3. METODOLOGI PENELITIAN
3.3 Metode pengolahan citra
3.3.1 Koreksi citra
Sebelum citra diolah, pertama-tama dilakukan cropping citra yakni
pemotongan citra satelit pada koordinat wilayah penelitian, dalam hal ini pada Teluk Jakarta. Adapun koordinat citra setelah dipotong adalah 5°43'3.6012" LS -
Citra Landsat
Koreksi citra
Pengembangan model
Pemetaan klorofil-a dan transparansi perairan Teluk Jakarta Pengujian model
6°13'59.9988" LS dan 106°24' BT - 107°21'49.32" BT. Pemotongan citra (cropping) ini dilakukan untuk membatasi dan memperkecil daerah pada citra yang akan diolah sehingga proses pengolahan citra dapat lebih cepat dan efisien.
Setelah itu, pada citra harus dilakukan koreksi citra yaitu koreksi geometrik, dan koreksi radiometrik. Koreksi geometrik yang dilakukan untuk menyamakan posisi koordinat di permukaan bumi dengan koordinat pada citra tidak dilakukan karena citra telah terkoreksi secara geometrik. Koreksi radiometrik adalah koreksi atas pengaruh elevasi sinar matahari, kondisi atmosfer, dan respon dari sensir seperti kegagalan fungsi detektor, stripping, dan drop out baris.
Pada software IDRISI ANDES yang digunakan sudah tersedia suatu modul koreksi atmosferik yaitu modul ATMOSC (Atmosferic Correction). Modul ATMOSC ini dapat melakukan penghitungan yang diperlukan untuk mengoreksi citra satelit dari efek-efek atmosferik. Pada modul ini tersedia empat model yakni
Dark Object Substraction (DOS) Model, Chavez's Cos(t) Model, Full Radiative
Transfer Equation Model (FULL), dan Apparent Reflectance Model (ARM).
Model koreksi atmosferik (ATMOSC) yang digunakan dalam penelitian ini adalah Chavez's Cos(t) Model karena output yang ingin diperoleh berupa nilai reflektansi citra. Input modul ini adalah 1 (biru), 2 (hijau), dan kanal-3 (merah) hasil cropping citra serta kondisi atmosferik dan kondisi pencitraan yang terdapat pada header citra Landsat. Metode kalibrasi nilai radiansi dalam Chavez's Cos(t) model ada dua yakni metode Lmin/Lmaks dan Offset/Gain. Bentuk kalibrasi yang digunakan adalah Lmin/Lmaks, di mana Lmin merupakan nilai radians terendah yang mungkin pada citra (dalam mWcm-2sr-1um-2) dan Lmaks merupakan nilai radians tertinggi yang mungkin pada citra (dalam mWcm-2sr-1um-2).
Nilai koreksi atmosferik untuk faktor-faktor yang mempengaruhi nilai irradians dan radians pada waktu-waktu tertentu dapat dibuat terhadap waktu dengan perbedaan solar azimuth dan haze. Proses ini mengubah nilai radians absolut menjadi reflektansi tak ber-unit yang merupakan rasio permukaan
upwelling radiance dengan downwelling irradiance sebagai berikut.
Reflektansi = ... (6)
di mana RI merupakan fluks yang mengenai objek dan RS merupakan fluks yang dipantulkan objek.
Hal ini dilakukan dengan asumsi kondisi udara bersifat pemencar Lambertian seragam dan permukaan bumi datar, pemantul Lambertian seragam (Moran et al., 1992). Dengan asumsi ini dan menolak faktor-faktor kompleks seperti refraksi atmosferik, turbulensi, dan polarisasi, dapat dibuat suatu persamaan yang menjelaskan interaksi solar irradiance dengan atmosfer dan memperoleh nilai reflektansi permukaan sebagai berikut (Moran et al., 1992).
ρgλ = - ... (7)
di mana:
ρgλ = reflektansi spektral pada permukaan
Lsλ ¹)
Lpλ = path radians (scatter), iradiansi spektral (upwelled) ¹)
do = jarak bumi - matahari (SI)
Tv = transmitansi atmosferik spektral sepanjang path dari permukaan bumi yang diindera sensor
Eoλ = iradiansi spektral matahari pada permukaan tegak lurus terhadap sinar matahari di luar atmosfer ¹)
cosθs = cosinus sudut solar zenith
Tz = transmisi atmosferik sepanjang path matahari - permukaan bumi
Edλ = downwelling iradians spektral pada permukaan pada saat sampainya fluks matahari yang dipencarkan (scattered) ¹ ¹)
Dalam menggunakan modul ini, perlu diperhatikan beberapa hal berikut. 1. Nilai tengah panjang gelombang kanal input; di mana nilai tengah kanal-1
adalah 0.485 m, nilai tengah kanal-2 adalah 0.56 m, dan nilai tengah kanal-3 adalah 0.66 m.
