26

BAB III

APLIKASI PEMANFAATAN BAND YANG

BERBEDA PADA INSAR

III.1 Model Tinggi Digital (Digital Terrain Model-DTM)

Model Tinggi Digital (Digital Terrain Model-DTM) atau sering juga disebut

DEM, merupakan suatu penggambaran relief bumi dengan sebuah model secara

digital. Model tinggi digital dapat dipandang sebagai salah satu unsur dari peta

digital. Selain itu, model tinggi digital juga dapat didefinisikan sebagai

representasi statistik permukaan tanah dari titik-titik yang diketahui koordinat X,

Y, dan Z nya pada suatu sistem koordinat tertentu (Petrie & Kennie, 1991). Dari

dua definisi di atas, dapat diambil kesimpulan bahwa model tinggi digital

merupakan bentuk pemodelan permukaan bumi ke dalam suatu model digital

permukaan tanah tiga dimensi dari titik-titik yang mewakili permukaan tanah

tersebut.

Teknik pengumpulan data untuk model tinggi digital dapat dibedakan dalam

pengukuran secara langsung (terestris), pengukuran model obyek (fotogrametris),

dan peta analog (digitasi). Teknik pembentukan model tinggi digital selain

terestris, fotogrametris, dan digitasi adalah dengan pengukuran pada model obyek.

Hal ini dapat dilakukan apabila ada sepasang citra yang mencakup wilayah yang

sama dan dapat direkontruksikan dalam bentuk model stereo.

Kualitas dari model tinggi digital dapat dilihat pada tingkat akurasi dan presisinya.

Akurasi adalah nilai ketinggian titik Z yang diberikan oleh model tinggi digital,

berbanding dengan nilai sebenarnya yang dianggap benar. Presisi adalah

banyaknya informasi yang dapat diberikan oleh model tinggi digital dan

bergantung pada jumlah dan sebaran titik-titik sample dan ketelitian titik sampel

sebagai input bagi pembentukan model tinggi digital dan juga sebagai metode

interpolasi untuk mendapatkan ketinggian titik-titik pembentuk model tinggi

27

digital. Titik-titik sampel yang dipilih untuk digunakan harus dapat mewakili

bentuk permukaan secara keseluruhan sesuai dengan kebutuhan penggunaannya.

Model tinggi yang merupakan hasil pengolahan dari interferometri dapat berupa

DSM (Digital Surface Model-Model Permukaan Digital) dan model tinggi digital.

Munculnya model permukaan digital dan model tinggi digital disebabkan karena

ada perbedaan band atau panjang gelombang yang digunakan pada saat

pencitraan. Model tinggi digital dapat diperoleh jika sistem radar menggunakan

band-P pada saat pencitraan. Gambar III.1 menunjukkan pemakaian antena untuk

band-P pada wahana pesawat terbang.

Gambar III.1

Posisi Antena untuk Band-P

III.2 Model Permukaan Digital (Digital Surface Model-DSM)

Penurunan model tinggi digital dengan metode INSAR sangat membantu dalam

pembuatan peta kontur, peta kemiringan tanah, pemodelan jalan, simulasi banjir,

dan sebagainya. Di samping itu dengan memanfaatkan band-X, dapat diturunkan

model permukaan digital.

Gambar III.2 Posisi Antena untuk Band-X

28

Model permukaan digital merupakan gambaran permukaan obyek yang diperoleh

dari band-X pada pencitraan sistem radar atau merupakan permukaan pertama

yang tercitrakan dari tutupan lahan, seperti tinggi dari bangunan pada suatu area

atau kanopi pohon-pohon pada suatu area vegetasi. Model permukaan digital ini

dapat dipakai untuk pemodelan tiga dimensi, karena bila dikombinasikan dengan

model tinggi digital yang diperoleh dari band-P, akan didapatkan nilai ketinggian

dari vegetasi yang terdapat di area tersebut. Hasil kombinasi tersebut dapat

digunakan untuk mengetahui ketebalan hutan yang bisa dipakai sebagai bahan

analisis tingkat kesehatan dan produktivitas hutan. Gambar III.2 menunjukkan

posisi antena band-X pada wahana pesawat udara, sedangkan gambar III.3

menunjukkan perbedaan antara model permukaan digital dan model permukaan

digital.

