Aplikasi Filter Lolos Atas dan Filter Lolos Bawah dalam Penajaman Citra SPOT-XS Untuk Deteksi Penyebaran Tumpahan Minyak di Perairan Pulau Batam

Aplikasi Filter Lolos Atas dan Filter Lolos Bawah

dalam Penajaman Citra SPOT-XS Untuk Deteksi

Penyebaran Tumpahan Minyak di Perairan Pulau Batam

Syarif Budhiman dan Ratih Dewanti

Bidang Pemantauan Sumberdaya Alam dan Lingkungan, PUSBANGJA, LAPAN ABSTRACT

Oil spill is a kind of accident at sea that can cause environmental damage at the sea itself or on the land/island ecosystem nearby. For the time being, to monitor the spread of oil spills, one always uses RADAR rather than other optic satellite. In this activity, we want to use the SPOT-XS data October 8th 2000 to be the major data to detect the spread of oil

spills from Natuna Sea tanker in Batam waters. By using the SPOT-XS-rotate-hue algorithm from ER Mapper which is modified by added lowpass 3x3 horizontal/vertical filter and then stretched the image into their gray level, the image can give some good information about the spread of oil spill.

ABSTRAK

Pencemaran minyak merupakan salah satu kecelakaan di perairan yang dapat mengakibatkan kerusakan ekosistem perairan itu sendiri m a u p u n ekosistem di daratan terdekat. Selama ini pemantauan penyebaran tumpahan minyak lebih banyak menggunakan data RADAR, sedangkan penggunaan data satelit optik masih jarang dilakukan. Pada kegiatan ini dicoba pemanfaatan data SPOT-XS tanggal 8 Oktober 2000 guna mendeteksi penyebaran tumpahan minyak kapal Natuna Sea di perairan Pulau Batam. Dengan menggunakan algoritma SPOT-XS-rotate-hue pada program ER Mapper yang dimodifikasi dengan pemberian filter-lowpass 3x3 horizontal/vertical dan citra distrecth ke arah tingkat keabuan, sehingga dihasilkan citra SPOT yang memberikan gambaran cukup berarti keadaan penyebaran pencemaran minyak tersebut.

1. PENDAHULUAN

Apabila sebuah kapal tanker bocor dan minyaknya tumpah ke air, tumpahan itu meluas menjadi lapisan tipis yang lebar (Gam bar 1-1). Setengah dari lapisan tipis ini dengan cepat menguap dan sebagian besar komponen beracun yang mudah menguap pun lenyap. Barang yang tersisa diuraikan oleh angin dan air menjadi partikel-partikel kecil. Partikel-partikel ini ada yang melenyap dan ada yang bergabung dengan air dalam proses yang disebut emulsifikasi, membentuk berbagai macam gumpalan yang disebut mus. Sebagian gumpalan ini akan dihancurkan secara kimia oleh fotooksidasi pengaruh cahaya matahari terhadap molekul minyak. Sebulan kemudian, sejumlah besar minyak tersebut mulai mengalami biodegradasi

(mengurai) sewaktu organisme laut dan bakteri memakannya. Akhirnya, sisa dari

mus tadi (lebih kurang 20 persennya) menjadi bola-bola ter dan tetap tinggal di lingkungan itu (Time Life, 1998).

Pencemaran akibat tumpahan minyak dari sebuah kapal tanker, harus segera diambil tindakan secepat mungkin u n t u k dilakukan pembersihan maupun diupayakan juga pencegahan di daerah yang mungkin akan terkena arah penyebaran tumpahan minyak tersebut. Dampak dari penyebaran minyak itu sendiri bervariasi tergantung dari tipe minyak yang ditumpahkan oleh kapal tersebut. Light oils lebih berbahaya terhadap kelangsungan hidup tanaman dan binatang dibandingkan dengan heavy oils, walaupun tingkat racunnya akan berkurang seiring dengan berjalannya

waktu dengan komponen yang mudah menguap akan hilang. Heavy oils kemungkinan besar lebih mudah membunuh organisme selama proses penutupan perairan oleh tumpahan minyak dan terutama berbahaya di sepanjang pantai yang berbatu (Jones, 2001).

Sebagian besar kerusakan minyak di pantai baru akan hilang dalam waktu lima tahun, namun tumpahan minyak masih merupakan bencana jangka pendek; sedangkan yang banyak diperdebatkan adalah kerusakan evolusi jangka panjang pada wilayah tersebut. Hal yang paling memprihatinkan adalah kemungkinan kerusakan genetik pada ikan, rusaknya rantai makanan, dan pengaruh lain yang belum dimengerti terutama terhadap ekosistem pesisir (mangrove, lamun, dan terumbu karang). Oleh karena itu perlu diketahui penyebaran tumpahan minyak tersebut untuk tindakan pencegahan.

