BAB 3. SISTEM PENGINDERAAN JAUH PENGHASIL CITRA
DIGITAL
Berbeda halnya dengan
bidang desain yang melayani kebutuhan artistik atau kebutuhan penerbitan
(publishing), bidang penginderaan jauh menggunakan citra sebagai data yang
masih perlu dianalisis dan diinterpretasi untuk menghasilkan informasi turunan.
Informasi turunan ini biasanya berupa peta dengan tema isi yang sesuai dengan
kebutuhan kajian. Analisis dan interpretasi
citra digital tak dapat melepaskan diri dari sistem yang
menghasilkannya. Dalam konteks penginderaan jauh, sistem tersebut adalah
kesatuan yang meliputi sensor,wahana, energi elektromagnetik, atmosfer, benda
di permukaan bumi, dan misi sistemnya. Citra digital penginderaan jauh sering
dikaitkan dengan sistem perekaman oleh satelit, airborne scanner, dan juga pesawat ulang alik (space shuttle). Hingga saat ini, sistem satelit dikenal sebagai
sistem penginderaan jauh antariksa paling mapan dan mendapat perhatian besar
untuk dikembangkan menjadi sistem sepenuhnya operasional. Disamping itu, dalam
kurun waktu sekitar 30 tahun terakhir, sistem pencitraan digital melalui wahana
pesawat udara ataupun ruang angkasa telah ditekankan pada pembentukan citra
multispektral dan bahkan hiperspektral. Oleh karena itu, titik berat pembahasan
ini adalah sistem satelit penginderaan jauh yang menghasilkan citra satelit
digital multispektral . meskipundemikian, latar belakang fisika penginderaan
jauh akan dipaparkan secara ringkas terlebih dahulu.
3.1 PENELITIAN DI LAPANGAN DAN LABORATORIUM
SEBAGAI BASIS PERANCANGAN SENSOR SATELIT
Bagaimana para pakar merancang sensor untuk satelit sumberdaya?
Jawaban atas pertanyaan ini berakar jauh pada penelitian eksperimental di
lapangan dan laboratorium, khususnya mengenai pola respons spektral objek dalam
berbagai interval panjang gelombang. Uraian berikut ini menjelaskan tentang
spektrum elektromagnetik dan sistem sensor dalam penginderaan jauh.
3.1.1 Spektrum Elektromagnetik dalam
Penginderaan Jauh
Sistem penginderaan jauh sebenarnya bekerja dalam dua dominan,
yaitu dominan spektral dan dominan spasial. Pada prinsipnya setiap benda dengan
temperatur diatas 0 kelvin mematulkan dam atau memancarkan gelombang
elektromagnetik. Apabila pada suatu luasan tertentu terdapat beberapa jenis
benda maka masing-masing benda akan memberikan pantulan dan atau pancaran
elektromagnetik yang dapat diterima oleh suatu sensor. Dengan demikian
kehadiran suatu benda dapat dideteksi berdasarkan pantulan atau pancaran
elektromagnetik yang dilakukan oleh benda itu, asal karakteristik
pantulan/pancaran elektromagnetiknya telah diketahui.
3.1.2 Pemilihan Spektrum
Berdasarkan penelitian eksperimental dengan menggunakan
spektrometer tersebut, suatu sistem sensor yang beroperasi pada julat panjang
gelombang yang lebih sempit dapat dirancang. Jumlah dan lebar spektrumnya dapat
diukur sedemikian rupa sehingga citra yang dihasilkan dapat menyajikan
perbedaan objek yang diinginkan tanah basah dengan tanah kering, air keruh
dengan air jernih, vegetasi sehat dengan vegetasi tak sehat, dan sebainya.
Perbedaan utama antara
spektometer dengan sensor yang dirancang terletak pada selang (interval)
spektrum yang digunakan dan juga cara operasinya. Spektrometer untuk penelitian
eksperimental biasanya dapat diatur untuk bekerja dengan interval panjang
gelombang yang sangat pendek/sempit, bahkan sampai kurang dari 0,01µm. Sensor
operasional pada mulanya justru sebaliknya, dirancang untuk beroperasi pada
julat yang tetap, misalnya pada 0,44-0,51 µm: 0,52-0,60; 0,61-0,68 µm; dan
seterusnya. Masing-masing julat ini akan menghasilkan citra sehingga sensor
dengan n spektra akan menghasilkan n citra objek yang sama, namun dengan
variasi spektral yang berbeda. Baru dalam satu dekade terakhir ini berbagai
sensor hiperspektral dapat dijumpai, yang mampu menghasilkan data pada lebar
spektrum yang sangat sempit dan dengan jumlah saluran spektral yang sangat
banyak.
3.2 DASAR FISIKA PENGINDERAAN JAUH
Pembicaraan mengenai gelombang elektromagnetik secara garis besar
belum memadai, apabila pakai sistem penginderaan jauh berniat terjun lebih ke
sistem yang berbasis digital. Konsep-konsep dasar tentang fisika penginderaan
jauh perlu dikemukakan sedikit lebih mendalam karena dengan pemahaman ini
proses analisis citra digital dapat dilaksanakan dengan lebih baik. Meskipun
demikian, cara operasi sistem penginderaan jauh sebenarnya sangat bervariasi
karena tergantung pada banyak hal, antara lain waha (platform) yang digunakan, sensor yang meliputi komponen-komponen
optik-elektronik dan detektor dan detektor yang mencatat respons spektral yang
datang dari objek, serta cara analisis datanya.
3.2.1 Radiasi Elektromagnetik (REM)
Radiasi elektromagnetik adalah kombinasi medan listrik dan medan magnet yang berosilasi dan merambat melewati ruang dan
membawa energi dari satu tempat ke tempat yang lain.
Cahaya tampak adalah salah satu bentuk
radiasi elektromagnetik. Penelitian teoretis tentang radiasi elektromagnetik
disebut elektrodinamik, sub-bidang elektromagnetisme.
Gelombang
elektromagnetik ditemukan oleh Heinrich Hertz. Gelombang elektromagnetik termasuk gelombang
transversal.
