TUGAS AKHIR RG

(1)

TUGAS AKHIR – RG 141536

PEMANFAATAN METODE DIFFERENTIAL INTERFEROMETRY SYNTHETIC APERTURE RADAR (DINSAR) UNTUK PEMANTAUAN DEFORMASI AKIBAT AKTIVITAS EKSPLOITASI PANASBUMI

(Studi Kasus: PLTP Lahendong, Sulawesi Utara)

Roni Kurniawan NRP 3512 100 021

JURUSAN TEKNIK GEOMATIKA

Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2016

Dosen Pembimbing

Ira Mutiara Anjasmara S.T, M.Phil, Ph.D

(2)

“Halaman ini sengaja dikosongkan”

(3)

FINAL ASSIGNMENT – RG 141536

DIFFERENTIAL INTERFEROMETRY SYNTHETIC APERTURE RADAR (DINSAR) METHOD FOR DEFORMATION MONITORING CAUSED BY EXPLOITATION GEOTHERMAL ACTIVITIY

(Case Study: PLTP Lahendong, North Sulawesi)

Roni Kurniawan NRP 3512100021

JURUSAN TEKNIK GEOMATIKA

Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2016

Supervisor

Ira Mutiara Anjasmara S.T, M.Phil, Ph.D

(4)

(5)

v

PEMANFAATAN METODE DIFFERENTIAL INTERFEROMETRY SYNTHETIC APERTURE RADAR

(DINSAR) UNTUK PEMANTAUAN DEFORMASI AKIBAT AKTIVITAS EKSPLOITASI PANASBUMI

(Studi Kasus: PLTP Lahendong, Sulawesi Utara)

TUGAS AKHIR

Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Pada

Jurusan S-1 Teknik Geomatika Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan

Institut Teknologi Sepuluh Nopember

Oleh:

RONI KURNIAWAN NRP. 3512 100 021

Disetujui oleh Pembimbing Tugas Akhir

Ira Mutiara Anjasmara S.T, M.Phil, Ph.D ……….

NIP. 1978 1231 2002 12 2001

SURABAYA, JULI 2016

(6)

vi

(7)

vii

PEMANFAATAN METODE DIFFERENTIAL INTERFEROMETRY SYNTHETIC APERTURE RADAR

(DINSAR) UNTUK PEMANTAUAN DEFORMASI AKIBAT AKTIVITAS EKSPLOITASI PANASBUMI

(Studi Kasus: PLTP Lahendong, Sulawesi Utara)

Nama : Roni Kurniawan NRP : 3512 100 021

Jurusan : Teknik Geomatika FTSP-ITS

Pembimbing : Ira Mutiara Anjasmara S.T, M.Phil, Ph.D Abstrak

Indonesia merupakan negara yang mempunyai kondisi geologis yang unik karena berada pada pertemuan 3 lempeng tektonik besar, yaitu Lempeng Indo-Australia, Lempeng Eurasia dan Lempeng Pasifik. Indonesia juga berada pada zona “Cincin Api Pasifik”, yaitu daerah barisan gunung api vulkanik yang aktif. Wilayah Indonesia yang berada di daerah cincin api pasifik tersebut membawa manfaat yang sangat besar. Salah satu manfaatnya adalah potensi energi panasbumi. Area Lahendong merupakan lapangan panas bumi pertama dan satu-satunya di Sulawesi. Cadangan terbukti reservoir Lahendong adalah sebesar 80 MW dengan potensi pengembangan sebesar 150 MW.

Area Lahendong mempunyai karakteristik reservoir low permeability namun memiliki temperatur sangat tinggi. Seperti energi-energi lainnya, energi panasbumi juga memiliki kelebihan dan kekurangan yang jamak, karena tidak ada energi yang benar-benar sempurna dampak kebermanfaatnya. Salah satu dampak negatif yang dapat terjadi adalah terjadinya deformasi yang disebabkan oleh eksploitasi fluida panasbumi itu sendiri.

