PENELITIAN MANDIRI

Judul Penelitian :

Studi Karakteristik Reflektan Spektral Cengkeh

Menggunakan Data Landsat 8 Di Kabupaten Buleleng Bali

Peneliti :

I Made Yuliara, S.Si., M.T.

JURUSAN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS UDAYANA

2015

i

Abstrak

Penelitian tentang studi karakteristik reflektan spektral cengkeh menggunakandata Landsat 8 di Kabupaten Buleleng, Bali. Hasil penelitian yang diperolehmenunjukkan bahwa, prosentase nilai reflektan spektral vegetasi cengkeh di atas 50% bahkan sampai 90 % ada pada band 5 dan terendah di bawah 10 % pada band 2.Pola-pola reflektan spektral yang dihasilkan ke-6 band Landsat 8 membentuk suaturangkaian karakteristik yang khas yang dapat dibedakan dengan vegetasi lain. NilaiNDVI yang diperoleh, yaitu terendah 0,6407186 tertinggi 0,7096774. Hasil inimenunjukkan bahwa vegetasi cengkeh yang ada di Kabupaten Buleleng, Bali,kondisinya cukup sehat dan subur dengan kerapatan sedang.

Kata kunci : Karakteristik, reflektan, spektral, data Landsat 8

ii

KATA PENGANTAR

Puji Syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa, karena atas berkat rahmat-Nya

penulis dapat menyelesaikan Penelitian Mandiri dengan judul “ Studi Karakteristik

Reflektan Spektral Cengkeh Menggunakan Data Landsat 8 Di Kabupaten Buleleng

Bali ”

Dengan hati yang tulus, penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-

besarnya kepada rekan-rekan dosen yang telah memberikan semangat dan

sumbangan pengetahuan berkaitan dengan penelitian ini.

Harapan penulis semoga penelitian ini dapat menambah cakrawala ilmu

pengetahuan dan akhir kata, penulis menyadari bahwa penelitian ini tak luput dari

kesalahan dan kekurangan, maka dari itu segala koreksi dan saran yang konstruktif

dari semua pihak sangat diharapkan demi perbaikan dan penyempurnaan.

Denpasar, 15 Desember 2015

I Made Yuliara

iii

DAFTAR ISI

Hal

Abstrak iKata Pengantar iiDaftar Isi iiiDaftar Tabel ivDaftar Gambar vBAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang ……………………………………………………. 11.2. Rumusan Masalah…………………………………………………. 21.3. Tujuan Penelitian………………………………………………...... 21.4. Maanfaat Penelitian……………………………………………...... 3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA2.1. Vegetasi Cengkeh…………………………………………………… 42.2. Dasar Fisika Penginderaan Jauh…………………………………… 42,3. Karakteristik Reflectance Obyek………………………………….. 52.4. Karakteristik Data Citra Satelit Landsat 8………………………….. 92.5. Analisis Citra Untuk Konversi Nilai Digital Ke Nilai Reflektan…... 112.6. Analisis Vegetasi………………………..………………………….. 11

Bab III METODE PENELITIAN3.1. Lokasi Dan Waktu Penelitian……………….……………………... 143.2. Bahan Dan Instrumen Penelitian …………………..………………. 143.3. Prosedur Penelitian………………………………………………… 15

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN4.1. Pengolahan Citra………..…………………………………………. 184.2. Citra Indeks Vegetasi Cengkeh……………………………………... 204.3. Nilai Reflektan Vegetasi Cengkeh………………………………… 23

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN5.1. Kesimpulan………………………………………………………… 285.2. Saran……………………………………………………………….. 28

Daftar Pustaka………………………………………………………………………...Lampiran……………………………………………………………………………...

iv

DAFTAR TABEL

No. Judul Hal

1. Tabel 2.1. Karakteristik Data Citra Satelit Landsat 8…………………….. 10

2. Tabel 4.1. Data koordinat survei sampel vegetasi cengkeh daerah

penelitian……………………………………………………….

22

3. Tabel 4.2. Data indeks vegetasi cengkeh daerah penelitian……………..... 22

4. Tabel 4.3. Nilai piksel vegetasi cengkeh berdasarkan titik pengamatan….. 24

5. Tabel 4.4. Nilai reflektan Spektral Vegetasi Cengkeh …………………… 25

v

DAFTAR GAMBAR

No. Judul Hal

1. Gambar 2.1. Spektrum gelombang elektromagnetik (Rees, W.G., 2006)….. 5

2. Gambar 2.2. Struktur Daun (Eric C, 1992)..........................................…….. 7

3. Gamdar 2.3. Nilai reflectance untuk beberapa objek (www.cmis.csiro.au)... 8

4. Gambar 3.1. Lokasi Penelitian Kabupaten Buleleng, Bali………………… 14

5. Gambar 3.2. Diagram alir penelitian………………………………............. 17

6. Gambar 4.1 Citra Citra Landsat 8 band 5 scene 1………………………..... 19

7. Gambar 4.2 Citra Citra Landsat 8 band 5 scene 2………………………..... 19

8. Gambar 4.3. Citra mosaik band 5………………………………………….. 21

9. Gambar 4.4. Citra Daerah Studi……………………………………………. 21

10. Gambar 4.5. Citra komposit RGB 654……………………………………… 21

11. Gambar 4.6. Citra NDVI………………………………………………….... 21

12. Gambar 4.7. Citra reklas indeks vegetasi cengkeh dari NDVI……………... 23

13. Gambar 4.8. Nilai piksel ke-6 band Landsat 8…………………………….. 25

14. Gambar 4.9. Karakteristik Reflektan Spektral Cengkeh ke-6 band Landsat 8 26

BAB I. PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Cengkeh merupakan salah satu komoditas ekspor yang diandalkan pemerintah. Pada

awalnya cengkeh dimanfaatkan sebagai bahan obat-obatan, akan tetapi dalam

perkembangannya cengkeh sering dimanfaatkan sebagai bahan baku industri farmasi,

kosmetik, parfum, rempah-rempah, dan juga sebagai bahan baku industri rokok kretek.

