awan yang diperolehi telah menjalani proses pendaftaran dan penapisan menggunakan perisian ScanMaster. Selepas itu, set data titik awan yang didaftarkan telah dianalisis menggunakan perisian CloudCompare. Kajian ini menunjukkan bahawa resolusi imbasan mempengaruhi ketepatan dan peta anjakan dalam mengesan pergerakan tanah runtuh. Berdasarkan keputusan yang diperolehi, ketepatan bagi perbezaan koordinat menunjukkan nilai maksimum RMS adalah 0.011m pada resolusi sangat tinggi, 0.015m pada resolusi tinggi, 0.025m pada resolusi sederhana dan 0.043m pada resolusi rendah. Hasil keputusan juga menunjukkan peta anjakan bagi resolusi tinggi dan sangat tinggi dapat mengesan dengan jelas kawasan spesifik bagi tanah runtuh berbanding dengan resolusi rendah dan sederhana. Oleh itu, dapat disimpulkan bahawa resolusi tinggi dan sangat tinggi amat sesuai digunakan untuk pemantauan tanah runtuh dengan menggunakan alat pengimbas laser daratan yang mana dapat memberikan data yang lebih tepat dalam mengesan pergerakan tanah runtuh. KATA KUNCI: Pengimbas Laser Daratan, Tanah Runtuh, Resolusi Imbasan, Titik Awan. 1.0 PENGENALAN Tanah runtuh merupakan salah satu daripada bahaya geologi yang serius yang boleh menyebabkan kecederaan, kehilangan nyawa, kemusnahan harta benda dan infrastruktur. Dalam usaha untuk mencegah dan mengurangkan kemusnahan akibat daripada berlakunya tanah runtuh, satu teknik yang berkesan diperlukan untuk memantau dan meramal bahaya tanah runtuh. Pada masa kini, kaedah yang digunakan untuk pengutipan data tanah runtuh telah berubah secara perlahan-lahan dari kaedah konvensional seperti tekimetri dan ukur aras jitu kepada kaedah yang lebih efisien menggunakan teknologi moden seperti Sistem Penentududukan Sejagat (GPS), Fotogrametri, Pengimbas Laser Daratan (TLS) dan sistem Pesawat Udara Tanpa Pemandu (UAV). Sejak beberapa tahun kebelakangan ini, minat penyelidik dalam mengeksploitasi data TLS untuk pemantauan deformasi telah semakin meningkat. Menurut Miller et al. (2008), Sui et al. (2009) dan Bertacchini et al. (2012) menyatakan bahawa pengimbas laser daratan adalah sesuai untuk pemantauan ketidakstabilan dan deformasi cerun disebabkan oleh keupayaannya menyediakan data titik awan tiga dimensi (3D) yang padat dalam masa cerapan yang singkat 1

2 tanpa memerlukan sentuhan langsung dengan permukaan yang dipantau. Data titik awan 3D ini merupakan data dari hasil imbasan menggunakan alat pengimbas laser daratan yang berbentuk kumpulan titik-titik berkoordinat 3D dari objek pengukuran yang mana boleh digunakan untuk pelbagai tujuan. Selain itu, ketepatan teknologi ini juga boleh diterima untuk pemantauan deformasi cerun dengan ketepatan tahap milimeter (mm) dan sentimeter (cm) (Miller et al., 2008; Abellan et al., 2009; Barbarella et al., 2013). Walaubagaimanapun, antara salah satu aspek penting yang perlu diberi perhatian dalam pengutipan data adalah tahap optimum resolusi imbasan (Miller et al., 2008; Monserrat dan Crosetto, 2008). Oleh itu, perancangan projek yang baik diperlukan untuk memastikan keseimbangan antara masa yang digunakan untuk pengutipan data dan kualiti data imbasan. Disamping itu, resolusi imbasan mempengaruhi ketumpatan titik awan yang mana boleh digunakan untuk menghasilkan Digital Terrain Model (DTM) bagi tujuan analisis deformasi. Oleh itu, tujuan kajian adalah untuk mengkaji kesan perbezaan resolusi imbasan terhadap pemantauan deformasi tanah runtuh menggunakan alat pengimbas laser daratan. Empat jenis resolusi imbasan telah digunakan dalam kajian ini terdiri daripada resolusi sangat tinggi (3.1mm pada jarak 10m), resolusi tinggi (6.3mm pada jarak 10m), resolusi sederhana (12.5mm pada jarak 10m) dan resolusi rendah (25mm pada jarak 10m). Resolusi imbasan yang berbeza-beza ini akan dikaji untuk menentukan tahap optimum resolusi imbasan yang bersesuaian dalam pengesanan deformasi cerun. 2.0 KAWASAN KAJIAN Kawasan kajian yang dipilih untuk kajian ini adalah di kawasan cerun yang terletak berhampiran dengan Lebuhraya Perdana, Kulim Hi-Tech Park, Kulim, Kedah (lihat Rajah 1). Kawasan ini dipilih kerana terdapat tanda-tanda pergerakan tanah yang berlaku pada permukaan cerun tersebut. Rajah 1: Lokasi kawasan kajian yang terletak berhampiran dengan Lebuhraya Perdana, Kulim Hi-Tech Park, Kulim, Kedah. 3.0 PERALATAN Dalam kajian ini, alat pengimbas laser daratan Topcon GLS-2000 (lihat Rajah 2) telah digunakan untuk mendapatkan data titik awan 3D bagi kawasan tanah runtuh. Ianya berkeupayaan untuk melakukan pengutipan data sebanyak 120,000 data titik awan sesaat serta mempunyai resolusi imbasan yang terdiri daripada 3.1mm, 6.3mm, 12.5mm, 25mm dan 2