Penelitian ini bertujuan untuk memantau aktivitas dari eksploitasi panasbumi di PLTP Lahendong, Sulawesi Utara

(8)

viii

dengan metode Differential Interferometric Synthetic Aperture Radar (DInSAR). Sedangkan untuk pengolahannya menggunakan perangkat lunak bebas terbuka (open source software) GMTSAR untuk mengolah data satelit ALOS-PALSAR daerah eksploitasi panasbumi Lahendong. Metode yang digunakan adalah dengan melakukan proses pemfokusan data SAR, transformasi koordinat ke sistem radar menggunakan infromasi orbit yang teliti, image alignment, interferome dan phase unwrapping menggunakan algoritma SNAPHU. Hasil metode DInSAR mengindikasikan bahwa telah terjadi proses deformasi di sekitar unit 1 dan 2 area eksploitasi panasbumi Lahendong berupa penurunan muka tanah sebesar 3 sampai 4 cm.

Kata Kunci : DInSAR, ALOS PALSAR, Eksploitasi Panasbumi, GMTSAR, Line of Sight

(9)

ix

DIFFERENTIAL INTERFEROMETRY SYNTHETIC APERTURE RADAR (DINSAR) METHOD FOR

DEFORMATION MONITORING CAUSED BY EXPLOITATION GEOTHERMAL ACTIVITIY (Case Study: PLTP Lahendong, North Sulawesi)

Name : Roni Kurniawan NRP : 3512 100 021

Departement : Teknik Geomatika FTSP-ITS

Advisor : Ira Mutiara Anjasmara S.T, M.Phil, Ph.D Abstract

Indonesia has a unique geological condition because it is located on the merging area of three large tectonic plates, that are: the Indo-Australian Plate, the Eurasian Plate and the Pacific Plate. Indonesia is also located on the "Pacific Ring of Fire", the area that are constructed by active volcanoes. This geographical position of Indonesian is ernomously beneficial. One of the benefit is geothermal energy potential. Lahendong’s area is the fisrt geothermal field and the only one in Sulawesi. Lahendong reservoir proved reserves are accounted to 80 MW with the potential development of 150 MW. Lahendong’s area has low permeability reservoir characteristics but has a very high temperature. Such as other energies, geothermal energy also has its advantages and disadvantages, because no energy has absolutely perfect impact on its benefit. One of the negative consequences of the exploitation of the geothermal fluid is deformation. The aim of this study is for monitoring the activity of geothermal exploitation in Lahendong, North Sulawesi by using Differential Interferometric Synthetic Aperture Radar (DInSAR) method. GMTSAR software is utilized for processing ALOS- PALSAR’s satellite data that cover Lahendong geothermal

(10)

x

exploitation area. The method is used for making the process of focusing SAR data, transform the coordinate to radar coordinate systems using the thoroughly orbit information, image alignment, interferome and phase unwrapping with SNAPHU algorithms.

The result from DInSAR method indicate that the deformation has been occured around the area unit 1 and 2 of Lahendong Geothermal Field as Land Subsidence with the value of 3- 4 cm.

Keywords : DInSAR, ALOS PALSAR, Geothermal Exploration, GMTSAR, Line of Sight

(11)

xiv

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL……….. i

LEMBAR PENGESAHAN………... v

ABSTRAK………. vii

ABSTRACT………. ix

KATA PENGANTAR………... xi

DAFTAR ISI……….. xiv

DAFTAR GAMBAR………. xviii

DAFTAR TABEL……….. xx

DAFTAR PERSAMAAN……….. xxii

DAFTAR LAMPIRAN……….. xxiv

DAFTAR SINGKATAN………... xxvi

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang………. 1

1.2 Perumusan Masalah………. 4

1.3 Batasan Masalah……….. 4

1.4 Tujuan Penelitian……… 5

1.5 Manfaat Penelitian……….. 5

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Pengertian Energi Geothermal……….. 7

