prinsip dasar penginderaan jauh dan penggunaannya di bidang kebumian
Post on 28-Jan-2016
234 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
PRINSIP DASAR PENGINDERAAN JAUH DAN PENGGUNAANNYA DI
BIDANG KEBUMIAN
1. PENGINDERAAN JAUH
Teknologi penginderaan jauh merupakan pengembangan dari teknologi
pemotretan udara yang mulai diperkenalkan pada akhir abad ke 19.
Manfaat potret udara dirasa sangat besar dalam perang dunia pertama dan
kedua, sehingga cara ini dipakai dalam eksplorasi ruang angkasa. Sejak saat
itu istilah penginderaan jauh (remote sensing) dikenal dan menjadi populer
dalam dunia pemetaan . Eksplorasi ruang angkasa yang berlangsung sejak
tahun 1960 an antara lain diwakili oleh satelit-satelit Gemini, Apollo,
Sputnik, Solyus. Kamera presisi tinggi mengambil gambar bumi dan
memberikan informasi berbagai gejala dipermukaan bumi seperti geologi,
kehutanan, kelautan dan sebagainya. Teknologi pemotretan dan perekaman
permukaan bumi berkembang lebih lanjut dengan menggunakan berbagai
sistim perekam data seperti kamera majemuk, multispectral scanner,
vidicon, radiometer, spectrometer yang berlangsung sampai sekarang.
Bahkan dalam waktu terakhir ini alat GPS (Global Positioning System)
dimanfaatkan pula untuk merekam peta ketinggian dalam bentuk DEM
(Digital Elevation Model). Pada tahun 1972 satelit Earth Resource
Technology Satellite - 1 (ERTS-1), sekarang dikenal dengan Landsat, untuk
pertama kali diorbitkan Amerika Serikat. Satelit ini dikenal sebagai satelit
sumber alam karena fungsinya adalah untuk memetakan potensi sumber
alam dan memantau kondisi lingkungan. Para praktisi dari berbagai bidang
ilmu mencoba memanfaatkan data Landsat untuk menunjang program
pemetaan, yang dalam waktu pendek disimpulkan bahwa data satelit
tersebut potensial untuk menunjang program pemetaan dalam lingkup area
yang sangat luas. Sukes program Landsat diikuti oleh negara-negara lain
dengan diorbitkannya berbagai satelit sejenis seperti SPOT oleh Perancis,
IRS oleh India, MOSS dan Adeos oleh Jepang, ERS-1 oleh MEE (Masyarakat
Ekonomi Eropa) dan Radarsat oleh Kanada. Pada sekitar tahun 2000 sensor
berketelitian tinggi yang semula merupakan jenis sensor untuk
mata-mata/intellegence telah pula dipakai untuk keperluan sipil dan
diorbitkan melalui satelit-satelit Quickbird, Ikonos, Orbimage-3, sehingga
obyek kecil di permukaan bumi dapat pula direkam. Penggunaan data
satelit penginderaan jauh di bidang kebumian telah banyak dilakukan di
negara maju untuk keperluan pemetaan geologi, eksplorasi mineral dan
energi, bencana alam dan sebagainya. Di Indonesia penggunaan dalam
bidang kebumian belum sebanyak di luar negeri karena berbagai kendala,
diantaranya data satelit cukup mahal, memerlukan software khusus dan
paling utama adalah ketersediaan sumberdaya manusia yang terampil
sangat terbatas. Dalam pembahasan kali ini akan lebih ditekankan pada
perkembangan teknologi penginderaan jauh tanpa membahas prinsip
dasarnya secara mendalam, selain itu membahas mengenai prospek
penggunaannya untuk bidang geologi secara umum.
