Penginderaan Jauh (Remote Sensing)

Penginderaan Jauh( Remote Sensing)

Lillesand dan Kiefer (2004) menjelaskan pengertian penginderaan jauh adalah ilmu dan seni yang dipergunakan untuk memperoleh informasi tentang suatu objek atau fenomena dengan alat, tanpa kontak langsung dengan objek, daerah atau fenomena tersebut. Alat yang dimaksud adalah alat pengindera atau sensor yang dipasang pada wahana, biasanya berupa balon udara, pesawat terbang, pesawat ulang alik, atau satelit (Sutanto, 1994). 

Sedangkan Lindgren (1985) dalam Sutanto (1994) penginderan jauh didefinisikan sebagai suatu teknik yang dikembangkan untuk memperoleh dan melakukan analisis tentang informasi bumi, informasi tersebut khusus berbentuk radiasi elektromagnetik yang dipantulkan atau dipancarkan dari permukaan bumi. 

Danoedoro (2012) menjelaskan dalam perkembangannya teknologi penginderaan jauh pada awalnya dikembangkan dari teknik interpretasi foto udara pada tahun 1919. Teknologi ini baru berkembang untuk keperluan sipil setelah Perang Dunia II. Di Indonesia penggunaan foto udara untuk pemetaan sumberdaya dimulai awal 1970an. 

Tahun 1960 satelit cuaca TIROS yang merupakan satelit non militer diluncurkan. Tahun 1972 Amerika Serikat meluncurkan satelit sumberdaya ERTS1 (Earth Resources Technology Satellite 1), yang diberi nama baru Landsat1. Sepuluh tahun kemudian Amerika Serikat meluncurkan satelit sumberdaya Landsat4 (landsat D) merupakan satelit sumberdaya generasi kedua, dengan sensor TM (Thematic Mapper). Memasuki awal milinium banyak satelit sumberdaya yang diluncurkan negara maju. Satelit sumberdaya yang diluncurkan menawarkan kemampuan yang bergariasi, dari resolusi sekitar satu meter atau kurang (IKONOS, Orb View, QuickBird dan GeoEye milik Perusahaan swasta Amerika Serikat), 10 meter atau kurang (SPOT milik Prancis, COSMOS milik Rusia, IRS milik India, dan ALOS milik Jepang), 1530 meter (ASTER kerjasama Jepang dan NASA, Landsat & ETM+ milik Amerika Serikat yang mengalami kerusakan sejak 2003), 50 meter (MOS milik Jepang), 250 meter dan 500 meter (MODIS milik Jepang) hingga 1,1 km (NOAAAVHRR milik Amerika Serikat).

Sistem Penginderaan Jauh

Komponen dasar dalam sistem penginderaan jauh adalah sumber energi, atmosfer, interaksi yang unik antara tenaga dengan benda dimuka bumi, sensor, sistem pengolahan data yang tepat waktu dan berbagai penggunaan data. penginderaan jauh adalah teknik dan ilmu untuk memperoleh data dan informasi permukaan bumi dengan menggunakan alat yang tidak langsung berhubungan dengan objek atau benda yang dikaji. Contoh : pemotretan bumi dari udara, foto udara, satelit, dan gantole. Penginderaan jauh memanfaatkan radiasi gelombang elektromagnetik atau spektrum energi lain, serta mempunyai empat komponen yang penting, yaitu sumber radiasi, objek, atmosfer, dan sensor. Secara rinci empat komponen penting tersebut dijelaskan sebagai berikut: 1. Sumber radiasi gelombang elektromagnetik, antara lain pantulan cahaya matahari dan pancaran panas permukaan. Berdasarkan sumber energi penginderaan jauh terbagi menjadi dua, yaitu : sistem pasif dan sistem aktif. Penginderaan jauh yang menggunakan energi matahari sebagai sumber radiasi termasuk pada sistem pasif. Sedangkan yang menggunakan tenaga pulsa disebut sistem penginderaan jauh aktif, contohnya : radar. 2. Objek di permukaan bumi dapat berupa: tanah, air, gegetasi, dan hasil budidaya manusia dan lainnya. Fenomenefenomena yang ada di permukaan bumi. 3. Interaksi atmosfer, adalah energi elektromagnetik melalui atmosfer berbentuk distorsi dan hamburan. Atmosfer sendiri terdiri atas uap air, gas, dan debu. 4. Sensor adalah alat perekam radiasi elektromagnetik yang berinteraksi dengan permukaan bumi dan atmosfer, contoh: kamera udara, scanner, dan radiometer. Sensor dalam penginderaan jauh menerima informasi dalam berbagai bentuk, antara lain : sinar atau cahaya, gelombang bunyi dan daya elektromagnetik. Sensor digunakan untuk melacak, mendeteksi, dan merekam suatu objek dalam daerah jangkauan tertentu. Sensor berdasarkan proses perekamannya dibedakan atas: (a) Sensor Fotografi, dimana tenaga elektromagnetik diterima, direkam pada emulsi film dan diproses menghasilkan foto. Hasil akhir berupa foto udara dan perekaman dilakukan dari udara, baik melalui pesawat udara atau wahana lainnya. Jika dilakukan dari antariksa hasil akhirnya disebut foto satelit, (b) Sensor Elektronik, berupa alat yang bekerja secara elektrik dan pemrosesan menggunakan komputer. Hasil akhirnya berupa data gisual atau data digital/numerik (Meurah, et.al, 2012).