Gambar III.3

Perbedaan Model Permukaan Digital dan Model Tinggi Digital

III.3 Pembentukan Model Permukaan Digital dan Model Tinggi Digital

Pada bab sebelumnya telah dibahas tahapan mengenai proses pembentukan model

tinggi digital yang secara umum dapat dilihat pada diagram III.1.

29

Diagram III.1 Proses Umum Pembentukan Model Permukaan Digital dan Model Tinggi Digital

III.3.1 Konversi Fasa Menjadi Tinggi

Dengan menggunakan dua antena radar (A1 dan A2), pemantauan secara simultan

dilakukan pada permukaan yang sama dan kedua antena itu terpisah sebesar

baseline (B) dan membentuk sudut sebesar α terhadap horizontal.

Gambar III.4 Geometri INSAR dengan Single Pass (Dowman, 2003)

Citra 1 Citra 2

Koregistrasi

Pembentukan Interferogram

Phase Unwrapping

Konversi Fasa Menjadi Tinggi

DTM

DTM Absolut (bergeoreferensi)

Geocoding

30

Pada gambar III.4, salah satu antena melakukan dua fungsi yaitu memancarkan

dan menerima sinyal radar, namun antena yang lainnya hanya menerima sinyal

saja. Beda fasa berpengaruh terhadap geometri pencitraan dan ketinggian

permukaan yang dicitrakan (Z) di atas ketinggian referensi (H=0), dengan catatan

kita dapat menentukan ambiguitas 2π dalam pengukuran fasa tersebut. Dari

gambar di atas, hubungan geometri pencitraan dengan tinggi dapat dijelaskan

melalui persamaan (Dixon, 1995):

Z(y) = H – ρ.cosφ (3.1)

dimana: φ incidence angle

Z(y) tinggi permukaan Z

H tinggi wahana

ρ jarak antena A1 terhadap Z

Dengan menerapkan hukum cosinus (c² = a² + b²- 2ab.cos(C) ), maka akan didapat

persamaan:

(ρ + δρ)² = ρ² + B² - 2ρB.cos(φ + 90 - α)

= ρ² + B² - 2ρB.sin(φ - α)

= ρ² + B² - 2ρB.sin(α - φ) (3.2)

Persamaan (3.2) dapat disusun menjadi bentuk persamaan berikut:

( )( )

B

B

ρ

ρδρρϕα

2sin

222 −−+=− (3.3)

Beda fasa yang terukur antara kedua antena yang berbanding lurus dengan δρ,

dengan konstanta perbandingan sebesar 2π/λ (Dixon, 1995), maka:

πφλδρ

2Δ

= (3.4)

Persamaan (3.4) dapat disubtitusikan ke persamaan (3.3) untuk menyatakan

topografi Z(y) yang belum diketahui dengan fasa dan parameter yang dapat

diamati menjadi:

31

( )( ) ( ) ϕ

πλφϕα

πλφcos

2/sin.2

2/)(

22

−−

−−=

B

BHyZ (3.5)

III.3.2 Geocoding

Dari diagram III.1, terdapat proses geocoding yang bertujuan agar model tinggi

digital yang terbentuk bergeoreferensi. Pemilihan datum dan sistem proyeksi

sudah ditentukan pada tahap awal, namun apabila sistem referensinya tidak sesuai,

maka dapat disesuaikan pada tahap ini. Hasil yang didapat pada tahap ini adalah

semua titik dalam koordinat kartesian X, Y, dan Z (geosentrik) dan hasil ini

kemudian ditransformasikan ke dalam sistem koordinat geodetik (φ, λ, h). Dengan

menggunakan koefisien-koefisien pada Earth Gravitional Model 1996 (NIMA),

dilakukan hitungan untuk mendapatkan harga undulasi (N) untuk setiap titik

tersebut (Ismullah, 2002).