2.2 Proses Pemanfaatan Energi Geothermal………. 8

2.3 Area Eksploitasi Sumber Energi Geothermal di Lahendong, Sulawesi Utara………... 9

2.4 Deformasi……….. 9

2.5 RADAR………... 10

2.5.1 Amplitude Citra RADAR……… 11

2.5.2 Phase Citra RADAR……… 11

2.5.3 Panjang Gelombang dan Frekuensi RADAR….. 13

2.5.4 Geometri Pencitraan RADAR……… 14

2.5.5 Pencitraan RADAR pada Range Direction dan Azimuth Direction……… 15

2.5.6 Distorsi Pencitraan RADAR……….. 15

(12)

xv

2.6 Prinsip Pencitraan SAR……… 16

2.7 InSAR……….. 18

2.8 Pembentukan Interferogram……….. 19

2.8.1 Koregistrasi Citra SAR……… 19

2.8.2 Koherensi Citra SAR……….. 20

2.8.3 Sumber Penurunan Koherensi………21

2.9 DInSAR……….. 22

2.10 ALOS PALSAR………. 23

2.11 GMTSAR……… 25

2.12 Penelitian Terdahulu……….. 26

BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Lokasi Penelitian……… 29

3.2 Data dan Peralatan………. 29

3.2.1 Data……… 29

3.2.2 Peralatan……… 30

3.3 Metodologi Penelitian……… 30

3.3.1 Tahap Penelitian……… 30

3.3.2 Tahap Umum Pengolahan SAR………. 31

3.3.3 Proses Pengolahan Data dengan GMTSAR……. 34

BAB IV HASIL DAN ANALISA 4.1 Citra SAR Area Lahendong……… 39

4.1.1 Umum……… 39

4.1.2 Citra Data SAR Area Lahendong………... 39

4.1.3 DEM Area Lahendong……… 40

4.2 Hasil Pengolahan Data SAR……… 41

4.2.1 Panjang Baseline dan Interval Waktu………... 41

4.2.2 Interferogram Phase dan Amplitude……… 42

4.2.3 Koherensi Citra SAR……….. 43

4.2.4 C itra Interferogram Setelah Filtering………… 44

4.2.5 Citra Interferogram Setelah Unwrapping…….. 45

4.2.6 Citra Interferogram Setelah Geocode………….. 45

4.3 Analisa Pengolahan DInSAR………. 45

4.3.1 Keakurasian estimasi Panjang Baseline……….. 45

(13)

xvi

4.3.2 Nilai Koherensi Citra………. 46 4.3.3 Estimasi Besar Deformasi……….. 49 BAB IV KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan……… 53 5.2 Saran……….. 53 DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

BIOGRAFI PENULIS

(14)

xvii

(15)

xx

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Deskripsi Band RADAR………... 13 Tabel 4.1 Spesifikasi Citra ALOS PALSAR yang Digunakan.. 40

(16)

xxi

(17)

xviii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 3.1 Peta Topografi Area Lahendong.………... 29 Gambar 3.2 Diagram Alir Tahap Penelitian………... 30 Gambar 3.3 Diagram Alir Pengolahan SAR...………... 31 Gambar 3.4 Diagram Alir Tahap Pengolahan dengan

GMTSAR……….…... 35 Gambar 4.1 Tampilan DEM SRTM 1 Sebagian Provinsi

Sulawesi Utara………... 41 Gambar 4.2 Interferogram Phase dan Amplitude Tahun

2007-2010……….………... 42 Gambar 4.3 Interferogram Phase dan Amplitude Tahun

2008-2010……….………... 42 Gambar 4.4 Interferogram Phase dan Amplitude Tahun

2009-2010……….………... 43 Gambar 4.5 Citra Koherensi………...………... 43 Gambar 4.6 Grafik Koherensi Citra………..………... 47 Gambar 4.7 Interferogram Phase Citra Setelah Geocoding

Tahun 2007-2010 dan Estimasi Besar

Deformasi Tahun 2007-2010………. 50 Gambar 4.8 Interferogram Phase Citra Setelah Geocoding

Deformasi Tahun 2008-2010………. 51 Gambar 4.9 Interferogram Phase Citra Setelah Geocoding

