1
MODUL 9 PENGINDERAAN JAUH
Rokhmatuloh
PENDAHULUAN
Pada modul-modul sebelumnya, Anda telah mempelajari materi-materi Dasar-dasar Geografi yang membahas tentang obyek fisik dan obyek manusia.
Pada modul ini, Anda akan mempelajari materi-materi lain yang terkait dengan pemanfaatan ilmu dan teknologi dalam membantu menganalisa kedua fenomena yang disebutkan di atas. Setelah membahas modul Sistem Informasi Geografis (SIG) pada bagian sebelumnya, Anda akan dijelaskan tentang bagaimana memperoleh data masukan untuk keperluan analisa yang kita lakukan dengan memanfaatkan data penginderaan jauh.
Penginderaan jauh adalah ilmu dan seni untuk memperoleh informasi obyek, daerah atau fenomena, yang dianalisa menggunakan data yang diperoleh dari alat perekam dengan tanpa kontak langsung dengan obyek, daerah atau fenomena yang dikaji tersebut. Membaca buku adalah contoh kita menerapkan penginderaan jauh dimana mata kita bertindak sebagai sensor yang bekerja merespon cahaya yang dipantulkan dari halaman buku dan kemudian otak kita menganalisa dan menerjemahkan kumpulan pantulan cahaya tadi menjadi huruf- huruf yang menyusun kalimat. Dari kalimat-kalimat yang telah tersusun ini kemudian kita menginterpretasi informasi yang terkandung di dalam kalimat- kalimat tersebut.
Pengumpulan data penginderaan jauh dapat berbentuk sebaran kekuatan gaya, gelombang akustik atau energi elektromagnetik. Gravity Meter merekam data dalam bentuk variasi sebaran gaya gravitasi, Sonar mengumpulkan data variasi distribusi gelombang akustik dan mata kita merekam data dalam bentuk variasi distribusi gelombang elektromagnetik. Di dalam modul ini bentuk energi yang akan dibahas adalah energi elektromagnetik yang digunakan oleh sensor yang terdapat pada pesawat terbang dan wahana luar angkasa untuk inventarisasi, pemetaan dan pemantauan Sumber Daya Alam (SDA) dan lingkungan. Sensor memperoleh data dari energi elektromagnetik yang dipancarkan dan dipantulkan oleh obyek yang terdapat di atas permukaan bumi untuk kemudian dianalisa agar diperoleh informasi sumber daya yang terkandung di dalamnya.
2 Gambar 9.1 menjelaskan proses secara umum dan elemen-elemen yang terkait pada penginderaan jauh elektromagnetik untuk sumber daya alam dan lingkungan. Ada dua proses utama yang berlangsung yaitu perolehan data (data acquisition) dan analisa data (data analysis). Elemen untuk perolehan data terdiri dari sumber energy (a), perambatan energi melalui atmosfer (b), interaksi energi dengan obyek permukaan bumi (c), pengiriman balik energi melalui atmosfer (d), sensor pesawat terbang/wahana ruang angkasa (e) dan hasil rekaman sensor dalam bentuk pictorial/dijital (f). Proses analisa data (g) meliputi pemeriksaan data pictorial/dijital menggunakan peralatan pengamatan dan interpretasi. Data referensi untuk daerah atau fenomena yang dikaji (misalnya peta tanah, statistik hasil panen atau data pengecekan lapangan) digunakan dalam membantu proses analisa yang dilakukan. Dengan bantuan data referensi ini, seorang analis mendapatkan informasi tentang tipe, besaran, lokasi dan kondisi berbagai macam sumber daya alam yang terekam dalam sensor penginderaan jauh. Informasi ini, baik dalam bentuk peta, tabel atau file dijital, kemudian digabungkan (h) dengan informasi lain dalam sistem informasi geografis (SIG) untuk menghasilkan informasi baru yang dapat dimanfaatkan oleh pengguna dalam proses pengambilan keputusan (i).
Penginderaan jauh mampu memberikan gambaran yang melebihi batas kemampuan penglihatan manusia. Penginderaan jauh memungkinkan kita mengumpulkan informasi tentang suatu wilayah yang sulit, mahal, berbahaya dan terpencil untuk diamati secara langsung oleh manusia. Data penginderaan jauh memiliki berbagai bentuk termasuk di dalamnya foto udara, citra satelit dijital dan radar. Dengan menggunakan teknologi penginderaan jauh daerah perairan, pertanian dan kehutanan yang luas, iklim yang ekstrem atau fenomena radioaktif dapat dipantau dengan mudah.
Penginderaan jauh memberikan keunggulan penting dibandingkan metode pengumpulan data lain sehingga memungkinkan penginderaan jauh digunakan untuk berbagai bentuk aplikasi. Penginderaan jauh juga memberikan gambaran obyek atau fenomena yang memungkinkan kita membedakan pola- pola dan hubungan antar pola-pola tersebut yang tidak tampak di permukaan bumi.
3
4
KEGIATAN BELAJAR 1 Sejarah dan Dasar-dasar Penginderaan Jauh
Pada bagian ini akan dijelaskan mengenai Sejarah dan Dasar-dasar Penginderaan Jauh. Dasar-dasar penginderaan jauh membahas konsep dasar fisika penginderaan jauh yang meliputi sumber tenaga, panjang gelombang, spektrum elektromagnetik, atmosfera, dan interaksi gelombang elektromagnetik dengan obyek.
1. Sejarah Penginderaan Jauh
Penginderaan jauh telah digunakan lebih dari satu abad yang lalu, diawali oleh citra foto yang diperoleh dengan mengggunakan balon udara dan kemudian berlanjut dengan pesawat udara serta satelit. Perkembangan awal foto udara, suatu bentuk penginderaan jauh yang berkembang dari foto yang diambil menggunakan kamera yang dibawa oleh balon udara dan layang-layang, sebagian besar dipicu oleh kebutuhan militer. Penyediaan informasi dengan menggunakan pesawat terbang dan wahana luar angkasa mata-mata untuk daerah yang sulit didatangi telah terbukti dapat memberikan gambaran kemampuan militer sebuah negara. Kemajuan teknologi komputer dan perekaman data membuat citra dijital dapat digunakan pada tahun 1970-an yang kemudian membawa kepada perkembangan sistem pengolahan data berbasiskan komputer serta memungkinkan pengolahan dan analisa data penginderaan jauh yang memiliki resolusi tinggi. Sensor-sensor baru telah dibuat termasuk scanner multispectral, radar (radio detection and ranging) dan lidar (light detecting and ranging). Pada tahun 1990-an, pengenalan teknologi posisi satelit, komputer berkecepatan tinggi, dan kemajuan di bidang fotogrametri dan telekomunikasi secara dramatis telah meningkatkan kecepatan dan akurasi citra untuk direkam, dianalisa dan disebarkan. Saat ini beberapa satelit sipil telah mengumpulkan gambaran muka bumi secara terus menerus dan memberikan beragam informasi untuk kita semua.
Sejarah penginderaan jauh modern diawali oleh penemuan kamera fotografi 150 tahun yang lalu. Pada tahun 1858 diproduksi foto udara pertama yang diambil dengan menggunakan balon udara yang terbang pada ketinggian 80 meter. Pemanfaatan pertama foto udara untuk keperluan militer terjadi selama perang sipil di Amerika Serikat pada tahun 1862. Pada awal tahun 1900-an, kemajuan teknologi fotografi telah membawa perubahan ukuran kamera menjadi lebih kecil serta lensa dan film yang lebih cepat, sehingga memungkinkan foto
5 udara dapat dihasilkan dari wahana yang berukuran kecil termasuk di dalamnya menggunakan layang-layang dan burung merpati. Pada perang dunia ke-1 diperlihatkan perkembangan foto udara dan metode interpretasi citra yang sangat cepat di bidang militer. Terjadinya perang dunia ke-2 telah memacu para ahli untuk mengembangkan teknologi penginderaan jauh baru seperti film fotografi dan filter khusus yang membawa kepada perkembangan film infra merah berwarna. Selain itu kemajuan penting pada periode ini ditandai dengan munculnya teknologi radar yang digunakan untuk mendeteksi keberadaan obyek, perekaman obyek pada malam hari dan memandu operasi pengeboman pada kondisi cuaca buruk. Pada periode tahun 1950 sampai dengan tahun 1970-an, perkembangan pengindraan jauh ditandai dengan pemanfaatan film infra merah warna, kemajuan perekaman citra radar dan perekaman data menggunakan band spektral jamak (multispectral bands) serta scanner optis yang mampu menghasilkan citra multispectral dalam bentuk dijital.
Tahun 1960, diluncurkan TIROS-1 (Television and Infrared Observation Satellite) yang merupakan satelit pemantau bumi non militer pertama untuk keperluan pengamatan cuaca. Satelit cuaca pertama ini memberikan gambaran pola awan dan detail bentuk permukaan bumi pada resolusi spasial rendah. Peluncuran TIROS-1 telah menjadi dasar pengembangan satelit sumber daya bumi pertama yaitu ERTS-1 (Earth Resources Technology Satellite). Modul ini akan membahas dasar-dasar penginderaan jauh, sensor dan platform penginderaan jauh, karakteristik dan pengolahan data penginderaan jauh serta aplikasi penginderaan jauh untuk pemetaan SDA dan lingkungan.
