1 Bab I Pendahuluan I.1. Latar Belakang Tangki Ukur Tetap Silinder Tegak yang selanjutnya disingkat TUTSIT adalah tangki ukur yang mempunyai penampang lintang berbentuk lingkaran, berdiri tegak di atas pondasi kokoh dan tetap.(Dirjen PDN, 2010) Selain digunakan sebagai alat untuk menyimpan cairan dalam jumlah besar, TUTSIT juga digunakan sebagai alat ukur volume atau massa cairan yang disimpan di dalamnya.(OIML-R71, 2008) Cairan yang disimpan dapat berupa bahan bakar minyak (BBM), bahan bakar gas yang dicairkan, cairan nabati, alkohol, cairan kimia dan air. Di Indonesia, TUTSIT yang digunakan untuk menyimpan dan menakar BBM wajib diuji akurasi pengukurannya setiap 10 tahun sekali oleh penera dari unit metrologi di bawah binaan Kementerian Perdagangan.(Kementerian Perdagangan Republik Indonesia, 2018) sedangkan waktu kalibrasi untuk tangki yang digunakan untuk menyimpan cairan jenis lainnya diserahkan kepada pemilik tangki dan dapat dikalibrasi oleh institusi penyedia kalibrasi TUTSIT. Salah satu metode kalibrasi TUTSIT adalah metode geometrik. Metode geometrik tersebut dapat berupa metode Strapping, optik atau metode lainnya (Dirjen PDN, 2010) (OIML-R71, 2008). Salah satu metode lainnya yang sedang berkembang sekarang ini adalah metode 3D laser scanner. Metode Strapping menentukan diameter dalam tangki melalui serangkaian pengukuran yang dilakukan di luar tangki dan membutuhkan petugas kalibrasi minimal 3 orang. Untuk metode optik dan metode 3D laser scanner, penentuan diameter dalam tangki tiap cincin dapat dilakukan di dalam tangki. Selain itu, metode optik berupa internal electro-optical distance-ranging (EODR) ditujukan untuk pengukuran TUTSIT yang memiliki diameter dalam lebih dari 5 m sedangkan metode optik lainnya ditujukan untuk TUTSIT yang berdiameter lebih dari 8 m. (OIML-R71, 2008) Selain itu, metode optik ini membutuhkan petugas kalibrasi kurang atau sama dengan 3 orang. Jika dilihat dari jumlah titik pengukuran, metode 3D laser scanner lebih unggul dibandingkan metode lainnya karena dapat mengambil data hingga ratusan ribu dalam jangka waktu satu detik secara otomatis dengan jumlah petugas yang dibutuhkan minimal satu orang.(Knyva et al., 2013) Oleh karena itu, metode 3D 2 laser scanner ini dapat menghasilkan model 3D yang dapat digunakan untuk mengkalibrasi TUTSIT(Knyva et al., 2013), untuk menginspeksi karakteristik geometris tangki(Burak et al., 2019) serta untuk mengetahui deformasi tangki(Pukanská et al., 2014). Artinya, metode 3D laser scanner lebih efisien dalam hal waktu dibandingkan dengan dua metode lainnya. Akan tetapi dari segi biaya untuk membeli peralatan pengukuran dan pengolahan data serta kemudahan petugas dalam mengoperasikan peralatan dan perlengkapan pengukurannya, metode Strapping relatif lebih murah dan mudah dibandingkan dengan metode lainnya termasuk metode 3D laser scanner.(O. O. Agboola et al., 2019) Selain itu, metode optik dan 3D laser scanner memerlukan petugas yang memiliki pengetahuan pengolahan data cloud menggunakan software tertentu sedangkan metode Strapping dapat diolah hanya dengan Microsoft Excel. Lebih dari itu, di Indonesia, pihak metrologi legal masih menjadikan metode Strapping sebagai metode nasional dalam mengkalibrasi volume TUTSIT dibandingkan dengan metode lainnya. Hal ini dibuktikan dengan adanya peraturan mengenai cara menguji volume TUTSIT dengan menggunakan metode Strapping yang dituangkan dalam sebuah peraturan bernama syarat teknis TUTSIT (Dirjen PDN, 2010). Berdasarkan hal tersebut, penelitian ini tertarik untuk mengembangkan suatu sistem pengukuran volume TUTSIT yang dapat mengambil data pengukuran yang banyak di dalam tangki secara otomatis namun dengan biaya peralatan dan perlengkapan yang terjangkau. Berbeda dengan metode optik dan 3D laser scanner yang menggunakan alat ukur komersial yang sudah jadi, sistem yang dikembangkan pada penelitian ini akan menggunakan purwarupa alat pemindai berbasis ultrasound ranging yang banyak dikembangkan para peneliti pada robotic mapping (Elsayed et al., 2019, Moreno-Ortiz et al., 2017, Ahmad et al., 2016, Nakajima et al., 2017) atau alat pengukur jari-jari tangki silinder(Sutanto et al., 2020). Selain itu, alat ini akan dirancang menggunakan komponen-komponen yang banyak dijual di pasaran dengan harga yang relatif terjangkau. Alat pemindai yang dirancang akan dapat memindai