Tahap berikutnya adalah melakukan transformasi dari sistem koordinat geodetik

menjadi sistem koordinat UTM. Dengan menggunakan titik-titik kontrol,

dilakukan transformasi konform tiga dimensi dan perataannya, didapat semua titik

dalam sistem koordinat UTM dengan tinggi orthometris.

III.4 Data Citra

Citra yang digunakan untuk studi pada tugas akhir ini adalah citra Hutan Amazon,

Negara Bagian aPar~ Brasilia, Amerika Selatan. Pencitraan dilakukan dengan

wahana pesawat terbang (airborne). Gambar III.5 memperlihatkan wahana yang

digunakan untuk pencitraan Hutan Amazon tersebut.

Spesifikasi parameter terbang:

Wahana : Turbo Commander

Kecepatan rata-rata : 100 m/s

Ketinggian : 17000 kaki

Tanggal : Oktober – Desember 2006

32

Gambar III.5

Turbo Commander

Spesifikasi dari penggunaan band pada Turbo Cammander ini adalah:

Tabel III.1

Konfigurasi Radar

Keterangan Band-X Band-P Frekuensi pembawa 9.6 GHz 0.4 GHz Panjang gelombang 3.1 cm 75 cm Band gelombang 100 MHz 100 MHz Polarisasi HH HH/HV/VH/VV Kekuatan maksimal 10 kW 2 kW Kekuatan rata-rata 110 W 45 W PRF 2.777 KHz 2.777 KHz Incidence angle 45° 45° Mode akuisisi single-pass two-pass Baseline 0.3 m 43 m Resolusi range 0.4 m 1.5 m Resolusi azimuth 0.5 m 1 m Sapuan 7 km 7 km Resolusi horizontal 2.5 m 2.5 m Akurasi vertikal 1.5 m 2.5 m

33

III.4.1 Citra Model Permukaan Digital

Gambar III.6

Citra Model Permukaan Digital

Citra model permukaan digital (gambar III.6) ini merupakan hasil yang didapat

dari pencitraan SAR dengan menggunakan band-X.

Deskripsi citra:

Resolusi : (2,5 X 2,5) m

Format : Geotiiff 32 bits

Datum horizontal : SAD-69, UTM, Zona 21 S

34

III.4.2 Citra Model Tinggi Digital

Gambar III.7

Citra Model Tinggi Digital

Citra model tinggi digital (gambar III.7) ini merupakan hasil yang didapat dari

pencitraan SAR dengan menggunakan band-P.

Deskripsi citra:

Resolusi : (2,5 X 2,5) m

Format : Geotiiff 32 bits

Datum horizontal : SAD-69, UTM, Zona 21 S

III.5 Penghitungan Volume Biomass

III.5.1 Studi Biomass

Biomass adalah volume kehidupan per satuan luas atau materi organik yang terdiri

dari tumbuhan dan binatang, baik yang masih hidup ataupun sudah mati. Biomass

tumbuhan terdiri dari tumbuhan yang bersifat kayu (woody) dan tidak bersifat

kayu (non-woody) seperti daun dan dapat identifikasi lebih lanjut untuk

35

mengetahui keberadaannya, di bagian atas tanah, bagian bawah tanah, atau total

keseluruhan biomass.

III.5.2 Studi Proses Pengolahan Data

Citra yang digunakan untuk studi ini merupakan potongan atau cropping (pojok

kiri atas dan pojok kanan bawah) dari citra model permukaan digital dan model

tinggi digital yang tersedia. Studi pengolahan data ini menggunakan perangkat

lunak (software) ArcView 3.3, Global Mapper 8, Microsoft Excel 2003, dan

Matlab 7.

Tahapan studi pengolahan data:

1. Memotong (cropping) citra model permukaan digital dan model tinggi digital

menjadi ukuran (4 X 4) km dengan perangkat lunak ArcView 3.3. Gambar

III.8a dan gambar III.8b memperlihatkan lokasi pemotongan citra yang

dijadikan sebagai daerah studi.