2. Dasar-dasar Penginderaan Jauh
A. Sumber tenaga
Sistem penginderaan jauh baik pasif maupun aktif memerlukan sumber tenaga yang dapat berupa sumber tenaga alamiah maupun sumber tenaga buatan.
Sinar X, ultraviolet, tampak, panas dan gelombang radio merupakan bagian dari sumber tenaga gelombang elektromagnetik. Semua tenaga pada dasarnya sama, yaitu melakukan radiasi sesuai dengan teori dasar gelombang, seperti ditunjukkan pada Gambar 9.2. Gambar tersebut mengungkapkan bahwa tenaga elektromagnetik bergerak secara harmonis berbentuk sinusoidal pada suatu kecepatan cahaya (c). Jarak dari puncak gelombang ke puncak gelombang berikutnya disebut panjang gelombang (λ), dan jumlah puncak yang melewati suatu titik tertentu dalam ruang persatuan waktu adalah frekuensi (f).
6 Gambar 9.2. Komponen gelombang elektromagnetik yang meliputi gelombang
elektrik sinusoidal (E) dan gelombang magnetik sinusoidal (M), yang perambatannya saling tegak lurus terhadap arah radiasi.
B. Panjang gelombang
Panjang gelombang dalam penginderaan jauh dapat diklasifikasikan menjadi 3 (tiga) macam sesuai dengan daerah panjang gelombangnya, yaitu (a) Gelombang tampak dan infra merah (visible and infrared), (b) Gelombang infra merah panas (thermal infrared), (c). Gelombang mikro (microwave).
Panjang gelombang tampak dan infra merah ini menggunakan sumber energi dari matahari. Karena matahari dapat memancarkan energi elektromagnetik dengan puncak panjang gelombang = 0,5 µm. Data penginderaan jauh yang diperoleh pada daerah panjang gelombang tampak dan infra merah sangat tergantung pada reflektan dari obyek di muka bumi. Oleh karena itu, informasi tentang obyek dapat diperoleh dari nilai pantulan spektral obyek yang bersangkutan.
Panjang gelombang infra merah panas menggunakan sumber pancaran energi dari obyek itu sendiri. Karena setiap obyek yang memiliki suhu mutlak diatas 0 derajat akan memancarkan radiasi gelombang elektromagnetik dengan puncak panjang gelombang sekitar 10 µm.
Panjang gelombang mikro ini, ada dua macam yaitu panjang gelombang mikro aktif dan panjang gelombang mikro pasif. Panjang gelombang mikro pasif menggunakan radiasi gelombang mikro dan panjang gelombang mikro aktif mendeteksi nilai hamburan balik (back scatter) dari obyek yang diamati.
C. Spektrum elektromagnetik
7 Spektrum elektromagnetik merupakan berkas dari tenaga elektromagnetik, yang meliputi spektra kosmis, Gamma, X, ultraviolet, tampak, inframerah, gelombang mikro, dan gelombang radio. Jumlah total seluruh spektrum disebut spektrum elektromagnetik. Energi elektromagnetik dapat digambarkan melalui panjang gelombangnya. Bagian spektrum elektromagnetik yang digunakan dalam penginderaan jauh terletak secara berkesinambungan yang dicirikan dengan perubahan-perubahan besaran tenaga dengan kelipatan 10 berpangkat banyak seperti Gambar 9.3. Oleh karena itu lazim digunakan skala logaritma untuk menggambarkan besaran radiasi yang dipancarkan oleh benda hitam pada berbagai tingkatan suhu. Panjang gelombang dominan atau panjang gelombang dimana kurva radiasi benda hitam mencapai nilai maksimum bervariasi tergantung suhunya. Hubungan antara panjang gelombang dominan dengan suhunya diatur dalam hukum pergeseran Wien (Wien’s displacement law),
λm= (Persamaan 1) dimana
λm = panjang gelombang pada nilai radiasi maksimum (µm), A = 2.898 µm K,
T = suhu (dalam K)
Kurva di bawah juga menunjukkan bahwa semakin meningkat suhunya maka puncak radiasi benda hitam akan bergeser kea rah panjang gelombang yang lebih pendek. Hal itu bisa dilihat apabila kita membandingkan kurva radiasi pada suhu bumi dengan kurva radiasi pada suhu matahari, dimana panjang gelombang maksimumnya bergeser dari panjang gelombang sekitar 10 µm ke 0,5 µm.
Sinar tampak akan berkaitan dengan spektrum warna, yang biasanya tersusun dengan baik dari λ-panjang ke λ-pendek yaitu merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila dan ungu. Warna biru terletaka pada kisaran 0,38 - 0,5 µm, hijau antara 0,5 - 0,6 µm, dan merah antara 0,6 - 0,7 µm. Gelombang ultraviolet bersebelahan dengan gelombang biru, sementara gelombang inframerah terletak berdampingan dengan panjang gelombang merah. Inframerah dibagi kedalam tiga bagian yaitu inframerah dekat (0,7 µm – 1,3 µm), inframerah menengah (1,3 µm – 3 µm) dan inframerah thermal (3 µm – 14 µm). Gelombang yang lebih panjang ditempati oleh gelombang mikro yang nilainya berkisar antara 1 mm – 1 m. Tabel 9.1 memperlihatkan pembagian spektrum elektromagnetik mulai dari sinar Gamma sampai gelombang radio.
8 0,1 0,2 0,5 1 2 5 10 20 50 100
1 101 102 103 108 107 106 105 104 109
Pancaran radiasi spektral
Panjang Gelombang
200oK 300oK 500oK 1000oK 2000oK 3000oK 4000oK 6000oK
Saluran energi radiasi tampak
Kurva radiasi benda hitam pada suhu matahari
Kurva radiasi benda hitam pada suhu pancaran lampu
Kurva radiasi benda hitam pada suhu bumi
Gambar 9.3. Besaran radiasi yang dipancarkan oleh benda hitam sempurna (black body) dalam beberapa tingkatan suhu (Sumber: Lillesand et al.,
2005)
Teori gelombang yang digunakan untuk menerangkan bagaimana energi elektromagnetik berinteraksi dengan benda adalah teori partikel. Teori ini menyatakan bahwa radiasi elektromagnetik terdiri atas beberapa bagian terpisah yang disebut foton atau quanta. Tenaga satu quantum dapat ditulis sebagai berikut:
E = hf (Persamaan 2) di mana E = tenaga suatu quantum, dalam Joule (J)
h = tetapan Plank, sebesar 6,626 x 10-34 Joule/ detik
9 Tabel 9.1. Pembagian spektrum elektromagnetik
Spektrum Elektromagnetik Panjang Gelombang
Sinar Gamma < 0,03 nm
Sinar X 0,03 – 240 nm
Ultraviolet 0,24 µm – 0,38 µm
Sinar Tampak - Merah - Hijau - Biru
0,60 µm – 0,70 µm 0,50 µm – 0,60 µm 0,38 µm – 0,50 µm
Inframerah Dekat 0,70 µm – 1,0 µm
Inframerah Pendek 1,0 µm – 3,0 µm
Inframerah Thermal 3,0 µm – 8,0 µm
Gelombang Mikro 1 mm – 100 cm
Gelombang Radio > 100 cm
Catatan: 1 milimeter (mm) = 1.000 mikrometer (µm) = 1.000.000 nanometer (nm) Sumber: Aronoff, 2005
Teori gelombang dapat dihubungkan dengan teori quantum di dalam perilaku radiasi elektromagnetik, dengan menggantikan f pada persamaan C = fλ ke dalam persamaan E = hf sehingga diperoleh:
hc
E = --- (Persamaan 3) λ
Dengan demikian, kita lihat bahwa tenaga quantum secara proporsional berbanding terbalik dengan panjang gelombangnya, sehingga makin panjang penggunaan panjang gelombangnya makin rendah kandungan tenaganya. Sifat ini penting implikasinya dalam penginderaan jauh, karena radiasi panjang gelombang panjang (seperti gelombang mikro) yang dipancarkan secara alamiah oleh kenampakan medan lebih sulit diindera dibandingkan dengan tenaga yang dipancarkan oleh panjang gelombang yang lebih pendek (seperti gelombang inframerah thermal). Oleh karena itu sistem penginderaan jauh yang bekerja
10 dengan panjang gelombang panjang, harus mengamati permukaan bumi yang luas, pada waktu tertentu, agar dapat memperoleh sinyal tenaga yang dideteksi.
D. Atmosfer
Atmosfera ini terdiri dari molekul gas dan benda padat serta cair yang disebut aerosol. Lapisan atmosfer terdiri atas lapisan troposfer, stratosfer, mesosfer, dan termosfer. Troposfer merupakan lapis terbawah hingga ketinggian 10 km di atas kutub dan 16 km di atas ekuator. Suhu pada troposfer turun sekitar 6oC - 7oC setiap naik 1 km. Stratosfer merupakan lapis di atas troposfer hingga ketinggian 50 km. Suhu pada lapis ini kebalikan dengan troposfer, yaitu suhu naik pada ketinggian yang semakin besar. Hal ini disebabkan oleh adanya serapan sinar ultraviolet oleh gas ozon. Konsentrasi gas ozon terbesar di lapisan stratosfer. Lapis di atas stratosfer adalah mesosfer yang ketinggiannya hingga 85 km dan pada lapis ini suhu turun bila ketinggian bertambah. Penurunan suhu bahkan lebih tajam dibanding dengan penurunan pada lapisan troposfer.
