MATERI 5

PENGINDERAAN JAUH

Pada bab ini akan dibicarakan tentang penginderaan jauh, manfaat, serta aplikasinya terhadap disiplin ilmu yang lain. Sebelum mahasiswa mengenal lebih jauh tentang sistem informasi geografi terlebih dahulu kita harus mengerti apa itu penginderaan jauh. Penginderaan jauh merupakan suatu ilmu yang mempelajari gejala/fenomena yang ada di permukaan bumi dengan maksud ingin mendapatkan suatu informasi tanpa harus kontak langsung terhadap obyek, gejala/fenomena tersebut. Teknologi yang mendukung penginderaan jauh salah satunya adalah sistem informasi geografi. Karena sistem ini merupakan bagian dari ilmu penginderaan jauh, disamping ilmu pemetaan lainnya seperti kartografi. Waktu yang digunakan dalam pertemuan ini adalah satu kali dengan volume 1 x 100 menit. Mahasiswa diharapkan mengerti dan mampu mendeskripsikan penginderaan jauh secara menyeluruh, bagaimana penginderaan jauh dapat menginventarisir data yang bersifat geografi dan apa yang harus dilakukan jika kita berhadapan dengan data penginderaan jauh. Agar dalam mempelajari sistem informasi tidak mengalami kesulitan yang berarti. Sistem informasi geografi tidak bisa dilepaskan dari penginderaan jauh dan ilmu tentang peta. Jika ini terpenuhi mahasiswa tidak akan mengalami hambatan yang berarti di dalam mempelajari sistem informasi geografi.

Pengertian Penginderaan Jauh Penginderaan jauh dalam definisinya dibagi menjadi dua bagian, yaitu: pengindera dan jauh. Pengindera merupakan suatu proses atau upaya untuk mengetahui sesuatu dengan menggunakan alat pengindera (mata, hidung, telinga, lidah, dan kulit). Misalnya: dengan kulit kita merasakan benda kasar atau halus, tumpul atau tajam, panas atau dingin. Berdasarkan ciri-ciri tersebut kita mencoba mengetahui apa yang kita indera. Panas atau dingin berdasarkan rabaan kulit bersifat relatif. Suhu dapat diukur lebih pasti dengan termometer. Sensor (buatan) sejenis termometer dapat dipasang pada balon, pesawat, atau satelit untuk merekam suhu radiasi benda di permukaan bumi. Karena penginderaannya dilakukan dari jarak jauh. Penginderaan dengan cara ini disebut termografi. (Lillesand and Kiefer, 1983; Sabin, Jr., 1986).

Sistem Penginderaan Jauh

Sistem penginderaan jauh terdiri atas dua subsistem, yaitu: (1) subsistem perolehan data, dan (2) subsistem analisis dan sintesis.

Subsistem Perolehan Data Subsistem perolehan data terdiri atas : (1) tenaga, (2) obyek/benda sebagai masukan, (3) proses, dan (4) keluaran. Tenaga: ialah kapasitas untuk melakukan suatu pekerjaan yang dapat berupa kapasitas untuk: a. Memindahkan barang b. Memanasi barang c. Mengubah keadaan suatu barang

Tenaga yang paling banyak digunakan di dalam penginderaan jauh ialah tenaga elektromagnetik, yakni tenaga yang bergerak dengan kecepatan sinar (= 3 x 108

m/detik) dengan pola gelombang sinusoidal yang harmonis. Kekuatan pada tiap bagian tenaga elektromagnetik tidak sama, perlu diketahui unit ukuran yang lazim dipakai, yakni panjang gelombang () dan frekuensi (f). hubungan antara kecepatan gerak tenaga elektromagnetik (c), panjang gelombang (), dan frekuensi (f) dinyatakan dengan formula berikut:

c = f (1.1) Besarnya tenaga yang dipancarkan oleh tiap benda dapat dirumuskan dengan formula berikut: W = e T4

(1.2) Di mana: W = jumlah tenaga yang dipancarkan oleh permukaan obyek tiap detik tiap satuan luas, WM-2 = tetapan stefan-Boltzman, 5,6696 x 10-20 K-4 T = suhu absolut, O K e = Kepancaran/emisivitas obyek

Obyek

Obyek penginderaan jauh dapat berupa benda (air, tanag, bangunan, kecepatan angin, erosi, agihan rumah mukim). Berbeda dengan benda yang tampak pada gambarrekaman, fenomena dapat ditemukenali melalui benda terkait. Sebagai contoh: kepadatan penduduk dapat ditemukenali melalui kepadatan rumah yang tampak pada gambar.

