PENGGUNAAN METODE INSAR DIFERENSIAL UNTUK PEMANTAUAN DEFORMASI ERUPSI GUNUNG MERAPI PADA TAHUN 2010

PENGGUNAAN METODE INSAR DIFERENSIAL UNTUK PEMANTAUAN DEFORMASI ERUPSI GUNUNG MERAPI PADA TAHUN 2010 TUGAS AKHIR atau SKRIPSI Karya ilmiah yang diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar SARJANA TEKNIK Pada Program Studi Teknik Geodesi dan Geomatika

Oleh Herman Maraden 15108091

PROGRAM STUDI TEKNIK GEODESI DAN GEOMATIKA FAKULTAS ILMU DAN TEKNOLOGI KEBUMIAN INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2012

1

LEMBAR PENGESAHAN Tugas Akhir Sarjana

PENGGUNAAN METODE INSAR DIFERENSIAL UNTUK PEMANTAUAN DEFORMASI ERUPSI GUNUNG MERAPI PADA TAHUN 2010

Adalah benar dibuat saya sendiri dan belum pernah dibuat dan diserahkan sebelumnya, baik sebagian ataupun seluruhnya, baik oleh saya ataupun orang lain, baik di ITB maupun di instusi pendidikan lainnya. Bandung, Oktober 2012 Penulis,

Herman Maraden NIM. 15108091

Diperiksa dan disetujui oleh Pembimbing I

Pembimbing II

Dr. Ir. Dina Anggreni Sarsito,M.T

Teguh Purnama Sidiq, S.T, M.T

NIP. 19700512 199512 2 001

NIP. AA132710 Disahkan oleh

Ketua Program Studi Teknik Geodesi dan Geomatika ITB Fakultas Ilum dan Teknologi Kebumian Institut Teknologi Bandung

Dr. Ir. Kosasih Prijatna, M.Sc. NIP. 19600702 198810 1 001 2

PRAKATA Segala puji dan syukur penuliskan ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Kuasa atas segala nikmat dan karunia yang telah diberikan sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. Tugas Akhir ini berjudul “Penggunaan Metode Insar Diferensial Untuk Pemantauan Deformasi Erupsi Gunung Merapi Pada Tahun 2010”. Tugas Akhir ini disusun sebagai salah

satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana pada Program Studi Teknik Geodesi dan Geomatika, Institut Teknologi Bandung. Teknologi InSAR merupakan salah satu teknologi yang dapat digunakan untuk melakukan pemantauan deformasi.

Data yang digunakan pada Tugas Akhir ini adalah data satelit

ALOS-PALSAR dari tahun 2009 hingga 2011 dan juga data titik ketinggian DEM (Digital Elevation Model) berupa DEM Global SRTM 3” serta DEM RBI Badan Informasi Geospasial. Pada Tugas Akhir ini digunakan metoda dual pass differential InSAR yang menggunakan DEM Global SRTM 3” serta DEM yang diturunkan dari interferogram untuk mendapatkan peta deformasi. Peta deformasi ini dapat digunakan untuk menganalisis deformasi yang terjadi pada Gunung Merapi khususnya pada saat erupsi yang terjadi pada tahun 2010. Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu kritik dan saran sangat penulis harapkan untuk perbaikan di masa mendatang. Akhir kata semoga Tugas Akhir ini bermanfaat untuk kita semua. Melalui prakata ini penulis juga ingin menyampaikan ucapan terima kasih kepada : 1. Tuhan Maha Esa yang telah menyertai saya dalam menghadapi segala permasalahan yang ada baik dalam penyusunan Tugas Akhir ini maupun permasalahan lainnya dalam kehidupan. 2. Orang tua serta keluarga yang selalu memberikan dukungan agar saya dapat menyelesaikan berbagai tuntutan hidup yang saya alami termasuk Tugas Akhir ini. 3. Dr. Ir. Dina Anggreni Sarsito, MT., sebagai pembimbing I Tugas Akhir ini yang selalu memberikan bimbingan dan saran untuk memudahkan saya dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.

i

4. Teguh Purnama Sidiq, ST., MT., sebagai pembimbing II Tugas Akhir ini yang telah mengajarkan saya berbagai hal untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini. 5. Dosen wali Wiwin Windupranata yang membimbing saya dalam perkuliahan. 6. Ketua Program Studi Teknik Geodesi dan Geomatika ITB, Dr.Ir.Kosasih Priyatna,M.Sc. 7. Ketua Kelompok Keahlian Geodesi ITB, Prof.Dr.Hasanuddin Z. Abidin, M.Sc. 8. Dosen-dosen penguji yang baik, Pak Irwan Blake, Pak Yayas dan Bu Estu. 9. Dosen-dosen serta staf pengajar Program Studi Teknik Geodesi dan Geomatika ITB. Terima kasih untuk semua ilmu yang telah diberikan. 10. Seluruh staf Tata Usaha Pak Dudung, Pak Dadang, Pak Dudi dan Bu Siti Perpus GD serta Pak Jaja. 11. Indra ST., yang telah banyak sekali memberikan bimbing dan bantuan kepada saya walaupun ditengah kesibukan pekerjaannya. Terima kasih bang. 12. Semua orang yang telah membantu penulis yang tidak bisa dituliskan satu persatu. Terima kasih.

