Aplikasi Penginderaan Jauh

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Penginderaan Jauh

2.1.3. Aplikasi Penginderaan Jauh

Foto udara dan citra satelit adalah bentuk data penginderaan jauh secara pasif, yang berarti bahwa sensornya memonitor dan merekam radiasi elektromagnetik (REM) dari sumber lain (seperti permukaan bumi dan matahari) daripada memproduksi tenaga sendiri (seperti radar dan sonar). REM adalah energi yang ditransmisikan melalui ruang, dengan arah tegak lurus menuju arah perambatan, dalam bentuk gelombang elektromagnetik yang berbeda-beda dalam karakteristik pentingnya. Baik gelombang listrik maupun magnetik berjalan dalam pola sinusoidal yang harmonis pada kecepatan cahaya di mana frekwensi (f) gelombang – jumlah puncak yang melintasi titik tetap pada ruang per unit waktu (s^-1) bertolakbelakang secara proporsional dengan panjang gelombangnya (λ) – jarak antara puncak gelombang yang bertutut-turut. Secara khusus,

C = f * λ

di mana c = kecepatan waktu, 2.998*10⁸m s^-1. (Hardegree, 2006) 2.1.3.1. Derivasi Tutupan Lahan, NDVI dan NDBI

Dalam penginderaan jauh, cara paling mudah untuk membedakan gelombang elektromagnetik adalah dengan panjang gelombangnya. Spektrum elektromagnetik (SEM)) mewakili kontinuitas REM dari panjang gelombang terpendek hingga terpanjang. Panjang gelombang diukur dalam mikrometer (µm) (1 µm = 10^-6m). Semua tipe tutupan lahan (tipe batuan, badan air, vegetasi, struktur buatan manusia, dll) menyerap REM sepanjang porsi tertentu pada SEM.

Oleh karena itu, setiap tutupan lahan mempunyai karakteristik REM tersendiri. Setiap wahana penginderaan jauh dirancang untuk memonitor REM pada porsi spesifik SEM.

Radiasi insiden (EI) adalah total kepadatan fluks energi (dalam Wm^-2) yang menyentuh permukaan bumi. Ketika REM berinteraksi dengan permukaan bumi, satu dari tiga reaksi muncul, REM direfleksikan (Pλ), diserap (αλ), atau ditransmisikan (Tλ). Oleh karena itu,

(EI) = Pλ +αλ + Tλ

Untuk membedakan tipe tutupan lahan pada data citra, sangat penting untuk mengetahui bagaimana vegetasi, tanah, air, dan tutupan lahan lainnya merefleksikan dan menyerap REM. Perbedaan jumlah refleksi dan absorbsi membuat mungkin untuk mengidentifikasikan dan menilai kenampakan permukaan dan kondisinya. Ketika sinar matahari menyentuh target, panjang gelombang yang tidak diserap dan tidak ditransmisikan dipantulkan kembali kepada sensor. Nilai reflektansi gelombang pendek tersebut dilaporkan sebagai nilai digital diskrit yang terekam oleh sensor dan mewakili derajat efisiensi refleksi dari objek asal. Nilai keabuan ini menempati julat bit tertentu, seperti 0-255, pada data 8 bit. Penggunaan citra SWIR untuk diskriminasi target, apakah targetnya mineral, vegetasi, kultural, maupun atmosfer sendiri, didasarkan pada spektrum reflektansi material tersebut. Setiap material mempunyai karakteristik spektrum berdasarkan komposisi kimia material tersebut (Hardegree, 2006).

NDVI biasanya diaplikasikan untuk mengetahui kerapatan vegetasi, kapasitas fotosintesis, absorpsi energi oleh kanopi tumbuhan, dll. Rasional pemakaian NDVI untuk mengetahui kerapatan vegetasi adalah sebagai berikut. Tumbuhan hijau hidup menyerap radiasi matahari pada region spektral photosynthetically active radiation (PAR). Sel daun juga berubah menjadi merefleksikan dan mentransmisikan radiasi matahari pada region spektral inframerah dekat, karena level energi foton pada region itu tidak cukup untuk mensintesa molekul organik, absorbsi yang kuat akan mengakibatkan pemanasan tumbuhan yang berlebihan dan mungkin merusak jaringannya. Oleh karena itu, tumbuhan hijau hidup tampil relatif gelap pada PAR (400-700nm) dan relatif terang pada inframerah dekat (NIR).

NDBI yang disebut juga Normalized Difference Built-up (Barren) Index merupakan indeks yang sangat sensitif terhadap lahan terbangun/lahan terbuka. NDBI dibuat dengan tujuan untuk memudahkan pemetaan daerah urban melalui satelit Landsat TM. Band 4 (NIR) pada satelit Landsat TM/ETM+ sangat sensitif untuk mendeteksi vegetasi, sedangkan reflektansi untuk lahan terbuka dan lahan terbangun sangat rendah. Band 5 (SWIR) pada satelit Landsat TM/ETM+, dapat mencerminkan kandungan kelembaban pada berbagai penggunaan tanah. Oleh karena itu NDBI memanfaatkan kedua band ini.