3 50mm. Oleh itu, penggunaan alat pengimbas laser daratan ini pada resolusi imbasan yang berbeza-beza dalam pemantauan tanah runtuh telah diuji dan dinilai dalam kajian ini. Rajah 2: Alat pengimbas laser daratan Topcon GLS-2000 digunakan untuk mengimbas permukaan tanah cerun 4.0 METODOLOGI KAJIAN Rajah 3 di bawah menunjukkan carta alir metodologi bagi kajian ini. Perancangan Kerja Pengutipan Data Cerapan GPS (kaedah Rapid Static ). Cerapan Pengimbas Laser Daratan pada resolusi imbasan yang berbeza-beza (kaedah tie-point ). Cerapan Total Station (kaedah persilangan). Pemprosesan Data Perisian ScanMaster (pendaftaran, georeferencing dan penapisan data) Perisian CloudCompare (perbandingan titik awan dengan titik awan untuk menghitung deformasi) Analisis / Keputusan Kesimpulan Rajah 3: Carta alir metodologi kajian 4.1 Pengutipan Data Dalam kajian ini, terdapat tiga fasa utama bagi pengutipan data yang telah dilaksanakan iaitu cerapan Rapid Static GPS, cerapan pengimbas laser daratan dan cerapan total station menggunakan kaedah persilangan. Pengutipan data ini telah dilaksanakan pada cerapan dua epochs yang mana cerapan epoch pertama telah dilaksanakan pada 5 September

4 manakala cerapan epoch kedua telah dilaksanakan pada 7 November Rajah 4 di bawah menunjukkan susun atur kedudukan bagi titik kawalan, target sheet dan stesen cerapan. Jarak imbasan antara stesen cerapan dan permukaan cerun adalah lebih kurang 35m dan jarak antara kedua-dua stesen cerapan adalah lebih kurang 30m. Kesemua titik-titik kawalan telah ditentukan kedudukannya dengan baik disekitar kawasan cerun yang mana titik-titik ini akan digunakan untuk tujuan pendaftaran. Manakala kesemua target sheet telah diletakkan di dalam kawasan cerun yang mana kawasan ini dianggap tidak stabil. Rajah 4: Susun atur kedudukan bagi titik kawalan, target sheet dan stesen cerapan Kedua-dua stesen cerapan imbasan telah dicerap menggunakan alat penerima GPS Topcon Hiper V sebelum proses imbasan dilakukan. Cerapan GPS ini dilakukan adalah untuk memperolehi nilai koordinat bagi stesen cerapan imbasan. Kaedah cerapan yang digunakan adalah Rapid Static GPS dengan cerapan selama 30 minit bagi setiap stesen cerapan imbasan. Kesemua data cerapan GPS ini telah diproses menggunakan perisian Topcon Tools versi dan koordinat akhir bagi kedua-dua stesen cerapan imbasan telah ditransformasikan ke sistem koordinat Rectified Skew Orthomorphic (RSO). Dalam kajian ini, empat jenis resolusi imbasan telah digunakan semasa proses pengimbasan yang mana terdiri daripada resolusi sangat tinggi (3.1mm pada jarak 10m), resolusi tinggi (6.3mm pada jarak 10m), resolusi sederhana (12.5mm pada jarak 10m) dan resolusi rendah (25mm pada jarak 10m). Keempat-empat nilai resolusi imbasan ini adalah berdasarkan kepada spesifikasi yang terdapat pada alat pengimbas laser daratan Topcon GLS (Topcon Corporation, 2014). Perbezaan resolusi imbasan ini perlu dikaji untuk menentukan tahap optimum resolusi imbasan yang bersesuaian dalam mengesan pergerakan tanah runtuh. Terdapat dua proses imbasan telah dilaksanakan menggunakan alat pengimbas laser daratan Topcon GLS-2000 iaitu imbasan sasaran dan imbasan 3D. Imbasan sasaran telah dilaksanakan bertujuan untuk menyelaraskan maklumat kedudukan data imbasan 3D dari beberapa stesen imbasan melalui pemprosesan selepas. Dalam kajian ini, empat target sheet dan empat prism telah digunakan sebagai sasaran untuk imbasan (lihat Rajah 5) yang diletakkan disekitar kawasan cerun dalam kedudukan yang dapat dilihat dari stesen imbasan seterusnya. Setelah selesai imbasan sasaran, alat pengimbas laser daratan telah digunakan 4