dengan cara berputar kontinu 360 o secara horizontal dan otomatis serta memiliki resolusi pengukuran 1 mm dan 3 bersifat portabel. Komponen-komponen utama penyusun alat pemindai ini terdiri dari mikrokontroler Arduino Uno R3, sistem mekanik, dan tiga transduser ultrasonik HRLV Maxsonar EZ1 serta baterai 12 VDC. Ketiga transduser yang digunakan memiliki resolusi 1 mm dengan rentang pengukuran 30-500 cm. Dua transduser akan digunakan untuk memindai jarak antara alat pemindai dengan dinding tangki sedangkan transduser lainnya akan digunakan untuk mengukur posisi ketinggian alat pemindai ketika pengukuran dilakukan. Karena bekerja secara otomatis dan kontinu maka hasil pemindaian akan memiliki jumlah data yang lebih banyak dibandingkan jumlah data yang diambil menggunakan metode optik namun lebih sedikit dibandingkan dengan metode 3D laser scanner. Selanjutnya, seperti halnya pada metode 3D laser scanner atau metode optik (internal EODR), data cloud hasil pemindaian akan diolah untuk menghilangkan gross error dan outlier dan diterapkan pencocokan model geometri pada data yang telah diolah tersebut. (Huadong et al., 2017) Pencocokan yang akan digunakan adalah pencocokan lingkaran menggunakan metode RANSAC (Random Sample Consensus) yang lebih ramah outlier dibandingkan dengan metode least square.(Schnabel et al., 2007) Hasil pencocokan merupakan model 2 dimensi berupa lingkaran, jari-jari dan titik pusat lingkaran tersebut. Diameter dan volume TUTSIT dapat diperoleh dengan mudah menggunakan data jari-jari lingkaran hasil pencocokan dan tinggi cincin dari hasil pengukuran metode Strapping. Untuk dapat mengetahui akurasi sistem pengukuran volume yang dibuat, maka hasil pengukuran volumenya akan dibandingkan dengan hasil pengukuran volume metode Strapping. I.2. Batasan Masalah Batasan masalah yang digunakan dalam penelitian ini adalah: a. Metodologi yang digunakan pada penelitian ini yaitu pembuatan purwarupa pemindai jarak ultrasonik secara kontinu untuk pengukuran volume TUTSIT, pembentukan model lingkaran yang mewakili penampang melintang dalam TUTSIT untuk mengestimasi jari-jari dan diameternya, eksperimen, dan perhitungan volume TUTSIT. b. Pemindaian hanya akan dilakukan pada cincin pertama dan cincin kedua dari empat cincin yang ada pada TUTSIT di Pusat Pengembangan Sumber Daya Kemetrologian (PPSDK), Kementerian Perdagangan Republik Indonesia. 4 c. Pembentukan model 2 dimensi berupa lingkaran serta estimasi jari-jari dan diameter lingkaran tersebut hanya dilakukan pada cincin pertama dan cincin kedua dari permukaan TUTSIT di PPSDK. d. Menghitung volume kotor TUTSIT di cincin I dan II berdasarkan jari-jari atau diameter dari model lingkaran yang diperoleh untuk kemudian divalidasi dengan hasil metode Strapping pada TUTSIT yang berada di PPSDK. e. Hasil pengukuran ketinggian transduser ultrasonik ke-3, US-3, hanya digunakan sebagai alat bantu indikasi posisi pengujian di suatu ketinggian di cincin TUTSIT. f. Hasil pengukuran suhu dan kelembaban oleh transduser DHT hanya digunakan untuk menggambarkan kondisi pengukuran yang sedang dilakukan. I.3. Pengandaian/Asumsi Asumsi yang digunakan pada penelitian ini adalah dimensi dari tangki silinder tegak sudah terkalibrasi dengan menggunakan metode Strapping dan dapat digunakan sebagai standar pengujian akurasi hasil pengukuran volume tangki oleh sistem pengukuran yang dikembangkan dalam penelitian ini. I.4. Hipotesis Berdasarkan para peneliti di bidang robotic mapping di atas, alat pemindai atau pemetaan yang berbasiskan ultrasound ranging dapat mendeteksi jarak yang ada di sekitar alat pemindai dengan baik termasuk pada lingkungan berbentuk tangki silinder(Sutanto et al., 2020). Dengan demikian, data hasil pemindaian dapat digunakan untuk menghitung diameter lingkaran hingga menghitung volume tangki. Untuk menghitung diameter dan volume TUTSIT, data hasil pemindaian perlu melalui pemrosesan awal seperti eliminasi gross error dan pemfilteran agar diperoleh titik data cloud yang akurat. Selain itu, pencocokan lingkaran metode RANSAC pada data yang telah diproses tersebut akan menghasilkan model lingkaran yang memiliki jari-jari atau diameter yang akurat sehingga dapat mewakili profil penampang melintang TUTSIT. Bersama dengan ketinggian tangki di cincin I dan II dari hasil pengukuran metode Strapping, diameter lingkaran tersebut dapat digunakan untuk mengukur volume TUTSIT pada cincin I dan II secara akurat. 