Meskipun demikian suhu di lapisan mesosfer sangat labil, karena tempatnya lebih dekat dengan lingkungan panas. Lapisan di atas mesosfer adalah termosfer, yang suhunya naik dengan bertambahnya ketinggian. Suhu pada lapisan ini dapat mencapai 1.500 oK atau 1.227 oC. Perubahan suhu terkecil terjadi di bawah ketinggian 100 km, dan pada ketinggian di atas 120 km dapat terjadi perubahan suhu dengan perbandingan 3 : 1 (Flock, 1979).
Atmosfer juga membatasi bagian spektrum elektromagnetik yang dapat digunakan dalam penginderaan jauh. Pengaruh atmosfer bervariasi menurut panjang gelombang, waktu dan tempat. Di atmosfer ada hambatan yang berupa hamburan pada spektrum tampak dan serapan pada spektrum infra merah.
Transmisi atmosfer terbagi dalam daerah gelap (blocking areas) serta daerah pengiriman (transmission areas) dari spektrum elektromagnetik yang disebut jendela. Jendela adalah bagian dari spektrum elektromagnetik yang memungkinkan energi melewati atmosfer untuk kemudian dipantulkan atau diserap permukaan bumi dan kemudian dipantulkan atau dipancarkan kembali ke atmosfer. Jendela atmosfer terjadi akibat serapan minimum, sehingga terjadi kisaran panjang gelombang. Bagian jendela yang menampakkan perbedaan panjang gelombang dalam kelompok-kelompoknya disebut saluran. Lebar atau sempitnya saluran tergantung pada tujuan penggunaan sistem penginderaannya.
Gambar 9.4 memperlihatkan jendela atmosfer yang berada pada spektrum elektromagnetik yang digunakan dalam sistem penginderaan jauh.
11 Gambar 9.4. Jendela atmosfer yang terdapat pada keseluruhan spektrum
elektromagnetik yang digunakan dalam sistem penginderaan jauh Tenaga elektromagnetik dalam jendela atmosfer tidak dapat mencapai permukaan bumi secara utuh, karena sebagian mengalami hambatan oleh atmosfer. Serapan oleh atmosfer berbeda dengan hamburan, yang merupakan kendala utama pada spektrum inframerah. Serapan atmosfer menyebabkan kehilangan efektif tenaga pembentuk atmosfer. Penyebab utama penyerap radiasi matahari ialah uap air, karbondioksida, dan ozon. Gas-gas tersebut cenderung menyerap tenaga elektromagnetik di atmosfer.
Hambatan ini terutama disebabkan oleh butir-butir yang ada di atmosfer seperti debu, uap air, dan gas. Proses penghambatan terutama dalam bentuk hamburan, pantulan dan serapan. Hamburan atmosfer merupakan penyebaran arah radiasi oleh partikel-partikel kecil yang terdapat di atmosfer. Hamburan dapat dibedakan atas tiga jenis, yaitu hamburan Rayleigh, hamburan Mie, dan hamburan Non-selektif.
Pewujudan hamburan Rayleigh misalnya pada cuaca cerah langit tampak biru, karena sinar matahari yang berinteraksi dengan atmosfer, panjang gelombang biru lebih pendek dibandingkan dengan panjang gelombang hijau dan merah, sehingga hamburan pada saluran biru lebih dominan atau lebih besar dibandingkan dengan panjang gelombang lainnya. Hamburan Rayleigh merupakan salah satu sebab adanya kabut tipis pada citra penginderaan jauh hitam putih, sedangkan pada citra berwarna tampak kelabu kebiruan pada citra
Jendela Atmosfer
12 yang direkam oleh sensor dengan wahana yang tinggi. Secara visual kabut atau warna kebiruan tersebut mengurangi kejelasan atau kontras suatu citra penginderaan jauh. Oleh karena itu sering digunakan filter di depan lensa kamera agar tidak masuk panjang gelombang pendek.
Hamburan Mie terjadi bila garis tengah partikel atmosfer sama atau sedikit lebih besar dari panjang gelombang rata-rata spektrum tampak. Penyebab timbulnya hamburan Mie ialah uap air, debu, asap, dan kabut di atmosfer. Jenis hamburan ini cenderung mempengaruhi panjang gelombang yang lebih panjang bila dibandingkan dengan hamburan Rayleigh. Walaupun hamburan Rayleigh cenderung terjadi pada sebagian besar kondisi atmosfer, hamburan Mie cukup berarti pada saat cuaca agak gelap. Hamburan ini terjadi pada atmosfer di bagian bawah, yaitu di bawah 15.000 kaki atau 4.500 m, sedangkan hamburan Rayleigh terjadi antara 4.500 m hingga 9.000 m. Hamburan atmosfer pada ketinggian di atas 9.000 m sangat kecil (Estes, 1974).
Hamburan Non-selektif terjadi pada garis tengah partikel atmosfer jauh lebih besar dari panjang gelombang spektrum tampak, seperti butir-butir air, seperti air hujan, awan dan kabut, yang diameternya berkisar antara 5 - 10 µm.
Hamburan ini tidak tergantung panjang gelombang, maka dinamakan Non- selektif. Hamburan Non-selektif yang terjadi pada spektrum tampak (biru, hijau, merah), dan inframerah dekat sama kuatnya, sehingga kabut atau awan tampak putih pada semua panjang gelombang tersebut.
Pengaruh atmosfer seperti halnya pengaruh pada sumber tenaga, yaitu merupakan fungsi panjang gelombang, sensor yang digunakan, dan terapan penginderaannya. Penghapusan pengaruh atmosfer di dalam pengolahan citra disebut koreksi atmosfer. Koreksi atmosfer dapat dilakukan melalui beberapa bentuk kalibrasi sesuai dengan terapan dan pengamatan temporal suatu wilayah geografis.
E. Interaksi gelombang elektromagnetik dengan obyek
Penginderaan jauh menjadi sederhana apabila setiap obyek diketahui karakteristiknya dalam memantulkan atau memancarkan tenaga ke sensor.
Pengenalan obyek pada dasarnya untuk mengetahui karakteristik spektral obyek.
Interaksi tenaga dengan obyek atau benda sesuai dengan asas kekekalan energi, maka ada tiga interaksi apabila tenaga mengenai suatu benda, yaitu dipantulkan, diserap, dan diteruskan atau ditranmisikan. Hubungan timbal balik antara tiga interaksi tersebut merupakan fungsi panjang gelombang dengan persamaan sebagai sebagai berikut :
E (λ) = Ep (λ) + Es (λ) + Et (λ) (Persamaan 3)
13 di mana E = tenaga yang mengenai benda;
Ep = tenaga yang dipantulkan;
Es = tenaga yang diserap;
Et = tenaga yang diteruskan atau ditransmisikan;
λ = panjang gelombang.
Illustrasi interaksi antara tenaga elektromagnetik dengan obyek di permukaan bumi digambarkan pada Gambar 9.5 berikut.
E = tenaga datang
Ep = tenaga pantulan
Et = tenaga transmisi Es = tenaga serapan
E (λλλλ) = Ep (λλλλ) + Es (λλλλ) + Et (λλλλ)
Gambar 9.5. Interaksi antara tenaga elektromagnetik dengan obyek di permukaan bumi
Gambaran bagaimana benda memantulkan energy sangat mempengaruhi karakteristik energi yang direkam oleh sensor. Jenis pantulan yang muncul ditentukan oleh kekasaran permukaan dan sudut datang gelombang (incidence angle) yang mengenai benda. Jenis pantulan ini dibedakan menjadi pantulan specular dan pantulan difusi. Pantulan specular terjadi apabila gelombang datang mengenai bidang permukaan yang halus dan dipantulkan meninggalkan benda dalam satu arah. Pantulan difusi terjadi apabila permukaan benda kasar dan gelombang dipantulkan kembali ke segala arah yang beraturan.
14 Interaksi gelombang elektromagnetik dengan obyek berpengaruh terhadap tampilan obyek tersebut pada citra. Sebagai contoh, pasir yang berbutir halus akan terlihat halus (smooth) apabila dikenai gelombang elektromagnetik yang digunakan oleh radar dengan panjang gelombang berada pada kisaran centimeter.
Sementara apabila dikenai gelombang tampak, pasir yang sama akan terlihat kasar karena gelombang tampak memiliki panjang gelombang pada kisaran 1/1.000 milimeter.
Tanggapan atau respon spektral digunakan untuk membedakan obyek di permukaan bumi dengan melihat karakteristiknya dalam menyerap dan memantulkan energi yang disebabkan karena perbedaan komposisi molekul pada permukaannya. Vegetasi Nampak berwarna hijau karena sebagian besar sinar tampak yang dipantulkan kembali oleh daun adalah bagian hijau dari spektrum elektromagnetik. Hal yang sama berlaku untuk obyek yang terlihat merah karena bagian merah spektrum elektromagnetik lebih banyak dipantulkan dibandingkan bagian spektrum lainnya.