Sampai saat ini, cengkeh banyak dipergunakan masyarakat Indonesia untuk memenuhi

kebutuhan hidupnya. Banyaknya manfaat dan kebutuhan cengkeh bagi kehidupan

manusia, maka dipandang perlu untuk menginventarisasi vegetasi cengkeh.

Penghasil cengkeh terbesar di Bali dan cukup besar di Indonesia adalah Kabupaten

Buleleng. Kabupaten ini memiliki luas wilayah sekitar 1.365,88 Km2 atau 24,25 % dari

luas Propinsi Bali, dan terbagi dalam 9 kecamatan. Menurut data statistik Pemerintah

Daerah Kabupaten Buleleng tahun 2012, luas vegetasi cengkeh yang produktif adalah

sekitar 7.007 Ha yang diusahakan oleh 10.816 petani.

Selama ini, metode untuk mengetahui keberadaan maupun luas vegetasi cengkeh

dalam wilayah yang relatif luas dilakukan secara konvensional. Cara seperti ini tentu

kurang efektif dan memerlukan waktu lama, sehingga untuk pengambilan keputusan

tentang cengkeh menjadi lambat. Metode yang dapat mengatasi hal ini adalah dengan

penerapan teknologi satelit penginderaan jauh. Data citra yang dihasilkan oleh satelit

penginderaan jauh dapat dipakai sebagai alat (tool) untuk menganalisis pola-pola

reflektan (reflectance pattern) dari objek permukaan bumi (vegetasi cengkeh) dalam

wilayah yang relatif luas. Setiap objek yang terekam dalam data citra, memiliki nilai

reflektan spektral (spectral reflectance) yang berbeda-beda, sehingga dimungkinkan

1

untuk mengidentifikasi/ mengenal suatu spesies vegetasi (Xie al al, 2008). Disamping

2

itu, reflektan spektral dipengaruhi oleh kondisi vegetasi. Kondisi ini dapat dimonitor

melalui indeks vegetasi, seperti Normalized Difference Vegetation Index (NDVI).

Studi penggunaan data citra satelit untuk memonitor vegetasi melalui indeks

vegetasi, seperti NDVI telah banyak dilakukan (Shao et al. 2001, David et al. 2004).

Beberapa dari penelitian tersebut menggunakan data citra satelit dengan resolusi spasial

rendah dan menengah, seperti National Oceanic and Atmospheric Administration

Advanced Very High Resolution Radiometer (NOAA AVHRR) dan Moderate Resolution

Imaging Spectroradiometer (MODIS). Penggunaan citra satelit resolusi rendah dan

menengah mempunyai beberapa kelemahan terutama untuk daerah-daerah yang sempit.

Hal ini menyebabkan beberapa jenis penutup lahan berada dalam satu piksel yang akan

menurunkan akurasi estimasi (Strahler et al. 2006).

Citra Landsat mempunyai resolusi spasial, temporal, dan spektral cukup baik untuk

monitoring vegetasi di permukaan bumi. Perekaman ulang citra Landsat adalah 16 hari

dengan resolusi spasial 30 m. Landsat mempunyai banyak saluran (band) dengan ukuran

piksel yang sama. Ini memberikan kelebihan dalam pengembangan algoritma yang

dibangun dari citra Landsat (Christopher 2004). Landsat 8 merupakan seri Landsat

generasi baru, yang mempunyai resolusi spektral dan radiometrik yang lebih baik

dibandingkan dengan Landsat 7.

1.2. Rumusan Masalah

1. Bagaimanakah karakteristik reflektan spektral vegetasi cengkeh menggunakan

data citra satelit Landsat 8 di Kabupaten Buleleng, Bali ?

2. Bagaimanakah NDVI vegetasi cengkeh di Kabupaten Buleleng, Bali ?

1.3. Tujuan Penelitian

3

1. Mengetahui karakteristik reflektan spektral vegetasi cengkeh menggunakan data

satelit Landsat 8 di Kabupaten Buleleng, Bali.

2. Mengetahui nilai NDVI di Kabupaten Buleleng, Bali.

1.4. Manfaat Penelitian

Dapat dipergunakan sebagai bahan pengkayaan ilmu dan teknologi serta dapat

menyediakan informasi mengenai karakteristik spectral reflectance dan NDVI vegetasi

cengkeh di Kabupaten Buleleng, Bali. Disamping itu, juga dapat dipakai sebagai

pedoman dalam membedakan jenis objek vegetasi melalui pola-pola reflektannya..

BAB II. TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Vegetasi Cengkeh

Tanaman cengkeh (Syzygium aromaticum) merupakan tanaman asli Indonesia yang

berasal dari Maluku Utara (Pulau Makiau). Sebutan dari tanaman yang diambil bunganya

ini sangat beragam, seperti misalnya di Jawa dan Sunda disebut dengan cengkeh, di Bali

disebut wunga lawing atau di Lampung disebut cengkih.

Pada awalnya, cengkeh dimanfaatkan sebagai bahan obat-obatan, akan tetapi dalam

perkembangannya pemanfaatan cengkeh menjadi lebih luas, seperti dimanfaatkan

sebagai bahan baku industri farmasi, kosmetik, parfum, rempah-rempah, dan juga sebagai

bahan baku industri rokok kretek.

Seperti vegetasi lainnya, vegetasi cengkeh mengalami beberapa fase dalam

pertumbuhannya. Setiap fase mempengaruhi kehidupan dan kondisi vegetasi cengkeh.

Untuk cengkeh yang sudah dewasa dan sehat (produktif), sebelum berbunga, saat

berbunga, dan setelah habis dipanen, memberikan penampakan yang berbeda-beda.

Warna hijau akan mendominasi saat sebelum berbunga/berbuah dan umumnya

memberikan penampakan kerapatan yang cukup lebat. Saat berbunga dan siap panen,

warna kemerahan yang akan dominan atau akan terjadi fluktuasi penampakan vegetasi

cengkeh selama semusim.