Pada studi ini dicoba untuk memanfaatkan data SPOT-XS multi-spektral yang walaupun memiliki resolusi spektral lebih rendah (3 kanal) dibanding-kan dengan data Landsat-TM (7 dibanding-kanal), tetapi SPOT memiliki resolusi spasial yang lebih tinggi (20m) dibandingkan dengan Landsat-TM (30m) (Tabel 1-1). Data SPOT

Selama ini sudah banyak teknik pemantauan tumpahan minyak meng-gunakan data penginderaan jauh misalnya dengan inframerah termal, ultraviolet, dan radar, tetapi pengamatan tumpahan minyak umumnya lebih banyak berdasarkan pada pengamatan visual (Marine Pollution Control Unit,

1996 dalam Jones, 2001). Berbagai tulisan mengenai teknik pengamatan tumpahan minyak juga lebih banyak menggunakan data radar dibandingkan dengan data optik, hal ini kemungkinan karena resolusi spektral dan spasial dari satelit optik yang digunakan tidak cukup mampu mendeteksi keberadaan tumpahan minyak. Selain itu kondisi tutupan awan yang tinggi menyebabkan keberadaan tumpahan minyak akan memberikan gambaran yang sama dengan bayangan awan.

yang digunakan mencakup daerah yang berdekatan dengan kejadian tumpahan minyak dari kapal Natuna Sea di perairan P. Batam, atau tepatnya di sebelah barat laut P. Belakang Padang seperti ditunjuk-kan dengan tanda silang dalam lingkaran (Gambar 3-la). Kejadian tumpahnya minyak tersebut tanggal 3 Oktober 2000 Gambar 1-1: Proses alam pada suatu kejadian tumpahan minyak (Time Life, 1998)

s e d a n g k a n d a t a SPOT-XS y a n g d i g u n a k a n a d a l a h hasil a k u i s i s i tanggal 8 Oktober 2 0 0 0 a t a u 5 h a r i setelah kejadian b e r l a n g s u n g . M e n u r u t informasi dari Bapedal, kapal terse b u t k a r a m a k i b a t m e n a b r a k g u g u s a n k a r a n g y a n g b e r a d a d i p e r a i r a n t e r s e b u t .

Tabel 1-1: KARAKTERISTIK SPEKTRAL SPOT

xs

B a n d 1 B a n d 2 B a n d 3 XP a t a u P a n B a n d 1 S p e k t r a l b a n d Multispektral (20m) Hijau, 5 0 0 - 5 9 0 n m M e r a h , 6 1 0 - 6 8 0 n m Inframerah d e k a t , 7 9 0 -8 9 0 n m P a n k r o m a t i k (10m) 5 1 0 - 7 3 0 n m Sumber: UNESCO, 1999 2. METODE U n t u k m e n d e t e k s i t u m p a h a n minyak, d a t a SPOTXS diolah m e n g g u n a -k a n algoritma y a n g t e r s e d i a d i p e r a n g -k a t l u n a k p e n g o l a h a n E R Mapper d e n g a n b e b e r a p a modifikasi d a n t a m b a h a n . Tidak s e l u r u h model algoritma d i g u n a -k a n d a l a m s t u d i ini, h a n y a model algoritma y a n g k h u s u s u n t u k SPOT-XS saja y a n g d i g u n a k a n . Modifikasi y a n g d i l a k u k a n a d a l a h d e n g a n m e n a m b a h k a n filter p a d a s e t i a p layer y a n g d i t a m p i l k a n d a n m e n g a t u r k e k o n t r a s a n setiap layer b e r d a s a r k a n nilai k e a b u a n n y a . Filter y a n g d i g u n a k a n a d a l a h filter lolos a t a s d a n filter lolos b a w a h y a n g a k a n d i p e r b a n d i n g k a n . Filter lolos a t a s y a n g dipilih a d a l a h high-pass-1x33.ker s e d a n g k a n filter lolos b a w a h y a n g dipilih

a d a l a h 3x3-avg~ horizontal-vertical.ker. D a t a u t a m a y a n g d i g u n a k a n a d a l a h d a t a SPOT-XS tanggal 8 Oktober 2 0 0 0 . Sebagai d a t a p e m b a n d i n g d i g u n a k a n d a t a L a n d s a t 7 / E T M tanggal 15 April 2 0 0 1 . Selain itu j u g a d i l a k u k a n survey l a p a n g a n . Survey l a p a n g a n d i l a k u k a n p a d a tanggal 2 1 - 2 4 Mei 2 0 0 1 . Survey l a p a n g a n ini lebih d i t i t i k b e r a t k a n p a d a p e n c a r i a n jejak p e n y e b a r a n m i n y a k b e r d a s a r k a n informasi d a r i p e m e r i n t a h a n kota B a t a m , m a s y a r a k a t , d a n survey

l a p a n g a n s e b e l u m n y a y a n g d i l a k u k a n oleh tim BAPEDAL (2001).