Deformasi Tahun 2009-2010………. 52

(18)

xix

(19)

xxii

DAFTAR PERSAMAAN

Persamaan 2.1 Beda Phase………...12

Persamaan 2.2 Jarak Miring………. 12

Persamaan 2.3 Phase Absolut………. 12

Persamaan 2.4 Range Resolution……….. 17

Persamaan 2.5 Azimuth Resolution.………. 18

Persamaan 2.6 Pembentukan Interferogram……….19

Persamaan 2.7 Koherensi Citra……… 20

Persamaan 2.8 Penurunan Koherensi..………. 21

Persamaan 4.1 Displacement of Earth’s Surface .………... 47

(20)

xxiii

(21)

xxvi

DAFTAR SINGKATAN

InSAR (Interferometric Synthetic Aperture Radar)………… 3

RADAR (Radio Detectionand Ranging)……….. 3

SAR (Synthetic Aperture Radar)……… 3

DInSAR (Differential Inferometry Synthetic Aperture Radar)…. 3 PALSAR (Phased Array type L band Synthetic Aperture Radar).. 3

ALOS (Advanced Land Observing Satellite)………. 3

SLC (Single Look Complex)………... 19

SNR (Signal Noise Ratio)………. 21

DEM (Digital Elevation Model)……….. 23

JERS (Japanese Earth Resource Satellite)……….. 23

CEOS (Comitte on Earth Observation Satellite)………... 24

MLI (Multi Looks Image)………... 24

ERS (European Remote Sensing)……… 25

LOS (Line of Sight)………. 26

FBD (Fine Beam Dual-polarization)………. 29

SRTM (Shuttle Radar Topography Mission)……… 30

GMT (Generic Mapping Tools)……… 30

PS-InSAR (Persistent/Permanent Scattere Interferometry Synthetic Aperture Radar)………. 54

(22)

xxvii

(23)

xxiv

DAFTAR LAMPIRAN

LAMPIRAN 1 : Interferogram Sebelum dan Setelah Filtering LAMPIRAN 2 : Phase setelah Unwrapping

LAMPIRAN 3 : Phase Setelah Geocoding

LAMPIRAN 4 : Gambar Estimasi Besar Deformasi

(24)

xxv

(25)

53

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan

Berdasarkan hasil analisa deformasi permukaan tanah akibat eksploitasi panasbumi di PLTP Lahendong, maka didapatkan beberapa kesimpulan, yaitu:

a. Dari hasil pengolahan dengan menggunakan metode DInSAR didapatkan estimasi besar deformasi berdasarkan Line of Sight (LOS) dengan nilai 3 sampai 4 cm.

b. Berdasarkan hasil unwrapping pada pengolahan data, menunjukan bahwa proses deformasi sudah terjadi di area eksploitasi panasbumi Lahendong dan itu berupa penurunan muka tanah (land subsidence).

c. Dari hasil pengamatan, deformasi yang teramati hanya deformasi area eksploitasi panasbumi Lahendong Unit 1 dan 2, sedangkan untuk Unit 3 dan 4 tidak terlalu terlihat karena untuk Unit 3 dan 4 ini proses eksploitasi baru dilakukan pada tahun 2007.

5.2. Saran

Berdasarkan hasil pengolahan data dan kesimpulan yang diperoleh, maka beberapa saran yang dapat diberikan adalah:

a. Untuk mencegah rendahnya nilai koherensi pada citra akibat dekorelasi temporal, maka diperlukan data yang cukup banyak dengan jarak temporal dan baseline yang berdekatan. Untuk jarak temporal dapat dilakukan akuisisi data setiap 6 bulan dengan jarak baseline ≤ 150 m.

b. Selain tenik DInSAR ini masih memiliki kekurangan berupa dekorelasi temporal, atmosferik, dan noise, maka untuk menambah keakuratan dari hasil pengolahan data, dapat digunakan teknik terbaru

(26)

54

dalam pengolahan data SAR yaitu teknik PS-InSAR (Persistent Scattere Interferometry SAR), seperti yang pernah dilakukan oleh Eneva (2012) yang meneliti deformasi permukaan di Imperial Valley.

c. Pengolahan dengan menggunakan software GMT5SAR sebaiknya menguasai software GMT5 dan bahasa pemrograman C/C++, karena banyak perintah- perintah yang dilakukan saat menggunakan software GMT5 dan GMT5SAR berbasis bahasa C/C++.

d. Untuk penelitian selanjutnya dapat diberikan tambahan data pengukuran langsung di lapangan panasbumi Lahendong, berupa data GPS serta melakukan uji validasi untuk mengetahui keakuratan nilai deformasi hasil pengolahan SAR dengan menggunakan teknik DInSAR.

