## Perancangan Sistem Pendeteksi Kehadiran Manusia Menggunakan Sensor Kinect
Elbert Teguh Indarto, Edi Leksono, dan Eko Mursito Budi Program Studi Teknik Fisika, Institut Teknologi Bandung
Jalan Ganesha 10 Bandung

## Abstrak
Sistem pendeteksi kehadiran manusia dirancang dengan menggunakan sensor kinect yang berfungsi sebagai sensor okupansi. Sistem bekerja dengan cara mendeteksi dan mengidentifikasi setiap objek yang  berada  dalam  area  pengawasan.  Apabila  dalam  area  pengawasan  terdapat  objek  yang terkategorikan sebagai manusia, maka sensor akan memberikan data lokasi manusia yang nantinya akan diproses oleh perangkat lunak untuk menentukan arah pergerakan dan jumlah manusia dalam suatu ruangan. Setelah diimplementasi dan diuji, sistem yang telah dirancang memiliki kemampuan untuk  mendeteksi  sampai  dengan  enam  orang  secara  bersamaan.  Sistem  memiliki  tingkat keberhasilan    sebesar  91.34%  apabila  digunakan  untuk  mengawasi  dua  ruangan  yang berseberangan  sejauh  1.95  meter.  Sedangkan  sistem  memiliki  tingkat  keberhasilan  sebesar  91% apabila  digunakan  untuk  mengawasi  satu  ruangan  saja  apabila  menggunakan  sistem  dengan kemampuan mendeteksi maksimal enam orang sekaligus dan tingkat keberhasilan mencapai 100% apabila menggunakan sistem dengan kemampuan mendeteksi maksimal dua orang.
Kata Kunci: Sistem pengawasan, sensor okupansi, kinect, pendeteksian manusia.

## 1 Pendahuluan
Pada  sistem  bangunan  pintar,  kemampuan  untuk  mendeteksi  kehadiran  dari  penghuni bangunan  merupakan  salah  satu  faktor  penting  untuk  mengontrol  penggunaan  sumber daya  dan  menciptakan  suasana  aman  bagi  penghuninya.  Untuk  itu,  dibutuhkan  suatu sistem  pendeteksi  kehadiran  manusia  yang  dapat  benar-benar  mendeteksi  kehadiran manusia saja dan dapat mengetahui jumlah manusia dalam suatu ruangan. Apabila dalam area pengawasan terdapat objek yang terkategorikan sebagai manusia, maka sensor akan memberikan data lokasi manusia yang nantinya akan diproses oleh perangkat lunak untuk menentukan arah pergerakan dan jumlah manusia dalam suatu ruangan

## 2 Kajian Pustaka

## 2.1 Sensor Okupansi
Sensor  Okupansi  merupakan  sensor  yang  digunakan  untuk  mendeteksi  kehadiran manusia.  Sensor  okupansi  memiliki  berbagai  macam  jenis,  antara  lain  PIR  ( Passive Infrared ) dan Ultrasonik.

## 2.1.1 Sensor Passive Infrared (PIR)
PIR adalah sensor okupansi yang bekerja dengan cara mendeteksi temperatur dari semua objek  yang  memasuki  area  deteksinya. Hal  inilah  yang  digunakan  sebagai  dasar  untuk membedakan  objek  yang  terdeteksi  oleh  PIR.  Kelemahan  dari  sensor  jenis  ini  adalah apabila  terdapat  objek  yang  memancarkan  panas  yang  cukup  besar,  objek  itu  dapat dikategorikan sebagai manusia oleh sensor PIR walaupun objek itu bukan manusia [1].