Citra Digital Penginderaan Jauh

            citra digital penginderaan jauh adalah citra yang menggambarkan kenampakan permukaan bumi, dan yang diperoleh melalui proses perekaman pantulan (reflectance), atau pancaran (emittance) ataupun hamburan balik (blackscatter) gelombang elektromagnetik dengan sensor optikelektronok yang terpasang pada suatu wahana, baik itu pesawat udara maupun wahana ruang angkasa (Danoedoro, 2012). Citra digital diperoleh melalui proses peniruan atas penampakan nyata. Informasi nyata dapat berupa kenampakan di permukaan bumi, dapat pula berupa gambar atau citra yang diperoleh melalui proses lain, misalnya peta hasil penggambaran tangan. Alat yang paling umum mengubah kenampakan bukan digital menjadi digital adalah skaner. Skaner adalah alat optik elektronik yang digunakan untuk menangkap informasi pantulan atau pancaran gelombang elektromagnetik dari suatu permukaan secara tidak serentak. Tidak serentak maksudnya bagian demi bagian yang direkam oleh sensor secara berurutan sebagai fungsi waktu dan informasi pantulan tiap bagian tersebut dicatat oleh komputer. Misalkan proses perekaman dari ujung kiri atas, ke kanan sampai pojok kanan obyek, dan kemudian kembali lagi ke kiri, dengan baris baru. Tiap band (larik) pada gambar yang dihasilkan terdiri atas selsel penyusun gambar yang disebut piksel (pixel, kependekan dari picture element). Tiap piksel mewakili satu luasan tertentu dan tiap piksel punya nilai pantulan tertentu. Jadi piksel merupakan data yang punya aspek spasial (ukuran luas yang terwakili) dan sekaligus aspek spektral (besarnya nilai pantulan yang tercatat) (Danoedoro, 2012). Sensor penginderaan jauh yang banyak digunakan adalah sensor sistem pasif, yaitu sensor yang menangkap pantulan atau pancaran gelombang elektromagnetik dari objek. Sensor ini pada umumnya sensor elektrooptik yang mengkombinasikan fisika optik dengan mekanisme piranti elektronik (Danoedoro, 2012).

RESOLUSI SPASIAL

            Danoedoro (1996) menjelaskan bahwa resolusi spasial adalah ukuran terkecil obyek yang dapat dideteksi oleh sistem pencitraan. Semakin kecil ukuran obyek terkecil yang terdeteksi, semakin tinggi resolusi citra tersebut. Sebaliknya semakin besar ukuran obyek terkecil yang terdeteksi maka semakin rendah resolusi citra yang dihasilkan. Citra ASTER 15 meter mempunyai resolusi lebih tinggi dari citra Landsat 30 meter. Sedangkan citra ALOS 10 meter mempunyai resolusi lebih tinggi dari citra ASTER 10 meter. Dalam prakteknya dijumpai obyek dengan lebar kurang dari satu piksel (pixel = picture element atau elemen gambar), yang memuat informasi beberapa obyek. Piksel semacam ini disebut mixed pixel (mixel atau miksel). Sedangkan satu piksel yang hanya memuat informasi satu obyek disebut piksel murni (pure pixel) (Danoedoro, 2012). Contoh: liputan padang rumput yang luas dan danau yang luas, mempunyai kemungkinan untuk menyajikan sejumlah besar piksel murni, Gambar 38 menunjukan berbandingan resolusi spasial antara resolusi spasial yang tinggi dan yang rendah.

Resolusi Spektral

            Resolusi spektral adalah kemampuan suatu sistem optikelektronik untuk membedakan informasi obyek berdasarkan pantulan atau pancaran spektralnya. Dapat dikatakan bahwa semakin banyak jumlah salurannya, maka semakin tinggi kemungkinannya dalam mengenali obyek berdasarkan respons spektralnya. Dengan kata lain, semakin banyak jumlah salurannya, semakin tinggi resolusi spektralnya (Danoedoro, 2012). Lansat ETM + mempunyai resolusi spektral 8 band (dengan saluran pankromatik dan thermal), sedangkan Landsat generasi terbaru (LDCM) mempuntai resolusi spektral 11 band.