Pola-pola respon spektral ini disebut penanda spektral (spectral signature) dan pada masing-masing benda dapat digambarkan dalam bentuk kurva yang menunjukkan persentase radiasi pada panjang gelombang tertentu yang dipantulkan oleh benda. Gambar 9.6 di bawah ini menunjukkan kurva pantulan spektral untuk tanah, air, rumput, aspal, artificial turf dan beton. Gabungan kurva tersebut memudahkan kita untuk mengidentifikasi bagian-bagian dimana respon spektral obyek berbeda satu sama lain sehingga pembedaan masing-masing obyek secara visual dapat dengan mudah dilakukan. Sebagai contoh, untuk membedakan rumput dengan artificial turf akan mudah dilakukan pada panjang gelombang inframerah sebab pada panjang gelombang tampak kedua obyek tersebut memiliki respon spektral yang hamper sama.
15 Gambar 9.6 Kurva pantulan spektral untuk beberapa jenis obyek
♦
♦
♦
♦
LATIHANUntuk mengetahui pemahaman Anda setelah mempelajari materi
“Sejarah dan Dasar-dasar Penginderaan Jauh”, cobalah Anda kerjakan latihan di bawah ini.
1. Sebutkan 3 (tiga) macam panjang gelombang yang digunakan dalam penginderaan jauh !
2. Jelaskan apa yang dimaksud dengan jendela atmosfer ! Petunjuk Jawaban Latihan
Untuk mengerjakan latihan nomor 1 ini, Anda harus menguasai materi tentang panjang gelombang. Di dalam materi ini dijelaskan tentang panjang gelombang yang digunakan dalam penginderaan jauh. Sedangkan untuk menjawab latihan nomor 2, Anda harus menguasai materi tentang atmosfera.
Jawaban terhadap 2 (dua) pertanyaan dalam latihan ini dapat Anda diskusikan dengan teman dalam kelompok belajar atau dengan tutor Anda.
16
♦
♦
♦
♦
RANGKUMANPerkembangan awal foto udara sebagian besar dipicu oleh kebutuhan militer. Sedangkan perkembangan penginderaan jauh modern diawali oleh penemuan kamera fotografi 150 tahun yang lalu yang kemudian diikuti dengan produksi foto udara pertama yang diambil dengan menggunakan balon udara pada tahun 1858.
Konsep dasar Fisika pengindraan jauh terdiri dari sumber tenaga, panjang gelombang, spektrum elektromagnetik, atmosfera, dan interakasi gelombang elektromagnetik dengan obyek. Pemahaman ke-lima komponen ini sangat penting dilakukan untuk mengetahui perilaku gelombang pada saat dipancarkan oleh sumbernya dan direkam oleh sensor yang terdapat pada platform penginderaan jauh.
Interaksi gelombang elektromagnetik dengan obyek berpengaruh terhadap tampilan obyek tersebut pada citra. Tanggapan atau respon spektral digunakan untuk membedakan obyek di permukaan bumi dengan melihat karakteristiknya dalam menyerap dan memantulkan gelombang elektromagnetik yang disebabkan karena perbedaan komposisi molekul pada permukaan obyek tersebut.
♦
♦
♦
♦
TES FORMATIFPilihlah satu jawaban yang paling tepat !
1. Perkembangan awal penginderaan jauh lebih banyak terjadi karena kebutuhan di bidang…..
A. Maritim
B. Pengelolaan sumber daya C. Militer
D. Sosial kemanusiaan
2. Sumber tenaga untuk sistem penginderaan jauh pasif adalah … A. Tenaga buatan
B. Gelombang elektromagnetik dari matahari C. Reflektan dari permukaan bumi
D. Pancaran dari permukaan bumi
3. Panjang gelombang mikro (microwave) dalam penginderaan jauh terdiri dari . A. Gelombang mikro pasif
B. Gelombang mikro aktif
C. Gelombang mikro pasif dan aktif D. Semua salah
17 4. Panjang gelombang biru pada sinar tampak (visible) memiliki range panjang gelombang antara ..
A. 0,38 – 0,5 µm B. 0,5 – 0,6 µm C. 0,6 – 0,7 µm D. 0,1 – 0,3 µm
5. Gas-gas penyebab utama terjadinya serapan yang terjadi di atmosfer adalah ..
A. Uap air
B. Karbon dioksida C. Ozon
D. Semuanya benar
6. Tanggapan atau respon spektral untuk obyek vegetasi pada panjang gelombang inframerah dan sinar tampak adalah sebagai berikut ..
A. Pada infra merah lebih tinggi dari pada sinar tampak B. Pada sinar tampak lebih tinggi dari pada infra merah C. Sama besarnya
D. Respon spektralnya berbeda namun nilainya tidak memiliki pola yang tetap
♦ ♦
♦ ♦
JAWABAN TES FORMATIF 1. C2. B 3. C 4. A 5. D 6. A
Cocokkan jawaban Anda dengan kunci jawaban tes formatif di atas.
Hitunglah jawaban yang benar dan kemudian gunakan rumus berikut untuk mengetahui tingkat penguasaan Anda terhadap materi dalam Kegiatan Belajar 1.
Tingkat penguasaan =
soal jumlah
benar yang jawaban Jumlah
x 100 %
18 Arti tingkat penguasaan: 90 – 100 % = baik sekali
80 – 89 % = baik 70 – 79 % = cukup < 70 % = kurang
Apabila mencapai tingkat penguasaan 80% atau lebih, Anda dapat meneruskan dengan Kegiatan Belajar 2. Jika masih di bawah 80%, Anda harus mengulangi materi Kegiatan Belajar 1, terutama bagian yang belum dikuasai.
19
KEGIATAN BELAJAR 2 Sensor dan Platform Penginderaan Jauh
Pada Kegiatan Belajar 1, Anda telah mempelajari tentang Dasar-dasar Penginderaan Jauh. Selanjutnya pada Kegiatan Belajar ini Anda akan mempelajari topik penting lain yang termasuk materi utama dalam penginderaan jauh yaitu Sensor dan Platform Penginderaan Jauh.
Sebagian besar instrumen penginderaan jauh (sensor) dirancang untuk mengukur energi photon. Prinsip dasar bagaimana sensor bekerja terletak pada proses yang berlangsung di dalam detektor. Platform adalah kendaraan atau wahana untuk membawa sensor. Dalam foto udara platform yang digunakan adalah pesawat terbang, sedangkan dalam penginderaan jauh satelit platform yang digunakan adalah satelit.
Secara umum, sensor dapat dikelompokkan menjadi 2 (dua) yaitu sensor pasif dan sensor aktif. Sensor pasif merekam radiasi gelombang elektromagnetik yang berasal dari luar misalnya matahari, sedangkan sensor aktif merekam energi yang dipancarkan oleh sensor yang bersangkutan setelah energi tadi mengenai obyek atau fenomena yang ada di atas permukaan bumi. Sensor penginderaan jauh dapat berupa sensor non-imaging dan sensor imaging. Sensor non-imaging merekam radiasi yang dipancarkan oleh benda, menggabungkan radiasi tadi dan kemudian memproduksi hasil penggabungan tadi dalam bentuk sinyal listrik atau besaran nilai lain seperti radiance. Sedangkan pada sensor imaging, elektron yang dilepaskan digunakan untuk memendarkan lapisan film atau memendarkan alat penghasil gambar (misalnya monitor TV dan komputer) dengan hasil akhir berupa citra (gambar) atau tampilan raster.
Radiometer adalah istilah umum untuk peralatan yang digunakan untuk mengukur radiasi elektro magnetik secara kuantitaif dalam beberapa interval spektrum elektromagentik. Apabila radiasinya adalah sinar yang berasal dari band spektrum sempit misalnya sinar tampak (visible) maka radiometer tersebut dinamakan photometer. Jika di dalam sensor tersebut terdapat prisma yang dapat memotong radiasi dan membagi spectrum ke dalam panjang gelombang diskrit dan membaginya ke dalam beberapa sudut difraksi yang terlihat pada detector, maka sensornya dinamakan spectrometer. Sensor spektroradiometer dipakai untuk sensor yang mengumpulkan pancaran radiasi dalam band bukan dalam bentuk panjang gelombang diskrit seperti yang banyak digunakan dalam sensor udara/angkasa.
Sensor mengumpulkan dan merekam energi yang dipantulkan dan dipancarkan oleh obyek atau permukaan dan diletakkan pada platform yang
20 kokoh/stabil. Sensor yang digunakan dalam penginderaan jauh secara garis besar dikelompokkan menjadi dua jenis yaitu sensor pasif dan sensor aktif. Dua jenis sensor ini dibagai-bagi lagi ke dalam sub kelompok menurut karakteristik penyapuan (scanning) dan pencitraannya (imaging). Sub kelompok tersebut dapat dikelompokkan menurut sistem scanningnya yaitu sistem scanning dan non-scanning. Gambar di bawah ini memperlihatkan pembagian sistem sensor dalam penginderaan jauh.
Gambar 9.3. Pembagian sistem sensor dalam penginderaan jauh 1. Sensor
Alat yang digunakan untuk mendeteksi radiasi gelombang elektro magnetik yang dipantulkan dan dipancarkan oleh suatu obyek dinamakan sensor, misalnya kamera dan scanner. Sensor dibawa ke udara oleh suatu wahana melalui proses pengamatan obyek di muka bumi, sensor ini juga bisa memanfaatkan energi sinar matahari di samping pengaruh atmosfer yang bisa jadi kendala. Data penginderaan jauh akan diproses dengan bantuan komputer dan secara manual dengan kemampuan manusia dalam menginterpretasi citranya.
