## SURVEI TIGA DIMENSI TUGU PAHLAWAN METODE TERRESTRIAL LASER SCANNING UNTUK VISUALISASI DAN ANALISA KETINGGIAN BANGUNAN (Studi Kasus : Tugu Pahlawan, Surabaya, Jawa Timur)
3D VISUALIZATION OF CULTURAL HERITAGE USING TERRESTRIAL LASER SCANNER (A Case Study : Monument of Heroes, Surabaya, East Java)
Cherie Bhekti Pribadi 1 , Hepi Hapsari Handayani 1 , Firdiansyah Eka Rachmawan 1 ,
1 Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya Email: cherie_b@geodesy.its.ac.id

## Abstrak
Subjek penelitian yang dilaporkan adalah visualisasi tiga dimensi (3D) permukaan model dalam survei pemetaan tiga dimensi  menggunakan  terrestrial  laser  scanning  (TLS).  Tugu  Pahlawan  yang  berlokasi  di  pusat  Kota  Surabaya  dekat kantor Gubernur Jawa Timur ini terpilih sebagai objek penelitian. Instrumen teknologi laser yang digunakan sebagai pembanding adalah Geomax Zoom 300 (Terrestrial Laser Scanner) dan Gowin TKS-202 ( Electronic Total Station ) serta GPS  Geodetik  untuk  pengukuran  acuan  koordinat  dan  ketinggian  Tugu  Pahlawan  yang  bergeoreferensi.  Koordinat hasil  pengukuran Electronic  Total  Station dan Terrestrial  Laser  Scanner kemudian  diubah  menjadi  koordinat  global (UTM) menggunakan proses  georeferensi hasil pengukuran GPS Geodetik. Koordinat, diameter dan ketinggian Tugu Pahlawan dihitung untuk setiap model. Uji statistik kemudian digunakan sebagai validasi data terrestrial laser scanner dengan electronic total station . Dengan interval kepercayaan 90% pada uji statistik, 80% diantaranya masuk kedalam interval kepercayaan. Tinggi Tugu Pahlawan menurut data arsip adalah 41,448 m, berbeda dengan hasil pengukuran Total Station adalah 41,144 m sedangkan hasil TLS adalah 41,447 m. Hasil uji statistik ketinggian disimpulkan bahwa ketinggian  TLS  berada  diluar  interval  kepercayaan.  Diharapkan  pada  masa  depan,  3D  seperti  visualisasi  model permukaan  dapat  digunakan  untuk  dokumentasi,  pelestarian  dan  rekonstruksi  bangunan  cagar  budaya  (cultural heritage).
Kata Kunci: Cagar Budaya, Model 3 Dimensi, Laser Scanner , Tinggi Bangunan, Visualisasi.

## Abstract
Research  subjects  reported  was  the  visualization  of  three-dimensional  (3D)  surface  models  in  three-dimensional mapping survey using  terrestrial  laser  scanning (TLS). Tugu Pahlawan (Heroes Monument), located in  Surabaya  city center near the office of the Governor of East Java was chosen as the research object. Laser technology instruments used for comparison is GeoMax Zoom 300 (Terrestrial Laser Scanner) and Gowin TKS-202 (Electronic Total Station) as well  as  for  geodetic  GPS  coordinates  and  altitude  reference  measurement  Heroes  Monument  are  georeferenced. Coordinate measurement results Electronic Total Station and Terrestrial Laser Scanner are then converted into global coordinates (UTM) using georeferencing process from Geodetic GPS measurement results. Coordinates, diameter and height of Tugu Pahlawan calculated for each model. Statistical test is used as data validation terrestrial laser scanner with electronic total station. With 90% confidence interval on statistical tests, 80% of them into confidence intervals. Height of Tugu Pahlawan according to archived data is 41.448 m, in contrast with the results of measurements from Total  Station  is  41.144  m,  while  the  results  of  TLS  is  41.447  m.  Statistical  test  results  concluded  that  the  height  of heights TLS is outside the confidence interval. Expected in the future, such as the visualization of 3D surface models can be used for documentation, preservation and reconstruction of cultural heritage.
Keywords: Cultural Heritage, 3-Dimensional Model, Laser Scanners, Building Height, Visualization.