2.2. Dasar Fisika Penginderaan Jauh

Radiasi elektromagnetik merupakan suatu bentuk perjalanan energi yang

menunjukkan sifat-sifat partikel dan gelombang (Hunt, 1980). Energi elektromagnet

merambat dalam unit diskrit yang disebut quanta atau foton yang menimbulkan sifat-sifat

radiasi elektromagnet partikel. Besarnya energi diekspresikan oleh (C. P Lo, 1995) :

E = h (1)

4

5

yang mana :

E = Energi radiasi (J)

h = Konstanta Planck (6,626 x 10-34 J.s)

= frekuensi

Pada sistem penginderaan jauh, bagian panjang gelombang yang paling sering

digunakan berada pada satu atau beberapa spektrum, mulai dari spektrum tampak,

inframerah reflektan, inframerah termal atau gelombang mikro. Susunan radiasi

elektromagnetik berdasaran panjang gelombang, frekuensi atau energi disebut spektrum

elektromagnetik yang disajikan pada Gambar 2.1.

Gambar 2.1. Spektrum gelombang elektromagnet (W.G Rees, 2001)

2.3. Karakteristik Reflektan Objek

6

Apabila energi elektromagnet mengenai suatu benda pada permukaan bumi, terdapat

tiga kemungkinan pokok interaksi energi dengan benda, yaitu dipantulkan, diserap dan

ditransmisikan. Sesuai dengan hukum kekekalan energi, maka ketiga jenis interaksi

tersebut dapat dinyatakan dengan persamaan (Lillesand dan Kiefer, 1990) :

)()()()( TARI EEEE (2)

yang mana :

EI = Energi yang mengenai benda

ER = Energi yang dipantulkan

EA = Energi yang diserap

ET = Energi yang ditransmisi

Pola spektral terbentuk oleh perbedaan kemampuan berbagai material dalam

menyerap, memantulkan, dan memancarkan energi radiasi (Adams, 2006). Reflektan dari

permukaan vegetasi ditentukan oleh beberapa faktor yaitu bentuk daun, morfologi daun,

fisiologi daun, kandungan bahan kimia, jenis tanah, sudut kemiringan matahari dan

kondisi iklim. Karakteristik dari energi yang dipantulkan dan ditransmisi secara garis

besar dapat diterangkan dari reflektan cahaya tampak pada permukaan sel, dimana

dipengaruhi oleh udara yang menghubungkan lapisan palisade dan spongy pada

mesophyll seperti yang terlihat pada Gambar 2.2. Nilai reflektan akan meningkat dengan

bertambahnya jumlah ruang udara antar sel. Hal ini karena energi yang lewat

dihamburkan lebih banyak dari dinding sel yang sangat bias ke ruang udara antar sel yang

kurang bias (Eric C, 1992).

Struktur daun memiliki peranan penting masing-masing, mulai dari bagian atas

epidermis sampai bagian bawah epidermis. Lapisan spongy penting karena dapat

menghamburkan cahaya dalam panjang gelombang dekat inframerah dan bagian bawah

daun lebih banyak menghamburkan cahaya dari pada bagian atas. Bertambah dewasanya

7

daun, maka lapisan spongy lebih banyak yang menyebabkan reflektan pada panjang

gelombang tampak berkurang sebanyak 5 % dan bertambah 15 % pada panjang

gelombang inframerah (Eric C, 1992).

Gambar 2.2 Struktur Daun (Eric C, 1992)

Variasi kandungan dan struktur pada daun tanaman akan memberikan pengaruh yang

berbeda pada frekuensi yang berbeda. Panjang gelombang 0,5 sampai 0,75 m

menunjukkan karakteristik penyerapan oleh pigmen yang sebagian besar diantaranya

klorofil a dan b, karotin dan xanthophyll. Panjang gelombang 0,75 sampai 1,35 m

merupakan bagian yang reflektannya tinggi dan penyerapan rendah yang menunjukkan

perbedaan pada struktur internal daun. Pada panjang gelombang 1,35 sampai 2,5 m,

selain menunjukkan struktur internal daun, juga dapat menunjukkan konsentrasi

kandungan air dalam jaringan (Eric C, 1992).

Karakteristik reflektan spektral dari vegetasi dipengaruhi oleh kandungan pigmen

daun, material organik, air dan karakteristik struktural daun seperti bentuk daun dan luas

daun (Huete and Glenn, 2011). Karakteristik reflektan spectral dari vegetasi dapat dibagi

menjadi dua bagian yaitu pada bagian spektrum tampak (0.4 – 0.7 μm) dan pada bagian

spectrum inframerah dekat / Near Infra Red (0.7 – 1.1 μm).

8

Pada bagian spektrum tampak, vegetasi memiliki nilai reflektan relatif rendah pada

spektrum biru dan merah dengan puncak minor pada spektrum hijau (Mather, 2004).

Reflektan spektral yang rendah pada spektrum biru dan merah disebabkan karena vegetasi

menyerap banyak energi pada kedua spektrum tersebut. Energi pada spektrum tersebut

digunakan untuk aktifitas fotosintesis pada daun (Song, 2011). Jumlah energi yang

terserap pada kedua spektrum tersebut mencapai 70% hingga 90% dari total energi yang

datang ke permukaan daun. Relatif lebih rendahnya reflektan spektral pada spektrum biru

dan merah dibandingkan pada spektrum hijau, memberi efek visualisasi warna hijau pada

daun tersebut. Daun nampak berwarna hijau oleh mata, karena kemampuan mata dalam

menangkap spektrum elektromagnetik berada pada spektrum tampak saja. Reflektan

spektral meningkat secara drastis pada rentangan spektral antara 0.65 hingga 0.76 μm.

Zona rentangan spektral pada pola spektral vegetasi ini disebut dengan istilah titik batas

merah (red edge point).