2. PRINSIP DASAR
Penginderaan jauh didefinisikan sebagai suatu metoda untuk mengenal
dan menentukan obyek dipermukaan bumi tanpa melalui kontak langsung
dengan obyek tersebut. Banyak pakar memberi batasan, penginderaan jauh
hanya mencakup pemanfaatan gelombang elektromaknetik saja, sedangkan
penginderaan yang memanfaatkan sifat fisik bumi seperti kemaknitan, gaya
berat dan seismik tidak termasuk dalam klasifikasi ini. Namun sebagian
pakar memasukkan pengukuran sifat fisik bumi ke dalam lingkup
penginderaan jauh. Pada dasarnya teknologi pemotretan udara dan
penginderaan jauh adalah suatu teknologi yang merekam interaksi
sinar/berkas cahaya yang berasal dari sinar matahari dan benda/obyek di
permukaan bumi. Pantulan sinar matahari dari benda/obyek di permukaan
bumi ditangkap oleh kamera/sensor, tiap benda/obyek memberikan nilai
pantul yang berbeda sesuai dengan sifatnya. Pada pemotretan udara
rekaman dilakukan dengan media seluloid/film, sedangkan penginderaan
jauh melalui media pita magnetik dalam bentuk sinyal-sinyal digital. Dalam
perkembangannya batasan tersebut menjadi tidak jelas karena rekaman
potret udarapun seringkali dilakukan dalam bentuk digital pula. Sejarah
pemotretan udara telah berjalan cukup lama sejak awal abad 19 tetapi pada
pertengahan sampai akhir abad penggunaan semakin meningkat. Awal
tahun 2000 satelit –satelit dengan resolusi tinggi ( 1 – 5 meter) telah masuk
ke dalam pasar untuk kepentingan sipil.
A. Gelombang Elektromagnetik
Di dalam pemotretan udara dan penginderaan jauh sinar matahari
dijadikan sumber energi yang dimanfaatkan dalam “pemotretan” muka
bumi. Sinar matahari yang dipancarkan ke permukaan bumi sebagian
dipantulkan kembali ke angkasa, besarnya nilai pantul ditangkap/direkam
oleh kamera/scanner/alat perekam lain dalam bentuk sinyal energi. Benda –
benda di permukaan bumi yang berbeda sifatnya akan memantulkan nilai
(prosentase) pantulan yang berbeda dan direkam dalam bentuk sinyal
analog (potret) dan sinyal digital (angka) yang selanjutnya divisualisasikan
dalam bentuk gambar (citra). Perbedaan nilai pantul ini yang antara lain
digunakan untuk membedakan satu benda dengan benda lain pada
potret/citra.
Gambar 1. Skema umum penginderaan jauh
Sinar matahari disusun oleh berbagai berkas cahaya (gelombang
elektromaknit) mulai dari berkas cahaya gamma yang mempunyai panjang
gelombang pendek sampai gelombang radio yang mempunyai panjang
gelombang panjang seperti dapat dilihat pada gambar berikut:
Gambar 2. Selang panjang gelombang elektromagnet
Hanya sebagian kecil dari berkas cahaya dapat dilihat oleh mata
manusia, yaitu yang dikenal sebagai gelombang tampak (visible spectrum )
yang dapat dilihat pada warna pelangi. Berkas cahaya lain tidak kasat mata
tapi dapat direkam dalam bentuk citra. Perjalanan berkas cahaya matahari
ke permukaan bumi juga tidak mulus semua karena diganggu oleh gas – gas
yang terdapat di atmosfera. Sebagian berkas cahaya akan dipantulkan
kembali, sebagian diserap sehingga tidak sampai ke bumi. Berkas cahaya
yang ditransmisi menembus atmosfera dan sampai ke bumi hanya terdapat
pada selang cahaya tertentu, zona ini disebut sebagai jendela atmosfera
(atmospheric windows ). Zona inilah yang dimanfaatkan dalam teknologi
pemotretan dan penginderaan jauh.
B. Pemotretan Udara
Pemotretan udara pada umumnya menggunakan kamera dan film, dan
menghasilkan potret (data analog). Secara garis besar, pemotretan udara
dan hasil ikutannya dalam bentuk peta merupakan bidang kegiatan ilmu
geodesi yang dikenal dengan bidang fotogrametri. Bidang ini meliputi : (1).
Perencanaan pemotretan yang meliputi pemilihan kamera udara, disain
pemotretan, pemilihan film dan cara pemotretan. (2). Pemrosesan
laboratorium, meliputi pencetakan, penyusunan, pengarsipan potret. (3).
Pengolahan dan pemanfaatan seperti penggabungan potret (mosaik),
pembuatan peta topografi. Potret udara tidak seperti potret terestris biasa
tetapi harus memenuhi persyaratan khusus dan baku, antara lain : (1).