## PENDAHULUAN
Latar Belakang Teknologi laser scanning adalah salah satu teknik terbaru  untuk  melakukan  pekerjaan  survei  tiga dimensi.  Kelebihan  dari  teknologi  ini  adalah  hal tersebut dirancang untuk melakukan akuisisi tiga dimensi (3D). Model 3 dimensi ini memungkinkan untuk  mengakses  banyak  data  geometris  dan visual  yang  diperlukan.  Dengan  demikian, penggunaan TLS telah meningkat  pesat dan saat ini  telah  diterapkan  di  banyak  bidang  seperti mendokumentasikan warisan budaya, pengukuran  deformasi,  aplikasi  perencanaan, kontrol  kualitas,  produksi prototype ,  analisis tempat kejadian perkara dan industri pembuatan film.
Tugu  Pahlawan  merupakan  salah  satu  bangunan cagar  budaya  di  Surabaya.  Monumen  ini  berada di  tengah-tengah  kota  di  Jalan  Pahlawan Surabaya,  dekat  dengan  Kantor  Gubernur  Jawa Timur. Tugu Pahlawan merupakan salah satu ikon Kota  Surabaya sebagai Kota Pahlawan. Berdiri di atas  tanah  lapang  seluas  1,3  hektar,  dan  secara administratif  berada  di  wilayah  Kelurahan  Alun- Alun  Contong,  Kecamatan  Bubutan,  Kota Surabaya.  Tugu  Pahlawam  dahulu  merupakan Kantor  Raad  Van  Justititie  atau  Gedung Pengadilan  Tinggi  pada  masa  penjajahan Belanda.  Gedung  ini  pada  akhirnya  runtuh  saat gempuran sekutu di Surabaya.
Penggunaan metode alternatif yang relatif murah untuk  melakukan  pemodelan  suatu  bangunan, yakni dengan teknologi
Close Range Photogrametry (CRP) atau Fotogrametri Rentang Dekat,  dengan  memanfaatkan  kamera Digital Single  Lens  Reflex (DSLR)  .  Dalam  teknik  CRP, kualitas  proses  penentuan  koordinat  dapat ditingkatkan dengan cara melakukan pembidikan ke  objek  secara  konvergen  dari  kamera  agar diperoleh  ukuran  lebih.  Teknik  ini  mempunyai kelebihan  terutama  jika  objek  yang  akan  diukur sulit  untuk  dijangkau  dan  atau  memiliki  dimensi yang  kecil  (Handayani  H.H.  et.al.,  2015).  Dengan aplikasi lain yaitu dalam penentuan volume suatu bidang (Mulia, D, Handayani, H.H., 2014).
Laser Scanning menawarkan metode yang sangat efektif  untuk  mengumpulkan  titik  dalam  jumlah yang  besar  dengan  tepat.  Sehingga  dengan resolusi  tinggi  dalam point  clouds dengan
informasi  3D  ini  sangat  cocok  untuk  aplikasi inventarisasi data 3D. Tidak  seperti teknik survei tradisional  yang  mengumpulkan  ratusan  titik data  diskrit  selama  beberapa  hari,  pencitraan laser mampu menangkap beberapa juta 3D point clouds hanya dalam beberapa menit (Lichti et al., 2002).
Beberapa  pencitraan  dapat  melengkapi  cakupan yang  lengkap  dari  objek,  deformasi  permukaan, jembatan,  bangunan  dengan  detail  rumit,  dan struktur  lainnya.  Sistem laser  scanning yang tersedia di pasar saat ini sudah menjadi teknologi yang  praktis,  dengan  sebagian  besar  kesulitan teknis  perangkat  keras  dan    masalah  integrasi sistem    telah  terpecahkan.  Sistem  ini,  menjadi lebih 'geodesi' yang sangat kompleks pada bagian akuisisi data dan lebih 'fotogrametri' pada bagian pengolahan  data.  Pengembangan  algoritma  dan metode untuk interpretasi serta pemodelan data laser scanner begitu pesat, sehingga representasi dapat berguna untuk suatu tampilan dalam 3D.

