51

BAB V

TINJAUAN MENGENAI DATA AIRBORNE LIDAR

5.1 Data Airborne LIDAR

Data yang dihasilkan dari suatu survey airborne LIDAR dapat dibagi menjadi tiga karena

terdapat tiga instrumen yang bekerja secara bersama-sama dalam sistem.

1. GPS yang menghasilkan data koordinat titik saat survey dilakukan (X,Y,Z)

2. INS, yang menghasilkan data tentang pergerakan rotasi wahana terbang terhadap

sumbu-sumbu x, y, dan z sistem referensi terbang (pitch, roll, dan heading)

3. Laser Scanner, yang menghasilkan data jarak dari titik pengukuran (wahana

terbang) ke permukaan tanah dan objek-objek lainnya

5.1.1 Data GPS

Pengamatan posisi yang dilakukan GPS adalah dengan metoda differensial kinematik

menggunakan data fase. Data yang dihasilkan oleh GPS adalah berupa nilai-nilai

koordinat titik ketika wahana udara melakukan scanning terhadap permukaan tanah.

5.1.2 Data INS

Di dalam instrumen INS terdapat Inertial Measurement Unit (IMU) yang dapat

mendeteksi pergeseran rotasi wahana terbang (pitch, roll, dan heading) terhadap sumbu-

sumbu sistem referensi terbang. Selain itu IMU mampu mendeteksi perubahan

percepatan pada wahana udara. Data yang diperoleh dari INS adalah:

52

1. Besar sudut gerak rotasi sumbu-sumbu koordinat wahana udara terhadap sumbu-

sumbu koordinat sistem referensi terbang.

2. Perubahan percepatan yang dialami oleh wahana udara.

5.1.3 Data Laser Scanner

Kepadatan dari suatu data LIDAR merupakan parameter penting dalam pengukuran

airborne LIDAR. Kepadatan sebuah data sangat bergantung dari aplikasi data yang

diinginkan dan dipengaruhi oleh:

1. Ketinggian pesawat

2. Kecepatan pesawat

3. Frekuensi scan

4. Pola scanning

5. Kekuatan pulsa

6. Geometri tanah dan reflektifitas dari objek yang dipantulkan

Jika ketinggian pesawat H, sudut scan, maka lebar swath S dapat dihitung dengan

persamaan (Jumadi, 2008):

2tan2 θHS = (5.1)

53

Gambar 5.1 Kepadatan data LIDAR

Jika banyaknya titik yang dihasilkan dalam satu kali scan adalah N, banyaknya garis

yang diperoleh dalam waktu satu detik adalah K, lebar swath adalah S, dan kecepatan

pesawat adalah V, maka dapat ditentukan:

1. Kepadatan data ( titik per panjang unit) dapat ditulis dengan rumus:

SNds = (5.2)

2. Spasi antar titik diperoleh dengan rumus:

NSSi = (5.3)

3. Spasi antar garis scan diperoleh dengan rumus:

KVJ i = (5.4)

Format data LIDAR pada umumnya adalah ASCII dan LAS. Dari format tersebut, dapat

dilakukan konversi ke format data lain dengan menggunakan berbagai perangkat lunak

seperti: ArcGIS, Global Mapper, dan lainnya. Data LIDAR umumnya berisi informasi

mengenai:

Garis scan

Lebar swath

ji ji

54

1. Return number

2. Nilai X,Y,Z

3. Arah scan

4. Besar sudut scan

5. Ketinggian

6. Waktu GPS

7. Jarak sinar laser

5.2 Pengolahan Data LIDAR

Dalam sistem airborne LIDAR, terdapat tiga komponen yang menghasilkan data, yaitu:

GPS, INS, serta laser scanner. GPS menghasilkan data posisi tiga dimensi (x,y,z) wahana

terbang terhadap ellipsoid referensi, INS menghasilkan data pergerakan rotasi wahana

terbang terhadap sumbu-sumbu terbang, serta laser scanner menghasilkan data jarak

antara wahana terbang dengan permukaan tanah.

Ketiga data tersebut diolah secara berurutan untuk mendapatkan produk akhir berupa data

titik-titik ketinggian permukaan bumi atau DTM. Skema pengolahan data airborne

LIDAR dapat dilihat pada bagan 5.2 di bawah ini.

55

Sistem Airborne LIDAR

Jarak LaserPosisi kaca scanKekuatan sinar

GPS pada titik kontrol di permukaan tanah

IMUPitchRoll

Heading

GPS pada pesawat(X,Y,Z)

Jalur terbang pesawat

Data jarak dan orientasi 3 dimensi wahana udara

Kaliberasi jarak (dengan

menggunakan data on the ground)

Pengolahan data secara post-processing

X,Y,Z Transformasi (φ λ h)Wahana udara

Undulasi geoid (N)

φ λ h

φ λ H

Gambar 5.2 Bagan pengolahan data airborne LIDAR (Lohani, 1996)

Pengolahan data GPS dilakukan dengan menggunakan software postprocessing GPS

untuk mendapatkan data posisi wahana terbang dengan ketelitian yang tinggi (orde cm).