Dibuat dalam bentuk potret tegak (vertikal). Dalam hal tertentu pemotretan
kadang dibuat dalam posisi pada gambar miring (oblique), namun demikian
pada umumnya potret udara dibuat dalam bentuk potret tegak (vertikal)
seperti pada gambar:
Gambar 3. Bentuk potret vertikal
Potret udara pada umumnya digunakan untuk dua hal : (1). Untuk
membuat peta topografi dengan menggunakan peralatan yang khusus
dibuat untuk itu. Pekerjaan ini termasuk dalam bidang fotogrametri, yang
tidak dibahas dalam makalah ini. (2). Untuk pemetaan sumberdaya alam
seperti geologi, kehutanan, pertanian, sumberdaya air, bencana alam dan
sebagainya (peta-peta tematik). Peta tematik dibuat dengan cara
menafsirkan kenampakan pada potret udara sesuai dengan tujuannya
melalui pengenalan tanda-tanda yang khas dari obyek yang diamati. Ilmu ini
dikenal dengan penafsiran/interpretasi potret udara. Orang yang dapat
menafsirkan potret udara disebut sebagai penafsir potret udara atau photo
interpreter. Sebagai contoh kita bisa mengenal gunungapi karena
bentuknya yang seperti kerucut, adanya kepundan dipuncaknya, torehan
air/sungai berbentuk radial dan sebagainya. Kriteria penafsiran yang umum
terhadap obyek/gejala alam antara lain : (1). Bentuk dan ukuran obyek, (2).
Pola dan susunan obyek, (3). Tekstur dari obyek, (4). Hubungan/asosiasi
dengan obyek disampingnya, (4). Struktur dari obyek, (5). Warna, derajat
keabuan (grey level) akibat nilai pantul yang berbeda, (6). Kaitannya
dengan ulah kegiatan manusia dan sebagainya.
3. TEKNOLOGI PENGINDERAAN JAUH
Sistim penginderaan jauh mencakup beberapa komponen utama yaitu
(1). Cahaya sebagai sumber energi, (2). Sensor sebagai alat perekam data,
(3). Stasiun bumi sebagai pengendali dan penyimpan data, (4). Fasilitas
pemrosesan data, (5). Pengguna data. Secara diagramatik diperlihatkan
pada gambar berikut;
Gambar 4. Sistem penginderaan jauh
Di dalam teknologi penginderaan jauh dikenal dua sistim yaitu
penginderaan jauh dengan sistim pasif (passive sensing) dan sistim aktif
(active sensing). Penginderaan dengan sistim pasif adalah suatu sistim yang
memanfaatkan energi almiah, khususnya energi (baca cahaya) matahari,
sedangkan sistim aktif menggunakan energi buatan yang dibangkitkan
untuk berinteraksi dengan benda/obyek. Sebagian besar data penginderaan
jauh didasarkan pada energi matahari. Alat perekam adalah sistim
multispectral scanner yang bekerja dalam selang cahaya tampak sampai
inframerah termal. Sistim ini sebagian besar adalah menggunakan sistim
optik. Jumlah saluran (channel atau band) berbeda dari satu sistim ke sistim
yang lain. Landsat 7 misalnya mempunyai 7 bands, SPOT 4 bands, ASTER 14
bands. Pada sistim hiperspektral jumlah saluran bahkan dapat mencapai
lebih dari 100.
Selain sistim pasif penginderaan dengan sistim aktif menggunakan
sumber energi buatan yang dipancarkan ke permukaan bumi dan direkam
nilai pantulnya oleh sensor. Sistim aktif ini biasanya menggunakan
gelombang mikro (micro wave) yang mempunyai panjang gelombang lebih
panjang dan dikenal dengan pencitraan radar (radar imaging). Sistim aktif
pada umumnya berupa saluran tunggal (single channel). Ia mempunyai
kelebihan dibandingkan dengan sistim optik dalam hal mampu menembus
awan dan dapat dioperasikan pada malam hari karena tidak tergantung
pada sinar matahari. Sistim aktif antara lain diterapkan pada Radarsat
(Kanada), ERS-1 (Eropa) dan JERS (Jepang).
3.1. Perekeman Data
Sensor yang dapat digunakan untuk perekam data dapat berupa
multispectral scanner, vidicon atau multispectral camera. Rekaman data
pada umumnya disimpan sementara di dalam alat perekam yang
ditempatkan di satelit kemudian dikirimkan secara telemetri ke stasiun
penerima bumi sebagai data mentah (raw data). Di stasiun bumi data
mengalami pemrosesan awal (pre-processing) seperti proses kalibrasi
radiometri, koreksi geometri sebelum dikemas dalam bentuk format baku
yang siap untuk dipakai pengguna (users).