2. DN haze; merupakan nilai digital terendah yang bukan bernilai nol pada histogram nilai digital citra.
3. Radiansi pada DN 0 (Lmin) dan DN maksimum (Lmaks) yang diperoleh dari header citra.
4. Sun elevation; diperoleh dari header citra.
5. Satellite Viewing Angle; merupakan sudut satelit mencitra (0 ).
3.3.2 Pemodelan
Setelah diperoleh nilai reflektansi citra, dibuatlah suatu kombinasi kanal terbaik untuk dikorelasikan dengan data in situ dan dimodelkan. Adapun yang digunakan dalam pemodelan adalah citra yang ada data penelitian in situ-nya. Secara umum, metode yang digunakan adalah secara kuantitatif dan kualitatif. Metode kuantitatif dilakukan dengan membuat korelasi nilai kombinasi kanal dengan nilai transparansi perairan dan klorofil-a dari pengukuran in situ yang menghasilkan nilai hubungan terbaik, seperti akan dijelaskan dalam sub-bab
selanjutnya. Secara kualitatif, dilakukan pengekstrakan nilai transparansi perairan dan klorofil-a dari citra dan disajikan dalam suatu pemetaan kualitas perairan Teluk Jakarta sehingga citra dapat dianalisis secara visual. Metode pemetaan ini akan dijelaskan lebih lanjut dalam sub-bab berikutnya.
(1) Pengembangan model
Pengembangan model untuk kedua parameter (klorofil-a dan transparansi perairan) dibagi dalam dua musim yakni musim kemarau (Mei-Oktober) dan musim hujan (November-April). Keterangan akuisisi citra satelit yang digunakan untuk masing-masing musim ditampilkan dalam Tabel 6.
Tabel 6. Akuisisi citra satelit untuk musim kemarau dan musim hujan
Musim Kemarau Musim Hujan
21 Juni 2004 23 Juli 2004 24 Agustus 2004 9 September 2004 25 September 2004 11 Oktober 2004 11 Agustus 2005 27 Agustus 2005 28 September 2005 1 Oktober 2006 17 Oktober 2006 17 Agusttus 2007 18 Juli 2008 2 Mei 2009 12 November 2004 15 Januari 2005 16 Februari 2005 2 November 2006 7 Desember 2007 8 Januari 2008 31 Maret 2009
Citra Landsat yang digunakan dalam pengembangan model adalah tiga kanal, yakni kanal biru (kanal-1), hijau (kanal-2), dan merah (kanal-3) saja. Untuk pengembangan model penduga, pertama-tama dilakukan korelasi antara data in
situ klorofil-a dan transparansi perairan dari proyek P2O - LIPI dengan nilai reflektansi dari kanal-kanal tunggal Satelit Landsat yang digunakan. Selain
korelasi dengan kanal-kanal tunggal, korelasi juga dilakukan antara data in situ klorofil-a dengan transformasi kromatisiti dan transformasi rasio seperti yang ditunjukkan dalam Tabel 7. Jadi, akan terdapat 9 korelasi kanal-kanal dengan data
in situ yang kemudian akan dipilih satu kombinasi kanal terbaik yang
menunjukkan pola paling teratur untuk diterapkan dalam pemodelan.
Tabel 7. Transformasi kromatisiti dan transformasi rasio kanal
Transformasi Kromatisiti Transformasi Rasio Kromatisiti biru =
-- - - Rasio kanal biru/hijau = -Kromatisiti hijau =
-- - - Rasio kanal biru/merah = -Kromatisiti merah =
-- - - Rasio kanal hijau/merah =
-Bentuk model yang dibuat akan mengikuti bentuk model seperti tertera pada Tabel 8. Dari model-model yang terbentuk ini kemudian akan dipilih model yang memiliki nilai R2 paling baik serta memiliki RMS error paling rendah seperti dijelaskan dalam sub-bab berikutnya. Menurut Gaol (1997), model matematis untuk pendugaan konsentrasi klorofil-a yang sudah dibuat dan yang menunjukkan hubungan yang paling erat adalah hubungan linear.