Je n is S en so r
Pasif
Aktif
21 Sensor penginderaan jauh yang telah dikembangkan saat ini terdiri dari dua macam :
a. Sensor pasif, mampu mendeteksi radiasi elektomagnetik yang terefleksi atau teremisikan dari sumber-sumber alam;
b. Sensor aktif, mampu mendeteksi sinyal terpantul dari obyek yang tidak teradiasi dari sumber pembangkit buatan.
Masing-masing sensor baik pasif maupun aktif memiliki sistem scanning dan non-scanning serta metoda imaging dan non-imaging, misalnya :
a. Sensor pasif, non-scanning dengan metoda non-imaging adalah sebuah profile recorder (radiometer gelombang mikro);
b. Sensor pasif, non-scanning dengan metoda imaging adalah sebuah kamera, kamera udara ataupun kamera angkasa (yang dibawa oleh satelit Russia Cosmos);
c. Sensor pasif, scanning dan imaging serta image plane scanning adalah kamera TV;
d. Sensor pasif, scanning, imaging serta object plane scanning yaitu Optical Mechanical Scanner ;
e. Sensor aktif, non-scanning, non-imaging adalah profile recorder (laser altimeter);
f. Sensor aktif, scanning, imaging adalah Radar (SAR yang menghasilkan citra dengan resolusi tinggi pada siang dan malam hari, bahkan di bawah awan).
Suatu sistem penyiaman (scanning) bukan hanya dapat digunakan untuk menghasilkan citra pantulan inframerah, namun juga bagian-bagian yang mendekati ultraviolet dan inframerah thermal dari spektrum elektromagnetik.
Dalam suatu sistem penyiaman (seperti sistem penyiaman inframerah termal), lensa putar mengarahkan energi yang memancar dari permukaan medan ke detektor. Pada tiap waktu tertentu, lensa putar hanya menangkap sebagian kecil segmen permukaan medan. Energi inframerah yang mengenai detektor, membangkitkan energi listrik dengan intensitas beragam sesuai dengan jumlah energi thermal yang berasal dari bagian permukaan medan yang selanjutnya tertangkap oleh lensa. Sinyal selanjutnya digunakan untuk menyesuaikan cahaya elektron yang selalu bergerak pada permukaan suatu intensitas tabung sinar katode yang telah disesuaikan.
Sistem yang lebih kompleks lainnya adalah penyiaman optik mekanis yang menunjukkan suatu skema sistem penyiaman multispektral. Sistem ini dapat membagi spektrum elektromagnetik antara 0,32 µ dan 14 µ, menjadi 18 saluran terpisah dan dapat memberikan sejumlah besar data untuk mempelajari gejala pantulan dan keluaran permukaan bumi. Informasi ini dikumpulkan dan
22 disimpan pada pita magnetik yang akhirnya dikombinasikan lagi menjadi suatu format citra atau dimanipulasi melalui teknik proses statistik dalam prosedur interpretasi komputer. Akhirnya, sistem tabung-tabung citra yang bekerja pada bagian spektrum pantulan inframerah menjadi semakin penting. Contoh-contoh dari sistem tabung citra adalah vidicon, citra orthicon dan citra isocon, citra vidicon pada masa ini adalah yang paling berarti.
Satelit ERS-1 menggunakan sistem vidicon sebagai kelengkapan sensornya. Sistem kamera ERS beroperasi dengan tiga kamera pantul balik vidicon yang bekerja secara serentak. Tiap kamera menangkap suatu jalur spektral terpisah dalam rentang 0,48 m sampai 0,83 m. Sekali suatu area direkam oleh kamera, hasilnya disimpan pada lapisan sensitif foto tabung kamera. Citra hasil kemudian direkam oleh cahaya elektron untuk menghasilkan keluaran sinyal video (Estes & Senger, 1974)
Sinyal-sinyal ini bisa langsung disimpan pada pita rekaman atau dihantarkan dalam waktu tepat pada stasiun-stasiun bumi penerima (yang tersimpan pada pita magnetik). Suatu area yang akan disentuh sehubungan dengan sistem-sistem videonya adalah merupakan penggunaan sistem televisi tingkat illuminasi rendah (LLTV), yang memanfaatkan alat optik khusus untuk memperoleh citra malam hari tanpa bantuan peralatan lampu kilat. Tipe sistem potensial seperti ini sedang diselidiki, sementara sistem ini sendiri telah dipergunakan pihak-pihak militer dan penegak hukum, sebagaimana pula oleh para peneliti lingkungan alam.
Sensor-sensor yang sangat populer digunakan dalam penginderaan jauh adalah kamera, CCD, scanner, MSS dan dimasa depan akan dipakai sensor pasif synthetic arperture radar. Sensor laser saat ini banyak digunakan untuk pemantauan polusi udara (laser spectrometer) dan untuk pengukuran ketinggian (laser altimeter). Sedangkan sensor-sensor yang menggunakan lensa-lensa dalam jelajah gelombang tampak dan infra merah pantulan, biasanya dikenal sebagai sensor-sensor optik.
Sensor elektronik membangkitkan sinyal elektrik yang sesuai dengan variasi tenaga elektromagnetik yang dipancarkan atau dipantulkan oleh obyek, agar citra yang diperoleh sesuai dengan wujud aslinya. Setiap sensor mempunyai kepekaan spektral terbatas. Tidak ada satu sensorpun yang peka terhadap seluruh panjang gelombang. Sensor juga terbatas kemampuannya untuk mengindera obyek kecil, yang masih dapat dipisahkan terhadap lingkungan sekitarnya. Batas kemampuan tersebut dinamakan resolusi. Resolusi suatu sensor merupakan indikator tentang kemampuan sensor atau kualitas sensor dalam merekam obyek.
Di dalam citra resolusi merupakan parameter limit atau daya pisah obyek yang masih dapat dibedakan. Empat resolusi yang biasa digunakan sebagai parameter
23 kemampuan sensor, yaitu resolusi spatial, resolusi spektral, resolusi radiometrik dan resolusi temporal.
Resolusi spatial adalah ukuran obyek terkecil yang masih dapat disajikan, dibedakan, dan dikenali pada citra. Semakin kecil ukuran obyek yang dapat direkam, semakin baik kualitas dari sensornya. Keunggulan dan keterbatasannya atau kepekaan sistem sensor terhadap kisaran gelombang elektromagnetik yang menyebabkan adanya resolusi spektral. Resolusi spektral merupakan daya pisah obyek berdasarkan besarnya spektrum elektromagnetik yang digunakan untuk perekaman data. Kebanyakan sensor sistem non-fotografik memiliki peralatan optik, mekanik, dan atau elektronik yang rumit sehingga memerlukan persyaratan tenaga, ruang, dan stabilitas yang serba terbatas, yang menyebabkan adanya resolusi radiometrik. Resolusi radiometrik adalah kemampuan sistem sensor untuk mendeteksi perbedaan pantulan terkecil, atau kepekaan sensor terhadap perbedaan terkecil kekuatan sinyal. Di samping itu jenis wahana dan pengoperasiannya menentukan kemampuan untuk perekaman ulang suatu daerah dapat diatur seefisien mungkin. Perbedaan kenampakan yang masih dapat dibedakan dalam waktu perekaman ulang disebut resolusi temporal.
2. Platform penginderaan jauh
Platform penginderaan jauh adalah wahana dimana sensor ditempatkan dan dioperasikan. Platform dapat berupa balon udara, pesawat udara, pesawat tak berawak, helikopter dan satelit. Pada bagian ini platform yang akan dibahas adalah platform satelit yang perkembangannya meningkat pesat sesuai dengan perkembangan teknologi sensor dan perkembangan teknologi kedirgantaraan.
Platform penginderaan jauh mengelilingi bumi dalam satu lintasan yang disebut orbit yang bervariasi menurut ketinggian dan orientasi serta rotasinya terhadap bumi. Jenis-jenis orbit yang umum dikenal adalah sebagai berikut : a. Orbit geostasioner (geo-synchronous). Satelit yang memiliki orbit geostasioner
berada pada ketinggian yang tinggi. Satelit ini memantau bagian bumi yang sama sepanjang waktu dan memungkinkan satelit memantau dan mengumpulkan informasi secara kontinyu untuk daerah yang bersangkutan.
Satelit cuaca dan satelit komunikasi umumnya memiliki orbit seperti ini.
b. Orbit near-polar. Kebanyakan platform penginderaan jauh dibuat untuk mengikuti orbit yang memungkinkan platform itu merekam permukaan bumi dalam waktu perekaman tertentu. Orbit ini memiliki sudut inklinasi tertentu terhadap sumbu utara-selatan bumi.
c. Orbit sun-synchronous. Kebanyakan orbit satelit near-polar termasuk orbit sun-synchronous yang merekam suatu tempat di permukaan bumi pada waktu lokal yang tetap atau waktu matahari lokal.
24 Di bawah ini dijelaskan beberapa satelit penginderaan jauh yang banyak digunakan dewasa ini untuk berbagai aplikasi termasuk aplikasi untuk pemetaan SDA dan lingkungan.