Gambar III.8a

Pemotongan Model Permukaan Digital Area A

36

Gambar III.8b

Pemotongan Model Tinggi Digital Area A

2. Pemotongan juga dilakukan pada model permukaan digital dan model tinggi

digital area B yang mayoritas terdiri dari perairan, sehingga menghasilkan

citra A dan B. Gambar III.9 memperlihatkan hasil potongan area A dan area B

yang dijadikan sebagai daerah studi. Area A itu merupakan daerah studi ujung

kiri atas, sedangkan area B berada di ujung kanan bawah.

Gambar III.9

Area A dan Area B

(4x4)km 

(4x4)km 

Area A 

Area B 

37

3. Mengubah (export) format citra, geotiff menjadi format xyz sehingga data

koordinat titik-titik pada kedua citra tersebut dapat diketahui secara langsung

pada susunan X, Y, dan Z. Proses ini dilakukan pada perangkat lunak Global

Mapper 8.

4. Titik-titik yang dimunculkan pada format xyz mempunyai interval jarak yang

sebelumnya sudah ditentukan pada saat melakukan export data. Untuk studi

kali ini, interval jarak yang digunakan adalah sebesar 25 m. Jadi masing-

masing (area A dan area B) potongan citra tersebut terdiri dari:

16125

4000=

mm 161 X 161 = 25921 titik

5. Menghitung selisih tinggi (Z) antara model permukaan digital dan model

tinggi digital pada area A dan area B dengan menggunakan perangkat lunak

Microsoft Excel 2003.

6. Melakukan proses perataan untuk mendapatkan tinggi rata-rata antara model

permukaan digital dan model tinggi digital dengan tingkat kepercayaan 95%

serta melihat sebaran titik koreksi dengan menggunakan Matlab 7.

7. Menghitung volume akhir biomass pada area A dan area B.

III.5.3 Data Tinggi

Dari hasil pengurangan titik Z pada model permukaan digital dan model tinggi

digital, maka didapatkan selisih atau tinggi antara permukaan model permukaan

digital dan model tinggi digital. Teknik perataan sangat diperlukan dalam

penentuan tinggi rata-rata dari selisih dua permukaan tersebut, mengingat

banyaknya titik yang ada.

Untuk area A, selisih tinggi rata-rata antara model permukaan digital dan model

tinggi digital adalah 15,101 m. Sedangkan untuk area B, tinggi rata-rata antara

model permukaan digital dan model tinggi digital adalah 14,456 m. Dua selisih

tinggi rata-rata ini menerapkan tingkat kepercayaan sebesar 95% (±1,96σ).

38

III.5.4 Penghitungan Volume

Tinggi yang didapatkan dari proses perataan di atas, dapat digunakan untuk

mengitung volume dari biomass yang terdapat pada area tersebut. Volume adalah

fungsi dari luas dan jarak vertikal (selisih tinggi model permukaan digital dan

model tinggi digital) dari bentuk geometrik ruang. Pengertian volume ini bila

diterapkan pada bentuk geometrik ruang yang sederhana yaitu kubus, maka akan

diperoleh rumus pokok hitungan volume. Rumus tersebut dapat dituliskan

sebagai:

hLV .= (3.6) dimana:

V : volume biomass

L : luas area yang dihitung

h : beda tinggi rata-rata antara model permukaan digital dan model tinggi digital

• Area A

Luas area yang digunakan untuk studi ini adalah sebesar (4 x 4) km atau

seluas 16 juta m², sedangkan tinggi rata-ratanya adalah 15,101 m. Jadi,

volume yang didapatkan berdasarkan persamaan (3.6) adalah:

V = 16 jt m² . 15,101 m = 241616000 m³

• Area B

Luas area yang digunakan untuk studi ini adalah sebesar (4 x 4) km atau

seluas 16 juta m², namun dikarenakan ada penghilangan titik ±20% dari 16

juta m², maka luas daerah studi pun menjadi 12800000 m². Tinggi rata-rata

yang digunakan adalah beda tinggi rata-rata pada area bervegetasi padat saja,

yaitu 14,456 m. Jadi, volume yang didapatkan berdasarkan persamaan (3.6)

adalah:

V = 12800000 m² . 14,456 m = 185036800 m³