Setiap muatan listrik
yang memiliki percepatan memancarkan radiasi elektromagnetik. Ketika kawat
(atau panghantar seperti antena) menghantarkan arus bolak-balik, radiasi elektromagnetik dirambatkan
pada frekuensi yang sama dengan arus listrik. Bergantung pada situasi,
gelombang elektromagnetik dapat bersifat seperti gelombang atau seperti partikel. Sebagai gelombang, dicirikan oleh
kecepatan (kecepatan cahaya), panjang gelombang, dan frekuensi.
Kalau dipertimbangkan sebagai partikel, mereka diketahui sebagai foton, dan masing-masing mempunyai energi
berhubungan dengan frekuensi gelombang ditunjukan oleh hubungan Planck E = Hf, di mana E
adalah energi foton, h ialah konstanta Planck — 6.626 × 10 −34 J·s — dan
f adalah frekuensi gelombang.
Einstein kemudian memperbarui rumus ini
menjadi Ephoton = hf.
3.2.2 Radiometri
Konsep radiometri melibatkan beberapa istilah yag sering dipakai
dalam penginderaan jauh berikut ini : (a) energi radiometri, (b) fluks radian,
(c) kepadatan fluks radian, (d) irradiansi, (e) intensitas radian, dan (f)
radiansi dan radiansi spektral
a. Energi radiometri (Q)
Merupakan suatu ukuran kapasitas radiasi untuk melakukan kerja,
memindahkan onjek, atau menimbulkan perubahan kondisi objek. Satuan energi
radian ialah Joule (J) atau kiloWatt
(KWh).
b. Fluks radian (O)
Merupakan laju aluran energi per satuan waktu dalam melewati suatu
titik.
c. Kepadatan fluks radian
(radiant flux density, E atau M)
Adalah ukuran besarnya fluks radian yang mengalir melewati suatu
luas permukaan tertentu.
d. irradiansi
Kepadatan fluks radian yang mencapai suatu permukaan disebut irradiansi (irradiance, E), sedangkan kepadatan
fluks radian yang dipancarkan oleh permukaan disebut eksitansi (exitance, M). E dan M mempunyai satuan
Watt m-2.
e. Intensitas radian
Merupakan ukuran fluks radian per satuan sudutpadat (solid angle)
yang meninggalkan sumber berupa titik. Energi radian yang meninggalkan sumber
titik dan diradiasikan ke semua arah akan mempunyai kepadatan fluks radian yang
terus menyusut, meskipun intensitasnya tidak berkurang.
f. Radiansi (L) dan radiansi
spektral
Merupakan fluks radian per satuan padat yang meninggalkan suatu
sumber yang relatif luas ke arah tertentu, per satuan luas hasil proyeksi dari
sumber tadi. Biala sumber yang relatif luas diamati dengan sensor pada sudut
kerucut O maka apabila R meningkat, luas sumber juga akan meningkat sehingga
radiansi L yang mencapai area detektor A akan tetap (konstan), untuk konstanta
t, sepanjang kepadatan fluksnya juga konstan terhadap sumber yang relatif tadi.semua
istilah yang digubakan dalam radiometri energi elektromagnetik tadi bersifat
tergantung pada panjang gelombang sehingga dalam penggunaan biasanya istilah
tersebut disertai dengan kata ‘spektral’ misalnya radiansi spektal L, yang mempunyai yang mempunyai satuan W m-2
nm-1.
3.2.3 Efek Atmosfer
Absorbsi
Absorbsi dapat disebabkan oksigen dalam atmosfer, hujan dan kabut.
Hal ini menyebabkan energi yang dipropagasikan mengalami redaman (atenuasi
meningkat0. hujan yang lebat menyebabkan atenuasi dapat meningkat 1 dB/km pada
gelombang yang berfrekuensi 6-10 GHz, dan untuk gelombang dengan frekuensi
lebih dari 10 GHz dapat meningkat sampai 10 dB/km.
- Refraksi (pembiasan)
Hal ini terjadi karena pengaruh perubahan temperatur, kelembaban
dan kerapatan atmosfer refraksi dapat menyebabkan penyimpangan berkas gelombang
mikro dari sinyal yang merambat.
- Jebakan atmosfer (duct)
Ini terjadi karena kondisi temperatur dan
kerapatan atmosfer yang bervariasi. Di sini berkas gelombang mikro hanya
terpantul-pantul di suatu daerah tertentu pada atmosfer, terjebak dan sulit
dipropagasikan.
3.2.4 Interaksi REM dengan Benda
Energi matahri mengalami atenuasi dan dihamburkan oleh atmosfer
sebelum mencapai permukaan bumi atau penutup lahannya. Dengan demikian tersebut
sebenarnya mengalami tiga macam perlakuan, yaitu pemantulan, penyerapan, dan
transmisi. Kondisi ini dirumuskan sebagai berikut :
Eiλ = E a, λ + Er, λ + E r,λ
= Ei,λ (aλ + rλ + Tλ
................................................... (3.16)
→ a λ + r λ + t λ = 1
....................................................(3.17)
Dimana E mewakili energi spektral yang diserap, dipantulkan dan ditansmisikan;
sedangkan a,r dan t berturut-turut adalah serapan,pantulan, dan transmitansi
spektral. Karena sensor penginderaan jauh terpasang pada jarak yang jauh dari
objek maka diantara tiga komponen itulah pantulanlah yang langsung berkaitan
denga detektor. Dengan demikian, pantulan rλ merupakan aspek yang paling
penting dalam penginderaan jauh.
3.3 SENSOR-SENSOR ELEKTRO-OPTIK UNTUK
PENGINDERAAN JAUH
Hingga saat ini kebanyakan sensor yang digunakan untuk sistem
penginderaan jauh merupakan sensor sistem pasif, yaitu sensor yang menangkap
energi pantulan atau pancaran gelombang elektromagnetik dari objek, tanpa
mengirim gelombang ke arah objek-objek tersebut.