Proses

Proses didalam subsistem perolehan data dibedakan atas: (a) interaksi antara tenaga dan atmosfer, (b) interaksi antara tenaga dan obyek , dan (c) perekaman. (a) Interaksi antara Tenaga dan Atmosfer

Matahari merupakan sumber utama tenaga elektromagnetik (sinar dan panas). Tenaga ini dipancarkan ke segala arah, sebagian daripadanya mengarah ke bumi. Perjalanannya dengan cara radiasi (tanpa perantara). Begitu memasuki atmosfer bumi, radiasi tenaga elektromagnetik berinteraksi dengan atmosfer dalam bentuk serapan, pantulan, dan hamburan oleh zat/benda di atmosfer. Hanya sebagian kecil saja yang dapat melalui atmosfer dan mencapai bumi. Bagian ini disebut jendela atmosfer. Bagian ini pula yang dapat digunakan untuk penginderaan jauh pada umumnya. Untuk penginderaan cuaca, terutama untuk mengukur suhu atmosfer dan untuk mengetahui kandungan gas tertentu, justru digunakan pita (band) atau saluran (channel) di luar jendela atmosfer. Bagian spektrum di luar jendela atmosfer ini lazim disebut pita/saluran serapan, misalnya pita serapan H2O pita serapan CO2, dsb. Jendela atmosfer terdiri dari: 0,3 0,4 m : ultraviolet dekat 0,4 0,7 m : spektrum tampak 0,7 1,5 m : inframerah dekat 3,5 5,5 m : inframerah termal 8 - 14 m : inframerah termal 1 mm 100 cm : gelombang renik/mikro

Kekuatan tenaga kuantum pada tiap bagian dinyatakan dengan formula berikut: e = hf (1.3) Dimana: e = Tenaga kuantum, dalam Joule (J) h = Tetapan Planck yang besarnya 6,625 x 10-34 f = Frekuensi, dalam Hertz

kita tahu dari formula (1.1) bahwa c = f, atau f = c/ dengan substitusi ke formula (1.3) diperoleh: e = hc/ (1.4) besarnya tenaga kuantum berbanding terbalik dengan panjang gelombang. Jadi, untuk memperoleh tenaga besar harus digunakan jendela atmosfer yang nya kecil. Semakin besar tenaga yang dipancarkan oleh sumber tenaga berarti semakin mampu merekam obyek yang berukuran kecil. Ini berarti informasi yang disajikan lebih rinci. (b) Interaksi antara Tenaga dan Obyek Tenaga atau energi dari matahari yang mengenai benda (padat, cair, gas) disebut tenaga datang (incident energy, ED). oleh tiap benda maka ED sebagian dipantulkan (Ep), diserap (Es) untuk memanasi benda yang kemudian dipancarkan kembali dengan panjang gelombang yang lebih besar, dan ditransmisikan atau diteruskan (ET). keseluruhan tenaga ini mengikuti formula berikut: Ep = Ep + Es + ET (1.5)

Tiap benda mempunyai karakteristik tersendiri di dalam interaksinya dengan tenaga. Karakteristik yang penting di dalam hal ini adalah yang berkaitan dengan pantulannya, karena yang direkam oleh sensor adalah tenaga pantulan itu. Banda yang banyak memantulkan tenaga akan tergambar cerah, sedang yang pantulannya kecil tergambar gelap. Karakteristik ini disebut karakteristik spektral yang pada gambar hitam putih tercermin dengan tingkat keabuan (greytone) atau rona, besarnya pantulan tidak sama bagi tiap benda, yaitu: Ep = ED (Es + ET) (1.6)