Pengguna data pada umumnya adalah masyarakat umum dengan
tidak ada pengecualian apakah militer, sipil, instansi pemerintah atau
swasta. Pemesanan dapat dilakukan langsung kepada stasiun penerima
(user service) atau melalui agen/distributor lain.
3.2. Data Penginderaan Jauh
Data penginderaan jauh pada umumnya berbentuk data digital yang
merekam unit terkecil dari permukaan bumi dalam sistim perekam data.
Unit terkecil ini dikenal dangan nama pixel (picture element) yang berupa
koordinat 3 dimensi (x,y,z). Koordinat x,y menunjukkan lokasi unit tersebut
dalam koordinat geografi x, y dan z menunjukkan nilai intensitas pantul dari
tiap pixel dalam tiap selang panjang gelombang yang dipakai. Nilai
intensitas pantul dibagi menjadi 256 tingkat berkisar antara 0 – 255 dimana
0 merupakan intensitas terrendah (hitam) dan 255 intensitas tertinggi
(putih). Dengan data citra asli (raw data) tidak lain adalah kumpulan dari
sejumlah pixel yang bernilai antara 0 -255. Ukuran pixel berbeda tergantung
pada sistim yang dipakai, menunjukkan ketajaman/ketelitian dari data
penginderaan jauh, atau yang dikenal dengan resolusi spasial. Makin besar
nilai resolusi spasial suatu data makin kurang detail data tersebut
dihasilkan, sebaliknya makin kecil nilai resolusi spasial makin detail data
tersebut dihasilkan.
3.3. Pemrosesan dan Analisis Data
Karena data penginderaan jauh berupa data digital maka
penggunaan data memerlukan suatu perangkat keras dan lunak khusus
untuk pemrosesannya. Komputer PC dan berbagai software seperti
ERMapper, ILWIS, IDRISI, ERDAS, PCI, ENVI dsb dapat dipergunakan sebagai
pilihan. Untuk keperluan analisis dan interpretasi dapat dilakukan dengan
dua cara : (1). Pemrosesan dan analisis digital dan (2). Analisis dan
interpretasi visual. Kedua metoda ini mempunyai keunggulan dan
kekurangan, seyogyanya kedua metoda dipergunakan bersama-sama untuk
saling melengkapi. Pemrosesan digital berfungsi untuk membaca data,
menampilkan data, memodifikasi dan memproses, ekstraksi data secara
otomatik, menyimpan, mendesain format peta dan mencetak. Sedangkan
analisis dan interpretasi visual dipergunakan apabila pemrosesan data
secara digital tidak dapat dilakukan dan kurang berfungsi baik.
3.4. Pemrosesan Data Digital
Pemrosesan data secara digital dilakukan dengan menggunakan
perangkat lunak (software) yang khusus dibuat untuk keperluan tersebut.
Berbagai algoritma tersedia di dalam perangkat lunak tersebut yang
memungkinkan data penginderaan jauh diproses secara otomatik. Salah
satu contoh misalnya adalah menggabungkan data (3 -4 band) dalam citra
gabungan dengan menggunakan filter merah, hijau dan biru (RGB) yang
menghasilkan citra komposit (color composite image). Masing-masing band
diberi filter yang berbeda dan menghasilkan berbagai tampilan seperti
terlihat pada gambar berikut.
Gambar 5. Beberapa data Color Composite data landsat
3.5. Analisis Visual
Berbeda dengan pemrosesan digital dimana hampir seluruh
pekerjaan dilakukan oleh komputer, analisis visual sebagian besar dilakukan
oleh manusia. Dengan analisis digital komputer hanya dapat mengenal dan
mengolah nilai spektralnya saja, sedangkan analisis visual manusia dapat
memperkirakan dan menentukan suatu obyek berdasarkan sifat fisiknya
seperti membedakan antara gajah dan kucing disamping berdasarkan nilai
spektralnya. Ciri pengenal yang biasa dipakai dalam penafsiran potret udara
secara utuh dapat diterapkan pada data citra penginderaan jauh.
Pada data potret udara, yang berupa data analog, penafsiran dalam
bentuk penarikan garis dan penandaan dilakukan pada lembar potretnya
(hard copy), sedangkan pada data digital selain dilakukan pada hard copy
dapat juga dilakukan langsung dari layar monitor dan hasilnya langsung
disimpan dalam bentuk data digital. Analisis visual hanya dapat dilakukan
oleh manusia yang terlatih dalam bidang pekerjaannya.