## 2.1.2 Sensor Ultrasonik [2]
Sensor  Ultrasonik  adalah  salah  satu  jenis  sensor  okupansi  yang  bekerja  menggunakan prinsip “Efek Doppler”. Sensor ultrasonik bekerja dengan cara memancarkan sinyal dengan frekuensi tinggi yang tidak terdeteksi oleh manusia. Sinyal ini akan memantul pada objek, permukaan  dan  manusia  di  dalam  ruangan.  Kelemahan  dari  sensor  jenis  ini  adalah sensitivitasnya  yang  tinggi,  serta  ketidakmampuannya  untuk  mendeteksi  apakah  suatu objek adalah benda mati atau hidup sehingga membuat sensor rentan terhadap gangguan beralih yang dapat menyebabkan alarm palsu.

## 2.2 Sensor Kinect
Sensor kinect adalah salah satu kontroler yang digunakan untuk memainkan konsol game XBOX  360.  Keunikan  Kinect  dari  kontroler  lainnya  kemampuannya  untuk  mengijinkan pemain  untuk  memainkan game hanya  dengan  menggunakan  gerakan  tubuh. Hal  ini dikarenakan kinect dapat digunakan untuk mendeteksi keberadaan suatu objek dari hasil pencitraan  yang  didapatnya.  Selain  itu,  kinect  dapat  membedakan  apakah  suatu  objek adalah manusia atau bukan.
Berdasarkan fungsinya, kinect memiliki tiga jenis komponen utama [3], yaitu:
1. Sensor jarak kinect  yang terdiri dari pemancar cahaya infra merah (IR) dan sensor monokrom infrared CMOS.
2. Sensor video kinect yang merupakan kamera Red Green Blue (RGB).
3. Sensor audio kinect yang terdiri dari empat mikrofon.
Selain itu, kinect juga memiliki pengolah data guna mengidentifikasi dan menjejaki orang.
Tabel 1. Spesifikasi kinect [4] :
Sensor Kamera RGB Sensor Monokrom IR CMOS Area Deteksi Area deteksi horizontal : 57 o Area deteksi vertical : 43 o Jarak sensor kedalaman : 1.2-3.5 m Arus Data Kedalaman : 320x240 16-bit @30 frame/s Gambar : 640x480 16 bit @30 frame/s Skeletal Tracking Pasif : 6 orang Aktif : 2 orang ( 20 persendian )
Kinect  bekerja  dengan  menggunakan  prinsip “structured  light” .  Pemancar  IR  dari  Kinect memancarkan sinar tunggal yang nantinya akan tersebar menjadi sinar berpola akibat dari efek difraksi. Cahaya ini nantinya akan diproyeksikan ke objek. Cahaya pantulan dari objek inilah yang nantinya akan dikorelasikan dengan pola referensi yang telah direkam di dalam kinect [5].
Setelah bentuk dari suatu  objek telah didapatkan  oleh kinect, bentuk dari objek tersebut dikorelasikan  dengan  basis  data  persendian  manusia  yang  sudah  terprogram  di  dalam kinect.  Apabila  objek  yang  terdeteksi  oleh  kinect  memiliki  persamaan  dengan  data persendian  yang  dimiliki  oleh  kinect,  maka  objek  itu  nantinya  akan  dikenali  oleh  kinect sebagai manusia.
Bahasa pemrograman yang digunakan pada penelitian ini adalah C#, yang dibantu dengan pustaka khusus yang dibuat oleh Microsoft untuk kinect, yaitu Microsoft.Kinect dan dalam menampilkannya digunakan fitu Windows Presentation Foundation (WPF).

## 3 Perancangan dan Implementasi Sistem

## 3.1 Arsitektur Sistem
Sistem pendetaksi dan penghitung manusia ini terdiri dari sebuah “kinect” yang berfungsi sebagai  sensor  gerak  dan  sebuah  notebook  sebagai  alat  pemroses  data  dan  interface untuk program.
Gambar 1 Skema sistem pendeteksi kehadiran manusia