Di dalam interaksi antara tenaga dan benda, ada dua hal penting yang perlu diperhatikan (Lillesand and Kiefer, 1979), yaitu: 1. besarnya tenaga yang dipantulkan oleh obyek dan diterima/direkam oleh sensor bergantung

atas bandingan antara tenaga yang dipantulkan, diserap, dan diteruskan oleh tiap benda. Besarnya tenaga pantulan ini bergantung pada jenis benda dan kondisinya (umur, musim, kelembaban, dsb). Contoh: Batuan tuff tampak cerah Tanaman padi muda tampak gelap, tanaman padi umur 2 bulan tampak kelabu agak cerah Pasir lembab/basah tampak gelap, pasir kering tampa cerah.

2. besarnya pantulan bagi satu jenis benda berbeda-beda menurut panjang gelombangnya. Kurva yang menggambarkan besarnya pantulan pada tiap panjang gelombang disebut kurva pantulan.

Di samping itu semua, kekasaran permukaan benda juga menentukan besar kecilnya tenaga yang dipantulkan ke sensor. (c) Perekaman

Perekaman obyek didalam penginderaan jauh dilakukan dengan dua cara, yaitu dengan cara digital dan cara analog. Perekamannya dapat dilakukan secara serentak untuk seluruh daerah yang terekam pada satu kerangka/lembar gambar, dapat pula dilakukan bagian demi bagian dengan cara penyiaman (scanning). Dengan kamera misalnya, satu lembar foto udara berskala 1 : 100.000 yang merekam daerah seluas 529 Km2, perekamannya dilakukan secara serentak. Sebaliknya satu lembar citra Landsat yang merekam daerah seluas 34.000 Km2, perekamannya dilakukan bagian demi bagian. Data digital pada umumnya direkam pada pita magnetik, sedang data visual/analog direkam pada film.

Untuk penginderaan jauh diperlukan sensor yang pada dasarnya berupa kamera fotografi, kamera vidicon, dan penyiam (scanner). Kegunaan sensor ialah untuk merekam ciri-ciri benda yang diindera. Ciri ini berupa ciri spektral (tingkat kecerahan atau rona), ciri spasial (bentuk, ukuran, pola, tekstur, situs, dan asosiasi), dan ciri temporal (wujud yang berbeda karena direkam pada umur dan atau musim yang berbeda).

Keluaran data dalam sistem penginderaan jauh ialah data penginderaan jauh. Sesuai dengan cara perekamannya maka data penginderaan jauh dapat berupa: (a) data digital maupun (b) data analog (visual, gambar).

(a) Data digital Data digital penginderaan jauh terekam dalam bentuk angka yang menunjukkan nilai kecerahan (tingkat keabuan). Angka tersebut menunjukkan nilai kecerahan bagi tiap sel kecil yang disebut pixel (picture element), yakni ukuran terkecil obyek yang dapat direkam oleh suatu sistem sensor. Oleh karena itu maka angka ini sering disebut nilai pixel atau nilai digital. Nilai pixel dapat dibuat antara 0 63; 0 127; atau 0 255. tiap pixel ditunjukkan dengan angka tiga nilai, yaitu nilai x dan nilai y untuk menunjukkan letak tiap pixel terhadap keseluruhan, dan nilai z yang tercerminkan nilai spektralnya. Berbeda dengan perekaman data penginderaan jauh yang hingga dasawarsa 1960-an hampir seluruhnya membuahkan keluaran data analog atau visual, perekaman sejak dasawarsa 1970-an semakin banyak yang menghasilkan data digital.

(b) Data Analog Data visual penginderaan jauh adalah data penginderaan jauh yang direkam dalam bentuk gambar. Data visual ini dibedakan atas data visual satu dimensional (garis/grafik) dan data visual dua dimensional (citra penginderaan jauh), selanjutnya disebut citra.