Bandung, Oktober 2012

Penulis

ii

ABSTRAK Gunung Merapi merupakan salah satu gunung api di dunia yang memiliki tingkat kepentingan yang tinggi untuk dilakukan penelitian. Hal ini dikarenakan kedekatan lokasi gunung api tersebut dengan peradaban manusia sehingga dapat membahayakan apabila terjadi erupsi dan sebagainya. Oleh karena itu diperlukan pengamatan aktifitas Gunung Merapi untuk mereduksi bahaya jika terjadi bencana. Pengamatan deformasi ini dapat dilakukan dengan metode Interferometry Synthetic Aperture Radar (InSAR). InSAR merupakan salah satu metode untuk mempelajari deformasi gunung api yang saat ini banyak digunakan. Metode ini menggunakan beda fase antara dua citra satelit SAR sehingga terbentuk interferogram yang memiliki informasi topografi permukaan Bumi, kelengkungan permukaan Bumi, deformasi, gangguan (noise), atmosfer dan orbit. Informasi deformasi diperoleh dengan cara mereduksi semua informasi selain deformasi pada interferogram. DEM Global SRTM 3” digunakan untuk mengeliminasi efek topografi dalam interferogram melalui serangkaian proses diferensial InSAR. Pada penelitian ini, interferogram yang terbentuk dari beberapa pasang data ALOS PALSAR digunakan untuk membentuk DEM dengan resolusi yang lebih baik dari DEM Global SRTM 3”. Data ini kemudian digunakan sebagai pembanding pada proses DInSAR. Hasil perbandingan tersebut menunjukkan bahwa peta deformasi yang didapatkan dengan menggunakan DEM yang diturunkan dari SAR dan DEM Global SRTM 3” menghasilkan pola deformasi yang sama namun memiliki resolusi serta ketelitian yang berbeda. Selain itu juga didapatkan bahwa adanya inflasi yang terjadi pada Gunung Merapi sebelum terjadinya erupsi dan setelah erupsi masih terdapatnya inflasi yang relatif lebih rendah dibandingkan sebelum terjadinya erupsi. Kata kunci : InSAR, Deformasi, DEM, Gunung Api, Merapi

iii

ABSTRACT

Mount Merapi is one of volcano in the world that have high importance to be researched. It is caused by the volcano location adjacent with human civilitation that can be dangerous if the volcano erupt or other activity occure. Therefore mount Merapi observation is needed to reduce hazard caused by disaster. The deformation observation can be done with InSAR (Interferometric Synthetic Aperture Radar) method. InSAR is one of metodes to understanding deformation that used in some volcano deformation research. With this method there is using of fase differential from two SAR satelite image thus make interferogram that has topography of Earth, curvature of Earth, deformation, noise, atmosfer effect and orbit effect information. Deformation informaton can be obtained by reducing all of information in the interferogram except deformation information. Global DEM SRTM 3” is used in this researched to reduce topography efect with some series of DInSAR process. In this research, interferogram made from some pair of ALOS PALSAR to make DEM with better resolution than Global DEM SRTM 3”. This data would be used as comparison in DInSAR process. Result of comparison indicate that deformation map that obtained by using DEM made from SAR and Global DEM SRTM 3” has same deformation pattern but has different resolution and accuracy. Also from this research, there was inflation that occure in Mount Merapi before eruption and after eruption, inflation still ocured on Mount Merapi with lower activity than inflation before eruption. Key word : InSAR, Deformation, DEM, Volcano, Merapi