## 3.2 Percobaan Jangkauan Kinect
“Kinect for XBOX 360” mempunyai batas area penglihatan vertikal maksimum sebesar 43 o dan batas area penglihatan vertikal minimum sebesar 39.4 o . Sedangkan untuk batas area pendeteksian  horizontal  maksimum  sebesar  57 o dan  batas  area  pendeteksian  horizontal minimum  sebesar  51 o .  Maksud  dari  batas  area  pendeteksian  maksimum  adalah  besar kemampuan  maksimal  kinect  untuk  tetap  mendeteksi  manusia  apabila  manusia  sudah berada  pada  status  terdeteksi.  Sedangkan  batas  area  pendeteksian  minimum  adalah batas  area  minimum  agar  objek  dengan  ketegori  manusia  dapat  terdeteksi  oleh  kinect. Kinect  dapat  mendeteksi  jarak  objek  sampai  dengan  3.9  meter  sejajar  dengan  sumbu-z kinect,  2.8  meter  sejajar  dengan  sumbu-x  kinect  dan  2.8  meter  sejajar  dengan  sumbu-y kinect.

## 3.3 Desain Pemasangan Sistem
Untuk  pemasangan  sensor  kinect,  pengukuran  keadaan  daerah  yang  akan  diawasi dilakukan  terlebih  dahulu.  Hal  ini  dimaksudkan  agar  daerah  pengawasan  kinect  dapat dimaksimalkan sesuai dengan kebutuhan.
Dari pengukuran lapangan di dapatkan bahwa data keadaan Lorong Gedung Teknik Fisika Lantai dua sebagai berikut :
1. Lebar lorong : 1.95 m 2. Lebar pintu Tata Usaha : 1.53 m 3. Lebar pintu Ruang Tamu : 1.52 m 4. Jarak antara pintu Tata Usaha dengan Ruang tamu : 0.3 m 5. Tinggi pintu : 2.1 m Sedangkan dari data kemampuan kinect didapatkan: 6. Jarak minimal pendeteksian :  2  m  (sejajar  sumbu  z)  60  cm  (sejajar
sumbu y)
7. Sudut penglihatan minimal : 39.4 o (vertikal) 51 o (horizontal)
8. Jumlah maksimal manusia yang dapat: 6 orang dideteksi
Gambar 2. Denah lorong Gedung Teknik Fiska lantai dua dan lokasi pemasangan kinect
(tampak atas).
Gambar 3. Denah lorong Gedung Teknik Fiska lantai dua dan lokasi pemasangan kinect
(tampak samping).
Dari gambar denah dan data kemampuan kinect, didapatkan data sbb:
Jarak antara dinding Ruang Tata Usaha dengan Ruang Tamu adalah 1.95 meter, maka :
a + b = 1.95 (1) Berdasarkan persamaan trigonometri maka di dapatkan : z = b × tan β (2) w = a × tan α (3) (4) (5) (6) α = β (7) Syarat agar daerah pendeteksian kinect dapat dimaksimalkan adalah z – w ≈ 0.3 (8)
Serta dengan menggunakan asumsi Tinggi pinggul manusia rata-rata adalah 75 cm.
Maka desain penempatan kinect dapat ditunjukan dengan metode sebagai berikut:
z – w = c b × tan β - a × tan α = c
(1.95 – a) × tan β - a × tan α = c
(1.95 – a) × tan α - a × tan α = c (1.95 – 2a) × tan α = c   ; 0 ≤ a ≤ 1.95
Dari  hasil  perhitung  tersebut  didapatkan  hasil  bahwa  lokasi  penempatan  sensor  adalah pada
a = 0.9 meter w = 1.89 meter
Setelah  jarak  maksimal  kinect  terhadap  dinding  Ruang  Tata  Usaha  dan  jarak  kinect terhadap pintu Ruang Tata Usaha didapatkan, maka selanjutnya untuk menentukan tinggi pemasangan kinect dapat dicari dengan metode sbb:
(9) (10)
(11)
(12)
(13)
Dari  hasil  perhitungan  diketehui  bahwa  lokasi  pemasangan  sensor  yang  optimal  adalah pada
t  = 1.35 meter - 1.55 meter

