1. PendaHuLuan
Indonesia adalah negara kepulauan yang terletak di 95° – 141° BT dan 6° LU – 11° LS, membentang di sepanjang garis khatulistiwa serta mendapatkan matahari sepanjang tahun. Tingginya intensitas penyinaran matahari dan letak geografis Indonesia yang berada di antara Samudera Pasifik - Samudera Hindia menyebabkan banyak terjadi penguapan. Banyaknya kandungan uap air di atmosfer menjadikan tingginya peluang pembentukan awan. Oleh sebab itu, Indonesia selalu diliput awan sepanjang tahun dari awan tipis sangat tebal. Salah satu contoh tutupan awan di atmosfer Indonesia dapat dilihat pada Gambar 1.1.
Nanin Anggraini, dan Anang Dwi Purwanto - Pusat Pemanfaatan Penginderaan Jauh e-mail: [email protected]
Si Terra Menembus Awan
2. HasiL Pemantauan kondisi Permukaan Bumi InDoneSIA
Tingginya tutupan awan menjadi kendala untuk melakukan pemantauan kondisi permukaan bumi dengan menggunakan data penginderaan jauh, padahal banyak informasi yang dapat diperoleh pada saat permukaan bumi tertutup oleh awan, seperti banjir, kebakaran, tutupan lahan, fase tanaman, dan lain sebagainya. Selama ini, pemantauan permukaan bumi banyak dilakukan dengan menggunakan data satelit optis seperti Landsat, Quickbird, SPOT, IKONOS, MODIS, dan lain sebagainya. Satelit optis merekam kondisi permukaan bumi sesuai dengan kondisi
riil di lapangan sehingga dapat memberikan informasi yang dibutuhkan. Meskipun banyak satelit optis dengan resolusi spasial tinggi dan resolusi temporal sangat cepat, akan tetapi dengan adanya permasalahan tingkat ketebalan awan yang sangat tinggi di Indonesia, maka banyak obyek di permukaan bumi tidak dapat terekam. Selain itu, data optis hanya mampu merekam informasi permukaan bumi pada siang hari saja karena mengandalkan sumber energi dari matahari. Hal ini tentunya sangat merugikan karena banyak informasi yang hilang. Gambar 2.1 dan 2.2 adalah beberapa contoh citra satelit optis yang diliputi oleh awan (tampilan permukaan bumi dari citra Landsat 8 dan Modis).
Dengan perkembangan teknologi penginderaan jauh dan tantangan untuk mendapatkan informasi yang lebih baik, lahirlah teknologi yang mampu menembus lapisan awan, yaitu Radio Detection and Ranging (RADAR). Radar adalah sistem penginderaan jauh sensor aktif gelombang mikro yang memiliki panjang gelombang relatif panjang sehingga mampu menembus awan, debu, abu vulkanik, serta pada kondisi cuaca yang kurang bagus (penuh awan). Selain itu, radar memiliki sumber energi sendiri sehingga dapat melakukan perekaman baik siang ataupun malam. Antena radar memancarkan pulsa energi gelombang mikro. Dalam prosesnya, karakteristik gelombang dikendalikan Gambar 2.1. Liputan awan yang terekam pada data optis satelit Landsat 8 daerah Cilacap dan Banyuwangi (Sumber: LAPAN)
dan konsisten dari pulsa ke pulsa. Koherensi alami ini memungkinkan penciptaan produk seperti model elevasi dijital dan pengukuran sensitif perubahan permukaan bumi dari waktu ke waktu.
Pulsa dari radar dikirim pada Pulse Repetition Frequency (PRF) dengan rentang 2000 per detik atau lebih. Pulsa tersebar dan sebagian yang kembali ke antena yang disebut dengan radar backscatter. Radar akan mengukur karakteristik gema yang diterima, termasuk waktu kembalinya pulsa ke antena, kekuatan pantulan, serta fase kembalinya gelombang.
Citra radar dihasilkan dari sekumpulan pantulan energi yang dipancarkan dan yang dipantulkan oleh obyek serta karakter reflektan obyek tersebut. Tanaman (pohon) menghasilkan reflektan yang menyebar sehingga terjadi “moderate backsatter” dan akan terlihat berwarna abu-abu pada piksel citra. Perlu diingat bahwa panjang gelombang (lamda) radar yang panjang seperti band-UHF dipantulkan oleh daun, batang, permukaan tanah hingga objek tersembunyi yang bisa terdeteksi. Obyek air akan menyerap gelombang mikro panjang sehingga akan terlihat
sangat gelap (hitam) pada tampilan citra. Apabila permukaan air terlihat kasar, seperti yang biasa terjadi di laut terbuka, maka dapat dijelaskan bahwa terdapat gelombang di permukaan laut tersebut sehingga tampilan pada citra radar akan berwarna lebih cerah dibandingkan dengan permukaan air yang tenang. Obyek di permukaan bumi seperti gedung yang menjulang tinggi akan menghasilkan pantulan yang kuat sehingga akan terlihat sebagai obyek yang berwarna putih pada citra radar. Gambar 2.4, mengilustrasikan variasi pantulan dari beberapa obyek.