## METODOLOGI PENELITIAN

## Data Dan Peralatan
- Data
Data yang digunakan dalam penelitian ini adalah:
1. Data  spesifikasi Terrestrial  Laser  Scanner GEOMAX ZOOM300.
2. Data  ukuran  geometris  bangunan  Tugu Pahlawan.
- Peralatan Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini adalah:
1. Perangkat Keras
- Terrestrial Laser Scanner GEOMAX ZOOM 300
- Electronic Total Station (ETS)
- Penggaris atau pita ukur
- Tribrach
- Statif
- Laptop.
2. Perangkat Lunak
- Software CloudCompare ( Open Source ).
- Software pengolahan 3D Modelling .

## Metode Penelitian
Penelitian  ini  perbandingan  dengan  posisi  titik model  permukaan  3D  dari  Tugu  Pahlawan  yang diperoleh  dengan  menggunakan  instrumen teknologi Geomax  Zoom  300 ( Terrestrial  Laser Scanner )  dan Gowin  TKS-202 ( Electronic  Total Station ).  Analisis  dilakukan  dari  hasil  visualisasi model 3D dan perbedaan jarak spasial dan tinggi bangunan  yang  dihasilkan  oleh  masing-masing instrumen.
a. Metode Terrestrial Laser Scanning
Sistem Terrestrial  Laser  Scanning telah  tersedia selama  sepuluh  tahun  dan  dalam  lima  tahun terakhir laser  scanning telah  diterima  sebagai metode standar untuk pengambilan akuisisi data dalam  3D,  sejajar  dengan  samping  metode  yang sudah ada seperti tacheometry , fotogrametri dan GPS . Secara khusus, dokumentasi yang terbangun pada  industri  sistem Terrestrial  Laser  Scanning memainkan  peran  penting  karena  ketersediaan pertama mereka sebagai sistem komersial [8].
Terrestrial  Laser  Scanner dapat  diputar  360  pada  arah  horisontal  dan  270  pada  arah vertikal.  Seperti  halnya  pada Electronic  Total Station , pada Laser Scanner pun memiliki suatu
lingkaran horisontal dan vertikal yang digunakan  untuk  mengukur  sudut  vertikal  dan horisontal  agar  diperoleh  koordinat  3D  suatu titik.
Data  baku  ( RAW )  yang  diamati  TLS  adalah: rentang (r), arah horisontal (φ) dan sudut vertikal (θ).  Banyak  scanner  juga  merekam  intensitas sinyal  laser  yang  tercermin  pada  setiap  titik. Dengan pemindaian dapat memperoleh mengumpulkan  titik  sampel  yang  teratur  ( point clouds ),  yang  mungkin  berisi  beberapa  ribu  titik. Point  clouds adalah  kumpulan  koordinat  XYZ dalam sistem referensi umum yang menggambarkan  distribusi  spasial  subjek  atau situs.
Hubungan  antara  hasil raw (r,  φ,  θ)  dan koordinat  (x,  y,  z)  dapat  dinyatakan  sebagai berikut:
                     