S e b e l u m d a t a SPOT dianalisis, d i l a k u k a n d a h u l u koreksi geometris d e n g a n a c u a n citra L a n d s a t 7/ETM y a n g telah terkoreksi. K e m u d i a n d i l a k u k a n komposit w a r n a RGB ( b a n d 3 : b a n d 2 : b a n d 1) y a n g m a s i n g - m a s i n g layer-nya d i l a k u k a n p e n a r i k a n ( G a m b a r 3 - l b ) . Setelah diperoleh k o m p o s i t w a r n a , dari p r o g r a m ER Mapper dipilih algoritma y a n g s e s u a i u n t u k p e n g o l a h a n d a t a SPOT-XS. Ada 7 algoritma y a n g a d a , d i m a n a 2 algoritma u n t u k memperoleh NDVI, 2 algoritma p e n a m p i l a n komposit w a r n a RGB 3 2 1 , 1 algoritma

SPOT-XS-Pan-Brovey-merge m e m b u t u h k a n d a t a

p a n k r o m a t i k , 1 algoritma u n t u k m e n a m p i l k a n k o m p o s i t w a r n a natural (alami) d a r i wilayah d a r a t a n , d a n 1 algoritma SPOT-XS-rotate-hue. Ketujuh algoritma t e r s e b u t d i c o b a s a t u - p e r s a t u , t e r m a s u k algoritma y a n g m e b u t u h k a n d a t a p a n k r o m a t i k , d e n g a n modifikasi d a t a p a n k r o m a t i k t e r s e b u t diganti d e n g a n d a t a SPOT-XS itu sendiri a t a u d a t a L a n d s a t 7 / ETM p a n k r o m a t i k . Algoritma hasil visual y a n g paling baik d a n b e n t u k a n t u m p a h a n m i n y a k y a n g lebih j e l a s terlihat a d a l a h algoritma y a n g dipilih.

Setelah d i d a p a t s a t u algoritma y a n g lebih m e m b e r i k a n t a m p i l a n visual paling baik d a l a m medeteksi t u m p a h a n minyak, d i l a k u k a n modifikasi t a m b a h a n t e r h a d a p layer-layer y a n g d i g u n a k a n . Modifikasi y a n g d i l a k u k a n a d a l a h d e n g a n m e m -b e r i k a n filter p a d a s e t i a p layer y a n g d i t a m p i l k a n seperti p a d a u r a i a n d i a t a s . M a k s u d n y a a d a l a h u n t u k m e n d a p a t k a n informasi y a n g lebih j e l a s d a r i g a m b a r y a n g d i h a s i l k a n . K a r e n a b a n y a k n y a filter y a n g tersedia, m a k a dipilih h a n y a d u a filter y a n g mewakili filter lolos a t a s (5 pilihan filter) d a n filter lolos b a w a h (11 pilihan filter). Pemilihan filter t e r s e b u t d i l a k u k a n s e c a r a s e b a r a n g / a c a k ber-d a s a r k a n t a m p i l a n s e c a r a visual saja ber-dari k e m u n g k i n a n 16 filter y a n g tersedia. H a n y a d u a dari f i l t e r t e r s e b u t y a n g dicoba

benar-benar diterapkan pada kasus deieksi penyebaran tumpahan minyak ini. 3. HASIL DAN PEMBAHASAN

Dari hasil komposit warna RGB 3 2 1 , sebenarnya sudah terlihat adanya indikasi bentukan tumpahan minyak (Gambar 3-lb). Pada gambar tersebut terlihat bahwa di utara Pulau Batam (dilunjukkan tanda panah) ada bentuk seperti tumpahan minyak yang berwarna hi tarn. Juga di tengah gambar, seperti ditunjukkan oleh panah, terlihat warna hitam yang menyerupai bentukan tumpahan minyak. Bentukan-bentukan tersebut serupa dengan bentukan tumpahan minyak bila kita menggunakan data radar. Data lapangan juga mero-perkuat indikasi bahwa bentukan ter-sebut adalah tumpahan minyak, karena berdasarkan informasi masyarakat, arah penyebaran tumpahan minyak sesuai dengan apa yang digambarkan olch data SPOT (Gambar 3-2).