3.3.1 Jenis-jenis Sensor Multispektral
Elektro-optik
Mengacu pada kategorisasi Vicent (1997), pada dasarnya ada tiga
macam sensor pencitra elektro-optik yang digunakan untuk keperluan komersial
(sipil) dalam pengumpulan data multispektral, yaitu:
1. Skanner multispektral yang beroperasi seperti
menyapu secara melintang (whiskroom).Lillesand
et al. (2008) memberi istilah across-track
scanner untuk mekanisme semacam ini. Skaner ini memindai dari sisi ke sisi
tegak lurus terhadap jalur lintasan wahana, membentuk baris-baris pelarikan
yang tersusun atas piksel-piksel. Gerak maju wahana yang terkombinasi dengan
gerak sapuan melintang ini menghasilkan baris-baris pelarikan baru.
2. Skaner deret linier (linear array scanner) yang
beroperasi seperti sapu dorong (pushbroom) mengumpulkan informasi pantulan atau
pancara objek dalam bentuk deretan piksel dalam satu baris sekaligus, gerak
maju wahana dengan sendirinya akan menghasilkan deretan piksel yang baru, tanpa
mekanisme gerak sapuan melintang.
3. Skaner deret dua dimensional
menngunakan deret detektor dua dimensi seperti frame pada film kamera.
Semua tipe sensor
elektro-optik tersebut memperkuat sinyal elektromagnetik yang diterima,
kemudian mendigitasasikannya ke dalam angka-angka biner sesuai dengan tingkat
kemampuan bit-coding yang dimilikinya ketika masih berada di wahana.
3.3.2
Prinsip Pemisahan Berkas Cahaya pada Sensor Multispektral Elektro-optik
Skaner multispektral memisahkan (membagi) berkas cahaya yang
datang pada suatu wilayah panjang gelombang yang lebar menjadi berkas-berkas
dengan lebar spektra yang lebih sempit.
Menurut Vincent (1997), piranti yang diperlukan sensor dalam hal
ini dapat berupa prisma,filter transmisi, ataupun lensa/cermin dikhroik. Lensa
dikhroik mampu meloloskan sinar dengan panjang gelombang yang lebih besar
daripada suatu nilai ambang, dan memantulkan sinar-sinar yang lain, yang
mempunyai panjang gelombang lebih kecil, atau sebaliknya.
3.4
SISTEM SATELIT PENGINDERAAN JAUH
Satelit tak berawak sebagai wahana penyadap informasi dari
permukaan bumi telah mulai dikembangkan sejak awal tahun ‘60an. Aplikasi
utamanya adalah bidang kemiliteran. Baru pada awal dekade ’70-an, satelit tak
berawak diluncurkan untik pengamatan sumberdaya bumi, yaitu ERTS-1. Peluncuran
ini diikuti oleh peluncuran satelit sumberdaya lain, dan juga pengembangan sistem pengolahan datanya. Boleh dikata,
mulai saat itulah teknologi di bidang pengolahan citra dikembangkan secara
lebih serius.
3.4.1 Sistem Landsat
Satelit Landsat (land satelite)
Citra Landsat TM
merupakan salah satu jenis citra satelit penginderaan jauh yang dihasilkan dari
sistem penginderaan jauh pasif. Landsat memiliki 7 saluran dimana tiap saluran
menggunakan panjang gelombang tertentu. Satelit landsat merupakan satelit
dengan jenis orbit sunsynkron (mengorbit bumi dengan hampir melewati kutub,
memotong arah rotasi bumi dengan sudut inklinasi 98,2 derajat dan ketinggian
orbitnya 705 km dari permukaan bumi. Luas liputan per scene 185 km x 185 km.
Landsat mempunyai kemampuan untuk meliput daerah yang sama pada permukaan bumi
pada setiap 16 hari, pada ketinggian orbit 705 km (Sitanggang, 1999 dalam
Ratnasari, 2000). Fungsi dari satelit landsat adalah untuk pemetaan penutupan
lahan, pemetaan penggunaan lahan, pemetaan tanah, pemetaan geologi, dan
pemetaan suhu permukaan laut.
Salah satu contoh citra satelit Landsat
3.4.2
Sistem SPOT
Satelit SPOT (systeme pour I’observation de la terre)
Merupakan satelit milik
perancis yang mengusung pengindera HRV (SPOT1,2,3,4) dan HRG (SPOT5). Satelit
ini mengorbit pada ketinggian 830 km dengan sudut inklinasi 80 derajat. satelit
SPOT memiliki keunggulan pada sistem sensornya yang membawa dua sensor identik
yang disebut HRVIR (haute resolution visibel infrared). Masing-masing sensor
dapat diatur sumbu pengamatanya kekiri dan kekanan memotong arah lintasan
satelit merekam sampai 7 bidang liputan. Fungsi dari satelit SPOT adalah untuk
akurasi monitoring bumi secara global.
Salah satu contoh citra satelit SPOT
3.4.3 Sistem NOAA
Satelit NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration)
Satelit NOAA merupakan
satelit meterologi generasi ketiga milik ”National Oceanicand Atmospheric
Administration” (NOAA) Amerika Serikat. Munculnya satelit ini untukmenggantikan
generasi satelit sebelumnya, seperti seri TIROS (Television and Infra Red
Observation Sattelite, tahun 1960-1965) dan seri IOS (Infra Red Observation
Sattelite,tahun 1970-1976). Konfigurasi satelit NOAA adalah pada ketinggian
orbit 833-870 km,inklinasi sekitar 98,7 ° – 98,9 °, mempunyai kemampuan
mengindera suatu daerah 2 x dalam 24 jam (sehari semalam).
Seri NOAA ini dilengkapi dengan 6 (enam) sensor utama, yaitu :
1. AVHRR (Advanced Very High Resolution Radiometer);
2. TOVS (Tiros
Operational Vertical Sonde);
3. HIRS (High Resolution
Infrared Sounder (bagian dari TOVS);
4. DCS (Data Collection
System)
5. SEM (Space
Environtment Monitor);
6. SARSAT (Search And
Rescue Satelite System)
Satelit NOAA digunakan untuk membuat peta suhu permukaan
laut (Sea Surface Temperature Maps/SST Maps), monitoring iklim, studi El Nino,
dan deteksi ars laut untuk memandu kapal-kapal pada dasar laut dengan ikan berlimpah.