Data penginderaan jauh (digital maupun analog) yang merupakan keluaran subsistem perolehan data, merupakan masukan bagi subsistem analisis dan sintesis. Proses dalam subsistem ini berupa analisis data dan sintesisnya. Analisis data penginderaan jauh berarti mengenali apa yang terekam dalam data digital maupun data analog serta menilai pentingnya masing-masing sesuai tujuan terkait. Sintesis dapat diartikan sebagai penggabungan atau pemaduan unsur-unsur hasil analisis tersebut sebagai langkah lanjut untuk mencapai tujuan termaksud.

Analisis

Analisis Data Digital

Data digital penginderaan jauh adalah data hasil rekaman penginderaan jauh dalam bentuk angka. Data tersebut mencerminkan nilai spektral obyek yang direkam oleh sensor, baik yang bersumber dari tenaga pantulan maupun tenaga pancaran dari benda. Satu sensor yang dilengkapi dengan beberapa detektor dapat merekam satu atau lebih tenaga pantulan dan atau satu lebih tenaga pancaran. Karena nilai spektral ini direkam dalam bentuk angka, sering disebut nilai digital atau nilai pixel. Analisis data digital pada dasarnya berupa analisis kluster (kelompok). Telah diungkap di bagian depan bahwa nilai digital merupakan nilai spektral dari bagian kecil obyek di permukaan bumi yang terakam pada tiap pixel. Kita dapat membaca beberapa nilai tiap pixel itu, tetapi kita tidak tahu tiap pixel itu menggambarkan obyek apa di permukaan bumi. Cara pengenalannya dilakukan dengan upaya mengetahui tiap pixel itu menggambarkan kelas (obyek) apa, sehingga proses pengenalannya sering disebut klasifikasi. Klasifikasi data digital lazim dilakukan di dalam pengenalan pola spektral, yakni pengenalan obyek berdasarkan nilai spektral yang terpola di dalam ruang. Untuk menetapkan tiap kelompok mewakili kelas obyek apa, dapat dilakukan dengan klasifikasi terselia (supervised classification) maupun klasifikasi tak terselia (unsupervised classification). Beda keduanya adalah pada klasifikasi terselia digunakan daerah contoh (training area/site), sedangkan klasifikasi tak terselia tidak menggunakan daerah contoh. Daerah contoh merupakan cuplikan dari tiap kelas yang telah diketahui obyek sebenarnya maupun nilai digitalnya. Obyek sebenarnya diketahui dari peta, foto, atau lapangan, sedang nilai digital dapat dibaca pada pita magnetik atau disket. Keunggulan data digital, yaitu: (1) nilai spektral dalam angka lebih pasti dari pada nilai spektral secara relatif pada data analog, (2) julat nilai spektralnya jauh lebih besar dari pada julat nilai spektral pada data analog, (3) data dapat dikirim dari satelit atau wahana lain ke permukaan bumi segera setelah perekaman, (4) dapat diolah dengan komputer dengan proses lebih cepat dan hasilnya lebih akurat, (5) dapat ditampilkan dalam bentuk pixel, tabel, grafik, maupun citra, (6) mudah digabungkan dengan data lain untuk pemutakhiran, pantauan, tumpangsusun, pemodelan, dsb, (7) untuk penyimpanannya tidak diperlukan ruang sebanyak data analog. Keterbatasan data digital adalah berkurangnya kejelasan atau kerincian ciri spasial yang antara lain meliputi bentuk, tekstur, dan pola.

Analisis Data Analog

Pengenalan obyek pada citra dilakukan dengan menggunakan ciri-ciri obyek yang terekam pada citra. Ciri tersebut ada tiga buah, yaitu: - Ciri spektral, tercermin dalam tingkat kecerahan/keabuan atau rona yang diakibatkan oleh nilai

pantulan atau nilai pancaran. - Ciri spasial, meliputi bentuk, ukuran, bayangan, tekstur, pola, situs, dan asosiasi. - Ciri temporal, yaitu ciri obyek yang terkait dengan umur maupun saat perekaman.