j j j j j j j j j j j i r r r z y x X      sin sin sin cos cos
..........................
Gambar 1.  Prinsip TLS dan pengamatan Laser Scanner ( Reshetyuk )
Dimana    rj,  φj  dan  θj  adalah  rentang,  arah horisontal  dan  sudut  vertikal. Point  clouds yang dihasilkan  pada  tiap  pemindaian,  mengacu  pada sistem  koordinat  internal  yang  direferensikan terhadap alat.
b. Registrasi, Georeferensi dan Filterisasi
Perlu dilakukan suatu proses untuk mendapatkan representasi  hasil  pemindaian  yang  lengkap  dari suatu  objek,  yang  dalam  prosesnya  melakukan proses transformasi pada hasil pemindaian objek ke  dalam  suatu  sistem  koordinat,  tahapan  ini disebut registrasi.
Gambar 2. Registasi dua point clouds hasil pemindaian (Reshetyuk)
Parameter  transformasi  yang  berupa  3  translasi dan 3 sumbu koordinat (ΔX, ΔY, ΔZ) serta 3 rotasi yang  mengelilingi  3  sumbu  koordinat  (ω,  φ,  κ) disebut  parameter  transformasi rigidbody (yaitu tidak  ada  faktor  skala).  Transformasi  ini  juga disebut  transformasi  3D  Helmert  tanpa  faktor skala.  Agar  mampu  mengintegrasikan  data  TLS menjadi  data  geospasial, point  clouds yang teregistrasi  dari  seluruh  objek  harus  diubah menjadi  sistem  geodetik  koordinat  (lokal  atau nasional). Prosedur ini disebut georeferensi. Proses filtering bertujuan  untuk  membuang  titik yang  tidak  diperlukan  dari point  clouds .  Prinsip
penghilangan noise lainnya  adalah  dengan menggerakkan  titik  sedikit  untuk  mendapatkan kehalusan permukaan yang optimal. Algoritma ini mencoba  untuk  mencocokkan  bidang  secara lokal  terhadap  titik  di point  clouds .  Ketika  titik pusat  berada  sangat  jauh  dari  bidang  yang dicocokkan,  titik  pusat  dipindahkan  ke  arah bidang  sehingga  memberikan  konsistensi  bagi tetangganya (Quintero, 2008).

## 3. Terrestrial Laser Scanner Geomax Zoom300
Gambar 3. Terrestrial Laser Scanner Geomax Zoom 300 (g eomax-positioning.com )
Geomax  Zoom300 merupakan  instrumen  dari Terrestrial  Laser  Scanner ( TLS )  yang  memiliki kemampuan  untuk  dapat  mengukur  titik  rata- rata  40,000  titik  per  detik.  serta  juga  dilengkapi dengan  dua  kamera  otomatis  5 megapixel ,  yang dapat  menyajikan  informasi  warna  yang  detail dari  suatu  objek  tanpa  adanya  perubahan  posisi pengamatan. Geomax  Zoom300 dilengkapi dengan  sensor  otomatis  yang  membantu  dalam melakukan  proses  registrasi  data  dan  tampilan layar sentuh yang mudah dipahami.

## HASIL DAN PEMBAHASAN

## Pengamatan GPS
Pengamatan  GPS  pada  penelitian  ini  bertujuan dalam  penentuan  posisi benchmark (BM)  yang digunakan untuk pembuatan kerangka kontrol. Pengukuran lapangan ini membutuhkan alat GPS Geodetic dan  Data GPS kemudian  diolah menggunakan software Topcon  Tools .  Berikut adalah hasil pengukurannya :

## Tabel 1. Data Koordinat GPS
Nama Northing (m) Easting (m) Elevation (m) P0 (Base) 9198629,768 691820,565 33,698 P2 (Rover) 9198701,376 691836,165 34,477

## Pengukuran Kerangka Kontrol
Kerangka  kontrol  pada  penelitian  ini  digunakan dalam  pengukuran  titik  kontrol  pada  objek.  Alat yang  digunakan  dalam  pengukuran  kerangka kontrol adalah Total Station Hasil dari pengamatan  GPS  digunakan  sebagai  titik  ikat dalam perhitungan.

## Tabel 2. Data Koordinat Kerangka Kontrol
Nama Northing (m) Easting (m) Elevation (m) P1 9198661,014 691866,154 33,458 P3 9198715,093 691758,578 33,809 P4 9198644,426 691748,042 33,820 P5 9198633,909 691821,659 34,388