## 3.4 Perancangan Perangkat Lunak
Gambar 4. Interface perangkat lunak
Adapun cara kerja dari sistem yang dipasang adalah sebagai berikut : Sensor dalam hal ini kinect  akan  mendeteksi  objek-objek  yang  ada  pada  area  yang  ingin  diawasi.  Apabila  dari objek yang terdeteksi oleh kinect terdapat objek yang terkategorisasikan sebagai manusia oleh kinect, maka kinect akan menjejak dan menghitung jarak relatif objek terhadap kinect. Pada  tahap  ini,  program  akan  menghitung  jumlah  objek  yang  teridentifikasi  dan menampilkan jumlahnya pada interface. Setelah nilai input dari jarak objek terhadap kinect diketahui, nilai ini akan diproses oleh program.
Program yang dipakai pada rancangan ini telah diberikan suatu batasan nilai yang nantinya akan  dipakai  sebagai  tolok  ukur  untuk  menentukan  posisi  dari  objek.  Apabila  seseorang yang  tadinya  terdeteksi  lalu  menghilang  atau  keluar  dari  daerah  pangawasan  kinect, program akan mengidentifikasi posisi terakhir dari manusia yang terdeteksi. Apabila orang tersebut  menghilang  melebihi  batas  ruangan  yang  telah  ditentukan  pada  dearah  yang diawasi kinect, maka program akan menyatakan orang tersebut bergerak kedalam ruangan dan menambahkannya pada data jumlah orang pada ruangan. Setelah itu, program akan menampilkan berapa banyaknya manusia yang berada didalam ruangan tersebut.

## 4 Pengambilan Data dan Analisis

## 4.1 Pengujian Sistem Satu Pintu
Pada  pengujian  ini,  perangkat  lunak  bekerja  dengan  cara  membagi  daerah  pengamatan menjadi  dua  kuadran. Satu  kuadran  untuk daerah di luar lorong dan  satu  kuadran untuk wilayah di dalam lorong.
Gambar 5. Pembagian kuadran pengujian satu pintu.
Keterangan :
I : Kuadran Dalam Lorong. II : Kuadran Luar Lorong.

## 4.1.1 Pengujian Tahap Satu (Maksimal Dua Orang)
Pada  pengujian  ini,  mekanisme  perangkat  lunak  yang  gunakan  untuk  mendeteksi  posisi keberadaan manusia bekerja dengan cara mendeteksi dan mengkalkulasi jarak dari kepala manusia  terdeteksi  terhadap  sensor  untuk  menentukan  posisi  dari  manusia  terdeteksi.
Hasil  percobaan  menyatakan  bahwa  dari  50  orang  yang  keluar-masuk  lorong,  100% manusia dapat dideteksi oleh sistem dengan baik.

## 4.1.2 Pengujian Tahap Dua (Maksimal Enam Orang)
Dari  hasil  pengamatan  didapatkan  bahwa  nilai  error  dari  sistem  adalah  9%.  88.8%  dari error disebabkan oleh karena tidak terdeteksinya manusia oleh sistem, dan 75% dari error tersebut terjadi pada saat penghitungan manusia masuk lorong.

## 4.2 Pengujian Sistem Dua Pintu
Pada  pengujian  tahap  ini,  sistem  ditujukan  untuk  mengawasi  dua  buah  ruangan  yang letaknya berseberangan. Dalam hal ini ruangan  yang diawasi adalah ruangan  Tata Usaha dan Ruang Tamu Dosen yang terletak pada Gedung Teknik Fisika Lantai Dua.
Pada  pengujian  ini,  sistem  menggunakan  perangkat  lunak  yang  bekerja  dengan  cara membagi  daerah  pengawasan  menjadi  tiga  kuadran.  Satu  kuadran  mewakili  ruang  Tata Usaha, satu kuadran mewakili Lorong Lantai Dua, dan satu kuadran mewakili Ruang Tamu Dosen.
Gambar 6. Pembagian kuadran pengujian dua pintu.
Keterangan : I : Kuadran Ruang Tamu. II : Kuadran Lorong.
III
: Kuadran Ruang Tata Usaha.