5 I.5. Sasaran Penelitian I.5.1. Sasaran Penelitian Sasaran dari penelitian ini adalah: a. Sistem instrumentasi pemindai jarak kontinu untuk pengukuran volume TUTSIT yang menggunakan transduser ultrasonik dapat berfungsi dengan baik. b. Sistem instrumentasi tersebut memiliki linearitas pengukuran jarak yang bagus pada rentang ukurnya 30-250 cm yang ditunjukkan oleh nilai koefisien korelasi r sebesar 99%. c. Sistem instrumentasi tersebut dapat mengukur jarak secara kontinu sambil berputar. d. Teknis pemrosesan awal pada data dan algoritma pencocokan lingkaran yang digunakan dapat menghasilkan model lingkaran dari penampang melintang dalam tangki yang akurat. e. Volume hitung dari sistem instrumentasi tersebut memiliki kesalahan kurang dari 2% terhadap hasil pengukuran volume TUTSIT dengan metode Strapping pada cincin I dan II. I.5.2. Kontribusi Bermakna a. Originalitas Originalitas dari penelitian ini adalah mengembangkan sistem pengukuran volume TUTSIT pada cincin I dan II dengan menggunakan purwarupa alat pemindai berbasis ultrasound ranging dan pengolahan data berupa teknik pembersihan outlier dan pencocokan data metode RANSAC untuk memperoleh model dua dimensi berupa lingkaran yang mewakili penampang melintang dalam tangki. b. Kebaruan Terdapat tiga kebaruan yang ditawarkan pada penelitian ini. Kebaruan yang pertama adalah sistem pengukuran yang menggunakan alat pemindai berbasiskan ultrasound ranging yang digunakan untuk membuat model lingkaran yang mewakili penampang melintang dalam TUTSIT. Kebaruan yang kedua adalah cara yang digunakan untuk memperoleh model lingkaran tersebut yang menggunakan teknik pembersihan outlier dengan cara tertentu 6 sehingga hasil pencocokan lingkaran dapat lebih optimal dan mewakili kondisi penampang melintang dalam tangki. Cara tersebut merupakan gabungan dari beberapa teknik yang sudah ada namun menerapkan informasi dimensi TUTSIT yang digunakan untuk menentukan batas threshold dalam pemfilteran data. Kebaruan yang ketiga adalah diameter dari model lingkaran yang diperoleh dapat digunakan untuk menentukan volume silinder. c. Aktualitas Dengan dilakukannya penelitian ini diharapkan memberikan solusi alternatif dalam pengembangan sistem pengukuran volume TUTSIT dengan menggunakan alat pemindai yang menggunakan transduser ultrasonik. I.6. Tujuan Penelitian I.6.1. Tujuan Umum Tujuan umum dari penelitian ini adalah: a. Membuat sistem pengukuran volume TUTSIT dengan menggunakan sistem instrumentasi pemindai jarak kontinu yang menggunakan transduser ultrasonik. b. Membuat model lingkaran dari permukaan dalam TUTSIT pada cincin I dan II dari sistem instrumentasi pemindai jarak kontinu yang menggunakan transduser ultrasonik. c. Menentukan volume TUTSIT pada cincin I dan II menggunakan model lingkaran yang diperoleh. I.6.2. Tujuan Spesifik Tujuan spesifik dari penelitian ini adalah: a. Membuat purwarupa alat pemindai yang dapat memindai jarak di dalam tangki TUTSIT di posisi ketinggian yang berbeda pada cincin I dan II dengan menggunakan dua buah transduser ultrasonik. b. Menentukan diameter dalam TUTSIT pada cincin I dan cincin II menggunakan model lingkaran hasil pencocokan RANSAC pada data hasil pemindaian. 7 c. Menentukan volume TUTSIT pada cincin I dan cincin II menggunakan data diameter hasil pencocokan lingkaran yang diperoleh. I.7. Metode Penelitian Metode yang dilakukan untuk melakukan penelitian ini terdiri dari 4 tahapan. Keempat tahapan tersebut adalah: a. Studi literatur Pada tahapan ini, pustaka-pustaka yang relevan dan menunjang penelitian ini dikumpulkan dan digunakan sebagai landasan dalam melakukan penelitian ini. b. Perancangan dan pembuatan purwarupa Pada tahapan ini, sebuah purwarupa dirancang dan dibuat sebagai alat untuk pengambilan data. c. Pengujian purwarupa Sebelum digunakan dalam pengambilan data, purwarupa yang akan digunakan akan diuji dengan membandingkan penunjukkannya terhadap standar pengukuran yang sesuai. d. Pemodelan lingkaran dan perhitungan volume Setelah purwarupa diuji akurasi pengukurannya, purwarupa tersebut digunakan untuk mengambil data dimensi tangki silinder bagian dalam. Data yang diperoleh akan digunakan untuk membuat model lingkaran yang mewakili penampang melintang dalam tangki dan perhitungan volume dalam tangki yang diukur. e.