## Gambar 4. Peta Bentuk Kerangka Kontrol
Pengukuran Terrestrial Laser Scanning
Dari  hasil  pengukuran  dapat  diketahui  bahwa pengukuran  memiliki  durasi  4  menit  10  detik untuk  setiap  titiknya  selama  6  kali  berdiri  alat dengan  total  menghasilkan  8.244.103  titik point clouds .  Pada  pengukuran  ini  menghasilkan  jarak grid yang kurang rapat yaitu 7,85 cm tiap berdiri alat  50  m,  sehingga  banyak spot yang  kosong dalam  pengukuran  untuk  jarak  yang  melebihi rentang tersebut.
Proses filtering bertujuan  untuk  membuang  titik yang  tidak  diperlukan  dari  data point  clouds . Proses ini dilakukan secara manual menggunakan software  pengolahan  data  3D,  berikut  adalah contoh  sebelum  dan  sesudah  proses filtering untuk data Tugu Pahlawan.
Gambar 5. Point Clouds Tugu Pahlawan Sebelum Proses Filtering
Gambar 6. Point Clouds Tugu Pahlawan Setelah Proses Filtering
Jumlah  titik  dalam point  clouds Tugu  Pahlawan mengalami  penurunan  hingga  90%,  yaitu  dari 8.244.103 titik menjadi hanya 370.659 titik. .
Gambar 7. Grafik Perbandingan Jumlah Point Clouds Sebelum dan Sesudah Filtering
Pada  bagian  analisa  ini  digunakan  perbandingan koordinat GCP dari  hasil  pengukuran Terrestrial Laser  Scanner terhadap Total  Station .  Dalam analisa  koordinat  menggunakan  metode  uji statistik.
Dari  hasil  rentang  maka  dapat  menghasilkan rentang  atas  ( m 0 +c)  dan  rentang  bawah  ( m 0 -c). Kemudian  hasil  tersebut  dapat  didistribusikan pada koordinat TS .
Tabel 3. Hasil Uji Statistik Rentang Kepercayaan pada X, Y dan Z
Secara  keseluruhan,  terdapat  24  koordinat TLS yang  diterima  atau  sebesar  80%.  Hal  ini menandakan pengukuran TLS memiliki hasil yang baik, di mana memberikan hasil di atas 70%.
8244103 370659 0 2000000 4000000 6000000 8000000 10000000 Sebelum Sesudah Sebelum
Sesudah Nama Min. Interval (m) Max. Interval (m) TLS (m) ICP1 691856,062 691856,371 691857,049 ICP2 691860,237 691860,546 691860,373 ICP3 691868,915 691869,224 691869,144 ICP4 691878,357 691878,666 691878,854 ICP5 691885,043 691885,352 691885,221 ICP6 691886,818 691887,127 691886,957 ICP7 691882,390 691882,699 691882,600 ICP8 691873,982 691874,291 691874,113 ICP9 691864,508 691864,817 691864,716 ICP10 691857,680 691857,989 691857,870
Nama Min. Interval (m) Max. Interval (m) TLS (m) ICP1 9198749,865 9198750,286 9198750,83 ICP2 9198749,737 9198750,158 9198749,43 ICP3 9198709,853 9198710,274 9198710,12 ICP4 9199869,791 9199870,212 9199870,01 ICP5 9198709,812 9198710,233 9198710,04 ICP6 9198719,777 9198720,198 9198719,86 ICP7 9198719,852 9198720,273 9198720,13 ICP8 9198689,766 9198690,187 9198689,95 ICP9 9198689,805 9198690,226 9198690,17 ICP10 9199869,852 9199870,273 9199870,12
Nama Min. Interval (m) Max. Interval (m) TLS (m) ICP1 48,079 48,317 47,766 ICP2 39,823 40,061 39,887 ICP3 73,625 73,862 73,102 ICP4 36,184 36,421 36,278 ICP5 36,170 36,407 36,355 ICP6 36,058 36,296 36,233 ICP7 36,120 36,357 36,182 ICP8 36,208 36,445 36,350 ICP9 36,264 36,502 36,380 ICP10 36,170 36,408 36,236
Pada  bagian  analisa  diametrik  digunakan perbandingan  diameter  atas  maupun  diameter bawah  objek  hasil  pengukuran Terrestrial  Laser Scanner dan ETS .  Diketahui  diameter  atas  dan diameter  bawah  Tugu  Pahlawan  masing-masing sebesar 3,1 m dan 1,3 m.
Tabel 4. Hasil Uji Statistik Diameter Tugu Pahlawan
Dalam  analisa  ketinggian  juga  menggunakan metode  Uji  Statistik.  Ketinggian  yang  dianggap benar adalah data ketinggian Tugu Pahlawan dari data  Arsip  UPT  Tugu  Pahlawan  dan  Museum Sepuluh Nopember Surabaya.
Tabel 5. Hasil Uji Statistik Ketinggian Tugu Pahlawan
Nama Min. Interval (m) Max. Interval (m) TLS (m) ETS (m) H TP 41,145 41,150 41,144 41,147
Berdasarkan tabel 5 di atas terlihat bahwa tinggi hasil  pengukuran ETS berada  di  antara  interval kepercayaan. Tinggi hasil pengukuran TLS berada di  luar  interval.  Sehingga  dari  hasil  uji  statistik disimpulkan  bahwa  hasil  pengukuran  ketinggian menggunakan ETS diterima  sedangkan  hasil pengukuran ketinggian TLS tidak diterima.