3.4.4
Sistem satelit Pemantau Laut dan Pesisir
Sistem satelit yang
dikhususkan untuk pemantauan laut dan pesisir antara lain meliputi Satelit
Nimbus-7 milik Amerika Serikat yang membawa CZCS (Coastal zone color scanner);
MOS (Marine Observation Satellite) milik Jepang yang membawa 3 macam instrumen,
yaitu MESSR, VTIR, dan MSR; serta Sea WIFS (Sea-viewing Wide Field of-view
Sensor) milik Amerika Serikat. Sensor CZCS yang dibawa oleh satelit Nimbuz-7
diluncurkan pada 1978. Misi satelit ini dikhususkan pada pemantauan temperatur
dan warna perairan pantai laut, sebagai indikator kondisi wilayah perairan yang
diamati. Pada sensor ini terdapat 6 saluran spektral, membentang dari spektrum
biru hingga inframerah termal. Citra 6 saluran yang dihasilkan mempunyai
resolusi spasial 825 meter pada posisi nadir dan lebar sapuan sebesar 1566 km.
3.4.5
Sistem IRS milik India
The Indian Remote
Sensing (IRS) IRS adalah sistem satelit untuk meyediakan informasi
manajemen sumberdaya alam yang berharga. Fungsi dari citra satelit ini adalah
untu perencanaan perkotaan dan manajemen bencana.
3.4.6
Sistem Satelit Multimisi : Terra dan Aqua
NASA Earth Observing
System mengembangkan satelit Terra dan Aqua sebagai bagian dari upaya mengumpulkan
informasi melalui observasi komprehensif secara global (Aronoff, 2005). NASA
bekerja sama dengan Kementerian Perdagangan dan Industri Jepang (MITI)
mengembangkan sistem sensor yang kemudian dipasang pada satelit multimisi
Terra.
Sensor ASTER
Sensor ASTER merupakan
salah satu alternatif untuk kajian pada resolusi menengah di samping Landsat
dan SPOT, apalagi ketika hingga saat ini Landsat & ETM+ tetap mengalami
kerusakan dan beroperasi dengan moda SLC-off, sedangkan pemerintah Amerika
Serikat belum mempunyai rencana untuk mengembangkan sistem lanjutannya, sensor
ASTER punya tiga modul subsistem mulyispektral yang berbeda, masing-masing
adalah VNIR (Visible and near infrared), SWIR (Shortwave Infrared), dan TIR
(Thermal Infrared).
Sensor MODIS
MODIS merupakan sensor
dengan mekanisme pemindaian melintang arah gerak orbit (aross-track scanning).
Sensor ini terpasang pada satelit Terra dan Aqua, dan dirancang untuk mengukur
sifat-sifat fisik atmosfer serta sifat-sifat fisik daratan dan lautan. MODIS juga
dirancang sedemikian rupa sehingga mampu membangun rekaman data secara kontinu
seperti yang telah dilakukan oleh pendahulunya, misalnya AVHRR NOAA yang telah
diluncurkan sejak 1979. Meskipun demikian, MODIS mempunyai beberapa keunggulan
dibandingkan teknologi AVHRR yang relatif kuno, misalnya dalam hal resolusi
spasial, kepekaan radiometri reaktifikasi geometri, serta kalibrasi radiometri
yang lebih akurat (Aronoff,2005). Lebih dari itu, MODIS dapat diperoleh secara
gratis dari satelitnya langsung, ataupun diunduh dari Internet. Dengan lebar
sapuan 2.330 km, MODIS mampu meliput seluruh permukaan bumi dalam satu-dua
hari, dan menyajikannya dalam 36 saluran spektral, berkisar dari 0,46 hingga
14,38µm. MODIS juga memberikan informasi dalam resolusi spasial yang
bervariasi, dari 250m hingga 1 km.
3.4.7
Sistem satelit ALOS
Satelit ALOS Jepang merupakan salah satu negara dengan teknologi
satelit penginderaan jauh terdepan selain negara maju lainnya seperti Amerika,
Kanada, serta konsorsium negara-negara Eropa dengan European Space Agency
(ESA).
Di Asia, selain Jepang, negara yang cukup mumpuni dengan
teknologi satelit penginderaan jauh adalah China dan India. Sedangkan Brazil
menjadi negara dengan penguasaan teknologi satelit penginderaan jauh yang
paling menonjol di wilayah Amerika Latin. Jepang menjadi salah satu yang paling
inovatif dalam pengembangan teknologi satelit penginderaan jauh setelah
diluncurkannya satelit ALOS (Advanced Land Observing Satellite) atau
dikenal dengan ’Daichi’ pada tanggal 24 Januari 2006.
Satelit berbobot 4000 kg ini diluncurkan dari
pusat peluncuran Tanegashima yang mengorbit dengan ketinggian sekitar 700 km di
atas permukaan bumi. Misi ALOS adalah untuk mencari pemecahan masalah lokal (local
issue) seperti ketahanan pangan (food security), kelangkaan sumber
air, mitigasi bencana dan konservasi keanekaragaman hayati (biodiversity).
Adapun tujuan yang ingin dicapai satelit
generasi terbaru produk negeri Sakura ini terdiri dari 5 (lima) yaitu (1).
membuat peta (cartography) seluruh wilayah Jepang termasuk negara
lainnya di dunia, (2). mengamati pembangunan berkelanjutan (sustainable
development) dan harmonisasi antara lingkungan bumi dan perkembangan
regional, (3). memonitor bencana (disaster monitoring), (4). melakukan
survei sumber daya alam, (5). mengembangkan teknologi yang terkait dengan
satelit pengamat bumi masa depan. Karena keragaman target ALOS ini maka dapat
dikatakan satelit penginderaan jauh ini punya kemampuan multi-guna.