Di dalam pelaksanaannya, pengenalan obyek pada citra dilakukan melalui tiga tahap, yaitu: - Deteksi (detection) atau pengenalan awal

Pada tahap pertama kita melihat secara menyeluruh, misalnya pada foto. Bagi wujud yang sama kita tarik garis batas (deleniasi). Misalnya pada foto tersebut terdapat lima wujud, yaitu wujud 1, 2, 3, 4. Dengan mengenali bahwa foto tersebut menggambarkan lima wujud, kita telah melakukan deteksi.

- Identifikasi (identification) Identifikasi dalam rangka pengenalan obyek pada citra dapat diartikan pengejaan ciri-ciri yang terekam pada citra. Ciri ini misalnya rona wujud 1 cerah, gelap, atau abu-abu. Bentuk, ukuran, dan polanya bagaimana, dan seterusnya. Semua itu dilakukan untuk dapat mengenali/menyimpulkan sebenarnya wujud 1 menggambarkan apa, demikian pula wujud yang lainnya.

- Pengenalan Akhir (Recognition) Berdasarkan hasil pengejaan ciri-ciri yang terakam (identifikasi, kita mencoba menyimpulkan obyek yang terekam itu sebenarnya berupa apa. Untuk pengenalan akhir ini lazimnya dilakukan dengan mengikuti azas konvergensi bukti. Hal ini dapat dilihat pada gambar 5.1. berikut.

Bentuk Pola Ukuran Situs (Tj. berbintang) (Tidak teratur) (Tinggi 10 m) (Muara sungai)

Gambar 5.1. Azas Konvergensi Bukti (Sutanto, 1986)

Dari bentuk tajuk saja, kita hanya dapat menyatakan bahwa obyek yang terekam berupa pohon palma. Kelapa dan kelapa sawit lazim ditanam dengan pola teratur. Kerena pola tidak teratur, kemungkinannya menciut menjadi tiga buah, kalau ukuran mencapai lebih dari 10 meter, berarti bukan nipah. Jadi lebih menciut lagi menjadi dua kemungkinan. Enau merupakan tumbuhan darat. Sagu dapat tumbuh di tanah darat, tanah becek, hingga daerah pantai. Oleh karena itu kalau kita melihat pohon yang tajuknya berbentuk bintang, polanya tidak teratur, ukurannya lebih dari 10 meter, dan terdapat di muara sungai, kita simpulkan tumbuhan tersebut berupa pohon sagu. Analisis bukan sekedar pengenalan obyek, melainkan juga penilaian atas arti pentingnya obyek tersebut. Analisis data digital dan data analog dapat dilakukan dengan cepat melalui teknologi sistem informasi geografi (SIG). data yang dapat dianalisis melalui sistem informasi geografi adalah data yang bersifat spasial atau keruangan. Sistem informasi geografi sangat membantu dalam analisis suatu obyek secara mendalam. Analisis tersebut akan lebih baik jika kita menggunakan peta di dalamnya.

Enau

Sagu Sagu

Kelapa

Kelapa sawit Nipah

Enau

Sagu

Kelapa

Sagu

Enau

Daftar Pertanyaan 1. Jelaskan perbedaan antara data analog dengan data digital ? 2. Jelaskan bagaimana analisis yang digunakan dengan menggunakan data analog dan menggunakan data digital ? 3. Jelaskan azas konvergensi bukti ?

Daftar Pustaka Everett, and Simonett, 1976, Principles, Concepts, and Philosophical Problems in Remote

Sensing, In: Remote Sensing of Environment, Lintz, and Simonett: Addison-Wesley Publishing Company, London.

Lillesand and Kiefer, 1979, Remote Sensing and Image Interpretation, John Wiley and Sons, New York.

Lintz Jr, and Simonett, 1976, Remote Sensing of Envoronment, Addison-Wesley Publishing Company, London.

Lo, C.P., 1976, Geographical Application of Remote Sensing, David and Charles, London. Paine, D., 1981, Aerial Photography and Image Interpretation for Resource Management,

John Wiley and Sons, New York. Sutanto, 1986, Penginderaan Jauh Jilid 1, Gadjah Mada University Press, Yogyakarta.