## 4.2.1 Skenario Satu
Pada  pengujian  ini, sukarelawan  diminta  untuk keluar-masuk dari Ruang Tamu  Dosen ke Lorong dan sebaliknya. Dari data pengujian didapatkan  bahwa untuk kemampuan sistem mengenali manusia yang keluar-masuk Ruang Tamu Dosen adalah sebesar 100%.

## 4.2.2 Skenario Dua
Pada  pengujian  ini,  sukarelawan  diminta  untuk  keluar-masuk  dari  Ruang  Tata  Usaha  ke Lorong dan sebaliknya. Dari data pengujian, didapatkan bahwa pada skenario ini dari 25 kali  pecobaan  terdapat  error  sebesar    10  %.  Semua  error  yang  terjadi  pada  skenario  ini adalah  keterlambatan  sistem  untuk  mengenali  manusia  sebelum  manusia  berjalan melewati batas kuadran daerah.

## 4.2.3 Skenario Tiga
Pada pengujian ini, sukarelawan diminta untuk berjalan  keluar dari Ruang Tata Usaha ke Ruang  Tamu  Dosen,  dan  sebaliknya.  Dari  data  yang  didapatkan  diketahui  bahwa  pada skenario ini,dari 25 kali percobaan sistem mempunyai error sebesar 16 %. Dari data dapat diketahui  bahwa 75%  error terjadi karena kehadiran  manusia  tidak dapat terdeteksi oleh sistem.

## 5 Kesimpulan
Dari penelitian ini didapatkan kesimpulan antara lain :
1. Kelebihan sensor kinect secara fungsional dibandingkan dengan sensor okupansi biasa adalah
2. Kinect dapat mendeteksi manusia sampai dengan enam orang secara bersamaan.
3. Kinect  dapat  digunakan  untuk  mendeteksi  arah  dari  pergerakan  manusia,  yang nantinya  dapat  digunakan  untuk  menghitung  jumlah  penghuni  dalam  suatu ruangan.
4. Dari percobaan diperoleh kesimpulan bahwa :
5. Apabila digunakan untuk mengawasi satu ruangan saja, tingkat keberhasilan dari sistem adalah 100% untuk sistem dengan kemampuan maksimal mendeteksi dua orang  secara  bersamaan  dan  91%  untuk  sistem  dengan  kemampuan  maksimal mendeteksi enam orang secara bersamaan.
6. Apabila  digunakan  untuk  mengawasi  dua  ruangan  yang  berseberangan,  tingkat keberhasilan dari sistem adalah 91.34%.
7. Dimana salah satu kesalahan utama yang menyebabkan error dari sistem adalah gagalnya  pendeteksian  posisi  awal  manusia  akibat  posisi  awal  manusia  hampir sejajar dengan sumbu-z sensor.

## 6 Daftar Pustaka
[1] Types  of  occupancy  sensors  http://www.ehow.com/list_6779765_types-occupancy- sensors.html [diakses pada 18/01/2013]
[2] Energy  Saving  Tips  For  Lighting    http://www.energysavingsensors.com/General-
Information1.htm [diakses pada 181/01/2013] [3] Kinect for Windows Sensor Components and Specifications http://msdn.microsoft.com/en-us/library/jj131033.aspx [diakses pada 25/01/2012] [4] What you need
to know about the
Kinect for Xbox 360 http://www.gizmowatch.com/entry/what-you-need-to-know-about-the-kinect-for-xbox-
360/ [diakses pada 25/01/2012]
[5] Khoshelham,  Kourosh  and  Sander  Oude  Elberink.  2012.  Accuracy  and  Resolution  of Kinect  Depth  Data  for  Indoor  Mapping  Applications.  Sensors  2012,  12,  1437-1454; doi:10.3390/s120201437