Menurut Zain (2004), interaksi cahaya dengan objek dalam berbagai bentuk seperti

absorbsi, refleksi dan transmisi memiliki ciri yang berbeda-beda antara satu objek dengan

objek yang lain. Penampakan objek paling banyak dipengaruhi oleh sifat pemantulannya

terhadap cahaya (reflektansi). Dengan memahami sifat reflektansi setiap objek, maka

setiap objek akan dengan mudah dapat dibedakan, seperti ditunjukkan pada Gambar 2.3.

Gambar 2.3. Nilai reflectance untuk beberapa objek (www.cmis.csiro.au)

9

Karakteristik reflektan kenampakan permukaan bumi dapat dikuantifikasikan dengan

mengukur bagian energi yang dipantulkan. Hal ini diukur sebagai fungsi panjang

gelombang yang disebut reflektan spektral (spectral reflectance) dan secara matematik

dinyatakan dengan persamaan (Lillesand dan Kiefer, 1990) :

%100)(

I

R

E

ER (3)

yang mana:

R ( ) = Reflektan spektral

EI = Energi yang mengenai benda

ER = Energi yang dipantulkan

Seperti yang dinyatakan oleh Lillesand dan Kiefer (1990), kebanyakan sistem

penginderaan jauh bekerja pada panjang gelombang reflektan, oleh karena itu

karakteristik reflektan objek di muka bumi sangatlah penting. Nilai reflektan suatu objek

dapat dihitung dengan persamaan (Lillesand dan Kiefer, 1990) :

)()()()( TAIR EEEE (4)

2.4. Karakteristik Data Citra Satelit Landsat 8

Data Landsat merupakan data citra satelit yang dihasilkan oleh satelit Landsat, yaitu

salah satu satelit sumber daya alam yang dikembangkan oleh NASA dan Departemen

Dalam Negeri Amerika Serikat. Landsat 8 yang diluncurkan 11 Februari 2013,

merupakan kelanjutan dari misi Landsat 1 yang untuk pertama kali menjadi satelit

pengamat bumi sejak tahun 1972. Landsat 8 hanya memerlukan waktu 99 menit untuk

mengorbit bumi dengan resolusi temporal 16 hari. Seperti dipublikasikan oleh USGS,

satelit Landsat 8 terbang dengan ketinggian 705 km dari permukaan bumi dan memiliki

area scan seluas 170 km x 183 km.

10

Satelit Landsat 8 memiliki sensor Onboard Operational Land Imager (OLI) dan

Thermal Infrared Sensor (TIRS) dengan jumlah band sebanyak 11 buah. Sembilan band

(band 1 sampai 9) berada pada sensor OLI dan 2 lainnya (band 10 dan 11) pada sensor

TIRS. Sebagian besar band pada Landsat 8 memiliki spesifikasi mirip dengan Landsat 7.

NASA menargetkan satelit Landsat 8 ini mengemban misi selama 5 tahun (sensor OLI

dirancang 5 tahun dan sensor TIRS 3 tahun).

Pada citra satelit multispectral, masing masing piksel mempunyai beberapa nilai

digital sesuai dengan jumlah band yang dimiliki. Untuk citra Landsat 8, masing-masing

piksel mempunyai 11 nilai digital dari 11 band yang dimiliki.

Data citra satelit Landsat dapat ditampilkan secara single band dalam bentuk hitam

dan putih maupun kombinasi 3 band yang dikenal dengan color composite. Karakteristik

interval spektral dan resolusi spasial setiap band Landsat 8 dapat dilihat pada Table 2.1.

Tabel 2.1. Karakteristik Data Citra Satelit Landsat 8

Band Interval Spektral

(m)

Resolusi spasial

(m)

Channel

1 0,433 – 0,453 30 Coastal/Aerosol

2 0,450 – 0,515 30 Blue

3 0,525 – 0,600 30 Green

4 0,630 – 0,680 30 Red

5 0,845 – 0,885 30 NIR

6 1,560 – 1,660 30 SWIR-1

7 2,100 – 2,300 30 SWIR-2

8 0,500 – 0,680 15 Pan

9 1,360 – 1,390 30 Cirrus

10 10,30 – 11,30 100 LWIR-1

11 11,50 – 12,50 100 LWIR-2

Sumber : NASA, ”Landsat Data Continuity Mission Brochure”

(Tahun 2013 dengan modifikasi)

11

Data citra Landsat 8 berisi rekaman nilai spectral reflectance objek-objek vegetasi

direpresentasikan oleh warna (nilai-nilai) piksel. Spectral reflectance merah berada pada

band 4, dengan interval panjang gelombang antara 0,630 sampai 0,680 µm. Sementara

pada band 5 berisi spektrum infra merah dekat (Near Infra Red, NIR) dengan interval

panjang gelombang 0,845 sampai 0,885 µm.

2.5. Analisis Citra Untuk Konversi Nilai Digital Ke Nilai Reflektan

Koreksi-koreksi yang mendasar dari suatu citra satelit adalah koreksi radiometrik dan

geometrik. Konversi nilai reflektan Landsat 8 pada Top On Atmosphere (TOA) dilakukan

dengan menskalakan kembali nilai-nilai piksel (rescalling) menggunakan rumus (USGS,

2013), yaitu :

𝜌𝜆 =𝜌𝜆′

sin(𝜃𝑠𝑒) (5)

𝜌𝜆′ = 𝑀𝜌𝑄𝑐𝑎𝑙 + 𝐴𝜌

yang mana

’ = Reflektan TOA planetary, tanpa koreksi sudut matahari.

Mρ = konstanta rescalling (Reflectance_Multi_Band_X)

Aρ = konstanta penambah (Reflectance_Add_Band_X)

Qcal = nilai piksel (digital number)

θse = sun elevation, nilainya bergantung pada waktu perekaman data citra

2.6. Analisis Vegetasi

Banyak penelitian penggunaan data citra satelit penginderaan jauh untuk memantau

kondisi perkembangan atau pertumbuhan dari suatu vegetasi. Model-model penelitian

seperti ini mengkorelasikan tingkat kehijauan vegetasi (indeks vegetasi) dengan

karakteristik spectral reflectance yang dimiliki oleh vegetasi tersebut. Perbedaan spectral

12

reflectance yang dimiliki oleh vegetasi memungkinkan untuk memetakan suatu jenis

spesies vegetasi (Xie at al, 2008). Vegetasi hijau memiliki spectral reflectance unik yang

dipengaruhi oleh struktur dan komposisi daunnya. Proporsi radiasi dipantulkan dalam

spektrum yang berbeda, tergantung pada keadaan, struktur dan komposisi tanaman. Pada

tanaman sehat dan kanopi padat, radiasi spectral yang dipantulkan lebih banyak pada

spektrum inframerah dekat.