Resolusi Radiometrik

            Danoedoro (2012) menjelaskan bahwa resolusi radiometrik adalah kemampuan sensor dalam mencatat respon spektral obyek. Respon spektral dalam satuan mW cm 2 sr 14m 1 datang mencapai sensor dengan intensitas yaug bergariasi. Selisih respon yang paling lemah dapat dibedakan sensor yang peka. Kemampuan sensor secara langsung dikaitkan dengan kemampuan koding (digital coding), yang mampu mengubah intensitas pantulan atau pancaran spektral menjadi angka digital. Kemampuan ini dinyatakan dalam bit. Sistem koding 4 bit diartikan sebagai mengubah intensitas pantulan atau pancaran menjadi 24 = 16 tingkat, yang paling lemah diberi kode 0, dan yang paling kuat diberi kode 15. Bagi sensor 8 bit, sinyal dengan julat intensitas pantulan 2 8 = 256 tingkat kecerahan, dimana 0 adalah untuk sinyal terlemah yang nampak hitam pada citra, dan 255 untuk sinyal terkuat yang nampak putih pada citra. Kemampuan Koding satelit sumberdaya dari waktu ke waktu berbedabeda. Landsat ETM+ mempunyai resolusi radiometri 8 bit sedangkan landsat generasi baru (LDCM) mempunyai resolusi radiometri 12 bit.

Resolusi Temporal

            Resolusi temporal adalah kemampuan suatu sistem satelit untuk merekam ulang daerah yang sama. Satuan resolusi temporal adalah jam atau hari. Satelit Landsat MSS dan TM setiap 18 hari sekali untuk generasi 1, dan 16 hari sekali untuk generasi 2. Satelit SPOT resolusi temporarnya 26 hari sekali pada sistem operasi normal, tapi dapat beberapa hari berturutturut dengan mekanisme perekaman menyamping (Brachet, 1984 dalam Danoedoro, 2012). Satelit IKONOS mempunyai resolusi temporar 3 hari. Satelit Quickbird resolusi temporarnya 13,5 hari. Satelit MOS milik Jepang resolusi temporarnya 17 hari. Satelit Radarsat milik kanada yang merupakan satelit menggunakan gelombang mikro resolusi temporarnya 6 hari.

Resolusi Layar

            Danoedoro (2012) menjelaskan bahwa data digital yang tersimpan sebagai byte map dalam media magnetik dalam prakteknya perlu ditampilkan pada layar monitor untuk dianalisis. Oleh sebab itu masalah kualitas perangkat keras memegang peran penting, yaitu : kapasitas penyimpanan data, kecepatan pengolahan, dan juga kualitas monitor dalam menyajikan citra pada layar. Kualitas monitor ditentukan oleh dua parameter, yaitu : tingkat bitnya dan resolusi layarnya. Tingkat bit berkaitan dengan kemampuan menyajikan warna atau tingkat kecerahan (grey scale). Monitor 8 bit mampu menampilkan 256 tingakt kecarahan. Resolusi layar adalah kemampuan layar monitor dalam menyajikan kenampakan citra secara lebih halus. Semakin tinggi resolusi, semakin tinggi kemampuannya untuk menyajikan gambar (butirbutir piksel yang halus). Ukuran piksel layar disebut sebagai dot pitch, sebesar 0,26 milimeter sudah memadai untuk studi penginderaan jauh. Kemampuan layar monitor dikendalikan oleh graphic card (disebut juga graphic board) yang dipasang pada CPU. Dengan graphic card yang berbeda, layar monitor resolusi tinggi dapat diemulasikan menjadi layar monitor resolusi menengah.

Kualitas Citra

            Danoedoro (2012) menjelaskan kualitas citra dipengaruhi oleh kualitas sensor, posisi wahana saat perekaman, kondisi topografi daerah yang diliput, dan kondisi atmosfir saat perekaman. Kualitas citra bila sangat rendah sangat berpengaruh terhadap kualitas hasil restorasi. Beberapa parameter kualitas citra yang sering digunakan para praktisi : (a) tutupan awan atau kabut, (b) korelasi antar saluran, (c) kesalahan geometri, dan (d) kesalahan radiometeri.