(27)

55

DAFTAR PUSTAKA

Badan Standardisasi Nasional. (1998). Klasifikasi Potensi Energi Panas Bumi di Indonesia. SNI 13-5012-1998.

Brehme, M. (2015). The Role of Fault Zone on Structure, Operation and Prospect of Geothermal Reservoirs (Case Study: Lahendong, Indonesia). Göttingen: Georg-August University School of Science.

Eneva, M., dkk (2012). Surface Deformation in Imperial Valley, CA, from Satellite Radar Interferometry.Geothermal Resource Council Transaction, Vol. 36.

Ferretti, A., Andrea Monti-Guarnieri, Claudio Prati, dan Fabio Rocca. (2007a). InSAR Principles : Guidelines For SAR Interferometry Processing And Interpretation. The Netherlands: ESA Publications.

Ferretti, A., Andrea Monti-Guarnieri, Claudio Prati, dan Fabio Rocca. (2007b). InSAR Processing : A Practical Approach.

The Netherlands: ESA Publications.

Gabriel, A. G., Goldstein, R. M. & Zebker, H. A. (1989).

Mapping small elevation changes over large areas:

Differential radar interferometry. J. Geophys. Res. 94, 9183–9191.

Hanssen, R. (2001). Radar Interferometry: Data Interpretation and Error Analysis. London: Kluwer Academic Publisher.

The Netherlands: Delft University of Technology.

Hardi, A. H. (2008). Studi Pemanfaatan Band yang Berbeda pada InSAR (Interferometric Synthetic Aperture Radar).

Program Studi Teknik Geodesi dan Geomatika Fakultas Ilmu dan Teknologi Kebumian Institut Teknologi Bandung.

Hidayat, Wahyu. (2008). Energi Geothermal.

http://majarimagazine.com/2008/04/energi-geothermal/

dikunjungi tanggal 19 Desember 2015 pukul 08.18.

Indra. (2011). Pengunaan Dual Pass Differential InSAR untuk Pemantauan Deformasi (Studi Kasus: SeSAR Palu-Koro).

(28)

56

Program Studi Teknik Geodesi dan Geomatika Fakultas Ilmu dan Teknologi Kebumian Institut Teknologi Bandung.

Ismullah, I. H. (2004). Pengolahan Fasa untuk Mendapatkan Model Tinggi Permukaan Dijital (DEM) pada Radar Aperture Sintetik Interferometri (InSAR) Data Satelit. ITB Sains & Tek. Vol. 36 A, No.1, 11-32.

Japan Space Systems. (2012). PALSAR User's Guide. Japan:

Japan Space Systems (J-space systems).

Japan Aerospace Exploration Agency. (2006). ALOS/PALSAR Level 1 Product Format Description. Japan: Earth Observation Research Center.

Kuang, S. (1996). Geodetic Network Analysis and Optimal Design: Concepts and Applications. Michigan : Ann Arbor Press. Inc.

Kusman, A. (2008). Studi Deformasi Gunung Api Batur dengan Menggunakan Teknologi SAR Interferometri (InSAR).

Bandung: Teknik Geodesi dan Geomatika, Fakultas Ilmu dan Teknologi Kebumian, Institut Teknologi Bandung.

Lusch, D. P. (1999). Introduction to Microwave Remote Sensing.

Michigan State University: Center For Remote Sensing and Geographic Information Science.

Massonnet, D. (1998). Radar Interferometry and Its Application To Changes In The Earth’s Surface. Reviews of Geophysics 36,4, 441–500.

Nenny. (2009). Sekilas Tentang Panas Bumi. Bandung: Institut Teknologi Bandung.

Prabowo, T. (2011). Evaluasi Reservoir Lapangan Geothermal Lahendong-Sulawesi Utara Setelah Berproduksi Selama 10 Tahun. Bandar Lampung, Indonesia: Proceeding of Annual Indonesian Geothermal Association Meeting &

Conference.