5 untuk imbasan 3D bagi permukaan cerun dari dua stesen imbasan. Teknik penentuan kawasan imbasan telah digunakan untuk imbasan 3D bagi mengelakkan penggunaan masa yang lama disebabkan oleh imbasan dilakukan ke atas kawasan yang tidak diperlukan. Sempadan kawasan imbasan ditentukan secara terus dalam alat pengimbas laser daratan seperti yang ditunjukkan pada Rajah 6 di bawah. (a) Target sheet (b) Prism Rajah 5: Jenis-jenis sasaran imbasan yang digunakan semasa proses pengimbasan Rajah 6: Penentuan kawasan imbasan Seterusnya alat total station jenis Topcon GTS-226 telah digunakan untuk mencerap kesemua titik-titik kawalan dan target sheets dari kedua-dua stesen imbasan yang diketahui nilai koordinatnya menggunakan kaedah persilangan. Kesemua data cerapan bagi titik-titik kawalan dan target sheets telah diproses menggunakan formula Allan yang telah dirumuskan dalam perisian Microsoft Excel untuk mendapatkan nilai koordinat 3D. Proses cerapan ini adalah untuk mengesahkan kualiti data imbasan yang diperolehi melalui alat pengimbas laser daratan. 4.2 Pemprosesan Data Kesemua data titik awan yang telah dicerap menggunakan alat pengimbas laser daratan telah didaftarkan bersama-sama dalam satu sistem koordinat tempatan iaitu sistem koordinat RSO menggunakan perisian ScanMaster (Rajah 7). Proses pendaftaran data titik awan dilakukan dengan menggunakan sekurang-kurangnya tiga pasangan titik ikatan (tie-points) bagi sasaran imbasan yang diperolehi dari kedua-dua set data titik awan. Seterusnya diikuti dengan pengeditan dan penapisan data-data titik awan yang tidak diperlukan seperti pokok, kenderaan 5