iv

DAFTAR ISI

PRAKATA .................................................................................................................................................... i ABSTRAK .................................................................................................................................................. iii ABSTRACT .................................................................................................................................................. iv DAFTAR ISI ................................................................................................................................................ v DAFTAR GAMBAR .................................................................................................................................. vii DAFTAR TABEL ....................................................................................................................................... ix BAB 1 PENDAHULUAN ............................................................................................................................ 1 1.1 Latar Belakang .................................................................................................................................... 1 1.2 Tujuan dan Manfaat ............................................................................................................................ 3 1.3 Ruang Lingkup ................................................................................................................................... 3 1.4 Metodologi Penelitian ......................................................................................................................... 3 1.5 Sistematika Penulisan ......................................................................................................................... 5 BAB 2 DASAR TEORI ................................................................................................................................ 6 2.1 Gunung Merapi ................................................................................................................................... 6 2.3 Satelit ALOS PALSAR ..................................................................................................................... 15 2.4 RADAR ............................................................................................................................................ 16 2.4.1 Geometri Pencitraan RADAR .................................................................................................... 19 2.4.2 Resolusi RADAR .......................................................................................................................... 19 2.4.3 Polarisasi .................................................................................................................................... 22 2.4.4 Distorsi RADAR ........................................................................................................................ 23 2.5 SAR (Synthetic Aperture RADAR) ...................................................................................................... 24 2.6 InSAR (Interferometry Synthetic Aperture RADAR) ....................................................................... 25 2.6.1 Multipass InSAR ........................................................................................................................ 27 2.6.2 Koherensi ................................................................................................................................... 28 2.6.3 Keterbatasan Pada InSAR .......................................................................................................... 29 2.5.4 Proses Pembuatan SLC (Single Look Complex) ......................................................................... 32 2.6.5 Proses Pembuatan Interferogram ................................................................................................ 33 v

2.7 Differential InSAR ............................................................................................................................ 35 2.7.1 Dual Pass DInSAR .................................................................................................................... 35 2.7.2 Three Pass DInSAR ................................................................................................................... 36 2.7.3 Four Pass DInSAR .................................................................................................................... 36 BAB 3 PENGOLAHAN DATA ................................................................................................................. 38 3.1 Diagram Alir Pengolahan Data ......................................................................................................... 38 3.2 Data Yang Digunakan ....................................................................................................................... 38 3.2.1 Data untuk pembuatan InSAR .................................................................................................... 38 3.2.2 Data DEM Global SRTM 3” ...................................................................................................... 39 3.2.3 Data Titik Ketinggian DEM RBI Badan Informasi Geospasial .................................................. 40 3.3 Perangkat Lunak GAMMA ............................................................................................................... 41 3.4 Pengolahan Data ............................................................................................................................... 42 3.4.1 Pengolahan Data DEM SRTM 3” Global ................................................................................... 42 3.4.2 Pengolahan Data RAW menjadi SLC ........................................................................................ 43 3.4.3 Pengolahan Data SLC Hingga Menjadi Interferogram serta DEM Simulasi dari Interferogram ............................................................................................................................ 45 3.4.4 Pengolahan Interferogram Hingga Menjadi DEM SAR ............................................................. 51 3.4.4.1 Proses Penghilangan Kelengkungan Bumi .............................................................................. 52 3.4.5 Pengolahan Interferogram Hingga Menjadi Peta Deformasi ...................................................... 55 BAB 4 ANALISIS ...................................................................................................................................... 60 BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN ....................................................................................................... 73 5.1 Kesimpulan ....................................................................................................................................... 73 5.2 Saran ................................................................................................................................................. 74 DAFTAR REFERENSI .............................................................................................................................. 75

vi

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 Lokasi Gunung Merapi serta Beberapa Gunung Api di Indonesia [http://dreamindonesia.files.wordpress.com] ................................................................ 2 Gambar 1.2 Skematik keseluruhan penelitian ....................................................................................... 4 Gambar 2.1 Gunung Merapi [http://www.wikipedia.org]...................................................................... 6 Gambar 2.2 Prinsip Kerja RADAR[http://earth.esa.int] ..................................................................... 16 Gambar 2.3 Pengaruh Panjang Gelombang Terhadap Penetrasi [Lusch, 1999]................................... 17 Gambar 2.4 Geometri Pencitraan RADAR [Lusch, 1999] .................................................................. 19 Gambar 2.5 RADAR Range dan Azimuth Resolution [Lusch, 1999] .................................................. 21 Gambar 2.6 Sinyal Pantul Yang Diterima Oleh RADAR[Warren, 2007] ........................................... 22 Gambar 2.7 Polarisasi [Lusch, 1999] .................................................................................................. 22 Gambar 2.8 Distorsi RADAR [Tomiyama, 2010]............................................................................... 23 Gambar 2.9 Synthetic Antenna [http://www.csr.utexas.edu/projects/rs/whatissar/sar.html] ............... 25 Gambar 2.10Phase Acquisition [Esfahany, 2008] ............................................................................... 26 Gambar 2.11 Interferometry Synthetic Aperture RADAR [Warren, 2007] ......................................... 26 Gambar 2.12 Multipass Interferometry [Indra , 2010] ........................................................................ 28 Gambar 2.13 Dual Pass DInSAR[Sacristán, 2004] ............................................................................ 36 Gambar 2.14 Three Pass DInSAR [Sacristán, 2004] .......................................................................... 37 Gambar 3.1 Proses keseluruhan pengolahan data ............................................................................... 38 Gambar 3.2 DEM Global SRTM 3”.................................................................................................... 40 Gambar 3.3 Titik Ketinggian DEM RBI BIG ..................................................................................... 41 Gambar 3.4 DEM hasi proses geocoding dalam slant range dan telah menjadi interferogram simulasi (kiri : didapatkan dari DEM Global SRTM 3” , kanan : didapatkan dari DEM yang diturunkan dari data SAR) ............................................................................................ 43 Gambar 3.5 Proses pembuatan SLC .................................................................................................... 44 Gambar 3.6 Proses pembuatan interferogram serta data baseline orbit ............................................... 45 Gambar 3.7 SLC dari data RAW 13 Juni 2009 ................................................................................... 46 Gambar 3.8 Gambar interferogram hasil pasangan SLC 20090613 dan 20091029 ............................. 48 Gambar 3.9 Proses pembuatan DEM yang diturunkan dari SAR ........................................................ 51 Gambar 3.10 Hasil masking corelation raster interferogram .............................................................. 52 Gambar 3.11 Interferogram yang telah dihilangkan kelengkungan Bumi (20090613_20091029) ...... 52 Gambar 3.12 Interferogram yang telah dihilangkan kelengkungan Bumi (20100616_20100916) ...... 53