Pada spektrum tampak, tanaman akan menyerap spektrum biru dan merah

sedangkan spektrum hijau relatif lebih banyak dipantulkan. Hal ini disebabkan

keberadaan klorofil. Adanya aktivitas fotosintesis yang tinggi akan menghasilkan

reflektan yang lebih rendah di spektrum merah dan reflektan tinggi di spektrum

inframerah. Fitur interval spektral (0,650 - 0,885 µm) yang unik seperti ini tidak dimiliki

oleh objek lainnya di permukaan bumi dan fitur ini dipergunakan dalam prinsip

perhitungan/ analisis indeks vegetasi.

Menurut Beeri et al., 2007, ciri spektral dari vegetasi pada saat aktif berfotosintesis

dengan yang tidak aktif, menunjukkan perbedaan yang jelas dan dapat dimanfaatkan

untuk memperkirakan kuantitas kehijauan dan kualitas vegetasi.

Prinsip penerapan indeks vegetasi dalam memetakan vegetasi bergantung pada sifat

reflectance dalam NIR dan sifat absorpsi dalam gelombang tampak (Xie at al, 2008).

Indeks vegetasi NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) secara matematis

diekspresikan oleh persamaan (Barbosa at al, 2006) :

𝑁𝐷𝑉𝐼 = (𝑁𝐼𝑅 − 𝑅𝑒𝑑)/(𝑁𝐼𝑅 + 𝑅𝑒𝑑) (6)

yang mana :

NIR (Near Infra Red) adalah band 5

Red adalah band 4.

13

Nilai reflectance gelombang merah pada band 4 bersifat menyerap spektrum

gelombang datang dan pada band 5 reflectance gelombang infra merah bersifat

memantulkan gelombang yang datang. Dengan demikian, ini berarti bahwa pada tanaman

sehat (aktif proses fotosintesis) nilai NDVI akan semakin besar dan sebaliknya semakin

kurang sehatnya tanaman atau semakin rendah tingkat kehijauan tanaman (hijau daun

tidak menutupi seluruh permukaan tanah/ kurang subur), maka nilai NDVI akan semakin

kecil. Penggunaan tingkat kehijauan vegetasi/ indeks vegetasi sering dikorelasikan

dengan produktivitas dari suatu tanaman/ vegetasi.

BAB III. METODE PENELITIAN

3.1. Lokasi dan Waktu Penelitian

Lokasi penelitian dilakukan di Kabupaten Buleleng, Provinsi Bali yang secara

geografis terletak pada koordinat 8° 03 ' 40 '' - 8° 23 ' 00 '' LS dan 114° 25 ' 55 ''- 115°

27 ' 28 '' BT. Penelitian dilaksanakan pada bulan September 2015 sampai Desember

2015 dan peta lokasi penelitian disajikan pada Gambar 3.1.

Gambar 3.1. Lokasi Penelitian Kabupaten Buleleng, Bali

Mengingat objek yang terekam dalam data citra satelit penginderaan jauh dominan

diberikan oleh spectral reflectance yang menutupi permukaan bumi, maka ruang lingkup

pengambilan sampel koordinat dipilih titik-titik lokasi pada daerah-daerah yang

cukup homogen vegetasi cengkehnya. Hal ini dimaksudkan supaya spectral reflectance

secara langsung didominasi oleh pengaruh vegetasi cengkeh.

3.2. Bahan dan Instrumen Penelitian

14

15

Bahan-bahan yang dipergunakan dalam penelitian ini adalah data citra satelit Landsat

8, yaitu band 2, band 3, band 4, band 5, band 6, dan band 7. Instrumen yang dipergunakan

adalah :

1) Laptop Toshiba Satellite M645-S4110 Intel Core i5; 2,4 Ghz; RAM 4 GB

2) Peta tematik, peta topografi

3) Printer dan alat-alat tulis

4) Software IDRISI 16.05 : The Taiga Edition, untuk mengolah citra

5) Peralatan lapangan GPS (Global Positioning System)/ Smart Phone

3.3. Prosedur Penelitian

Kegiatan yang dilakukan dalam penelitian ini dimulai dari pengumpulan data-data

kualitatif, pengolahan data awal, survey pengukuran koordinat, mengolah data lanjutan

sampai analisis data yang secara rinci dijelaskan dalam diagram alir penelitian pada

Gambar 3.2. Penelitian ini pada dasarnya dilakukan dengan mengolah data citra Landsat

8 menggunakan software IDRISI 16.05 : The Taiga Edition yang secara garis besar dibagi

dalam 5 tahap, yaitu :

1. Koreksi dan mosaik citra

Citra satelit yang digunakan adalah citra Landsat 8 level 1G, yaitu citra yang telah

terkoreksi secara radiometrik maupun geometrik.

Mengingat rekaman data citra Landsat 8 untuk Kabupaten Buleleng, Bali terdiri

dari 2 scene (path dan row berbeda), maka untuk mendapatkan citra Kabupaten

Buleleng, Bali yang lengkap dan utuh, dilakukan penggabungan ke 2 scene

melalui proses mosaiking. Mosaiking dilakukan terhadap seluruh (ke-6) pasangan

band citra Landsat 8. Untuk mendapatkan citra daerah studi, dilakukan cropping

setiap band citra mosaik dioverlay dengan peta digital daerah studi.

16

2. Pembuatan citra komposit

Pembuatan citra komposit (RGB) yang disusun dari band 6, band 5, dan band 4

dimaksudkan untuk melihat penampakan objek vegetasi (cengkeh) yang lebih

detail, sehingga memudahkan dalam interpretasi visual.