Selanjutnya data SPOT-XS diolah dengan berbagai filter seperti yang diuraikan pada Bab 2 dengan tujuan rnempertajam tampilan, sehingga bentukan-bentukan tumpahan minyak akan lebih jelas terlihat. Dari tujuh algoritma yang ada, semuanya lebih rnempertajam kenampakan obyek yang ada di darat. Algoritma NDVI lebih menekankan pada kenampakan indeks vegetasi, sehingga kenampakan di perairan tidak jelas terlihat. Begitu juga dengan algoritma RGB 321 dan algoritma warna natural. Algoritma yang mem-butuhkan data pankromatik juga lebih rnempertajam kenampakan daratan dibandingkan dengan kenampakan laut/pcrairan.

Hanya satu algoritma yang memberikan tampilan cukup tajam pada perairan yaitu algoritma SPOT-XS-rotate-hue. Algoritma ini pada dasarnya menampilkan komposit IHS {Intensity Hue Saturation), secara berurutan band 1, band 2, dan band 3 (IHS 123). Pada layer

intensity dan saturation tidak diberikan perlakuan apapun kecuali hanya menampilkan band tersebut saja. Sedangkan pada layer hue, diberikan perlakuan sebagai berikut.

If (il+rotation) >360 then <i 1 360+rotation)

else il+rotation (3-1) dengan: il : band 2

rotation : 120

Nilai 120 ini adalah nilai konstanta yang diberikan oleh ER Mapper.

Kemungkinan nilai ini masih dapat dimodifikasi, tetapi dalam kegiatan kali ini tidak dilakukan modifikasi nilai rotasi. Kegiatan ini mencoba mencari penajaman yang lebih baik dari hanya komposit RGB 321 SPOT-XS dengan penambahan filter

pada algoritma yang dipilih.

Dengan algoritma yang dipilih, setiap layer diberi filter

high-pass-lx33.kerf hasilnya ditunjukkan pada Gambar 3-lc. Pada Gambar 3-lc tidak terlihat adanya penajaman kualitas gambar terhadap RGB 3 2 1 . Bahkan kenampakan tumpahan minyak menjadi lebih kabur dibandingkan RGB 3 2 1 . Tidak ada informasi kenampakan obyek di perairan yang lebih memperjelas dan mempermudah penentuan tumpahan minyak secara visual. Kemungkinan hal ini disebabkan karena filter lolos atas hanya cocok digunakan untuk obyek yang berupa garis atau batasan antara dua obyek yang sangat berbeda seperti batas air dan darat. Karena kontras tumpahan minyak dengan sekitarnya rendah, maka yang dihasilkan adalah berupa tonjolan-tonjolan di perairan, tetapi tidak mem-berikan informasi memadai tentang perbedaan tonjolan-tonjolan tersebut satu dengan yang lain.

Pada percobaan berikutnya, layer intensity dan saturation diberi filter 3x3-avg-horizontal-vertical.ker sedangkan layer hue tetap tidak berubah. Kemudian histogram pada setiap layer dilakukan penarikan lagi, hasilnya seperti terlihat pada Gambar 3-Id. Ada penajaman

nampakan obyek di perairan dibanding-kan dengan tampilan komposil RGB 321. Seperti ditunjukkan oleh tanda panah, terlihat ada sebaran tumpahan minyak yang besar pada daerah terscbut dckat

dengan lokasi kejadian tumpahnya minyak. Arah sebaran tumpahan minyak terscbut lebih ke arah selatan, ini diindikasikan dengan warna hitam yang lebih pekat pada obyek tumpahan terscbut berada lebih di arah selatan dari terjadinya tumpahan minyak. Bi!a dilihat kembali Gambar 3 - l b , maka pada wilayah tersebut hanya terlihat sebagai daerah hitam tanpa memberikan informasi secara visual yang lebih detail.