Spesifikasi ALOS
ALOS mempunyai tiga instrumen yaitu PRISM (Panchromatic
Remote Sensing Instrument for Stereo Mapping) untuk pemetaan dijital
elevasi (ketinggian) sehingga dapat menghasilkan data ketinggian. Instrumen
yang kedua adalah AVNIR-2 (Advanced Visible and Near Infrared Radiometer)
untuk pengamatan lahan secara teliti serta instrument PALSAR (Phased Array
type L-Band Synthetic Aperture Radar). Sesuai dengan namanya instrumen ini
dapat menghasilkan data SAR atau radar.
Ø PRISM dapat memberikan resolusi spasial
2,5 m dan memproduksi model permukaan dijital (digital surface model)
secara akurat. Instrumen ini punya tiga jenis sistem optik untuk melihat ke
depan (forward), belakang (backward) dan pada nadir. Dengan
kemampuan ini PRISM dapat menghasilkan citra stereo. Sensor ini dapat merekam
dengan lebar sapuan sampai 70 km pada nadir.
Ø AVNIR-2 didesain khusus untuk mengamati
lahan dan wilayah pesisir, merupakan pengembangan dari AVNIR yang dipasang pada
satelit sebelumnya ADEOS (Advanced Earth Observing Satellite) tahun
1996. Sensor ini memberikan peta cakupan dan tutupan lahan pada skala regional
dengan resolusi yang lebih baik dibanding sebelumnya. Resolusi spasial AVNIR-2
mencapai 10 m, lebih baik dibandingkan resolusi spasial AVNIR yang hanya 16 m.
Ø PALSAR memanfaatkan rentang gelombang
mikro pada frekuensi band-L yang dapat menembus awan dan dapat melakukan
pengamatan siang maupun malam bahkan dalam kondisi cuaca buruk sekalipun.
Instrumen ini memberikan data radar yang lebih baik dibanding satelit radar
generasi sebelumnya, JERS-1 (Japanese Earth Resources Satellite). PALSAR
dapat memberikan keuntungan dalam cakupan pengamatan mulai dari 250 – 350 km
yang disebut dengan ScanSAR. Keuntungan ini juga dimiliki oleh satelit milik
Kanada, RADARSAT.
Keunggulan ALOS
Jepang secara konsisten mengembangkan
teknologi satelit penginderaan jauhnya selama kurang lebih 20 tahun terakhir.
Dan hasilnya pun sangat memuaskan dengan diluncurkannya beberapa satelit
generasi terbarunya termasuk ALOS. ALOS menjadi andalan dan kebanggaan Jepang
karena satelit ini dapat memuaskan konsumennya di seluruh dunia. Kenapa? Karena
ALOS dapat memberikan data optik dan data radar sekaligus. Data optik sangat
sensitif dan punya kemampuan tinggi dalam menggambarkan suatu obyek (visualization)
tetapi sangat rentan jika pada saat perekaman terdapat cakupan awan (cloud
cover). Akan tetapi dengan data radar keberadaan awan dapat diatasi, selain
itu dengan data radar karakteristik fisik lebih mudah diamati dibanding dengan
data optik. Kombinasi penggunaan data optik dan radar akan memberikan hasil
analisis yang lebih baik dibandingkan hanya menggunakan salah satu diantara
kedua jenis data tersebut.
Pada umumnya satelit penginderaan jauh hanya didesain untuk
dapat memberikan data optik saja atau data radar saja. Seperti data optik dari
satelit penginderaan jauh SPOT milik Perancis yang berkonsorsium dengan
beberapa negara Eropa lainnya atau satelit RADARSAT milik Kanada yang hanya
dapat memberikan data radar saja. Selain itu ALOS dapat juga memberikan data
stereo (stereo mapping) dan dapat mencakup wilayah dengan luas sampai
ratusan kilometer.
Aplikasi ALOS
Sejak diluncurkan tahun 2006, ALOS memasuki
fase setelah operasi (tiga tahun setelah peluncuran). ALOS sudah digunakan
untuk berbagai tujuan seperti pemetaan dan observasi kondisi es di laut (sea
ice), keberadaan hutan, mitigasi bencana, kondisi permukaan laut (kecepatan
angin) dan wilayah pesisir (mangrove, terumbu karang), serta pengamatan
sumber daya alam terutama yang tidak dapat diperbaharui (non-renewable).
Khusus untuk pengamatan kondisi hutan, ALOS sudah merekam
sebagian kondisi hutan Indonesia tahun 2008 di Sumatera, Kalimantan, Sulawesi,
sebagian Maluku dan Irian termasuk New Guinea (lihat gambar 2). Peta hutan ini
dibuat dari data PALSAR yang dibentuk menjadi citra ortho dengan resolusi
spasial 50 meter.
Selain untuk pemetaan kondisi hutan Indonesia, aplikasi lain
yang juga sangat penting yang terkait dengan kerusakan lingkungan di wilayah
pesisir adalah kondisi terumbu karang. Dengan AVNIR-2, distribusi terumbu
karang dapat divisualisasikan dengan kombinasi band cahaya tampak (visible
band) melalui algoritma tertentu. Fusi citra AVNIR-2 dengan data PALSAR
akan memberikan kajian yang lebih baik terkait sebaran terumbu karang yang ada.
Jika dilengkapi hasil pengamatan lapangan dan data penginderaan jauh lainnya
seperti data hiperspektral (hyperspectral) maka tidak hanya distribusi
terumbu karang saja yang bisa dianalisa tetapi juga sehat tidaknya terumbu
karang tersebut. Data hiperspektral dapat memberikan informasi atau kerincian
spektral lebih detil dibandingkan menggunakan data multispektral (seperti
AVNIR-2). (Ketut Wikantika, dari berbagai sumber).