Gambar 2.3. Liputan awan yang terekam pada data optis satelit SPOT 5 daerah Cilacap (Sumber: LAPAN)
Berdasarkan informasi dari NASA, perkembangan teknologi radar telah dimulai sejak 1978 dengan lahirnya Seasat yaitu satelit pertama yang dirancang untuk penginderaan jauh untuk pemantauan permukaan laut dan bumi dengan sistem Synthetic Aperture Radar (SAR). Satelit ini dikelola oleh NASA’s Jet Propulsion Laboratory berfungsi untuk memantau dinamika laut. Satelit Seasat diluncurkan pada 27 Juni 1978 yang mengorbit pada ketinggian 800 km dengan sudut inklinasi 108°. Misi khusus satelit Seasat adalah untuk mengumpulkan data tentang angin
Gambar 2.4. Variasi refelektan dari objek di permukaan bumi (Sumber: http://dx.doi. org/10.5670/oceanog.2013.28.)
Gambar 2.5. Satelit Seasat(Sumber: http:// science. nasa. gov/ missions/seasat-1/)
Gambar 2.6. Satelit Jerman TerraSAR-X (Sumber: https: //directory.eoportal. org/web/eoportal/satellite-missions/t/terrasar-x#overview) Tabel 2.1. Satelit, tahun peluncuran, frekuensi, polarisasi, dan resolusi spasial Sensor SAR (Moneira et al., 2013)
permukaan laut, suhu permukaan laut, tinggi gelombang, gelombang internal, air atmosfer, fitur es laut dan topografi laut. Satelit Seasat hanya beroperasi selama 103 hari karena terjadi kerusakan sistem dan akhirnya diganti oleh banyak satelit radar lainnya yang terus berkembang hingga saat ini.
Salah satu data radar yang dimanfaatkan oleh LAPAN adalah data dari satelit TerraSAR-X. TerraSAR-X1 (juga disebut sebagai TSX atau TSX-1) adalah satelit SAR milik Jerman untuk aplikasi ilmiah dan komersial. Projek ini didukung oleh German Ministry of Education and Science (BMBF) yang dikelola oleh German Aerospace Center (DLR) TerraSAR-X diluncurkan dari landasan Baikonur Rusia pada 15 Juni 2007 dan mulai melakukan pelayanan pada awal 2008 dengan masa operasi radar lima tahun, namun diperpanjang hingga lima tahun kedepan. Hal ini disebabkan karena satelit tersebut masih bekerja dengan normal dan baterainya masih dalam kondisi yang sangat baik.
Berdasarkan informasi dari eoportal.org, tujuan diluncurkannya TerraSAR-X adalah untuk mendapatkan data dengan frekuensi X-band dan multi-mode dengan spektrum yang luas untuk keperluan aplikasi ilmiah hidrologi, geologi, klimatologi, oseanografi, pemantauan lingkungan dan bencana, dan kartografi (pembuatan Digital Elevation Model – DEM) dengan menggunakan interferometry dan stereometry. Satelit TerraSAR-X dibangun oleh Airbus Defence and Space geontelligence/ Infoterra GmbH (sebelumnya EADS Astrium GmbH, Friedrichshafen, Jerman) dengan bentuk luar heksagonal (segi delapan).
Pesawat luar angkasa ini memiliki dimensi tinggi total 5 m dan diameter 2,4 m. Salah satu dari enam sisi membawa antena radar dengan panjang 5 m dan lebar 80 cm. Satelit ini dilengkapi dengan sel surya cara gallium arsenide seluas 5,25 m2, yang menjamin pasokan energi untuk beroperasi. Tiga sisi darisegi enam diisi dengan peralatan elektronik, sedangkan sisi yang menghadap matahari adalah fitur tambahan yang membawa sel surya. Antena SAR dipasang pada salah satu sisi segi enam, dengan sudut 33.8º off nadir. Sudut nadir lainnya digunakan untuk akomodasi dari antena S-band TT & C. Bentuk dari TerraSAR-X dapat dilihat pada Gambar 2.6.