Tampilan pada Gambar 3-Id, dapat diketahui arah penyebaran tumpahan minyak setelah 5 hari terhitung dari tanggal 3 Oktober sampai tanggal data pengamatan yaitu 8 Oktober 2000. Selama lima hari, minyak ternyata bergerak terbagi dua ke arah selatan dan ke arah timur. Dari pengamatan di lapangan, lokasi yang terkena dampak tumpahan yang ditunjukkan oleh panah biru pada Gambar 3-Id, masih terdapat sisa-sisa minyak terutama di P. Mecan dan P. Tolop, sedangkan tumpahan yang menuju ke arah timur terlihat sudah tinggal bekas-bekas tumpahan minyak saja. Hal tersebut dikarenakan adanya campur tangan manusia, dalam hal ini

masyarakat Batam dan pemerintah kota Batam yang segera melakukan pem-bersihan minyak pada kawasan tersebut. Karena arah timur terdapat kawasan wisata dan juga kota utama Batam, maka pembcrsihan minyak yang menuju ke arah timur P. Batam terlihat lebih intensif dibandingkan yang ke arah selatan.

Tumpahan minyak yang bergerak ke arah selatan lebih banyak mengenai pulau-pulau kecil tak berpenghuni. Pada pulau-pulau yang berpenduduk, tum-pahan minyak dapat segera dilakukan proses pembersihan oleh penduduk itu sendiri, akan tetapi di P. Tolop dan P. Mecan yang relatif tidak berpenghuni,

pada saat pengamatan lapangan masih ditemukan jejak tumpahan minyak dalam jumlah yang cukup besar.

4. KESIMPULAN

Deteksi tumpahan minyak dapat dilakukan tidak hanya menggunakan data berbasis sensor radar saja, akan tetapi juga dapat dilakukan menggunakan data

satelit berbasis optik seperti SPOT. Dengan menggunakan algoritma SPOT-XS-rotate-hue dimodifikasi dengan penambahan filter low-pass 3x3-avg-horizontal-vertical, ker pada layer intensity dan saturation-nya dan filter

high-pass-lx33.ker pada layer hue yang dirotasi dengan nilai konstanta 120, didapatkan gambar yang lebih memberi penajaman kenampakan obyek dibandingkan dengan komposit RGB 3 2 1 , schingga pola sebaran tumpahan minyak dapat didcteksi lebih jelas.

Sebaran tumpahan minyak kapal Natuna Sea di perairan Batam arahnya terbagi dua, yaitu menuju ke selatan lokasi kejadian dan ke arah timur lokasi kejadian. Dari pengamatan lapangan jejak minyak yang menuju ke arah timur

sudah tidak begitu terlihat lagi, sedangkan jejak minyak yang ke arah selatan masih banyak terdapat berupa gumpalan minyak hitam {aspalt).

UCAPAN TERIMA KASIH

Terima kasih kami berikan kepada Dr. Ridwan Djamaluddin atas data yang diberikan untuk dianalisis. Tidak lupa kami mengucapkan terima kasih kepada rekan-rekan yang terlibat dalam tim kasus tumpahan minyak kapal Natuna Sea (BAPEDAL, LAPAN, BPPT, DKP, IPB, (ill!. diskusi yang terjadi selama mengerjakan kegiatan tersebut menjadi masukkan yang sangat berarti dalam tulisan ini.

DAFTAR RUJUKAN

Time Life, 1998, Ekologi dan Lingkungan. Hamparan Dunia Ilmu. Tira Pustaka. Jakarta.

Tim Bapedal, 2001, Outline, Environmental Damage Claim Document: The MT. Natuna Sea Oii Spill Tim gabungan dari BAPEDAL. BPPT, LAPAN, IPB, Dept. Kelautan dan Pcrikanan, PPLI, BAPEDAL daerah Batam dan Otorita Batam. Tidak dipublikasikan.

E.R., Mapping, 1997, ER Mapper 5.5, Level One Training Workbook, Earth Resource Mapping Pty. Ltd.

Jones, B,, 2001, A Comparison of visual observations of surface oil with Synthetic Aperture Radar imagery of the Sea Empress oil spilt. International Journal of Remote Sensing, vol. 22. 1619 - 1638.

UNESCO, 1999, Applications of Satellite and Airborne Image Data to Coastal Management. Coastal region and small island papers 4. UNESCO, Paris. Vi + 185 pp.

K e t e r a n g a n : <S> Lokasi k a n d a s n y a k a p a l M.T. N a t u n a Sea

T a n d a P a n a h m e n u n j u k k a n k e b e r a d a a n t u m p a h a n m i n y a k

G a m b a r 3 - 1 : (a) Lokasi kejadian di p e r a i r a n P. B a t a m , (b) Citra komposit w a r n a RGB 321 SPOT-XS (c) Ci tr a hasil filter high p a s s , (d) Citra hasil filter low p a s s overlay d e n g a n citra L a n d s a t 7 / E T M .

Gambar 3-2: Foto lapangan menunjukkan sisa tumpahan minyak