Purna , T. (2009). Pemantauan Metode InSAR untuk Pemantauan Deformasi Gunung Api dan Penurunan Tanah. Bandung:

Teknik Geodesi dan Geomatika , Institut Teknologi Bandung.

(29)

57

Sandwell, D ., R. Mellors, X. Tong, M. Wei, and P. Wessel (2011). Open radar interferometry software for mapping surface deformation. Eos Trans. AGU, 92 (28), doi:10.1029/2011EO280002.

Sandwell, David, Mellors, Rob, Tong, Xiaopeng, Wei, Matt, and Wessel, Paul. (2011). GMTSAR: An InSAR Processing System Based on Generic Mapping Tools. UC San Diego:

Scripps Institution of Oceanography. Retrieved from:

http://escholarship.org/uc/item/8zq2c02m.

Sardjito. (2013). Pengembangan Panas Bumi Lahendong.

<http://www.dunia-energi.com/pge-lanjutkan-

pengembangan-panas-bumi-lahendong/> dikunjungi tanggal 20 Desember 2015 pukul 11.34.

Sarychikina, O., dkk (2010). DInSAR Analysis of Land Subsidence caused by Geothermal Fluid Exploitation in the Mexicali Valley, B.C., Mexico. Queretaro, Mexico:

Proceedings of EISOLS.

Sharav, A. (2003). Differential SAR Interferometry for Crustal Deformation Study. Netherlands: International Institute For Geo-Information Science and Earth Observation.

Tomiyama, N. (2010). Microwave Remote Sensing With Focuses on Forestry and Agriculture (6-10 November ed.). Hanoi, Vietnam: ISPRS Students Consorsiumand WG VI/5 5th Summer School.

Usai, S. (2001). A New Approach for long Term Monitoring of Deformation by Differential SAR Interferometry.

Netherlands: Delf University Press.

Woodhouse, I. H. (2006). Introduction to Microwave Remote Sensing. Boca Raton: CRC Press Taylor & Francis.

(30)

58

(31)

BIOGRAFI PENULIS

Roni Kurniawan. Penulis merupakan anak pertama dari 3 bersaudara yang dilahirkan di Bandung, pada tanggal 21 Desember 1994. Penulis telah menempuh pendidikan formal di TK Islam Terpadu Darul Qolam Bandung, SD Islam Terpadu Darul Qolam Bandung, SD Negeri XI Dayeuhkolot Bandung, SMP Negeri 1 Puring, dan SMA Negeri 2 Kebumen. Setelah lulus dari SMA pada tahun 2012, penulis kemudian melanjutkan pendidikan perguruan tinggi di Institut Teknologi Sepuluh Nopember dengan mengambil Jurusan Teknik Geomatika melalui jalur SNMPTN.

Selama menjadi mahasiswa, penulis cukup aktif dalam berorganisasi baik di intra maupun ekstra kampus. Di intra kampus penulis pernah menjadi Ketua Umum Lembaga Dakwah Jurusan Geomatics Islamic Study yang tergabung dalam HIMAGE-ITS dan pernah menjadi salah satu Kepala Departemen di JMMI-ITS. Di ekstra kampus penulis pernah menjadi volunteer di dua komunitas yang bergerak di bidang pendidikan yaitu Laskar Pahlawan dan Kelas Matahari. Selain itu juga, penulis aktif mengikuti pelatihan keterampilan manajemen mahasiswa seperti LKMM PRA-TD, LKMM-TD, dan Program Studi Islam (PSI) serta aktif dalam kepanitiaan di tingkat jurusan dan institut.

Dalam penyelesaian syarat Tugas Akhir, penulis memilih bidang keahlian Geodinamika dan Lingkungan, dengan judul tugas akhir

“Pemanfaatan Metode Differential Interferometry Synthetic Aperture Radar (DInSAR) untuk Pemantauan Deformasi Akibat Aktivitas Eksploitasi Panasbumi (Studi Kasus: PLTP Lahendong, Sulawesi Utara)”.