3. Mengukur koordinat vegetasi cengkeh menggunakan GPS di lapangan untuk

kemudian disesuaikan posisinya pada citra Landsat 8, yang mana akan

menunjukkan posisi dari vegetasi cengkeh.

4. Membangun citra NDVI

Citra NDVI dibangun berdasarkan algoritma NDVI menggunakan Persamaan 6.

Identifikasi indeks vegetasi cengkeh diperoleh berdasarkan posisi vegetasi

cengkeh di lapangan.

5. Konversi nilai piksel citra ke nilai reflektan

Konversi nilai reflektan untuk ke-6 band citra Landsat 8 didasarkan pada

perumusan yang dikeluarkan oleh USGS tahun 2013, seperti Persamaan 5.

Nilai reflektan spektral vegetasi cengkeh diukur dengan cara mengukur nilai piksel

citra hasil konversi pada koordinat yang bersesuaian dengan koordinat vegetasi cengkeh

yang diperoleh dari survei lapangan, dikalikan dengan suatu faktor yang dapat

merepresentasikan prosentase reflektan spektral dari nilai piksel.

Diagram alir penelitian disajikan pada Gambar 3.2.

17

Nilai piksel x Faktor

Gambar 3.2. Diagram alir penelitian

2 scene 6 band citra

Landsat 8 Level 1G

Perbaikan Kontras, Filtering

Cropping, citra

daerah studi

Algoritma NDVI

Citra dan nilai indeks

cengkeh (NDVI)

)

Nilai reflectance vegetasi cengkeh

Peta digital

area penelitian

Citra Komposit

RGB 654

Overlay

Interpretasi vegetasi

cengkeh

Koreksi geometrik

Mosaik

Koordinat survei,

Citra resolusi tinggi

Konversi

Reflectance

Nilai piksel vegetasi

cengkeh

BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

Data citra Landsat 8 yang dipergunakan dalam penelitian ini didownload dari

web, yaitu http://earthexplorer.usgs.gov/. Daerah Bali (Kabupaten Buleleng) pada

citra Landsat 8 tercover dalam 2 scene, yaitu :

Scene 1 : Path = 117, Row = 66

Scene 2 : Path = 116, Row = 66

Rekaman data citra yang dipakai adalah rekaman tanggal 5 Mei 2014 untuk

scene 1 dan rekaman tanggal 30 Mei 2014 untuk scene 2. Data ini merupakan data

level 1 G. Pada penelitian ini, koreksi geometrik dilakukan supaya citra mempunyai

referensi koordinat peta Universal Transverse Mercator (UTM). Data citra Landsat

8 untuk band 5 yang dipergunakan dalam penelitian ini disajikan pada Gambar 4.1.

untuk scene 1 dan Gambar 4.2. untuk scene 2.

4.1. Pengolahan Citra

a. Koreksi Geometrik Dan Resample

Koreksi geometrik dan Resample dilakukan untuk memperbaiki posisi objek

pada citra, sehingga sesuai dengan posisi sebenarnya di bumi. Koreksi ini

dilakukan untuk seluruh band citra Landsat 8 dengan metode nearest

neighboor yang mengacu pada 9 titik kontrol sekutu (Ground Control Point,

GCP) dengan menghasilkan total RMS = 0,013490. Titik-titik kontrol sekutu

diperoleh dari pengukuran langsung di lapangan yang dipadukan dengan data

citra resolusi tinggi (Google Earth). Sistem georeferensinya menggunakan

koordinat UTM pada zona 50

18

19

Gambar 4.1. Citra Landsat 8 band 5 scene 1

Gambar 4.2. Citra Landsat 8 band 5 scene 2

b. Perentangan Kekontrasan

20

Proses ini dilakukan untuk mendapatkan visualisasi yang lebih baik, sehingga

objek yang berbeda pada citra terlihat lebih jelas. Jenis perentangan yang

dipergunakan adalah tipe linear with saturation.

c. Mosaicking

Untuk mendapatkan citra daerah studi yang lengkap (Kabupaten Buleleng )

dilakukan penggabungan scene citra melalui proses mosaik. Citra hasil

mosaicking untuk band 5 disajikan pada Gambar 4.3.

d. Citra Daerah Studi

Untuk membuat citra daerah studi, dilakukan overlay peta digitasi batas daerah

studi (Kabupaten Buleleng) dengan citra hasil mosaik. Hasil citra daerah studi

untuk band 5 disajikan pada Gambar 4.4.

e. Citra Komposit

Transformasi atau pembentukkan citra komposit dilakukan dengan kombinasi

RGB 654. Aspek vegetasi pada citra komposit ini sangat menonjol (warna hijau

terang) dan dipergunakan untuk menganalisis secara visual mengenali objek

vegetasi tanaman cengkeh. Citra komposit RGB 654 disajikan Gambar 4.5.

4.2. Citra Indeks Vegetasi Cengkeh

Tingkat kehijauan vegetasi dapat diukur melalui analisis citra satelit yang

diekspresikan oleh nilai NDVI. Nilai indeks vegetasi dihitung menggunakan

Persamaan 4 yang mana nilainya berkisar antara -1 sampai +1, yang mana nilai -

1 sampai 0 menunjukkan objek non vegetasi dan dari 0 sampai +1 menunjukkan

keberadaan vegetasi. Hasil pengolahan citra menggunakan algoritma NDVI

disajikan pada Gambar 4.6.

21

Gambar 4.3. Citra mosaik band 5

Gambar 4.4. Citra Daerah Studi

Gambar 4.5. Citra komposit RGB 654

Gambar 4.6. Citra NDVI

22

Untuk mengidentifikasi dan mengalisis posisi objek vegetasi cengkeh pada

daerah studi, dipergunakan data posisi/ koordinat hasil survei lapangan, berupa 10

koordinat titik pengamatan (TP) vegetasi cengkeh di lapangan menggunakan

peralatan GPS. Disamping itu, juga mempergunakan bantuan citra resolusi tinggi

dengan memanfaatkan Web GoogleEarth. Data koordinat lapangan hasil survei

sampel vegetasi cengkeh disajikan pada Tabel 4.1 dan hasil indeks vegetasi pada

koordinat yang bersesuaian dan mengindikasikan vegetasi cengkeh disajikan pada

Tabel 4.2.

