Minggu 8 : REMOTE SENSING (Penginderaan Jauh) Outline :
a. Definisi
b. Sumber energi/gelombang elektromagnetik c. Sejarah perkembangan remote sensing Remote Sensing Pasif
a. Interaksi energi dengan atmosfer b. Interaksi energi dengan obyek c. Scanner & Sensor
d. Penyiaman (scanning), Perekaman Data &
Peyimpanan data satelit dijital
Sumber bacaan
• Robert A. Schowengerdt : Remote Sensing: Models And Methods for Image Processing
(http://books.google.co.id/books?id=KQXNaDH0X- IC&pg=PA2&redir_esc=y#v=onepage&q&f=false)
• John A. Richards. 1993. : Remote sensing digital image analysis.
Springer Verlag
• Introduction to remote sensing (Natural Resources Cana), http://www.nrcan.gc.ca/earth-sciences/geography-boundary/remote- sensing/fundamentals/1924
• Dr. S. C. Liew. Centre for Remote Imaging, Sensing and Processing National University of Singapore : What is remote sensing (http://www.crisp.nus.edu.sg/~research/tutorial/rsmain.htm)
• Precision Agriculture (http://www.amesremote.com/)
• Canada Centre for Remote Sensing (http://ccrs.nrcan.gc.ca/index_e.php)
• NASA : Remote Sensing Tutorial (http://rst.gsfc.nasa.gov/)
• Remote Sensing Net (http://remote-sensing.net/index.html)
• European Space Agency
(http://www.eduspace.esa.int/subdocument/default.asp?document=353)
• ALOS (http://alos-us.blogspot.com/2008/04/prism-sensor.html
• http://www.esa.int/esaMI/Eduspace_Earth_EN/SEMQQ5UTGOF_0.html
• http://www.satimagingcorp.com/satellite-sensors/worldview-2.html
2011 Lilik B.Prasetyo 3
Sumber bacaan
A. Definisi Remote Sensing
Definisi :
• Ilmu untuk memperoleh informasi mengenai benda/obyek di atas permukaan pemukaan bumi dengan menggunakan alat
(pesawat/satelit) tanpa menyentuh benda/obyek yang menjadi target..
• Pengukuran/pengumpulan informasi suatu obyek di atas permukaan bumi tanpa kontak langsung dengan obyek yang dipelajari
Receiving Station
Komponen Remote Sensing
SATELIT Radar
B: Sumber energi remote sensing:
Ultraviolet – Microwave (pendek->panjang)
Cahaya matahari dan yg dipantulkan bumi dapat dibagi berdasarkan panjang gelombangnya
Infrared Wavelength
Gamma
Rays X-Ray Ultraviolet Microwave TV/Radio
The Electromagnetic Spectrum (EMS)
7
Sumber energi Remote Sensing : Gelombang Elektromagnetik a. Karakter Gelombang
Karakter gelombang dapat dilihat dari panjang gelombang/frekuensi
• Panjang gelombang
• Frekuensi
• Amplitudo
Time (t)
lu = c l = Panjang gelombang, u = Frekuensi, C = Kecepatan cahaya
8
Energi cahaya berkaitan dengan frekuensi :
E =hu
E= Energy, u= Frekuensi, h= a Konstanta, 6.626 x 10-34
Cahaya dengan panjang gelombang besar mempunyai gelombang yg panjang, energi rendah.
Sinar X, gelombangnya pendek, energinya besar
Gelombang mikro (Microwaves), gelombangnya panjang, berenergi rendah
Spektrum gelombang Elektromagnetik
Gelombang Radio
Radar
Infra merah, UV Cahaya Tampak (B&R = fotosintesa,
Fotografi)
Sinar X
Sinar Gamma PANJANG GELOMBANG FREKUENSI APLIKASI (meter) (Hz)
Kecil
Besar ENERGI
1. Red : 0.620 - 0.700 m 2. Orange : 0.592 - 0.620 m 3. Yellow : 0.578 - 0.592 m 4. Green : 0.500 - 0.578 m 5. Blue : 0.446 - 0.500 m 6. Violet : 0.400 - 0.446 m
RENTANG SPEKTRUM CAHAYA TAMPAK/
VISIBLE LIGHT
Berkaitan dengan energi panas (gelombang panjang) yg dipantulkan obyek (bumi) RENTANG SPEKTRUM INFRA RED
RADAR Band P, L, S, C, X, Ku, K, Ka RENTANG SPEKTRUM MICROWAVE
13 C Sejarah Perkembangan
REMOTE SENSING
• 1826 – Photograph Pertama
http://en.wikipedia.org/wiki/History_of_photogra phy
• 1858 - Photo pertama dari balon udara (http://www.papainternational.org/history.asp)
• 1903 - Pesawat pertama
• 1909 Photo pertama dari pesawat
(http://northstargallery.com/aerialphotography/hi story%20aerial%20photography/history.htm
• 1903-4 – Photo infrared film
• Perang dunia I and II
• 1960 - Program Ruang angkasa
Photograph pertama
Joseph Niepce/1826) Louis Daguerre (1839)
Photograph dari balon udara pertama :
http://www.papainternational.org/history.asp
1858, by French photographer and balloonist, Gaspar Felix Tournachon Ketinggian : 80 m
Photograph dari pesawat/roket pertama :
http://northstargallery.com/aerialphotography/history%20aerial%20photography/wwi.jpg
LANDSAT
SPOT 4
NOAA
QUICKBIRD IKONOS
TIPE SATELIT
FENG YUN
REMOTE SENSING PASIF
a. Interaksi energi dengan atmosfer
b. Interaksi energi dengan obyek c. Sensor (bands)
d. Penyiaman (scanning) &
peyimpanan data satelit dijital
19
A. Interaksi gelombang elektromagnetik dengan Atmosfer
Perpendaran (Scattering) : Partikel atau molekul gas di atmosfir yg berukuran besar berinteraksi dengan cahaya
-> menyebabkan perubahan arah dari cahaya
20
PERPENDARAN (SCATTERING)
Raleigh scattering
Partikel debu yg sangat kecil, molekul Nitrogen dan Oksigen.