Informasi yang dihasilkan adalah berupa jalur terbang wahana terbang, seperti yang

terlihat pada gamber 5.3. Selanjutnya data tersebut digabungkan dengan data pergerakan

rotasi wahana terbang yang dihasilkan oleh INS untuk mendapatkan data mengenai

orientasi kedudukan wahana terbang terhadap sumbu-sumbu terbang.

Terakhir, data dari laser scanner, berupa data jarak antara wahana terbang dan permukaan

bumi digabungkan dengan data sebelumnya, sehingga menghasilkan raw LIDAR data

yang berisi kumpulan titik-titik dengan atribut x, y, dan z (gambar 5.4).

56

Gambar 5.3 Plot jalur Terbang Wahana yang Dihasilkan dari Pengolahan Data GPS [www.airbornelasermapping.com]

Gambar 5.4 Raw LIDAR Data [www.airbornelasermapping.com]

5.3 Georeferensi Data Lidar

Pada pengolahan data airborne LIDAR, hal pertama yang harus dilakukan adalah,

menentukan kerangka referensi dari data airborne LIDAR tersebut. Besaran-besaran

57

yang harus ditentukan atau diukur untuk menentukan georeferensi dari data airborne

LIDAR adalah:

− Pengukuran jarak laser dari wahana terbang ke objek/permukaan tanah,

− Sudut scanning,

− Pitch, roll, dan heading,

− Penentuan koordinat antena GPS.

1. Sistem Referensi Instrumen

Sistem ini berada pada pusat kaca dari instrumen. Di mana sumbu Z berada pada

sepanjang jalur sinar laser yang berada pada pusat area swath. Sumbu X searah dengan

hidung pesawat, dan sumbu Y adalah sumbu yang tegak lurus sumbu X dan Z sesuai

dengan prinsip tangan kanan.

2. Sistem Referensi INS

INS merupakan gambaran dari keadaan grevitasi lokal dan sumbu utara sebenarnya

ketika pesawat mengalami pergerakan. INS bekerja dengan cara melakukan deteksi

terhadap rotasi dari bumi dan gravitasi. Sistem referensi INS terdiri dari koordinat

X,Y,dan Z yang didefinisikan oleh pitch, roll, dan heading.

3. Sistem Referensi Earth Tangential (ET)

Sistem ini bersumber dari sistem koordinat antena GPS. Sumbu X dinyatakan sebagai

arah dari sumbu utara yang sebenarnya, dan sumbu Z berada sepanjang arah pusat massa

bumi. Sistem referensi ET berhubungan dengan INS yang direalisasikan dengan pitch,

58

roll, dan heading yang menghasilkan koordinat X,Y,dan Z berurutan sepanjang waktu

pengambilan data. ET juga dihubungkan dengan sistem instrumen yang dinyatakan oleh

vektor GPS. Sistem referensi ET juga bisa dihubungkan dengan WGS 84 yang

dinyatakan oleh lokasi dari antena GPS pada setiap pengambilan data.

Proses georeferensi adalah suatu proses untuk mendefinisikan koordinat pusat proyeksi

sinar laser sehingga terdefinisi ke suatu sistem koordinat. Vektor dari jarak yang

ditembakkan dengan sudut penyiaman η didefinisikan terhadap kerangka referensi dari

instrumen laser. Jarak yang dihasilkan laser tersebut kemudian ditransformasikan ke

pusat bumi yang direalisasikan melalui sistem WGS 84. Proses tersebut dihasilkan

melalui beberapa tahapan rotasi dan transformasi.

Tahapan yang dilakukan dalam proses georeferensi adalah:

− Jarak yang dihasilkan oleh sistem scanning direpresentasikan pada vektor

[0,0,d]

− Lakukan proses rotasi vektor jarak tersebut pada sistem referensi instrumen

dengan menggunakan sudut scan (η)

− Rotasikan vektor terrsebut terhadap sistem referensi INS yang bersumber

pada instrumen dengan menggunakan sudut bias INS (α0, β0, γ0).

Selanjutnya vektor ini diterjemahkan oleh vektor GPS (dx, dy, dz) yang

terdapat pada sistem INS

− Langkah selanjutnya adalah melakukan rotasi vektor tersebut ke sistem ET

dengan menggunakan pitch, roll, dan heading (α, β, γ). Pada tahap ini

59

vektor berada pada sistem ET dengan asal sumber vektornya adalah antena

GPS.