Gambar 9.4. Jenis-jenis orbit platform penginderaan jauh, (1) geostasioner, (2) near-polar, (3) sun-synchronous
a. Landsat
Serial Satelit Landsat diawali oleh peluncuran ERTS-1 yang kemudian berganti nama menjadi Landsat-1 pada tahun 1975. Sampai saat ini telah diluncurkan enam satelit Landsat yaitu Landsat-1 sampai dengan Landsat-5 dan Landsat-7. Landsat-6 tidak berhasil beroperasi karena terjadi kesalahan peluncuran. Ada 5 jenis sensor berbeda yang dioperasikan dalam misi satelit Landsat yaitu Return Beam Vidicon (RBV), Multi Spectral Scanner (MSS), Thematic Mapper (TM), Enhanced Thematic Mapper (ETM) dan Enhanced Thematic Mapper Plus (ETM+). Sensitivitas spektral dan resolusi spasial masing-masing sensor disajikan pada Tabel 9.2 berikut ini.
Sensor TM yang berada pada satelit Landsat didisain untuk berbagai aplikasi khusus misalnya untuk membedakan vegetasi, pemetaan bathymetri, identifikasi jenis batuan, identifikasi salju dan awan serta aplikasi pemetaan thermal. Secara lengkap desain aplikasi yang diperuntukkan untuk sensor TM dapat dilihat pada Tabel 9.3 berikut ini.
b. SPOT
Syst
è
me Pour l’Observation de la Terre (SPOT) dibangun dan dikembangkan oleh pemerintah Perancis. SPOT-1 diluncurkan bulan Februari25 1986 dan berakhir bulan Desember 1990. Generasi berikutnya, SPOT-2 diluncurkan bulan Januari 1990, SPOT-3 diluncurkan bulan September 1993, SPOT-4 diluncurkan bulan Maret 1998, dan SPOT-5 diluncurkan bulan Mei 2002.
Tabel 9.2. Sensitivitas spektral dan resolusi spasial sensor Landsat
Sensor Misi Landsat Sensitivitas (µm) Resolusi Spasial (m)
RBV 1, 2 0,475 – 0,575 80
0,580 – 0,680 80
0,690 – 0,830 80
3 0,505 – 0,750 30
MSS 1 - 5 0,5 – 0,6 79/82a
0,6 – 0,7 79/82a
0,7 – 0,8 79/82a
0,8 – 1,1 79/82a
3 10,4 – 12,6 b 240
TM 4, 5 0,45 – 0,52 30
0,52 – 0,60 30
0,63 – 0,69 30
0,76 – 0,90 30
1,55 – 1,75 30
10,4 – 12,5 120
2,08 – 2,35 30
ETM 6 Sama seperti TM ditambah
0,50 – 0,90
30 (120 m band thermal)
ETM+ 7 Sama seperti TM ditambah 15
0,50 – 0,90
30 (30 m band thermal)
Catatan: a. 79 m untuk Landsat-1 dan 82 m untuk Landsat 4 dan 5 15 b. Gagal setelah peluncuran (band 8 Landsat 3) (Sumber: Lillesand et al., 2005)
Satelit SPOT-1 dan 3 membawa detektor sinar tampak resolusi tinggi (high-resolution-visible detector) dengan resolusi spasial 10 m pada band pankromatik dan resolusi spasial 20 m pada mode multi spektral (panjang
26 gelombang hijau, merah dan infra merah). Satelit SPOT memiliki orbit sun- synchronous dengan ketinggian orbit 830 km serta periode kembali ke orbit semula selama 26 hari.
SPOT-4 memiliki kemampuan lebih tinggi dari generasi sebelumnya dengan 2 (dua) detektor resolusi tinggi baru yang menghasilkan resolusi spasial 10 m pada mode multispektral (pada panjang gelombang merah). Tambahan lain pada SPOT-4 adalah instrumen vegetasi yang memiliki lebar cakupan area (swath width) sebesar 2.000 km dengan resolusi spasial 1 km pada titik nadir.
Tabel 9.3. Berbagai aplikasi sensor TM
Band Panjang
Gelombang (µm) Nama Band Aplikasi
1 0,45 – 0,515 Biru Pemetaan perairan pantai, identifikasi vegetasi dan tanah, pemetaan jenis hutan dan identifikasi obyek budaya 2 0,525 – 0,605 Hijau Identifikasi vegetasi dan obyek budaya
serta kajian kesehatan vegetasi 3 0,63 – 0,69 Merah Identifikasi species vegetasi dan obyek
budaya 4 0,75 – 0,90 Infra merah
Dekat
Identifikasi jenis vegetasi, kesehatan dan kandungan biomassa, delineasi badan air (water bodier) serta tingkat kembaban tanah
5 1,55 – 1,75 Infra merah Menengah
Identifikasi tingkat kelembaban vegetasi dan tanah serta pemisahan salju dengan awan
6 10,4 – 12,5 Infra merah Thermal
Identifikasi tingkat stress vegetasi, kelembaban tanah dan pemetaan thermal
7 2,08 – 2,35 Infra merah Menengah
Identifikasi mineral dan batuan serta tingkat kelembaban vegetasi
Catatan: a. 79 m untuk Landsat-1 dan 82 m untuk Landsat 4 dan 5 b. Gagal setelah peluncuran (band 8 Landsat 3)
(Sumber: Lillesand et al., 2005)
SPOT-5 dilengkapi dengan 3 (tiga) sensor tambahan yang menghasilkan resolusi spasial 5 m untuk band pankromatik dan 10 m untuk mode multispektral. Selain kemampuan menghasilkan resolusi spasial tinggi, satelit SPOT juga memiliki kemampuan menghasilkan citra stereo untuk menghasilkan
27 model ketinggian dijital (dijital elevation model-DEM) yang dapat digunakan untuk melakukan koreksi geometrik citra dan untuk berbagai aplikasi dalam sistem informasi geografis (SIG). SPOT-5 juga dilengkapi dengan sensor vegetasi 2 yang memiliki lebar cakupan dan resolusi spasial yang sama seperti terdapat pada SPOT-4. Sensor vegetasi ini mampu menghasilkan data global dengan jangka waktu rekaman setiap hari. Karakteristik satelit SPOT dapat dilihat pada Tabel 9.4 di bawah ini.
Tabel 9.4. Karakteristik satelit SPOT Misi
SPOT Sensor Sensitivitas (µm) Resolusi
Spasial (m)
Lebar Cakupan (km) 1, 2, 3 HRV pankromatik 0,51 – 0,73 10 60
HRV multispektral 0,50 – 0,59 (Hijau) 20 60 0,61 – 0,68 (Merah)
0,79 – 0,89 (IMD)
4 HRVIR monospektral 0,61 – 0,68 (Merah) 10 60 HRVIR multispektral 0,50 – 0,59 (Hijau) 10 60 Vegetasi 0,61 – 0,68 (Merah) 1.150 – 2.000
0,79 – 0,89 (IMD) 1.700 1,53 – 1,75 (IMP)
0,43 – 0,47 (Biru) 0,61 – 0,68 (Merah) 0,78 – 0,89 (IMD) 1,58 – 1,75 (IMP)
5 HRG pankromatik 0,51 – 0,73 2,5 atau 5 60
HRG 0,50 – 0,59 (Hijau) 10 60
HRS 0,61 – 0,68 (Merah) 10 120
Vegetasi 0,79 – 0,89 (IMD) 20 2.000
1,58 – 1,75 (IMP) 10 0,50 – 0,59 (Hijau) 10 0,61 – 0,68 (Merah) 1.150 – 0,79 – 0,89 (IMD) 1.700 1,58 – 1,75 (IMP)
0,43 – 0,47 (Biru) 0,61 – 0,68 (Merah) 0,78 – 0,89 (IMD) 1,58 – 1,75 (IMP) Catatan: IMD: infra merah dekat, IMP: infra merah pendek (Sumber: Aronoff., 2005)
28 c. ALOS
Advanced Land Observing Satellite (ALOS) dikembangkan oleh pemerintah Jepang dan diluncurkan pada bulan Desember 2006. ALOS membawa 3 (tiga) jenis sensor yaitu PRISM yang merekam data pada panjang gelombang pankromatik, AVNIR-2 merekam data pada panjang gelombang sinar tampak sampai infra merah, dan PALSAR yang merekam data pada panjang gelombang mikro (microwave). Resolusi spasial yang dihasilkan bervariasi mulai dari 2,5 m, 7 m, 10 m sampai resolusi 100 m. Satelit ALOS memiliki orbit sun-synchronous dan mengorbit pada ketinggian 692 km. Sensor PRISM digunakan untuk menghasilkan DEM, AVNIR-2 untuk pemetaan tutupan lahan (land cover) dan PALSAR untuk pemantauan sumber daya bumi dengan rekaman data yang bebas awan. Karakteristik satelit ALOS dapat dilihat pada Tabel 9.5 di bawah ini.