2.1.3.2. Derivasi Suhu Permukaan

Ketika objek menyerap energi, suhu objek akan meningkat dan akan meradiasikan REM gelombang panjang ke atmosfer. Wahana penginderaan jauh yang dapat menangkap gambar inframerah gelombang panjang dapat mengukur energi yang dikeluarkan objek dan merekamnya dalam nilai digital. Semua zat pada temperatur yang lebih besar dari 0 absolut ( 0 Kelvin, 273.15°C, atau -459.69°F), mengeluarkan REM secara terus menerus.

Badan hitam adalah objek yang dapat menyerap dan mengeluarkan REM secara sempurna. Bagaimanapun juga, derajat sebuah objek bersifat sebagai badan hitam bergantung pada panjang gelombangnya. Semua REM insiden pada badan hitam dikeluarkan kembali menuju atmosfer. Karena hukum Kirchoff menyatakan bahwa penyerap yang sempurna juga merupakan emiter yang sempurna pula, maka terdapat hubungan langsung antara suhu sebuah badan hitam dengan intensitas REM yang dikeluarkan. Hukum Radiasi Planck memberikan radiansi spektral sebuah badan hitam (EλB) sebagai fungsi suhu :

) 1 -(exp c E T c 5 1 B ₂ λ λ λ =

di mana : c1 = 3.74 * 10⁸ Wm^-2 µm⁴, yang mana merupakan dua kali nilai produk konstanta Planck dan kuadrat kecepatan cahaya.

c2=1.44 * 10⁴ K µm, yang mana merupakan produk konstanta Planck dan kecepatan cahaya, dibagi dengan konstanta Stefan-Boltzmann

T adalah suhu Kelvin

Oleh karena itu, teknik penginderaan jauh dapat menggunakan radiansi atau irradiansi untuk menduga suhu badan hitam. Berdasarkan Hukum Radiasi Stefan-Boltzman, total jumlah energi yang diemisikan dari badan hitam (EB) meningkat secara cepat berbanding dengan suhu badan hitam :

4 B

B E d T

E =

∫

λ λ=σ

di mana EB= spektrum penuh emitan badan hitam (Wm^-2) σ = konstanta Stefan-Boltzmann 5.67*10^-8 m^-2K^-4

T = Suhu Kelvin

Oleh karena itu, emitansi spektrum penuh dari badan hitam dapat digunakan untuk menduga suhu permukaan dari suatu badan. Ketika kebanyakan permukaan tidak merupakan emiter badan hitam, pada setiap panjang gelombang mereka mengeluarkan beberapa fraksi jumlah radiasi termal di mana badan hitam akan mengeluarkannya. Rasio antara emitansi dari objek dalam hubungannya dengan emitansi dari objek badan hitam pada suhu yang sama dikenal dengan nama emisivitas (ε). Oleh karena itu, emiter badan hitam mempunyai ε sama dengan 1 pada panjang gelombang di mana mereka berperilaku sebagai badan hitam, dan objek lainnya mempunyai 0≤ε≤1. Karena Hukum Radiasi Stefan-Boltzmann hanya benar untuk badan hitam, ekstensi dari persamaan diperlukan untuk mengoreksi untuk objek-objek lain. Secara khusus,

4 T M=εσ

di mana M mewakili total emitansi radian non-badan hitam (dalam Wm^-2) Penginderaan jauh termal merekam M, dan oleh karena itu secara tidak langsung mengukur suhu radian objek. Untuk mengkonversi suhu radian (Trad) menjadi suhu kinetik (internal) (Tkin), ekstensi Hukum Radiasi Stefan-Boltzmann umumnya diwakili sebagai :

4 1 rad

kin T

T = ε

Ketika inframerah gelombang panjang (LWIR) diemisikan ke atas oleh bumi berjalan melalui atmosfer, beberapa energi seluruhnya diserap oleh gas atmosferik dan beberapa lagi berjalan melalui atmosfer tanpa terganggu. Region panjang gelombang SEM di mana menjauh dari absorbsi band oleh gas atmosferik adalah yang paling berguna untuk mengukur emisi permukaan. Wilayah

transparan ini disebut jendela atmosferik. Region 8 - 13 µm SEM adalah yang paling diminati karena tidak hanya mempunyai sebuah jendela atmosferik, namun juga mempunyai puncak emisi energi untuk kebanyakan kenampakan permukaan. Emisivitas dianggap konstan pada region ini (Hardegree, 2006).