− Rotasikan vektor tersebut ke dalam sistem kartesian WGS 84 dengan

menggunakan koordinat kartesian dari antena GPS (ax,, ay, az)

− Koordinat titik-titik objek laser sekarang telah mengacu kepada koordinat

kartesian dalam WGS 84 dan dapat diubah ke dalam sistem koordinat

ellipsoid lainnya.

Jika Rx(θ) adalah rotasi pada sumbu X dengan sudut θ, T(V) adalah vektor V dan (X’)

adalah vektor final pada sistem WGS 84, serta φ dan λ adalah lintang dan bujur dari

antena GPS, maka tahapan georeferensinya adalah:

Koordinat geosentrik

[0,0,d] Rx(η) Rx(α0)Ry(β0)Rz(γ0)

Ry(Φ + π/2), Rz(-λ), h φ λ h

T(dx,dy,dz)

φ λ H N

X, Y, Z

Data jarak dari sensor

laserRotasi dengan

sudut scan

Rotasi dengan sudut pitch, roll, & heading

dengan data INS

Diikatkan ke ellipsoid referensi dengan data GPS

Transformasi sistem koordinat geosentrik ke

sistem koordinat geodetik

Koordinat Geodetik

Data undulasi geoid

Data tinggi ortometrik

Hasil akhir dari data airborne LIDAR adalah koordinat-koordinat φ, λ, dan H yang telah

terdefinisi pada suatu sistem referensi. Data tersebut kemudian diolah lagi untuk

membentuk suatu DTM atau bentuk-bentuk detail lainnya.

60

5.4 Digital Terrain Model

Digital Terrain Model atau DTM adalah representasi statistik permukaan tanah yang

kontiyu dari titik-titik yang diketahui koordinat x, y, dan z-nya pada suatu sistem

koordinat tertentu. (Petrie dan Kennie, 1991)

Selain definisi di atas, terdapat beberapa definisi DTM lainnya, yaitu :

− DTM adalah suatu set pengukuran ketinggian dari titik-titik yang tersebar di

permukaan tanah. Digunakan untuk analisis topografi daerah tersebut. (Aronoff,

1991)

− Suatu DTM merupakan suatu sistem yang terdiri dari dua bagian, yaitu:

1. Sekumpulan titik-titik yang mewakili bentuk permukaan terrain yang

disimpan pada memori komputer, dan

2. Algoritma untuk melakukan interpolasi titik-titik beru dari data titik

yang diberikan atau menghitung data lain. (Linkwitz, 1970)

− DTM adalah suatu teknik penyimpanan data tentang topografi suatu terrain.

Suatu DTM merupakan penyajian koordinat (x, y, z) dari titik-titik secara

digital, yang mewakili bentuk topografi suatu terrain. (Dipokusumo dkk, 1983)

− DTM adalah suatu basis data dengan koordinat x, y, dan z, digunakan untuk

merepresentasikan permukaan tanah secara digital (Kingston Centre for GIS,

2002)

− DTM adalah informasi digital mengenai ketinggian (atau variasi relief) dari

suatu area. (spatial Data System Consulting, 2002)

61

Dari berbagai referensi di atas dapat diperoleh beberapa definisi tentang DTM, tetapi

umumnya merujuk pada pemodelan permukaan bumi ke dalam suatu model digital

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

Dapat disimpukan bahwa Digital Terrain Model merupakan model digital permukaan

tanah berupa bidang yang terbentuk dari titik-titik yang diketahui koordinat tiga

dimensinya.

Gambar 5.5 Digital Terrain Model [www.asprs.org]

Jenis DTM

Digital Terrain Model dapat dibagi menjadi dua jenis yaitu DTM grid dan DTM non-

grid. DTM non-grid dapat berupa DTM Triangulated Irregular Network (TIN) maupun

DTM kontur. Ketiga jenis DTM tersebut masing-masing dibedakan berdasarkan sebaran

titik-titik DTMnya.

62

− DTM Grid mempunyai titik-titik DTM yang tersebar secara merata pada

seluruh permukaan model dan teratur dalam interval tertentu. Titik DTM dapat

berupa titik sampel maupun titik hasil interpolasi titik sampel. Permukaan

model terbentuk oleh grid yang menghubungkan titik DTM.

− DTM TIN menggunakan titik-titik yang tersebar secara tidak teratur pada

permukaan model. Permukaan model TIN adalah jaring bidang segitiga yang

terbentuk dari triangulasi titik-titik DTM.

− DTM Kontur menyajikan topografi permukaan bumi dalam bentuk garis-garis

kontur yang menghubungkan titik-titik yang memiliki nilai ketinggian yang

sama. DTM kontur didapat dari tracing/plotting model stereo citra ataupun dari

hasil interpolasi DTM Grid atau TIN.