Dominan di atmosfger ian atas
Partikel lebih kecil dari panjang gelombang cahaya
Gelombang pendek lebih banyak berpendar
Pada Siang hari (arah datang sinar tegak lurus), lebih banyak sinar biru (gelombang pendek), yang sampai ke bumi.
Sebaliknya waktu sore/pagi (sudut datang matahari miring) : lebih banyak gelombang panjang (kuning/merah), sampai di bumi
21
PERPENDARAN (SCATTERING)
Non-Selective Scattering
Partikel besar (titik-titk air, debu berukuran besar)
Semua panjang gelombang berpendar (Scattered)
Mie Scattering
Partikel berukuran sama dengan gelombang cahaya (Debu, tepung sari, asap, uap air)
Gelombang panjang lebih terpengaruh
22
ABSORPSI (ABSORPTION)
Mekanisme lain yang terjadi bila gelombang cahaya melewati atmosfer :
Ozone
Menyerap radiasi ultraviolet
Carbon dioxide (CO2) Menyerap radiasi infrared jauh
Water vapor (Uap air)
(menyerap gelombang panjang infra merah dan gelombang pendek/ mikrowave)
23
B. INTERAKSI CAHAYA DENGAN OBYEK
Cahaya berinteraksi dengan obyek dalam berbagai bentuk
Incident (I) : Cahaya datang :
Absorption (A);
Transmission (T); and Reflection (R).
PANTULAN/REFLEKSI
Permukaan yg halus : Semua/hampir semua energi
Specular or mirror-like reflection
25
Diffuse
PANTULAN/REFLEKSI
Diffuse reflection
Apabila permukaan kasar, gelombang cahaya dipantulkan ke segala arah.
26
INTERAKSI CAHAYA DENGAN OBYEK
DAUN:
Chlorophyll menyerap banyak radiasi Merah dan Biru, tapi memantulkan hijau.
Pada saat pertumbuhan sempurna, daun tampak lebih hijau karena banyak kandungan khloropilnya (lebaih banyak B &
R yang diserap) VEGETASI
27
Air bening Air keruh AIR :
Gelombang biru lebih banyak dipantulkan dari pada gelombang merah dan hijau, sehingga Air kelihatan biru.
Bila ada suspensi terlarut, maka gelombang biru akan lebih banyak dipantulkan, sehingga air yang keruh kelihatan lebih terang.
Keberadaan sediment (S) akan mempengaruhi pola reflektansi. Air keruh akan mempunyai nilai reflektansi yang mirip dengan air dangkal.
INTERAKSI DENGAN OBYEK
AIR
28
PANTULAN DAN PANJANG GELOMBANG
• Objects berbeda memantulkan panjang gelombang yg berbeda.
– Ex. T-shirt merah.
• Hanya gelombang merah yang dipantulkan.
– Ex. vegetasi
• NIR dan hijau yang dipantulkan
• Note:
Mata memiliki keterbatasan untuk melihat spectrum cahaya, hanya pada selang 0.4 – 0.7 um.
Sedangkan sensor dapat menangkap semua panjang gelombang.
29 Dengan memahami sifat reflektansi setiap benda kita bisa membedakan benda tsb, hanya dengan membandingkan reflektansinya pada gelombang tertentu.
Misal : air akan susah dibedakan dengan vegetasi bila hanya menggunakan daerah tampak, namun akan dengan mudah dibedakan bila memakai infra red.