Dalam prakteknya tidak semua informasi di permukaan bumi dapat
diperoleh melalui pemrosesan digital maupun analisis visual. Untuk
mendapatkan hasil maksimak kedua cara harus digabungkan yang akan
saling melengkapi.
4. SATELIT PENGINDERAAN JAUH
Khayalan akan adanya bentuk satelit oleh Jules Verne pada tahun 1865,
Arthur Clark tahun 1951 diwujudkan oleh satelit Sputnik yang diorbitkan
Rusia pada tahun 1957. Amerika Serikat tidak mau kalah dengan
meluncurkan satelit cuaca TIROS-1 pada tahun 1960. Sejak itu kedua
negara adidaya saling berlomba dalam ruang angkasa dengan berbagai
jenis satelitnya. Dari gambar-gambar yang diperoleh satelit Apollo, Gemini
di sekitar 1970 an, Amerika membuat kejutan dengan meluncurkan satelit
pemetaan sumberdaya alam ERTS-1 (sekarang dikenal dengan LANDSAT).
Sukses yang peroleh Amerika dengan Landsatnya membuat negara-
negara maju seperti Perancis, Kanada, Jepang, India, Masyarakat Ekonomi
Eropa (MEE) menyusul ikut meluncurkan satelit sumberalam sejenis. Sampai
saat ini dan 2007 an akan ada 25 satelit komersial mengorbit di ruang
angkasa yang datanya dapat diakses di seluruh dunia. Kita lacak salah satu
satelit yang paling lama umurnya, Landsat yang sampai sekarang
berkembang pada generasi ke 7.
Satelit penginderaan jauh pada umumnya mempunyai berbagai
keunggulan, antara lain : (1). Cakupannya sangat luas memberikan
gambaran sinoptik yang baik. (2). Memberikan liputan ulang pendek
(repetitive coverage). (3). Memeberikan sensitifitas spektral yang besar
dibanding potret udara. (4). Format digital. (5). Kompatibel dengan GIS. (6).
Data berbentuk elektronik yang mudah disebar luaskan. Profil dari satelit
yang spektakuler munculnya diuraikan di bawah ini.
4.1. Satelit Landsat
Landsat adalah satelit Amerika Serikat yang pertama kali diorbitkan
pada tahun 1972 sebagai satelit sumberdaya alam. Sampai sekarang telah
diorbitkan generasi ke 7 dari satelit sejenis. Satelit lain seperti SPOT, JERS,
IRS, ADEOS tidak akan diuraikan dalam uraian ini. Salah satu generasi
satelit Landsat adalah seperti pada gambar berikut.
Gambar 6. Satelit penginderaan jauh dalam orbit mengelilingi bumi
Orbit Landsat adalah dari kutub ke kutub (orbit polar) pada ketinggian
sekitar 700 Km dengan inklinasi 98.2 derajat dengan waktu orbit ulang
untuk daerah tertentu (revisit time) 16 hari, artinya setiap 16 hari sekali
satelit itu melewati daerah yang sama.
Gambar 7. Spesifikasi satelit landsat
Gambar 8. Orbit Polar Satelit Landsat
Data Landsat merupakan salah satu yang paling banyak dipakai
dalam pemetaan pada umumnya karena mempunyai cakupan yang sangat
luas, 180 x 180 km2 dengan resolusi spasial cukup baik (30 meter) Landsat
7 ETM+ mempunyai 8 band, 6 band pada selang cahaya tampak dan
inframerah dekat dengan resolusi spasial 30 meter, 1 band pada selang
cahaya inframerah termal dengan resolusi spasial 120 meter dan 1 band
pada selang pankromatik dengan resolusi spasial 15 meter.
4.2. Satelit Lain
Seperti telah disinggung sebelumnya berbagai data penginderaan
jauh telah ada di pasaran dan dapat dipesan untuk berbagai penggunaan.
Data tersebut berbeda spesifikasinya antara lain dalam hal : (1). Jumlah
band dan selang panjang gelombang yang dipakai, (2). Luas cukupan data
(coverage), (3). Resolusi spasial yang berbeda, (4) harga. Dalam hal resolusi
spasial, dua golongan dapat dibedakan yaitu ; (1) data yang mempunyai
resulosi menengan seperti Landsat TM, SPOT Xs, JERS, ASTER dan (2)
resolusi tinggi seperti IKONOS, QUICKBIRD, ORIMAGE-3, SPOT-5.
top related