Tabel 9.5. Karakteristik satelit ALOS, QuickBird dan IKONOS SATELIT/
SENSOR Sensitivitas (µm) Resolusi
spasial (m)
Lebar Cakupan (km) ALOS
PRISM PALSAR
AVNIR-2 0,42 – 0,50 (Biru) 0,52 – 0,60 (Hijau) 0,61 – 0,69 (Merah) 0,76 – 0,89 (IMD)
2,5 10, 20, 100 10
35 70, 100 70
Quickbird Pankromatik Multispectral
0,45 – 0,90 0,45-0,52 (Biru) 0,52-0,60 (Hijau) 0,63-0,69 (Merah) 0,76-0,90 (IMD)
0,61 2,44
16,5 - 19
IKONOS Pankromatik Multispectral
0,45 – 0,90 0,45-0,52 (Biru) 0,52-0,60 (Hijau) 0,63-0,69 (Merah) 0,76-0,90 (IMD)
1 4
11
d. QuickBird
Satelite QuickBird diluncurkan bulan Oktober 2001, merekam data dengan resolusi spasial 0,61 m pada panjang gelombang pankromatik dan 2,44 m pada mode multi spektral (panjang gelombang biru, hijau, merah dan infra
29 merah). Sensor yang terdapat pada satelit QuickBird dapat diarahkan (pointable) sehingga dimungkinkan untuk menghasilkan citra stereo. Satelit ini memiliki periode kembali ke orbit semula antara 1 sampai 3,5 hari dengan lebar cakupan sebesar 16,5 sampai 19 km. Karakteristik satelit QuickBird dapat dilihat pada Tabel 9.5.
e. IKONOS
Satelite IKONOS diluncurkan bulan September 1999, merekam data dengan resolusi spasial 1 m pada panjang gelombang pankromatik dan 4 m pada mode multi spektral (panjang gelombang biru, hijau, merah dan infra merah).
Kemampuan perekaman data dapat dilakukan dengan memanfaatkan sensor yang dapat diarahkan sehingga menghasilkan citra stereo dengan resolusi spasial yang tinggi. Periode kembali ke orbit semula satelit ini adalah 11 hari dengan lebar cakupan sebesar 11 km pada posisi nadir. Karakteristik satelit IKONOS dapat dilihat pada Tabel 9.5 di atas.
♦
♦
♦
♦
LATIHANUntuk mengetahui pemahaman Anda setelah mempelajari materi “Sensor dan Platform Penginderaan Jauh”, cobalah Anda kerjakan latihan di bawah ini.
1. Apa yang dimaksud dengan sensor penginderaan jauh ? 2. Sebutkan 2 jenis sensor secara umum ?
Petunjuk Jawaban Latihan
Untuk mengerjakan latihan nomor 1dan 2 ini, Anda harus menguasai materi tentang Sensor dan Platform Penginderaan Jauh. Di dalam materi ini dijelaskan tentang pengertian sensor dan jenis sensor secara umum.
♦
♦
♦
♦
RANGKUMANAlat yang digunakan untuk mendeteksi radiasi gelombang elektro magnetik yang dipantulkan dan dipancarkan oleh suatu obyek dinamakan sensor. Sensor penginderaan jauh secara umum terdiri dari dua jenis yaitu sensor pasif dan sensor aktif.
Platform penginderaan jauh adalah wahana dimana sensor ditempatkan dan dioperasikan. Platform dapat berupa balon udara, pesawat udara, pesawat tak berawak, helikopter dan satelit. Platform penginderaan jauh mengelilingi bumi dalam satu lintasan yang disebut orbit yang bervariasi menurut ketinggian dan
30 orientasi serta rotasinya terhadap bumi. Jenis-jenis orbit yang umum dikenal adalah orbit geostasioner (geo-synchronous), orbit near-polar, dan orbit sun- synchronous.
♦
♦
♦
♦
TES FORMATIFPilihlah satu jawaban yang paling tepat !
1. Resolusi yang biasa digunakan sebagai parameter kemampuan sebuah sensor adalah …
A. Resolusi spasial B. Resolusi spektral C. Resolusi temporal D. Semua benar
2. Resolusi yang digunakan untuk membedakan obyek terkecil yang masih dapat dibedakan pada citra disebut.. .
A. Resolusi spektral B. Resolusi spasial C. Resolusi radiometrik D. Resolusi temporal
3. Yang tidak termasuk platform penginderan jauh adalah….
A. Menara pemancar B. Pesawat terbang C. Balon udara D. Satelit
4. Jenis-jenis orbit yang digunakan oleh platform dalam merekam obyek di permukaan bumi adalah. ..
A. Tinggi, sedang dan rendah B. Luar dan dalam
C. Geostasioner, near- polar dan sun-synchronous D. Tinggi dan sun-synchronous
5. Resolusi spasial dan temporal satelit Landsat 7 ETM+ adalah..
A. 30 m dan 16 hari B. 30 m dan 32 hari C. 60 m dan 32 hari D. 10 m dan 16 hari
31 6. Citra QuickBird dan IKONOS memiliki perbedaan kemampuan dalam melihat kedetilan obyek. Pernyataan manakah yang benar terkait dengan ilustrasi di atas…
A. Citra QuickBird lebih rendah dari pada IKONOS B. Citra QuickBird lebih tinggi dari pada IKONOS C. Citra QuickBird sama dengan IKONOS D. Tidak ada jawaban yang benar
♦
♦
♦
♦
JAWABAN TES FORMATIF 1. D2. B 3. A 4. C 5. A 6. B
Cocokkan jawaban Anda dengan kunci jawaban tes formatif di atas.
Hitunglah jawaban yang benar dan kemudian gunakan rumus berikut untuk mengetahui tingkat penguasaan Anda terhadap materi dalam Kegiatan Belajar 2.
Tingkat penguasaan =
soal jumlah
benar yang jawaban Jumlah
x 100 %
Arti tingkat penguasaan: 90 – 100 % = baik sekali 80 – 89 % = baik 70 – 79 % = cukup < 70 % = kurang
Apabila mencapai tingkat penguasaan 80% atau lebih, Anda dapat meneruskan dengan Kegiatan Belajar 3. Jika masih di bawah 80%, Anda harus mengulangi materi Kegiatan Belajar 2, terutama bagian yang belum dikuasai.
32
KEGIATAN BELAJAR 3 Pengolahan dan Interpretasi Citra Penginderaan Jauh
Pada Kegiatan Belajar 2, Anda telah mempelajari tentang Sensor dan Platform Penginderaan Jauh. Selanjutnya pada Kegiatan Belajar 3, Anda akan mempelajari topik yang tidak kalah pentingnya karena menyangkut kemudahan dan kemampuan data penginderaan jauh digunakan dalam berbagai aplikasi di masyarakat. Pada Kegiatan Belajar ini akan dibahas bagaimana pengolahan data dilakukan agar data tersebut bisa memberikan informasi yang berharga kepada pengguna. Hasil pengolahan data yang baik akan membantu pengguna dalam mengidentifikasi obyek atau fenomena yang terekam dalam citra penginderaan jauh.
1. Pengolahan data penginderaan jauh
Pengolahan data adalah penanganan data yang direkam oleh sensor penginderaan jauh hingga bentuk yang dapat diinterpretasi, dan atau bentuk informasi yang dapat dipergunakan oleh pengguna. Penanganan data dilakukan dengan mesin (komputer dan alat mekanik dan atau elektronik lainnya). Usaha pengolahan data hingga bentuk citra yang dapat diinterpretasi atau informasi lain yang dapat langsung digunakan oleh pengguna, memerlukan banyak pemikiran, instrumentasi, waktu, pengalaman, dan data rujukan. Peranan manusia di dalam pengolahan data terus berlanjut hingga yang paling penting adalah terapan informasi penginderaan jauh dalam berbagai bidang pembangunan.
Sistem pengolahan citra dijital terdiri atas perangkat keras utama, perangkat penunjang dan perangkat lunak. Pra-pengolahan data inderaja dijital biasanya mengikuti prosedur seperti terlihat pada Gambar 9.5, mencakup rektifikasi (pembetulan atau koreksi-koreksi) dan restorasi (pemugaran atau pemulihan) citra.
Rektifikasi (pembetulan) dan restorasi (pemulihan/ pemugaran) citra merupakan prosedur pengolahan data yang dilakukan untuk memperoleh data yang sesuai dengan aslinya. Citra hasil rekaman sensor penginderaan jauh mengalami berbagai distorsi yang disebabkan oleh gerakan sensor, faktor media antara, dan faktor obyeknya sendiri, sehingga perlu dibetulkan atau dipulihkan kembali. Prosedur operasi ini biasa disebut operasi pengolahan data awal (pre- processing operations) atau pra-pengolahan citra, yang meliputi berbagai koreksi, yaitu koreksi radiometrik, koreksi geometrik, dan koreksi atmosferik. Penajaman citra bertujuan untuk peningkatan mutu citra, yaitu menguatkan kontras kenampakan yang tergambar dalam citra dijital. Penajaman citra dilakukan sebelum penampilan citra atau sebelum dilakukan interpretasi, dengan maksud
33 untuk menambah jumlah informasi yang dapat diinterpretasi secara dijital.
Beberapa terapan penajaman, seperti penajaman titik, penajaman lokal (area), penajaman tepi, serta penajaman tambahan dapat dilakukan secara filtering, menggunakan filter frekuensi rendah atau frekuensi tinggi. Filter frekuensi rendah digunakan untuk menghilangkan distorsi yang bersifat garis yang sering terjadi karena kerusakan detektor pada sensor. Filter frekuensi tinggi digunakan sebaliknya yaitu memperjelas daerah-daerah yang bersifat garis, misalnya garis batas antara air dan daratan yang terdapat pada citra.
DATA INDERAJA
DIJITAL (CCT)
Baca CCT
PRA-PENGOLAHAN DATA DIJITAL
Koreksi
Radiometrik Atmosferik Geometrik
Citra Komposit Warna
Penajaman Citra
Citra Terkoreksi
INTERPRETASI SESUAI DENGAN KEPERLUAAN PENGGUNA
Gambar 9.5.Diagrma alir pengolahan data penginderaan jauh
Tiga teknik penajaman citra yang dapat dilakukan, yaitu manipulasi kontras citra (contrast manipulation), manipulasi kenampakan secara spatial (spatial
Data mentah (raw data ) Penginderaan Jauh
Interpretasi Citra
34 feature manipulation), dan manipulasi citra jamak (multi-image manipulation).