3.4.8
Sistem Satelit dengan Resolusi Spasial tinggi
Pada 1994 pemerintah Amerika
Serikat untuk mengambil keputusan untuk mengizinkan perusahaan sipil komersial
untuk memasarkan data penginderaan jauh resolusi tinggi, yaitu antara 1-4meter
(Jensen, 1996) hal ini kemungkinan berkaitan dengan berakhirnya era perang
dingin. Segera setelah itu, Earth Watch Inc, suatu perusahaan swasta yang
bergerak di bidang sistem kajian sumberdaya, merencanakan pengembangan dua
sistem resolusi tinggi yaitu EarlyBird dan QuickBird.
3.4.9
Satelit dengan Sensor Gelombang Mikro : Radarsat, Almaz, ERS, JERS, dan ALOS
Satelit dengan sensor
gelombang mikro aktif yang menggunakan teknik perekaman menyamping paling
menonjol ialah Radarsat milik Kanada, ERS-1 milik Eropa, dan JERS-1 milik
Jepang. Sebelum sensor radar ini dioperasikan wahana satelit, percobaan telah
dilakukan secara ekstensif menggunakan pesawat udara (SLAR) dan pesawat
ulang-alik (SIR-A, SIR-B, dan SIR-C). Uraian ekstensif mengenai sistem radar
ini dapat dibaca pada Lillesand et al. (2008) serta Sabins (1997).
Radarsat pertama kali diluncurkan
pada 4 November 1995. Satelit ini melakukan liputan lengkap dalam 14 orbit
sehari secara sinkron matahari resolusi temporalnya ialah 6 hari. Salah satu
misi utama dari peluncuran satelit ini ialah memantau kondisi es di Laut Arktik
selama periode gelap (musim dingin) dan selama kondisi medan tertutup oleh
awan.
Almaz merupakan satelit
bersensor radar milik Rusia, yang
diluncurkan pada 31 Maret 1991. Sensor Almaz bekerja seperti sistem SLAR pada
pesawat udara, yang merekam citra pada film holografi yang kemudian dikonversi
ke film citra.
ERS-1 merupakan satelit
milik Eropa yang mengoperasikan sensor, antara lain SAR (synthetic apperture
radar) dan ATSR (along-track scanning radiometer). SAR pada ERS-1 beroperasi
dengan polarisasi VV (vertikal pada energi datang, vertikal pada energi pantul)
melalui antenna SAR berukuran 10 x 10 meter dan dengan sudut depresi yang curam
(67o), untuk mendukung aplikasi oseanografi (Sabins,1997).
3.5
Sistem Skaner Multispektral dengan pesawat udara
Sebenarnya sistem skaner
multispektral dengan pesawat udara telah lebih dahulu dikembangkan dari pada
sistem skaner pada wahana ruang angkasa.Richards (1993) menyebutkan tiga macam
perbedaan utama antara sistem skaner multispektral pesawat udara dengan sistem
skaner multispektral satelit,yaitu :
1.
Volume data yang dihasilkan oleh sistem pesawat udara pada umumnya lebih besar.
Hal ini disebabkan oleh jumlah saluran yang lebih banyak, yaitu dapat mencapai
12 buah. Di samping itu, resolusi spasial yang dihasilkan jauh lebih tinggi;
2.
Medan perang sensor (FOV, field of view) pada umumnya jauh lebih besar (bila
diukur dengan derajat) karena tinggi terbang pesawat jaub lebih rendah daripada
satelit. FOV pada sistem skaner pesawat terbang dapat mencapai sekitar 70-90o
sedangkan sistem satelit Landsat 4 dan 5 misalnya, hanya sekitar 15o.
3.
Stabilitas kedudukan sensor pada sistem skaner pesawat udara pada umumnya jauh
lebih rendah. Hal ini dapat dimengerti karena gangguan stabilitas pada pesawat
udara memang lebih banyak, yang disebabkan oleh turbelensi
udara,angin,perbedaan tekanan udara dan sebagainya.
3.5.1
DAEDALUS AADS 1240/1260
Skaner garis
multispektral Daedalus AADS 1240/1260 merupakan sistem skaner pesawat udara
yang paling banyak digunakan. Proses pelarikan terjadi melalui meknisme
pemutaran cermin, seperti haknya sensor MSS dan TM Landsat.
3.5.2
Airborne Thematic Mapper (ATM)
Sebelum peluncuran
Landsat-D yang membawa sensor TM pada 1982, banyak percobaan telah dilakukan
untuk simulasi sensor tersebut dengan ATM. Hingga saat ini, ketika data digital
TM Landat sudah relatif murah diperoleh, sensor simulasi ini pun masih terus
digunakan untu kepentingan eksperimental yang lebih sesuai dengan kebutuhan
penelitian.
3.5.3
MDA MEIS-II
Pusat penginderaan jauh
kanada telah mengembangkan skaner berwahana pesawat udara yang memanfaatkan
teknologi line array yang dapat digunakan untuk melarik tanpa cermin putar.
Teknologi ini sama dengan yang dikembangkan oleh CNES, Prancis, untuk sensor
HRV SPOT, yaitu model pushbroom scanner.
3.6
Pencitraan Hiperspektral
Berbagai penelitian
lanjut dalam karakteristik objek spektral telah memberikan kesimpulan bahwa
penggunaan spektrum yang sempit ternyata mampu menonjolkan perbedaan objek
secara lebih baik bila dibandingkan dengan penggunaan spektrum yang relatif
lebar, seperti yang digunakan pada MSS dan TM-Landsat, HRV-SPOT, ataupun AVHRR-NOAA.
3.6.1
Pencitraan Hiperspektral dari Udara
Sistem pencitra
hiperspektral yang termasuk paling awal dikembangkan ialah AIS (Airborne
Imaging Spectrometer). AIS mampu mengumpulkan data dalam 128 saluran spektral
dengan lebar spektral rata-rata sekitar 9,3nm. Untuk moda ‘pohon’ AIS
mengumpulkan data dalam saluran kontinu antara 0,4-1,2µm; sedangkan untuk modus
‘batuan’, sistem ini menumpulkan informasi antara 1,2-2,4µm.