Tabel 4.1. Data koordinat survei sampel vegetasi cengkeh daerah penelitian

Titik Pengamatan

(TP)

Koordinat (m)

Lintang (X) Bujur(Y)

1 284370 9083666

2 295140 9092876

3 295080 9092700

4 295260 9092336

5 294840 9093986

6 295050 9093055

7 306240 9099837

8 306420 9099475

9 307110 9098875

10 307590 9097255

Tabel 4.2. Data indeks vegetasi cengkeh daerah penelitian

Titik Pengamatan

(TP)

Koordinat (m) Indeks Vegetasi

Cengkeh NDVI X Y

1 284370 9083666 0.7096774

2 295140 9092876 0.6407186

3 295080 9092700 0.6484848

4 295260 9092336 0.6875000

5 294840 9093986 0.6551724

6 295050 9093055 0.6860465

7 306240 9099837 0.7058824

23

8 306420 9099475 0.6546185

9 307110 9098875 0.6363636

10 307590 9097255 0.7051793

Pada tabel 4.2 terlihat bahwa, nilai NDVI yang mengindikasikan vegetasi

cengkeh terendah 0,6363636, tertinggi 0,7096774. Dengan demikian, ini berarti

bahwa pada nilai NDVI rendah (NDVI = 0,6363636) menujukkan kurang sehatnya/

jarangnya kerapatan vegetasi cengkeh dilokasi yang bersangkutan. Atau juga dapat

dikatakan vegetasi cengkeh tidak menutupi seluruh permukaan tanah/ kurang subur.

Pada NDVI tinggi (NDVI = 0,7096774) menunjukkan vegetasi cengkeh dalam

keadaan sehat/ subur, aktif melakukan proses fotosintesis. Citra indeks vegetasi

cengkeh yang dikelompokan kedalam 3 klas disajikan pada Gambar 4.7.

Gambar 4.7. Citra reklas indeks vegetasi cengkeh dari NDVI

4.3. Nilai Reflektan Vegetasi Cengkeh

Untuk mengukur nilai reflektan vegetasi cengkeh pada setiap band, dilakukan

konversi citra asli dengan menggunakan Persamaan (5). Besarnya nilai reflektan

merupakan nilai piksel pada koordinat yang bersesuaian, Hasil pengukuran nilai

24

piksel vegetasi cengkeh untuk setiap band sesuai dengan titik pengamatan

koordinat survei disajikan pada Tabel 4.3.

Tabel 4.3. Nilai piksel vegetasi cengkeh berdasarkan titik pengamatan

No. Titik Pengamatan

(TP)

Nilai digital piksel vegetasi cengkeh

Band2 Band3 Band4 Band5 Band6 Band7

1 1 7 54 27 159 111 63

2 2 6 55 30 137 116 74

3 3 4 53 29 136 109 65

4 4 2 69 42 152 141 97

5 5 13 57 30 144 113 66

6 6 2 55 27 145 114 66

7 7 18 66 35 203 128 73

8 8 16 76 43 206 128 75

9 9 16 75 42 189 129 82

10 10 5 75 37 214 129 73

Dari table 4.3 dapat dilihat bahwa nilai piksel pada setiap titik pengamatan

untuk setiap band nilainya bervariasi. Diantara ke-6 band citra, nilai terbesar berada

pada band 5 dan terkecil pada band 1. Profil nilai piksel pada setiap band untuk 10

titik pengamatan disajikan pada Gambar 4.8.

Untuk melihat fluktuasi dan respon reflektan spektral pada setiap band, maka

nilai-nilai digital piksel pada setiap titik pengamatan dikonversi ke nilai yang

mengekspresikan prosentase reflektan spektral piksel-piksel yang bersangkutan.

Nilai-nilai piksel berada pada interval 0 sampai 255. Dengan demikian untuk

mendapatkan prosentase yang merepresentasikan nilai piksel, maka nilai piksel

tersebut dikalikan dengan faktor 1/255 x 100 %. Hasil perhitungan nilai reflektan

spektral untuk setiap band pada titik-titik pengamatan disajikan pada Tabel 4.4.

25

Gambar 4.8. Nilai piksel ke-6 band Landsat 8

Tabel 4.4. Nilai reflektan Spektral Vegetasi Cengkeh

Band Nilai Reflektan Spektral Vegetasi Cengkeh (%)

TP1 TP2 TP3 TP4 TP5 TP6 TP7 TP8 TP9 TP10

2 2.75 2.35 1.57 0.78 5.10 0.78 7.06 6.28 6.27 1.96

3 21.18 21.57 20.78 27.06 22.35 21.57 25.88 29.80 29.41 29.41

4 10.59 11.77 11.37 16.47 11.76 10.59 13.73 16.86 16.47 14.51

5 62.35 53.73 53.33 59.61 56.47 56.86 79.61 80.78 74.12 83.92

6 43.53 45.49 42.75 55.29 44.31 44.71 50.20 50.20 50.59 50.59

7 24.71 29.02 25.49 38.04 25.88 25.88 28.63 29.41 32.16 28.63

Profil karakteristik reflektan spektral vegetasi cengkeh ke-6 band Landsat 8

disajikan Gambar 4.9.

Dari grafik Gambar 4.9 jelas terlihat bahwa, reflektan tertinggi berada pada

band 5 (NIR) dengan panjang gelombang 0,845 sampai 0,885 µm dan terendah

pada band 2 (spektrum biru) dengan panjang gelombang 0,450 sampai 0,515 µm.