6 dan sebagainya. Setelah selesai set data titik awan akan dieksport dalam format.pts bagi membolehkan pemprosesan dilakukan menggunakan perisian CloudCompare versi 2.9.beta. Rajah 7: Set data titik awan yang telah didaftarkan menggunakan perisian ScanMaster Perisian CloudCompare merupakan perisian sumber terbuka atau open source software. Perisian ini berkemampuan untuk membuat perbandingan sama ada titik awan dengan titik awan atau titik awan dengan permukaan. Dalam kajian ini, kesemua set data titik awan dari kedua-dua epoch telah dianalisis menggunakan teknik perbandingan titik awan dengan titik awan untuk menghitung deformasi tanah cerun. Epoch pertama bagi set data titik awan telah disetkan sebagai Reference yang merujuk kepada titik awan rujukan manakala epoch kedua telah disetkan sebagai Compared yang merujuk kepada titik awan yang akan dihitung jaraknya merujuk kepada titik awan rujukan. Teknik perbandingan titik awan dengan titik awan ini menghitung jarak titik awan yang terdekat antara dua epoch menggunakan algoritma jarak Hausdorff. 5.0 ANALISIS DAN KEPUTUSAN Untuk memperolehi keputusan, penilaian ketepatan data titik awan 3D mengikut resolusi imbasan yang berbeza-beza dari cerapan alat pengimbas laser daratan telah dianalisis. Pada masa yang sama, empat peta anjakan mengikut resolusi imbasan yang berbeza-beza juga telah dihasilkan bagi pengesanan tanah runtuh. Peta anjakan ini dihasilkan menggunakan perisian CloudCompare. 5.1 Penilaian Ketepatan Data Titik Awan 3D Dalam kajian ini, analisis pertama yang telah dijalankan adalah menilai ketepatan data titik awan 3D mengikut resolusi imbasan yang berbeza-beza dari alat pengimbas laser daratan. Penilaian ketepatan ini dilakukan dengan membuat perbandingan koordinat antara data titik awan 3D dari pengimbas laser daratan dengan data total station menggunakan kaedah persilangan. Berdasarkan Rajah 8, ianya menunjukkan bahawa had perbezaan koordinat Timuran adalah dari m hingga 0.011m pada resolusi sangat tinggi, m hingga 0.016m pada resolusi tinggi, m hingga pada resolusi sederhana dan m hingga 0.061m pada resolusi rendah. Berdasarkan Rajah 9, ianya menunjukkan bahawa had perbezaan koordinat Utaraan adalah dari m hingga 0.013m pada resolusi sangat tinggi, m hingga 0.027m pada resolusi tinggi, m hingga pada resolusi sederhana dan m hingga 0.054m pada resolusi rendah. Berdasarkan Rajah 10, ianya menunjukkan bahawa had perbezaan koordinat Ketinggian adalah dari m hingga 0.018m pada resolusi sangat tinggi, m hingga 0.019m pada resolusi tinggi, m hingga pada resolusi sederhana dan m hingga 0.057m pada resolusi rendah. Berdasarkan 6

7 keputusan yang diperolehi dalam Rajah 8, Rajah 9 dan Rajah 10, didapati bahawa resolusi imbasan yang berbeza-beza dari alat pengimbas daratan mempengaruhi perbezaan nilai koordinat bagi komponen Timuran, Utaraan dan Ketinggian. Dalam kes ini, perbezaan nilai koordinat bagi resolusi sangat tinggi digunakan sebagai penanda aras untuk perbandingan. Oleh itu, ianya dapat disimpulkan bahawa keputusan yang diperolehi oleh resolusi tinggi menghampiri kepada keputusan resolusi sangat tinggi berbanding resolusi sederhana dan rendah. Rajah 8: Perbezaan koordinat Timuran antara data titik awan dari pengimbas laser daratan dengan data total station menggunakan kaedah persilangan Rajah 9: Perbezaan koordinat Utaraan antara data titik awan dari pengimbas laser daratan dengan data total station menggunakan kaedah persilangan Rajah 10: Perbezaan koordinat Ketinggian antara data titik awan dari pengimbas laser daratan dengan data total station menggunakan kaedah persilangan 7

8 Berdasarkan Rajah 11, ianya menunjukkan bahawa nilai maksimum RMS bagi perbezaan koordinat (Timuran, Utaraan dan Ketinggian) adalah 0.011m pada resolusi sangat tinggi, 0.015m pada resolusi tinggi, pada resolusi sederhana dan 0.043m pada resolusi rendah. Hasil keputusan juga menunjukkan nilai RMS bagi perbezaan koordinat untuk resolusi tinggi menghampiri kepada resolusi sangat tinggi berbanding resolusi sederhana dan rendah. Oleh itu dapat disimpulkan bahawa resolusi tinggi dan sangat tinggi dapat memberikan keputusan data yang lebih tepat dalam pemantauan deformasi cerun berbanding resolusi sederhana dan rendah. Rajah 11: Nilai RMS bagi perbezaan koordinat antara data titik awan dari pengimbas laser daratan dengan data total station menggunakan kaedah persilangan 5.2 Peta Anjakan Bagi Pengesanan Deformasi Tanah Runtuh Analisis kedua yang telah dijalankan dalam kajian ini adalah penghasilan peta anjakan bagi pengesanan deformasi tanah runtuh mengikut resolusi imbasan yang berbeza-beza menggunakan perisian CloudCompare. Peta anjakan ini dianalisis dengan menggunakan teknik perbandingan titik awan dengan titik awan untuk menghitung deformasi tanah cerun. Rajah 12 menunjukkan empat jenis peta anjakan yang telah dihasilkan mengikut perbezaan resolusi. Setiap peta anjakan menunjukkan empat jenis kod warna yang berbeza-beza terdiri daripada biru, hijau, kuning dan merah. Berdasarkan keputusan yang diperolehi didapati bahawa peta anjakan bagi resolusi tinggi dan sangat tinggi dapat mengesan dengan jelas kawasan spesifik bagi tanah runtuh berbanding dengan resolusi rendah dan sederhana. Kawasan berwarna biru menunjukkan tiada atau sedikit pergerakan berlaku (kawasan yang stabil), manakala kawasan berwarna hijau, kuning dan merah menunjukkan pergerakan kawasan cerun berlaku. 8