Tabel 8. Bentuk model hubungan yang akan dibuat
No. Model Hubungan Bentuk Model
1 Regresi linear y = a + b.x 2 Eksponensial y = a. exp(bx) 3 Polynomial orde 2 y = a + b.x2 + b1.x 4 Polynomial orde 3 y = a + b.x3 + b1.x2 + b2.x 5 Logaritmik y = a. ln(x) + b 6 Power y = a. xb
(2) Pengujian model
Sebelum memilih model hubungan yang akan diuji dan digunakan, pada model-model yang dihasilkan terlebih dahulu harus dilihat nilai R2 dan RMS
error-nya. Nilai R2 merupakan koefisien determinasi garis regresi sebagai pengukur keeratan hubungan antara peubah y dan peubah x sebagai peubah respons (variabel tak bebas) dan peubah penjelas (variabel bebas). Semakin dekat nilai R2 ini dengan 1, makin dekat pula titik pengamatan ke garis regresinya dan model semakin baik (Aunuddin, 1989).
Seperti halnya nilai R2, nilai RMS error menyatakan seberapa jauh suatu titik di atas atau di bawah garis regresi. RMS error dari suatu model hubungan dapat dihitung dengan menggunakan rumus sebagai berikut dengan N merupakan jumlah data. Semakin kecil nilai RMS error, maka semakin bagus model hubungan tersebut. Berikut merupakan rumus perhitungan RMS error.
RMS error =
-- ... (8) di mana N merupakan jumlah data.
3.3.3 Uji-t
Untuk mengetahui perbedaan pendugaan nilai klorofil-a dan transparansi perairan dari model hubungan yang dibuat dengan nilai in situ-nya, maka dilakukan uji beda nilai tengah (uji-t). Dalam uji-t, jika nilai t-statistik (t-hitung) berada dalam selang t-kritis, maka kedua nilai tengah yang diujikan tidak berbeda nyata.
Hipotesis yang digunakan dalam uji-t ini dirumuskan sebagai berikut.
H0: 1 = 2
H1: 1 2
di mana 1 adalah nilai in situ klorofil-a atau transparansi perairan sedangkan 2
adalah nilai duga dari model. Kemudian akan dibuktikan bahwa nilai tengah klorofil-a dan transparansi perairan pada pengukuran in situ tidak beda nyata dengan nilai duga dari model ( 1 = 2) sehingga model hubungan transparansi dan klorofil-a yang dibuat dapat diterima.
.
3.3.4 Uji-F
Selain menggunakan uji-t, penelitian ini juga menggunakan uji-F namun parameter yang diujikan dan hipotesisnya berbeda. Parameter yang diujikan adalah nilai konsentrasi klorofil-a dan transparansi perairan dari model sebelumnya. Uji-F ini dilakukan untuk membuktikan bahwa memang ada hubungan antara konsentrasi klorofil-a dengan tranparansi perairan. Adapun hipotesis yang digunakan dalam uji-F ini dirumuskan sebagai berikut.
H0: = 0
H1: 0
merupakan nilai parameter regresi dari model yang didapat. H0 berarti tidak terdapat hubungan saling mempengaruhi antara variabel bebas (x, klorofil-a) dan variabel tak bebas (y, transparansi). H1 berarti terdapat hubungan saling
mempengaruhi antara variabel bebas (x, klorofil-a) dan variabel tak bebas (y, transparansi). Tujuan uji-F ini adalah membuktikan bahwa nilai parameter regresi dari model yang didapat tidak sama dengan nol ( 0) yang berarti terdapat
hubungan antara variabel bebas dan variabel tak bebas dari model sehingga model hubungan yang dibuat dapat diterima. Apabila H0 diterima dan H1 ditolak berarti
ß1 dianggap sama dengan nol. Bila H0 ditolak dan H1 diterima maka ß1 dianggap tidak sama dengan nol dan terdapat hubungan saling mempengaruhi antara klorofil-a dengan transparansi perairan. Suatu model dikatakan berkorelasi tinggi jika Fhitung-nya empat sampai lima kali lebih besar dari Ftabel pada selang
kepercayaan 95% (Drapper dan Smith, 1981).
3.3.5 Pemetaan klorodil-a dan transparansi perairan Teluk Jakarta