3.6.2
Pencitraan Hiperspektral melalui satelit
Sensor Hyperion
merupakan salah satu sistem sensor hiperspektral yang paling awal dipasang pada
satelit. Bahkan lebih dahulu pada MERIS pada Envisat 1. Sebenarnya Satelit EO-1
(Earth Obsetver-1) yang diluncurkan pada 21 November 2000 dan mengorbit pada
ketinggian 705 km di atas bumi serta mengorbit sinkron matahari langsung sensor
Hyperion ALI (Advanced Land Imager) dan LEISA (Linear Imaging Spectrometer
Array).
3.7
SISTEM PENCITRAAN SENSOR AKTIF DENGAN LASER : LIDAR
Pengertian LIDAR
LIDAR (Light Detection
and Ranging) adalah sebuah teknologi sensor jarak jauh menggunakan properti
cahaya yang tersebar untuk menemukan jarak dan informasi suatu obyek dari
target yang dituju. Metode untuk menentukan jarak suatu obyek adalah dengan
menggunakan pulsa laser. Seperti teknologi radar, yang menggunakan gelombang
radio, jarak menuju obyek ditentukan dengan mengukur selang waktu antara
transmisi pulsa dan deteksi sinyal yang dipancarkan.
Laser
Laser (singkatan dari bahasa Inggris: Light Amplification by Stimulated
Emission of Radiation) merupakan mekanisme suatu alat yang memancarkan radiasi elektromagnetik, biasanya dalam bentuk cahaya yang tidak dapat dilihat
maupun dapat lihat dengan mata normal, melalui proses pancaran terstimulasi. Pancaran laser biasanya tunggal,
memancarkan foton dalam pancaran koheren. Laser juga dapat dikatakan efek dari mekanika kuantum. Dalam teknologi laser, cahaya yang
koheren menunjukkan suatu sumber cahaya yang memancarkan panjang gelombang yang diidentifikasi dari frekuensi yang sama, beda fase yang konstandan polarisasinya. Selanjutnya untuk menghasilkan
sebuah cahaya yang koheren dari medium lasing adalah
dengan mengontrol kemurnian, ukuran, dan bentuknya. Keluaran yang berkelanjutan
dari laser dengan amplituda-konstan (dikenal sebagai CW atau gelombang
berkelanjutan), atau detak, adalah dengan menggunakan teknik Q-switching, modelocking, atau gain-switching.
Laser, mempunyai karakteristik yang
berbeda dengan cahaya biasa:
•Monokromatik (panjang gelombang
yang sangat spesifik, satu warna spesifik)
•Koheren (‘organized’ foton)
•Direksional (cahaya laser terfokus
dan kuat)
Prinsip Kerja Lidar
Prinsip
kerja LIDAR secara umum adalah sensor memancarkan sinar laser pada target kemudian
sinar tersebut dipantulkan kembali ke sensor. Berkas sinar yang ditangkap
kemudian dianalisis oleh peralatan detector. Perubahan komposisi cahaya yang
diterima dari sebuah target ditetapkan sebagai sebuah karakter objek. Waktu
perjalanan sinar saat dipancarkan dan diterima kembali diperlukan sebagai
variable penentu perhitungan jarak dari benda ke sensor.
Untuk mendapatkan gambar, dilakukan
penyiaman pada lokasi yang ditentukan. Penyiaman dilakukan dengan memasang
laser scanner, GPS, dan INS pada wahana yang dipilih. Berdasarkan skala produk
yang diinginkan dan luas cakupan, maka dapat ditentukan jalur terbang. Pada
jalur terbang yang telah ditentukan tersebut wahana terbang melaukan penyiaman
(scanning). Pada saat laser scanner melakukan penyiaman sepanjang jalur
terbang, pada setiap interval waktu tertentu direkam posisinya dengan
menggunakan GPS dan orientasinya dengan menggunakan INS. Proses ini dilakukan
sampai jalur yang disiam selesai.
Komponen- komponen LIDAR
a)
Global Positioning System (GPS)
Dalam
system LIDAR, GPS dipakai sebagai system penentuan posisi wahana terbang secara
3D (X, Y, Z atau L, B, h) terhadap system referensi teretentu ketika melakukan
survey LIDAR. Penentuan posisi dilakukan secara differensial sehingga bias mengamati
posisi objek yang diam atau bergerak.
Karena pengukuran posisinya
dilakukan secara real time maka metode penentuan GPS itu dinamakan Real Time
Kinematics Differential GPS (RTK-DGPS). Ketelitian tipikal posisi yang
diperoleh adalah 2 – 5 cm. Data GPS yang dihasilkan, digabungkan dengan data
IMU sehingga diperoleh koordinat terdefinisi secara geografis.
b)
Inertial Navigation System (INS)
INS
adalah suatu system navigasi yang mampu mendeteksi perubahan geografis,
perubahan kecepatan, serta perubahan orientasi dari suatu benda. Sistem ini
mampu mengukur besar perubahan sudut orientasi wahana terbang terhadap arah
utara, besar pergerakan sudut rotasi wahana terbang terhadap sumbu-sumbu
horisontalnya, percepatan wahana terbang, hingga temperature dan tekanan udara
di sekitar wahana terbang. Dari hasil pengukuran yang dapat dilakukan oleh INS,
dapat dihasilkan informasi berupa orientasi tiga dimensi serta posisi wahana
terbang.
c)
Sensor Laser
Sensor
LIDAR berfungsi untuk memancarkan sinar laser ke objek dan merekam kembali
gelombang pantulannya setelah mengenai objek. Pada umumnya gelombang yang
dipancarkan oleh sensor terdiri atas dua bagian, yaitu gelombang hijau dan
gelombang infra merah. Gelombang hijau berfungsi sebagai gelombang penetrasi
jika suatu sinar laser mengenai daerah perairan. Sinar hijau berfungsi untuk
mengukur data kedalaman, sedangkan sinar infra merah berfungsi untuk mengukur
data topografi daratan atau permukaan bumi. Kekuatan sensor LIDAR sangat erat
kaitannya dengan:
1)
Kekuatan sinar laser yang dihasilkan
2)
Cakupan dari pancaran sinar gelombang laser
3)
Jumlah sinar laser yang dihasilkan tiap detik
Sensor LIDAR memiliki kemampuan dalam pengukuran multiple return. Multiple
return digunakan untuk menentukan bentuk dari objek atau vegetasi yang menutupi
permukaan tanah. Gelombang yang dipancarkan dan dipantulkan tidak hanya
mengenai permukaan tanah, tetapi juga mengenai objek-objek yang ada di atas
permukaan tanah. Masing-masing pantulan yang dihasilkan diukur intensitasnya,
sehingga diperoleh gambaran atau bentuk dari objek yang menutupi permukaan
tanah tersebut.