vii

Gambar 3.13 Interferogram yang telah dihilangkan kelengkungan Bumi dan telah difilter dari noise (20090613_20091029) ................................................................................................. 54 Gambar 3.14 Interferogram yang telah di-unwrapping (20100616_20100916) .................................. 54 Gambar 3.15 Proses pembuatan peta deformasi .................................................................................. 56 Gambar 3.16 Peta deformasi hasil dengan menggunakan DEM yang diturunkan dari interferogram . 58 Gambar 3.17 Peta deformasi hasil dengan menggunakan DEM Global SRTM 3” ............................. 59 Gambar 4.1 Interferogram yang dihasilkan dari pasangan 20090126_20090613 memiliki kualitas buruk ............................................................................................................................ 60 Gambar 4.2 Peta deformasi vertikal 20090613_20091029 dengan menggunakan DEM Global SRTM 3” dengan baseline sekitar 43 m ................................................................................... 61 Gambar 4.3 Peta deformasi vertikal 20100129_20100616 dengan menggunakan DEM Global SRTM 3” dengan baseline sekitar -498 m................................................................................ 62 Gambar 4.4 DEM yang diturunkan dari data SAR (kiri atas : 20090613_20091029, kanan atas : 20091029_20091214, kiri bawah : 20090616_20090916 dan kanan bawah : 20090916_20101101) dalam sistem koordinat slant range .......................................... 63 Gambar 4.7 Gambar MLI 13 Juni 2009 Gunung Merapi serta peta deformasi menggunakan DEM Global SRTM 3” pada sebelum terjadinya erupsi......................................................... 66 Gambar 4.8 Gambar MLI 16 September 2010 Gunung Merapi serta peta deformasi menggunakan DEM Global SRTM 3” pada selang saat terjadinya erupsi .......................................... 66 Gambar 4.9 Gambar MLI 1 November 2010 Gunung Merapi serta peta deformasi menggunakan DEM Global SRTM 3” pada saat sesudah terjadinya erupsi .................................................. 67 Gambar 4.10 Gambar MLI 13 Juni 2009 Gunung Merapi serta peta deformasi menggunakan DEM dari interferogram pada sebelum terjadinya erupsi ....................................................... 69 Gambar 4.11 Gambar MLI 16 September 2010 Gunung Merapi serta peta deformasi menggunakan DEM dari interferogram pada selang saat terjadinya erupsi ......................................... 69 Gambar 4.13 Gambar MLI 1 November 2010 Gunung Merapi serta peta deformasi menggunakan DEM dari interferogram pada saat sesudah terjadinya erupsi ....................................... 70 Gambar 4.14 Aktifitas yang terjadi serta pola deformasi berdasarkan hasil pengolahan data SAR..... 71

viii

DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Tabel Informasi Aktivitas Merapi ......................................................................................... 8 Tabel 2.2 Panjang Gelombang dan Frekuensi Masing-Masing Band ................................................. 18 Tabel 3.1 Data-data SAR yang digunakan .......................................................................................... 39 Tabel 3.2 Nilai pencarian korelasi ...................................................................................................... 47 Tabel 3.3 Pasangan SLC serta Baseline Tegak Lurusnya ................................................................... 48

ix