0

50

100

150

200

250

BAND2 BAND3 BAND4 BAND5 BAND6 BAND7

Nil

ai P

ikse

l

BAND LANDSAT 8

Profil Nilai Piksel Vegetasi Cengkeh

Ke-6 band Landsat 8

TP 1

TP 2

TP 3

TP 4

TP 5

TP 6

TP 7

TP 8

TP 9

TP 10

26

Ini berarti bahwa, vegetasi memiliki nilai reflektan relatif rendah pada spektrum

biru dan merah dengan puncak minor pada spektrum hijau (Mather, 2004).

Gambar 4.9. Karakteristik Reflektan Spektral Cengkeh ke-6 band Landsat 8

Reflektan spektral yang rendah pada spektrum biru dan merah disebabkan

karena vegetasi menyerap banyak energi pada kedua spektrum tersebut. Energi

pada spektrum ini digunakan untuk aktifitas fotosintesis pada daun (Song, 2011).

Jumlah energi yang terserap pada kedua spektrum tersebut mencapai sekitar 70%

hingga 90% dari total energi yang datang ke permukaan daun. Pada grafik juga jelas

terihat, bahwa variasi kandungan dan struktur pada daun akan memberikan

pengaruh yang berbeda pada frekuensi atau panjang gelombang yang berbeda.

Panjang gelombang 0,450 sampai 0,680 m menunjukkan karakteristik

penyerapan. Penyerapan pada daun cengkeh dilakukan oleh pigmen yang sebagian

besar diantaranya klorofil a dan b, karotin dan xanthophyll. Panjang gelombang

daerah NIR (0,845 sampai 8,85 m) merupakan bagian dengan reflektan tinggi

dan penyerapan rendah. Reflektan spektral pada interval ini (NIR), di atas 50 %

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0.45 0.56 0.66 0.87 1.61 2.3

Ref

lekt

an (

%)

(µm)

Karakteristik Reflektan Spektral Vegetasi Cengkeh

TP1

TP2

TP3

TP4

TP5

TP6

TP7

TP8

TP9

TP10

27

gelombang yang datang dipantulkan. Juga dapat menunjukkan adanya perbedaan

pada struktur internal daun. Pada panjang gelombang 1,560 sampai 2,300 m,

selain menunjukkan struktur internal daun, juga dapat menunjukkan konsentrasi

kandungan air dalam jaringan (Eric C, 1992). Pola-pola spektral seperti ini

merupakan respon reflektan spektral vegetasi cengkeh dengan karakteristik yang

khas, seperti yang disajikan pada Gambar 4.9 di atas.

28

BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan

Berdasarkan hasil dan pembahasan yang diperoleh dalam penelitian ini, dapat

disimpulkan hal-hal sebagai berikut :

1. Prosentase nilai reflektan spektral vegetasi cengkeh di atas 50 % bahkan sampai

90 % ada pada band 5 dan terendah di bawah 10 % pada band 2. Pola-pola

reflektan spektral yang dihasilkan ke-6 band Landsat 8 membentuk suatu

rangkaian karakteristik yang khas yang dapat dibedakan dengan vegetasi lain.

2. Nilai NDVI yang diperoleh, yaitu terendah 0,6407186 tertinggi 0,7096774. Hasil

ini menunjukkan bahwa vegetasi cengkeh yang ada di Kabupaten Buleleng, Bali,

kondisinya cukup sehat dan subur dengan kerapatan sedang.

5.2. Saran

Untuk pengembangan penelitian ini pemanfaan citra satelit yang mempunyai resolusi

lebih tinggi perlu dicoba dan menggunakan algoritma indeks vegetasi yang lainnya.

DAFTAR PUSTAKA

Adams, J.B., Gillespie, A.R., 2006. Remote Sensing of Landscape with Spectral Images

– A Physical Modeling Approach. Cambridge University Press. New York.

Barbosa, H.A. Huete, A.R. Baethgen, W.E. 2006. A 20-year study of NDVI variability

over the Northeast Region of Brazil. J Arid Environ 67:288–307.

Barrett, Eric C. , Leonard F. Curtis. 1992. Introduction To Environmental Remote

Sensing. Third Edition: Chapman & Hall

Beeri, O. Phillips, R. Hendrickson, J. et al. 2007. Estimating forage quantity and quality

using aerial hyperspectral imagery for northern mixed-grass prairie. Remote

Sensing Environment 110:216–25.

BPS Kab. Buleleng. 2013. Http://bulelengkab.bps.go.id/bpsbuleleng/Publikasi

/2013/statistikpertanian2012/ Diakses pada tanggal 30 Mei 2014.

Elachi, C., Zyl, V.J. 2006. Introduction to the Physic and Techniques of Remote Sensing.

John Willey & Sons Inc.. New Jersey.

Hielkema, J.U. 1990. Operational Satellite Environmental Monitoring For Food Security

By FAO. The ARTEMIS System. FAO Remote Sensing Centre. Rome. Italy.

Huete, A.R, Glenn, E.P., 2011, Remote Sensing of Ecosystem Structure and Function,

Advance in Environtment Remote Sensing, p. 291. CRC Press. Boca Raton.

Lillesand, T. M. , Raph. W. Keifer. 1997. Remote Sensing and Image Interpretation.

Third Edition. New York : John Wiley and Sons.

Lillesand Thomas M., Kiefer Ralph W., Chipman Jonathan W., (2004), Remote Sensing

and Image Interpretation. John Wiley & Sons (Asia), Singapore.

Mather,P.M. 2004. Computer Processing of RemotelySensed Images An Introduction.

John Willey & Sons Inc. Chichster.

Rees, W. G. 2006. Physical Principles Of Remote Sensing. Second Edition. UK:

Cambridge University Press.p.10-13.

Song, C., Gray, J.M., Gao, F. 2011. Remote Sensing of Vegetation with Landsat Imagery.

CRC Press. Boca Raton.

Yuliara. 2015. Identifikasi Distribusi Cengkeh Menggunakan Data Satelit Landsat 8 Di

Kabupaten Buleleng Bali, Laporan Penelitian Dosen Muda : tidak diterbitkan,

Universitas Udayana. Denpasar.