Manipulasi kontras citra dapat dilakukan dengan gray-level thresholding, level slicing, dan contrast streching. Manipulasi secara spatial dapat dilakukan dengan spatial filtering, edge enhancement, dan fourier analysis. Manipulasi citra jamak dapat dilakukan dengan multispectral rationing, principal component, canonical components, vegetation component, intensity-hue-saturation (IHS) color space transformation, dan decorrelation stretching. Proses penajaman citra ini masih termasuk pengolahan data awal pre-processing operations. Penajaman citra ini juga bertujuan untuk mendapatkan nilai citra yang lebih sesuai dengan tujuan interpretasi.
Interpretasi citra sesuai dengan kebutuhan pengguna dapat dilakukan dengan sistem klasifikasi, yang bertujuan untuk pengelompokan atau segmentasi kenampakan-kenampakan yang homogen dengan teknik kuantitatif. Prosedur operasi dilakukan dengan pengamatan dan evaluasi setiap pixel yang terkandung di dalam citra, dan dikelompokan (diklasifikasi) pada setiap kelompok informasi.
Klasifikasi citra bertujuan untuk pengelompokan atau melakukan segmentasi terhadap kenampakan-kenampakan yang homogen dengan menggunakan teknik kuantitatif. Klasifikasi secara dijital dapat dilakukan dengan tiga cara, yaitu :
1. klasifikasi nilai pixel didasarkan pada contoh daerah yang diketahui jenis obyek dan nilai spektralnya, disebut klasifikasi terbimbing atau klasifikasi terselia (supervised classification)
2. klasifikasi tanpa daerah contoh yang diketahui jenis obyek dan nilai spektralnya disebut klasifikasi tak-terbimbing atau klasifikasi tak-terselia (unsupervised classification), dikenal dengan proses pengelompokan data menjadi sejumlah kelompok atau kelas (cluster).
3. klasifikasi gabungan atau klasifikasi hibrida (hybride) menggunakan kedua cara, yaitu gabungan antara klasifikasi terselia dan klasifikasi tak-terselia.
2. Interpretasi Citra Penginderaan Jauh
Pada saat kita memperhatikan citra foto udara dan citra satelit, kita melihat berbagai obyek dengan ukuran dan bentuk yang berbeda-beda. Beberapa obyek tersebut dapat dengan mudah dikenali sementara yang obyek yang lain sukar diidentifikasi tergantung dari pengalaman dan persepsi individu yang bersangkutan. Pada waktu kita mampu mengidentifikasi apa yang kita lihat pada citra dan menyampaikan informasi ini kepada orang lain, maka saat itu kita sedang mempraktekkan interpretasi citra. Citra mengandung data mentah yang apabila diproses oleh interpreter (orang yang melakukan interpretasi), data citra mentah ini menjadi informasi yang berguna.
Interpretasi citra dapat dibedakan menjadi 2 (dua) yaitu: interpretasi secara visual dan interpretasi secara dijitial. Interpretasi citra dilakukan untuk
35 mendapatkan informasi terhadap obyek fisik dan fenomena yang ada di dalam citra. Interpreter harus memahami dan memanfaatkan sinergi antara kemampuan pengolahan data secara dijital yang dapat menghasilkan pengukuran-pengukuran yang akurat, penilaian interpreter dan kedalaman analisa yang dilakukan.
A.. Elemen interpretasi citra
Kunci keberhasilan interpreter memperoleh informasi dari sebuah citra penginderaan jauh dipengaruhi oleh kemampuannya memanfaatkan elemen- elemen interpretasi citra yang ada. Ada 8 (delapan) elemen interpretasi yaitu:
bentuk, ukuran, pola, rona, tekstur, bayangan, lokasi, dan asosiasi.
1. Bentuk
Bentuk mengacu kepada batas (garis) suatu obyek. Bentul suatu obyek tergantung dari sudut pandang melihatnya. Bentuk obyek yang dilihat dari atas (overhead perspective) akan berbeda dengan bentuk yang dilihat dari permukaan.
2. Ukuran
Ukuran mengacu pada dimensi obyek baik secara relatid maupun secara absolut.
Ukuran relatif ditentukan dengan membandingkan obyek tersebut dengan obyek lain yang ada di dekatnya. Sedangkan ukuran absolut ditentukan berdasarkan pengukuran terhadap obyek yang dilakukan dengan menggunakan standar pengukuran, misalnya meter, hektar, kubik, dan lain-lain.
3. Pola
Pola mengacu kepada susunan khusus/tersendiri dari suatu obyek. Misalnya pola sistematik memanjang dan melebar pada tanaman perkebunan sawit, pola memanjang pada obyek jalan dan sungai, pola blok-blok segi empat pada komplek perumahan.
4. Rona
Rona adalah kecerahan rata-rata dari suatu obyek. Rona yang ada pada citra tergantung pada sifat permukaan dan sudut pengambilan data. Permukaan yang rata akan memantulkan gelombang yang datang menjauh dari arah permukaan.
Pada citra obyek akan nampak gelap apabila sudut pandangnya berlawanan dengan arah pantulan dan sebaliknya obyek akan nampak terang apabila sudut pandangnya berhadapan dengan arah pantulan. Permukaan yang kasar akan menghamburkan gelombang yang datang sehingga pada citra akan terlihat agak terang.
5. Tekstur
36 Tekstur adalah kekasaran permukaan. Tekstur mengacu pada variasi rona yang ada pada permukaan obyek atau kekasaran yang nyata terlihat pada citra.
Aspal/beton akan terlihat bertekstur halus sedangkan hutan akan terlihat bertekstur kasar.
6. Bayangan
Sifat bayangan tergantung dari sifat obyek, sudut pengamatan (observasi) dan kelerengan permukaan bumi. Bayangan yang jatuh pada permukaan berlereng akan lebih panjang dibandingkan bayangan yang jatuh pada daerah yang datar.
Sudut mathari yang kecil/rendah akan menghasilkan bayangan yang panjang sedangkan sudut yang besar akan menghasilkan bayangan yang pendek.
7. Lokasi/Tempat
Lokasi adalah posisi obyek. Antena telekomunikasi dan tower air biasanya diletakkan pada tempat yang topografi tertinggi atau pada bangunan tertinggi.
Sedangkan fasilitas pembuangan air kotor terletak pada tempat bertopografi terendah.Pembangkit listrik tenaga nuklir dan batu bara letaknya berdekatan dengan sumber air untuk mendapatkan air yang diperlukan dalam proses pendinginan genetator pembangkit. Keberhasilan interpretasi citra sangat besar dipengaruhi oleh pengetahuan interpreter tentang lokasi suatu obyek.
8. Asosiasi
Asosiasi adalah hubungan keruangan yang khusus karena hubungan fungsional antara obyek yang diamati dengan obyek lain yang ada dalam citra. Misalnya:
daerah parkir yang luas berasosiasi dengan super market atau mall.
Kedelapan elemen interpretasi citra ini biasanya digambarkan dengan sebuah contoh yang memisahkan penggunaan masing-masing elemen tersebut untuk memperjelas masing-masing perannya dalam proses interpretasi citra. Dalam kegiatan praktis, interpreter memadukan seluruh elemen-elemen tersebut dalam menarik informasi yang terdapat dalam sebuah citra satelit meskipun elemen- elemen tersebut tidak seluruhnya muncul di dalam citra.
B. Sekala citra
Kemampuan citra resolusi tinggi misalnya QuickBird dalam mengidentifikasi obyek-obyek yang ada di permukaan bumi sangat besar, akan tetapi ada beberapa obyek memanjang/linear yang kecil tidak mampu diidentifikasi dengan citra ini. Untuk kasus seperti ini diperlukan citra satelit yang beresolusi lebih tinggi misalnya citra satelit WorldView-1 dengan resolusi spasial 50 cm. Penggunaan citra QuickBird mempunyai keunggulan dan
37 kelemahan tersendiri terkait dengan kemampuannya mengidentifikasi obyek di permukaan bumi.. Beberapa kelemahan dan keunggulan adalah sebagai berikut:
a. Keuntungan
• batas bangunan dapat tergambarkan dengan jelas
• mampu memetakan daerah yang terlarang untuk dimasuki
• mencakup daerah yang luas dan frekwensi pengulangan yang tinggi b. Keterbatasan
• bangunan yang tinggi sulit diidentifikasi karena terganggu bayangannya
• bangunan yang komplek dan multistruktur sulit diidentifikasi
• dalam beberapa kasus tidak mampu membedakan perluasan bangunan dan memisahkan bangunan yang baru
• obyek linear yang kecil tidak dapat diidentifikasi, misalnya: pagar, track jalan raya, jalur kereta api, batas lapangan, dll.
Lebih detil manfaat lain yang dapat diperoleh dari penggunakan citra resolusi tinggi untuk interpretasi adalah sebagai berikut:
1. Memberikan informasi spasial (keruangan) yang detil sehingga dapat membantu proses delineasi persil tanah, perencanaan pertanian, perencanaan transportasi, membedakan daerah komersi