TerraSAR-X dengan frekuensi X-bandnya memiliki panjang gelombang 31 mm dengan frekuensi 9.6 GHz. TerraSAR-X dengan orbit polar pada ketinggian 514 km mampu menghasilkan gambar dengan kualitas yang sanggat tinggi hingga mencapai resolusi 1 m. Fitur TerraSAR-X sebagai berikut:
- resolusi hingga 1 m
- akurasi radiometrik sangat baik
- akurasi geometris yang tak tertandingi oleh sensor pesawat ruang angkasa komersial lainnya,
- waktu akses situs yang cepat 2,5 hari (2 hari pada 95% probabilitas) untuk setiap titik di bumi
- kelincahan yang unik (perpindahan yang cepat antara modus pencitraan dan polarisasi)
TerraSAR-X memperoleh data radar dalam tiga mode pencitraan utama berikut:
- Spotlight: sampai 1 m resolusi, ukuran scene 10 km (lebar) x 5 km (panjang)
- StripMap: hingga 3 m resolusi, ukuran scene 30 km (lebar) x 50 km (panjang)
- ScanSAR: sampai 16 m resolusi, ukuran scene 100 km (lebar) x 150 km (panjang)
Informasi yang diperoleh dari Deutsches Zentrum fϋr Luft- und Raumfahrt e.V. atau German Aerospace Center menyatakan bahwa TerraSAR-X dapat beroperasi dalam dua polarisasi, H (horizontal) dan V (vertikal) dan terdiri dari 12 panel antena, masing-masing dilengkapi dengan 32 radiator waveguide. Setiap waveguide ini dilengkapi dengan transmisi/menerima modul (Transmit/ Receive Module - TRM), sehingga seluruh antena terdiri dari 384 TRMs. Hal ini memungkinkan untuk mengatur sudut pancaran gelombang radar 0.75° dari arah penerbangan satelit dan 20° tegak lurus pada arah penerbangan. Data yang diterima akan disimpan pada sistem penyimpanan dengan kapasitas 253 Gbit sebelum ditransmisikan melalui sistem X-band 300 Mbit per detik ke stasiun bumi. Produk yang dihasilkan akan terdiri dari satu saluran polarimetrik di salah satu kombinasi HH, HV, VH atau VV. Spesifikasi dan parameter sistem TerraSAR-X dapat dilihat pada Tabel 2.2.
Tabel 2.2. Spesifikasi TerraSAR-X (Sumber: Airbus and Space)
Tabel 2.3. Parameter sistem TerraSAR-X (Sumber: www.ipi.uni-hannover.de/ fileadmin/institut/pdf/roth.pdf)
Citra TerraSAR-X telah banyak dimanfaatkan untuk keperluan riset ilmiah dan komersial, diantara adalah sebagai berikut:
- Pemetaan, TerraSAR-X dengan resolusi yang tinggi sangat mendukung untuk keperluan pemetaan topografi 2D dan 3D dengan skala 1: 25.000, dan untuk updating peta.
- Pemantauan pergerakan permukaan bumi. Dengan menggunakan data time-series dapat diketahui perubahan pada permukaan bumi seperti akibat pertambangan bawah permukaan, ekstraksi minyak/ gas, pembangunan infrastruktur, penggalian, dan sebagainya.
- Deteksi perubahan infrastruktur, mencakup pemantauan pembangunan skala besar, jaringan infrastruktur, perubahan dan perkembangan pembangunan.
- Pemetaan tutupan dan penggunaan lahan,sehingga dapat diperoleh informasi tutupan atau penggunaan lahan yang akurat dan terbaru, bahkan untuk daerah yang selalu tertutup awan.
- Aplikasi pertahanan dan keamanan, mencakup perencanaan misi yang efektif, penilaian cepat bencana alam atau buatan manusia, atau kontrol perbatasan melalui deteksi jalur (perubahan), pagar dan benda bergerak.
- Cepat tanggap darurat. Resolusi spasial yang tinggi dan resolusi temporal TerraSAR-X yang cepat mampu memberikan informasi yang akurat tentang adanya bencana baik yang disebabkan oleh alam atapun akibat perbuatan manusia, seperti gempa bumi misalnya, banjir, konflik militer, dan lain-lain. TerraSAR-X memberikan informasi yang dapat dipercaya untuk manajemen bencana dan respon yang memungkinkan untuk penilaian kerusakan daerah, infrastruktur, lalu lintas, dan identifikasi area bencana sehingga memudahkan koordinasi untuk tindakan penyelamatan yang efisien. - Aplikasi lingkungan, mencakup monitoring hutan, banjir,
Gambar 2.7. Metadata TerraSAR-X
Gambar 2.8. Contoh Data Radar dengan Single Polarisasi > TerraSAR-X Segara Anakan dengan Single Polarisasi
Kegiatan penelitian di Bidang Sumberdaya Wilayah Pesisir dan Laut Pusfatja pada 2015 ini menggunakan data TerraSAR-X untuk mendeteksi lokasi hutan mangrove di wilayah Segara Anakan (Cilacap) dan Nabire (Papua). Berikut cantoh tampilan dari TerraSAR-X daerah Segara Anakan (Cilacap) dan Nabire (Papua).
3. PENUTUP
Tingginya liputan awan di atmosfer Indonesia menjadi hambatan bagi pemanfaatan data penginderaan optis
karena tidak mampu menembus lapisan awan tersebut sehingga banyak informasi permukaan bumi yang hilang. Oleh karena itu, lahirlah teknologi radar (salah satunya adalah TerraSAR-X) yang mampu menembus lapisan awan sehingga informasi di permukaan bumi dapat diperoleh walaupun terhalang oleh lapisan awan dan cuaca buruk. Kemajuan pada teknologi radar hendaknya dapat dimanfaatkan secara maksimal sehingga informasi permukaan bumi bisa diperoleh secara berkelanjutan dan digunakan untuk meningkatkan kesejahteraan umat manusia.
Gambar 2.10. Contoh Data Radar dengan Dual Polarisasi Gambar 2.9. Metadata TerraSAR-X > TerraSAR-X Nabire dengan Dual Polarisasi