Klasifikasi Multispektral Untuk Citra Satelit

Klasifikasi multispectral merupakan salah satu pengolahan citra satelit yang banyak digunakan dalam aplikasinya. Hasil utama klasifikasi multispectral yang banyak dimanfaatkan adalah peta tutupan lahan atau penggunaan lahan yang sering dimanfaatkan untuk analisis lanjutan untuk pemodelan system informasi geografis. Algoritma klasifikasi multispektral pada prinsipnya adalah menandai tiap jenis obyek hingga terlihat berbeda satu dari dengan lainnya berdasarkan ciri-ciri nilai spektralnya pada setiap saluran dan kemudian diterjemahkan kenampakan gisual menjadi parameter statistik yang di proses oleh komputer dan dieksekusi. Secara ringkas algoritma dalam klasifikasi memuat langkahlangkah sebagai berikut (Danoedoro, 2012): a) menentukan nilai spektral representatif tiap obyek dengan cara melakukan sampling, b) menempatkan nilai representatif obyek/sampel pada diagram multidemensional, c) menentukan batas toleransi berupa jarak spektral dari nilai representatif, d) pengambilan keputusan dengan menghitung seluruh nilai piksel dan memasukan ke klas yang tersedia. Selama nilai piksel obyek lebih pendek atau sama dengan jarak toleransi masing-masing obyek dan mengkelaskan sebagai "tak terklasifikasi" selama nilai piksel tidak masuk dalam kelas manapun. Klasifikasi multispektral dapat dibedakan menjadi dua jenis yaitu : a) klasifikasi terselia/terkontrol (supervised classification) dan b) klasifikasi tak terselia/tak terkontrol (unsupervised classification). Klasifikasi terselia/terkontrol (supervised classification) meliputi sekumpulan algoritma yang didasari pemasukan sampel obyek (berupa nilai spektral) oleh operator. Sampel dengan lokasi geografis kelompok piksel disebut dengan daerah contoh (training area). Algoritma klasifikasi terselia adalah : a) Algoritma jarak minimum terhadap rerata (minimum distance to mean algorithm), b) Algoritma parallelepiped (box classification), c) Algoritma kemiripan maksimum (maximum likelihood algorithm) dan d) Algoritma tetangga terdekat (maximum likelihood algorithm).

Transformasi Khusus

            Selain penajaman citra, masih ada transformasi lain yang sering digunakan untuk menghasilkan informasi baru. Transformasi ini dapat dikelompokkan menjadi dua, yaitu : (a) transformasi yang dapat mempertajam informasi tertentu, namun sekaligus menghilangkan atau menekan informasi yang lain; dan (b) transformasi yang 'meringkas' informasi dengan cara mengurangi dimensionalitas data. Berbeda halnya dengan berbagai algoritma penajaman, transformasi khusus ini lebih banyak beroperasi pada domain spektral. Ciri lainnya ialah bahwa dalam banyak kasus, transformasi ini melibatkan beberapa saluran spektral sekaligus. Dasar utama pengembangan transformasitransformasi ini adalah fearure space. Pada feature space, dapat terlihat kecendemngan pengelompokan nilai spektral, yang mengindikasikan adanya pengelompokan obyek, terpisah satu sama lain, ataupun membentuk fenomena tertentu.

 

Interaksi Radiasi Termal Dengan Permukaan Bumi

            Peralatan penginderaan jauh sensitif pada panjang gelombang inframerah termal dan dapat digunakan untuk merekam beberapa bagian dari energi dan mengukur temperatur radiasi dari objek pada permukaan bumi. Temperatur radiasi dari objek dapat digunakan untuk membedakan satu objek dengan objek lain, serta menentukan karateristik dari objek. Temperatur radiasi dari objek dipengaruhi oleh empat faktor, yaitu emisigitas, temperatur kinetik, karakteristik termal, dan nilai pemanasan (Curran, 1985).

Temperatur Permukaan dan Temperatur Udara

            Temperatur permukaan secara umum didefinisikan sebagai temperatur kulit dari permukaan bumi. Untuk lahan terbuka, temperatur permukaan adalah temperatur tanah. Untuk daerah dengan kerapatan gegetasi tinggi, temperatur permukaan berupa temperatur permukaan kanopi gegetasi. Pada daerah dengan kerapatan gegetasi jarang, temperatur pemukaan merupakan rerata dari temperatur gegetasi dan tanah atau permukaan yang melatarbelakanginya. 

Terkait dengan resolusi spasial data satelit, temperatur permukaan dalam penginderaan jauh dapat didefinisikan sebagai rerata temperatur permukaan lahan pada skala percampuran piksel dengan fraksi yang berbeda dari tipe permukaan (Yang, 2000). Temperatur permukaan dapat diukur dengan menggunakan termometer inframerah genggam, instrumen termometer inframerah yang dipasang pada menara atau stasiun cuaca otomatis dan obsergasi melalui satelit. Data temperatur permukaan yang diturunkan dari data satelit telah digunakan untuk studi iklim urban (Streutker, 2003, Weng, 2001), serta studi egapotranspirasi (Quattrochi dan Lugall, 1999).

sc : Firman Farid Muhsoni., S.Pi., M.Sc