## PENUTUP
Pada  penelitian  ini  dapat  diketahui  bahwa pengukuran  mengalami  beberapa  hambatan. Pada  pengukuran  ini  menghasilkan  jarak  grid yang  kurang  rapat  yaitu  7,85  cm  untuk  rentang berdiri alat per 50 m, sehingga banyak spot yang kosong  ( blank  spot )  dalam  pengukuran  untuk jarak yang melebihi rentang. Analisa  10  koordinat Independent  Check  Point ( ICP )  menggunakan  uji  statistik  dengan  tingkat kepercayaan  90%,  hasil  yang  diperoleh  bahwa dari  total  koordinat  X,Y  dan  Z  sejumlah  30 koordinat  didapat  24  titik  koordinat TLS masih berada  di  dalam  rentang  interval  kepercayaan (region  of  acceptance) dan  6  titik  diantaranya ditolak,  karena  berada  di  luar  interval.  Hasil
tersebut  menunjukkan  bahwa  pengukuran memenuhi toleransi dikarenakan hasil diatas 80% menurut uji statistik.
Hasil ketinggian Terrestrial Laser Scanner didapat dari  perhitungan  selisih  elevasi  pada  dua  titik hasil TLS yang  sebesar  41,144  m  dan dibandingkan dengan hasil elevasi yang didapatkan  oleh ETS sebesar  41,147  m.  Dengan dilakukan uji statistika menggunakan acuan tinggi menurut  arsip  data  UPT  Tugu  Pahlawan  Kota Surabaya yaitu 41,148 m, hasilnya titik koordinat ETS masih  berada  di  dalam  rentang  interval kepercayaan (region  of  acceptance) sedangkan TLS masih berada dilar rentang, karena berada di luar  interval  yang  berarti  pengukuran  ketinggian tidak diterima.

## DAFTAR PUSTAKA
Handayani, H.H., Yuwono, Taufik.M., 2015,
Preliminary  Study  of  Bridge  Deformation Monitoring  Using  GPS  and  CRP  (Case Study:  Suramadu  Bridge), Procedia Environmental  Sciences  Vol.24  pp.266- 276, Elsevier.
Lichti, D., Gordon, S., and Stewart, M., 2002, Ground- based laser scanners: Operation, systems and applications. Geomatica, Vol. 56, No. 1, pp. 21–33.
Mulia,  D.,  Handayani  H.H.,  2014,  Studi  Fotogrametri Jarak  Dekat  dalam  Pemodelan  3D  dan Analisis  Volume  Objek,  Jurnal  Geoid Vol.10 No.1 hal.32-39.
Quintero,  M.  S.,  Genechten,  B.  V.,  Bruyne,  M.  D., Ronald, P., Hankar, M., Barnes, S. (2008). Theory  and  Practice  on  Terrestrial  Laser Scanning .  The  Learning  Tools  for
Advanced  Three-dimensional  Surveying in  Risk  Awareness  Project  (3D  Risk Mapping). Nama Min. Interval (m) Max. Interval (m) TLS (m) ETS (m) D atas 3,0984 3,1015 3,10032 3,1014 D bawah 1,2961 1,3038 1,3026 1,30032