9 Rajah 12: Peta anjakan yang telah dihasilkan mengikut perbezaan resolusi imbasan 6.0 KESIMPULAN Berdasarkan keputusan yang diperolehi dari keseluruhan kajian, didapati bahawa perbezaan resolusi imbasan mempengaruhi ketepatan dan peta anjakan dalam mengesan pergerakan tanah runtuh. Oleh itu dapat disimpulkan bahawa resolusi tinggi dan sangat tinggi sangat sesuai untuk pemantauan tanah runtuh menggunakan alat pengimbas laser daratan Topcon GLS-2000 yang mana dapat memberikan data yang lebih tepat dalam mengesan pergerakan 9

10 tanah runtuh. Walaubagaimanapun, resolusi sangat tinggi memerlukan masa cerapan yang panjang untuk pengutipan data titik awan 3D berbanding resolusi tinggi. Oleh itu, resolusi imbasan hendaklah ditetapkan mengikut keperluan aplikasi. Disamping itu, peta anjakan bagi resolusi tinggi dan sangat tinggi dapat mengesan dengan jelas kawasan spesifik bagi tanah runtuh berbanding dengan resolusi rendah dan sederhana. Kajian ini juga mengesahkan bahawa alat pengimbas laser daratan Topcon GLS-2000 boleh digunakan untuk pemantauan pergerakan tanah runtuh dengan ketepatan yang mampu dicapai pada tahap mm dan cm. RUJUKAN Abellan, A., Jaboyedoff, M., Oppikofer, T. and Vilaplana, J. M. (2009). Detection of Millimetric Deformation using a Terrestrial Laser Scanner: Experiment and Application to a Rockfall Event. Natural Hazards and Earth System Science. 9(2): Barbarella, M., Fiani, M. and Lugli, A. (2013). Landslide Monitoring Using Multitemporal Terrestrial Laser Scanning for Ground Displacement Analysis. Geomatics, Natural Hazards and Risk: Taylor & Francis. Bertacchini, E., Capra, A., Castagnetti, C. and Rivola, R. (2012). Investigating an Active Rockslide by Long-Range Laser Scanner: Alignment Strategy and Displacement Identification. FIG Working Week May Rome, Italy: FIG, Miller, P. E., Mills, J. P., Barr, S. L., Lim, M., Barber, D., Parkin, G., Clarke, B., Glendinning, S. and Hall, J. (2008). Terrestrial Laser Scanning for Assessing the Risk of Slope Instability along Transport Corridors. The International Archives of Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, Commission V, Volume 37 (Part B5). July Beijing, China: ISPRS, Monserrat, O. and Crosetto, M. (2008). Deformation Measurement Using Terrestrial Laser Scanning Data and Least Squares 3D Surface Matching. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing. 63(1): Sui, L., Li, J., Wang, X. and Zhao, D. (2009). Monitoring Landslides Dynamics Using Multitemporal Terrestrial Laser Scanning Data. Second International Conference on Earth Observation for Global Changes. Proceeding of SPIE, Volume May Chengdu, China: SPIE, 1-7. Topcon Corporation (2014). Instruction manual laser scanner GLS-2000 series. Tokyo, Japan. from BIBLIOGRAFI Mohamad Pauzi bin Mat Zam, penulis yang berasal dari Kulim, Kedah memiliki Ijazah Sarjana Muda dalam bidang Kejuruteraan Geomatik dari Universiti Teknologi Malaysia (2004). Penulis merupakan seorang Pensyarah di Politeknik Tuanku Sultanah Bahiyah, Kulim sejak 2008 serta mempunyai kepakaran dan pengalaman dalam bidang Ukur Kejuruteran dan Geodesi. 10