Pengolahan Data LIDAR
Setelah
data mentah dari IMU, GPS, dan jarak laser diperoleh, tahap selanjutnya adalah
pengolahan data secara post processing. Yang harus dilakukan selama post
processing adalah: Mendownload data carrier phase GPS yang dihasilkan oleh base
station dan receiver yang ada pada pesawat. Data ini kemudian diolah dengan
menggunakan software GPS post processing yang akan menghitung solusi akurasi
kinematik sepanjang lintasan pesawat. Membuang data yang tidak relevan yang
dikumpulkan selama pengambilan data. Untuk menentukan kedalaman, sinar laser
dipancarkan dari pesawat udara ke bawah dengan sudut θa (θudara) dari garis vertikal.
Sudut θa merupakan sudut datang pada permukaan air dari udara. Pada permukaan
air ini, sebagian kecil dari energi laser dipantulkan ke udara pada segala arah
yang akan diterima kembali oleh receiver di pesawat udara. Sedangkan sebagian
besar (98%) energi laser ditransmisikan ke dalam air dengan sudut θw.
Proses Georeferensi Data LIDAR
Proses
georeferensi adalah suatu proses atau tahapan untuk mendefinisikan koordinat
pusat proyeksi sinar laser sehingga terdefinisi ke suatu sistem koordinat.
Vektor dari jarak yang ditembakkan dengan sudut penyiaman η didefinisikan
terhadap kerengka referensi dari instrumen laser. Jarak yang dihasilkan laser
tersebut kemudian ditransformasikan ke pusat bumi yang direalisasikan melalui
sistem WGS 84.
Kelebihan Teknologi LIDAR
LIDAR
manggunakan gelombang aktif sehingga akuisisi laser pun dapat dilakukan malam
hari. Tapi karena dalam paket system LiDAR sekarang sudah include dengan sensor
kamera (gelombang pasif) yang hanya bisa pekerja baik pada siang hari, maka
akuisisi hanya dapat dilakukan siang hari supaya kedua sensor dapat bekerja.
Sistem LiDAR dapat melakukan akuisisi jutaan titik x,y dan elevasi z dalam per
jam jauh lebih cepat dibandingkan dengan motede konvensional (survey ground).
Kerapatan point/titik ground yang
dihasilkan per 1 meter sq minimal 1 point tapi bisa sampai 9 point tergantung
permukaan dan tinggi terbang (metode akuisisi) serta FoV (Field of View/ sudut
pandang sensor ke bumi). Besaran pulse alat tidak begitu mempengaruhi, saat ini
sudah ada vendor yang mampu membuat alat LiDAR dengan pulse diatas 500kHz,
pulse besar ini akan maksimal jika pengambilan/akuisisi data dengan pesawat
bisa “terbang tinggi”. Untuk wilayah Indonesia negera tropis dimana awan berada
di ketinggian 1000 s/d 1500 meter, maka pesawat akan terbang di bawah awan.
Untuk terbang dengan ketinggian dibawah 1000 meter, adalah cukup menggunakan
pulse 75-120 kHz dan FoV 40 s/d 60 deg.
Karena menggunakan pesawat udara,
akses lebih mudah tentunya untuk mengakuisisi/mencapai ke setiap bagian site.
Dan disamping itu dapat menghindari kontak langsung dengan masyarakat, yang
menjadi masalah besar pada survey ground / konvensional survey.
Hanya butuh 1 titik control tanah (BM) untuk radius terbang akuisisi 30 sd 40
km dari titik control tanah tersebut. Mampung masuk disela-sela vegerasi,
karena karekter gelombang nya seperti gelombang ultraviolet dan menggunakan
gelombang lebih pendek dari pada spectrum elektromagnetik yaitu sekitar nm
1064. Biaya lebih efisien dan efektif, jika area > 1.000ha. Survey ground
untuk 1.000ha bisa 1,5M sampai 2M, jika menggunkan LIDAR system dibawah 1M.
Kekurangan Teknologi LIDAR
Sensor LIDAR system tidak bekerjaan
maksimal jika terhalang awan/kabut.
Pulse tidak dipantulkan dengan baik jika objek-objek pantul basah (berair).
Karena pulse Topographic LiDAR akan diserap / hilang jika mengenai air seperti
sungai atau pemukaan yang masih basah akhibat embun atau hujan. LiDAR yang
digunakan untuk Hydrographic berbeda dengan Topo, untuk Hydro dikenal dengan
nama SHOALS atau singkatan dari Scanning Hydrographic Operational Airborne
LiDAR Survey. System ini mampu mengakuisisi permukaan air dan kedalaman air 50
s/d 60 meter dari permukaan air.
Dalam
kondisi vegerasi yang sangat rapat “cahaya matahari pun” tidak bisa masuk di
sela-sela dedaun, maka dapat dipastikan pulse LiDAR juga tidak akan mampu masuk
sampai ke ground (tanah). Akurasi data LiDAR atau ketelitiaan yang dihasilkan
LiDAR bervariatif, sangat bergantung pada kondisi permukaan: terbuka lunak,
terbuka keras, semak beluka, hutan rawa, hutan keras, hutan virgin dan
lain-lain. Untuk area terbuka keras ketelitan bisa mencapai dibawah 5 cm.
Ketelitian Horizontal 2 kali s/d 5 kali lebih “jelek” dari dari ketelitian
Vertical.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar