PEMANFAATAN METODE INSAR
UNTUK PEMANTAUAN AKTIVITAS GUNUNG SEMERU
TUGAS AKHIR
Karya ilmiah yang diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar SARJANA TEKNIK
pada Program Studi Teknik Geodesi dan Geomatika
oleh
Nur Mujid Abdullah 15108044
PROGRAM STUDI TEKNIK GEODESI DAN GEOMATIKA FAKULTAS ILMU DAN TEKNOLOGI KEBUMIAN
INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2012
LEMBAR PENGESAHAN
Tugas Akhir Sarjana
PEMANFAATAN METODE INSAR UNTUK PEMANTAUAN AKTIVITAS GUNUNG SEMERU
Adalah benar dibuat oleh saya sendiri dan belum pernah dibuat dan diserahkan sebelumnya baik sebagian atau seluruhnya, baik oleh saya maupun orang lain, baik
di ITB maupun institusi pendidikan lainnya.
Bandung, September 2012 Penulis,
Nur Mujid Abdullah NIM 15108044
Diperiksa dan disetujui oleh Pembimbing I,
Dr. Ir. Dina Anggreni Sarsito, MT. NIP 19700512 199612 2 001
Pembimbing II,
Teguh Purnama Sidiq, ST., MT.
Disahkan oleh
Ketua Program Studi Teknik Geodesi dan Geomatika Fakultas Ilmu dan Teknologi Kebumian
Institut Teknologi Bandung
Dr. Ir. Kosasih Prijatna, M. Sc. NIP 19600702 198810 1 001
i ABSTRAK
Indonesia terletak pada 6o LU hingga 11o LS dan 95o BT hingga 141o BT yang memiliki iklim tropis serta dilalui jalur “Ring of fire”(daerah yang memiliki banyak gunungapi aktif). Hal itu terbukti dengan kepemilikan gunungapi aktif Indonesia sebanyak 129 gunungapi. Hal ini berarti Indonesia berada di daerah yang rawan bencana akibat letusan gunungapi. Untuk mengurangi dampak dari bencana yang dapat terjadi kapan saja itu, perlu dilakukan mitigasi. Dalam rangka mitigasi tersebut terdapat pokok bagian yang penting, yaitu pemantauan aktivitas gunungapi. Banyak metode yang dapat digunakan untuk pemantauan gunungapi. Salah satunya adalah secara geodetik menggunakan teknologi InSAR.
Penelitian ini menerapkan teknologi InSAR untuk memantau aktivitas Gunung Semeru, Jawa Timur, Indonesia. Sebanyak 8 data ALOS PALSAR level 1.0 dari Oktober 2009 hingga Februari 2011 digunakan dalam penelitian ini. Metode pengolahannya dengan menggunakan metode two-pass dengan model tinggi digitalnya dari SRTM3. Perangkat lunak yang digunakan untuk pengolahannya adalah GMTSAR.
Setelah dilakukan pengolahan, diperoleh 7 interferogram dengan memasangkan data yang memiliki interval data terpendek. Interferogram yang terbentuk ternyata masih memiliki kesalahan yang besar dari fase orbit dan atmosfer sehingga tidak dapat dianalisis hubungan antara aktivitas Gunung Semeru dengan hasil yang diperoleh. Hal ini menunjukkan GMTSAR masih perlu dikembangkan agar dapat digunakan untuk memantau aktivitas gunungapi dengan teknologi InSAR.
ii ABSTRACT
Indonesia is located on 6o North to 11o South and 95oto 141o East which in tropical
region as well as in the path of Ring of Fire (where the active volcanoes are). It is proven by the number of volcanoes in Indonesia is 129 volcanoes. It means Indonesia is vulnerable to volcano hazards. In order to minimalize the victims, there have to be mitigation. In mitigation processes, monitoring volcanoes activities are one of the most important things. There are many methods to monitor volcanoes activities. One of them is geodetic method utilizing InSAR technology.
This research applied InSAR technology to monitor the activities of Semeru volcano, East Java, Indonesia. Eight ALOS PALSAR data level 1.0 from October 2009 till February 2011 is used. Processing method is two-pass method which use SRTM3 as digital elevation model. The processing software is GMTSAR.
After the processing, there are 7 interferograms from the shortest time interval data pairs. The interferograms still contain some errors from orbit and atmosphere so the correlation between volcano activities and the interferograms cannot be analyzed. This means GMTSAR still need to be improved so that it can be used for volcano activities monitoring using InSAR technology.
iii PRAKATA
Penulis senantiasa bersyukur kepada Allah Swt yang selalu memberikan rahmat dan hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian tugas akhir yang judul Pemanfaatan Metode InSAR untuk Pemantauan Aktifitas Gunung Semeru. Tugas akhir ini merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana (S1) Program Studi Teknik Geodesi dan Geomatika Institut Teknologi Bandung.
Penelitian dalam tugas akhir ini menjelaskan pengolahan data SAR (Synthetic Aperture Radar) dari satelit ALOS PALSAR untuk mendapatkan peta deformasi Gunung Semeru. Penelitian ini dilakukan karena ketertarikan penulis pada pengolahan data SAR untuk kebutuhan deformasi yang masih belum banyak dilakukan di Indonesia.
Pada kesempatan ini, penulis mengucapkan terima kasih kepada:
1. Dosen pembimbing I, Ibu Dr. Ir. Dina Anggreni Sarsito, M. Sc.. Terima kasih atas bantuannya dimulai dari penyusunan proposal sampai penyelesaian tugas akhir ini, serta terima kasih atas bimbingan dan perhatian yang ibu berikan selama penulis mengerjakan penelitian tugas akhir ini.
2. Dosen pembimbing II, Bapak Teguh Purnama Sidiq, ST., MT.. Terima kasih atas masukan yang bapak berikan untuk penyelesaian tugas akhir ini.
3. Dosen wali akademik, Bapak Dr. Ir. Irwan Meilano, M. Sc., yang telah memberikan arahan dan semangat pada penulis untuk selalu melakukan yang terbaik dengan tetap berpegang pada aturan yang berlaku dan menilai pada kemampuan yang penulis miliki.
4. Dosen - dosen penguji dalam ujian tugas akhir, Bapak Irwan Meilano, Bapak Irwan Gumilar, dan Ibu Estu Krisnawati atas koreksi-koreksi yang membangun untuk kemajuan penulisan tugas akhir ini.
5. Bapak Ketua Program Studi Geodesi dan Geomatika ITB, Bapak Dr. Ir. Kosasih Prijatna, M. Sc.
6. Seluruh dosen Program Studi Teknik Geodesi dan Geomatika ITB atas ilmu yang engkau berikan.
7. Mr. David Sanwell yang bersedia menuntun saat penulis mendapati kebuntuan, Pak Agustan yang telah menyelakan waktunya memberikan pelatihan perangkat
iv lunak yang digunakan dalam penelitian ini, dan Bu Estu atas data SAR Gunung Semeru serta rekan – rekan laboratorium GREAT, Pak Didik, Pak Zul, Bang Rino, Pak Fajri, Bang Ruben, Bro Ardi, Bro Din, Bang Rian, Mbak Iktri, Pak Bayu, Ajeng, The Rian, dan masih banyak lagi yang tidak dapat disebutkan satu persatu.
8. Pak Dudung, Pak Dudi Sahrudin, Pak Ujum, Bu Siti, Pak Dudi Lab. Surkad, Pak Ule, Pak Dadang, Pak Akmad, dan staf di Teknik Geodesi dan Geomatika ITB yang tidak dapat disebutkan satu-persatu.
9. Dosen dan staff FITB dan ITB yang tidak dapat disebutkan satu persatu.
10. Wicak, Oma, Bad_ak, Fandi, Gebi, Legi, HenKur, Mail dan semua IMG 2008, terimakasih telah menjadi teman yang bukan sekedar teman selama di IMG. 11. IMG 2005, IMG 2006, dan IMG 2007, terimakasih atas kesediaannya menerima
dan membimbing kami.
12. IMG 2009, IMG 2010, dan IMG 2011 terus berjuang, kalianlah kebanggaan kami.
13. Gilang, Risa, Muti dan semua teman – teman FITB01, selamat berjuang kawan sukse selalu.
14. Dan pastinya orang tua tercinta yang selalu mencintai dan menghargai dalam suka maupun duka.
15. Penghuni dan mantan penghuni TH 181/56 RT 02 RW 08, ibu kos, dan tetangga serta ibu yang punya warung.
16. Semua pihak telah membantu dan tidak dapat disebutkan satu persatu. Semoga Allah Swt membalasnya dengan yang lebih baik. Amin.
Penulis berharap penulisan penelitian tugas akhir ini berguna bagi para peminat keilmuan tentang InSAR, Gunungapi, Deformasi, pemrograman berbasis open source serta untuk mitigasi bencana alam yang banyak terjadi di Indonesia.
Bandung, September 2012
v DAFTAR ISI LEMBAR PENGESAHAN ABSTRAK ... i ABSTRACT ... ii PRAKATA ... iii DAFTAR ISI ... v
DAFTAR GAMBAR ... vii
DAFTAR TABEL ... ix
DAFTAR LAMPIRAN ... x
DAFTAR SINGKATAN DAN SIMBOL ... xi
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Maksud dan Tujuan ... 3
1.3 Ruang Lingkup ... 3
1.4 Manfaat Penelitian ... 3
1.5 Metodologi Penelitian ... 4
1.6 Sistematika Penulisan ... 6
BAB II TEORI DASAR 2.1 Synthetic Aperture Radar (SAR) ... 7
2.2 InSAR ... 9
2.3 Differential InSAR ... 11
2.4 Metode InSAR untuk Pengamatan Deformasi Gunungapi ... 16
2.5 Gambaran Umum Lokasi Studi (Gunung Semeru) ... 19
BAB III PENGOLAHAN DATA SAR DENGAN GMTSAR 3.1 Sekilas Tentang GMTSAR ... 24
3.2 Strategi Pengolahan Data pada GMTSAR ... 25
3.3 Tahapan Pengolahan Data pada GMTSAR ... 26
3.3.1 Pemilihan data ... 26
3.3.2 Pra-pengolahan ... 27
vi
3.3.4 Transformasi koordinat DEM ... 30
3.3.5 Pembentukan interferogram ... 31
3.3.6 Filtering dan phase unwrapping ... 31
3.3.7 Georeferencing ... 32
3.4 Hasil Pengolahan Data SAR Gunung Semeru ... 32
3.4.1 Data ... 33
3.4.2 Hasil pengolahan ... 34
BAB IV ANALISIS 4.1 Data ... 38
4.2 Hasil ... 40
4.3 Hubungan Aktivitas Gunung Semeru dengan Hasil ... 52
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ... 54
5.2 Saran ... 55 DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
vii DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1 Foto Gunung Semeru dari arah tenggara... 2
Gambar 1.2 Diagram alir metodologi penelitian ... 5
Gambar 2.1 Geometri sistem InSAR ... 10
Gambar 2.2 Alur pemrosesan pada teknik DInSAR ... 12
Gambar 2.3 Efek atmosfer pada interferogam ... 15
Gambar 2.4 Bentuk fringe pada deformasi gunungapi ... 17
Gambar 2.5 Ilustrasi hubungan pergeseran LOS dengan inflasi deflasi gunungapi ... 19
Gambar 2.6 Peta lokasi daerah studi (Gunung Semeru) ... 20
Gambar 2.7 Sejarah Aktivitas Gunung Semeru dari tahun 1818 hingga 2010 ... 22-23 Gambar 3.1 Strategi pengolahan data SAR dengan teknik DInSAR pada GMTSAR ... 25
Gambar 3.2 Plot waktu-baseline pada sekumpulan data SAR ... 27
Gambar 3.3 Contoh tampilan dari bagian citra .raw ... 28
Gambar 3.4 Parameter hasil preprocessing dari citra IMG-HH-ALPSRP 197297020-H1.0__A ... 29
Gambar 3.5 Ilustrasi fase relatif (a) menjadi fase mutlak (b) pada proses unwrapping ... 32
Gambar 3.6 Tampilan data DEM yang digunakan dalam penelitian ini ... 34
Gambar 3.7 Hasil pengolahan citra SAR untuk pasangan 20091007_20091122 ... 36-37 Gambar 4.1 Hubungan data dengan aktivitas yang terekam ... 41
Gambar 4.2 Citra fase yang telah difilter pasangan 20091007-20091122 ... 42
Gambar 4.3 Citra koherensi pasangan 20091007-20091122 ... 42
Gambar 4.4 Interferogram Gunung Semeru dan unwrap-nya pasangan 20091007-20091122 ... 43
Gambar 4.5 Interferogram pasangan 20091122-20100722 ... 43
Gambar 4.6 Citra koherensi pasangan 20091022-20100710 ... 44
Gambar 4.7 Interferogram Gunung Semeru dan unwrap-nya pasangan 20091122-20100710 ... 44
viii Gambar 4.8 Citra koherensi pasangan 20100710-20100825 ... 45 Gambar 4.9 Interferogram pasangan 20100710-20100825 ... 45 Gambar 4.10 Interferogram Gunung Semeru dan unwrap-nya pasangan
20100710-20100825 ... 46 Gambar 4.11 Interferogram pasangan 20100825-20101010 ... 46 Gambar 4.12 Citra koherensi pasangan 20100825-20101010 ... 47 Gambar 4.13 Interferogram Gunung Semeru dan unwrap-nya pasangan
20100825-20101010 ... 47 Gambar 4.14 Citra koherensi pasangan 20101010-20101125 ... 48 Gambar 4.15 Interferogram pasangan 20101010-20101125 ... 48 Gambar 4.16 Potongan interferogram dan unwrap pasangan
20101010-20101125 ... 49 Gambar 4.17 Interferogram pasangan 20101125-20110110 ... 49 Gambar 4.18 Citra unwrap yang belum dan telah di-detrend ... 50 Gambar 4.19 Citra unwrap bagian Gunung Semeru pasangan
20101125-20110110 ... 50 Gambar 4.20 Interferogam pasangan 20110110-20110225 ... 51 Gambar 4.21 Hasil unwrap dan detrend pasangan 20110110-20110225 ... 51 Gambar 4.22 Citra unwrap ter-detrend Gunung Semeru pasangan
20110110-20110225 ... 52 Gambar 4.23 Hubungan aktivitas Gunung Semeru dengan hasil pengolahan .... 52
ix DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Rekaman aktivitas Gunung Semeru tahun 2009 hingga 2012 ... 21 Tabel 3.1 Informasi data SAR Gunung Semeru ... 33 Tabel 3.2 Panjang baseline dan beda waktu antar pasangan citra ... 35 Tabel 4.1 Perbandingan file PRM citra 20091007 dengan citra 20110110 . 39-40
x DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran A Karakteristik ALOS PALSAR dan PALSAR Data A. 1 Karakteristik PALSAR
A. 2 Karakteristik Data PALSAR Lampiran B Citra Beda Fase
B. 1 Pasangan 20091007-20091122 B. 2 Pasangan 20091122-20100710 B. 3 Pasangan 20100710-20100825 B. 4 Pasangan 20100825-20101010 B. 5 Pasangan 20101010-20101122 B. 6 Pasangan 20101122-20110110 B. 7 Pasangan 20110110-20110225 Lampiran C Citra Unwrap
C. 1 Pasangan 20091007-20091122 C. 2 Pasangan 20091122-20100710 C. 3 Pasangan 20100710-20100825 C. 4 Pasangan 20100825-20101010 C. 5 Pasangan 20101010-20101122 C. 6 Pasangan 20101122-20110110 C. 7 Pasangan 20110110-20110225
xi DAFTAR SINGKATAN DAN SIMBOL
Dafar singkatan :
ALOS : Advanced Land Observing Satellite BNPB : Badan Nasional Penanganan Bencana
BT : Bujur Timur
CEOS : Committee on Earth Observation Satellites DEM : Digital Elevation Model
DInSAR : Differential Interferometric Synthetic Aperture Radar DORIS : Delft Object-oriented Radar Interferometric Software dpl : di atas permukaan air laut
EDM : Electronic Distance Measurement EOS : Earth Observing Systems
ERS : European Remote Sensing Satellite ESA : European Space Agency
ESDM : Energi dan Sumber Daya Mineral FBD : Fine Beam Double Polarizations FBS : Fine Beam Single Polarization FFT : Fast Fourier Transform
GCP : Ground Control Point GMT : Generic Mapping Tools
GMTSAR : Generic Mapping Tools Synthetic Aperture Radar GPS : Global Positioning Systems
InSAR : Interferometric Synthetic Aperture Radar I/Q : In-phase (real), Quadrature (imaginary) LOS : Line of Sight
LS : Lintang Selatan
LU : Lintang Utara
MODIS : Moderate Resolution Imaging Spectradiometer NASA : National Aeronautics and Spaces Administration NetCDF : Network Common Data Form
NGA : National Geospatial-Intelligence Agency
OS : Operating System
PALSAR : Phase Array L-band Synthetic Aperture Radar
PC : Personal Computer
PRF : Pulse Repetition Frequency
PVMBG : Pusat Vulkanologi dan Mitigasi Bencana Geologi Radar : Radio detection and ranging
SAR : Synthetic Aperture Radar SLC : Single Look Complex
SNAPHU : Statistical-cost Network flow Algorithm for Phase Unwrapping SRTM : Shuttle Radar Topography Mission
SW : South West
SWST : Sampling Window Start Time USGS : United States Geological Survey VAAC : Volcanic Ash Advisory Centre WGS84 : World Geodetic Survey 1984
xii Daftar Simbol :
ΔR : resolusi arah miring (m)
c : cepat rambat gelombang elektromagnetik di ruang hampa (m/s)
τ : panjang pulsa (s)
Δx : resolusi arah melintang (m) θ : incidence angle (sudut pancaran)
: resolusi searah lintasan dengan antena sintetis λ : panjang gelombang sinyal radar
r : jarak miring satelit ke target
d : panjang antena
y : besarnya medan listrik pada bidang elektromagnetik yang terekam dalam SLC A : amplitudo SLC : fase SLC AM : amplitudo SLC master AS : amplitudo SLC slave : fase SLC master : fase SLC slave
: beda fase antar SLC master dan slave pada titik G
I : imajiner
R : riil
RM : jarak miring satelit ke target pada SLC master
RS : jarak miring satelit ke target pada SLC slave
B : panjang baseline
B|| : baseline sejajar
: baseline tegaklurus
: tinggi titik G di atas suatu referensi : look angle pada titik G
α : sudut baseline satelit
: beda fase
: baseline tegaklurus untuk titik G hG : tinggi ambiguitas titik G
: fase pada interferogram akibat topografi : fase pada interferogam akibat kesalahan orbit
: fase pada interferogam akibat deformasi permukaan bumi : fase pada interferogam akibat penundaan atmosfer
: fase pada interferogam akibat noise DG : pergeseran titik G pada arah LOS
Vdisp : pergeseran titik arah vertikal
LOS : pergeseran LOS