INFRA RED REGION VISIBLE LIGHT
REGION
MEMBEDAKAN OBYEK YG BERBEDA
Kurva reflektansi
C. Scanner & Sensor
• Setiap satelit mempunyai alat untuk melakukan penyiaman/scanning yg disebut Scanner
• Scanner biasanya memiliki beberapa sensor
• Setiap sensor memiliki kemampuan untuk merekam reflektansi gelombang cahaya dengan panjang gelombang tertentu
https://www.e-education.psu.edu/rsforgis/node/494
Push broom : SPOT, IRS, QuickBird, OrbView, dan IKONOS Whisk broom : Landsat
Scanner
Teknik scanning mempengaruhi proses pengolahan citra yang dihasilkan:
Pushbroom mengambil citra Dalam bentuk linear, menimbulkan distorsi di kedua ujung citra.
Whiskbroom merekam data per pixel, menyebabkan kerumitan dalam menggabungkan
Individu pixel
Sensor :
Alat yang digunakan untuk merekam reflektansi gelombang elektromagnetik dari obyek
Tipe sensor sangat berkaitan dengan tujuan satelit diluncurkan
Pemilihan sensor didasarkan kepada pemahaman pola reflektansi gelombang EM dan sifat/karakter dari obyek yang dikaji
Resolusi Spectral :
Besaran yang merujuk pada lebar Bands/kanal yang dapat dideteksi oleh sensor. :
http://maic.jmu.edu/sic/rs/resolution.htm
Pertimbangan penentuan sensor : Absorbsi Atmosfer: Optical-Radio window
http://amazing-space.stsci.edu/resources/explorations/groundup/lesson/basics/g17b/
Pola reflektansi
The Electromagnetic Spectrum (EMS) Blue Green Red
Near IR
Middle IR
Middle IR
Thermal IR LANDSAT
Resolusi Spectral & Sensor satelit
Resolusi Spectral & Sensor satelit
D. PEREKAMAN & PENYIMPANAN DATA
• Proses perekaman
• Proses penyimpanan
• Transfer data dari satelit ke receiving station
• User menggunakan data
Perekaman data
http://www.nrcan.gc.ca/earth-sciences/geography-boundary/remote-sensing/fundamentals/1124
Penempatan orbit satelit bervariasi sesuai dengan desain /misi Satelit :
Geo stationery
Sun synchronized Near polar orbit
Geo stationer : meliput permukaan bumi yang sama pada periode waktu yang berbeda-beda
Sun synchronized : meliput permukaan bumi yang berbeda pada waktu yang sama
Resolusi Temporal :
besaran yang merujuk pada frekuensi dari satelit mengambil data pada tempat yang sama
Equitorial orbit
http://satellites.spacesim.org/english/anatomy/orbit/polar.html
Tipe Orbit & Perbedaan Perekaman
Geo-stationer
• Meliput permukaan bumi yang sama, setiap saat
Posisi satelit
• Geostationery Earth Orbit (35 786 km)
SWATH Cakupan sangat luas Pixel kasar
Equitorial
• Meliput permukaan bumi yg berada di sekitar ekuator
Posisi Satelit
• Medium earth Orbit Equitorial (23 222 km)
SWATH : Cakupan luas Pixel kasar
Near Polar
• Meliput seluruh permukaan bumi pada jam yang sama
Posisi Satelit
• Low earth Orbit Polar ( 760 km)
SWATH Cakupan sempit Pixel halus
Near Polar Orbit : LANDSAT
43
Digital Images
• Data digital direkam dalam bentuk regular grid of PICTURE ELEMENTS or PIXELS
• Disimpan dalam layer terpisah (or CHANNELS or BANDS), mewakili panjang gelombang yg berbeda
• Tiap layer adalah gradasi warna hitam ke putih,
• Kombinasi 3 layer dapat memunculkan gambar berwarna (RGB).
44
PEREKAMAN &
PENYIMPANAN DATA Data direkam per band Komputer dengan kemampuan 8 bit data, maka :
Data terkecil/nilai pixel terkecil : 0
Data terbesar/nilai pixel terbesar : 255
Resolusi Spatial : Besaran yang menunjukkan ukuran obyek di bumi yang dapat dideteksi sensor
Resolusi Radiometric:
Level digital yang digunakan untuk merepresentasikan obyek.
BIL : Band Interleaved by Line
BIP : Band Interleaved by Pixel
BSQ : Band Sequentional
PEREKAMAN &
PENYIMPANAN DATA
http://atthur-gis.blogspot.com/2011/04/digital-image-data-formats.html
Peyimpanan Data di Receiving Stations
• Pare-pare, South Sulawesi
• Biak Island, Papua
• Pekayon - Jakarta
• Rumpin, West Java
Parepare South Sulawesi Remote Sensing Receiving Station
Rumpin - West Java
LAPAN Tubsat – Microsat and Terra,`Aqua MODIS Receiving Station
Geo Stationery Satellite
LANDSAT (Kebun Raya dan sekitarnya))
IKONOS (Kebun Raya)
IKONOS (Kebun Raya)
IKONOS (Kebun Raya)
Jalur Terbang Area of Interest
4.20821 LU 117.21833 BT
E.5
LANDSAT 7 ETM+ (aq. 20 Maret 2006) E.6
4.20936 LU 117.22592 BT E.6