Jurnal Teknika Volume 4 No. 1 Tahun 2012
291
Perancangan Aplikasi Koreksi Geometri pada Data Remote Sensing Tri Budiatma,S.H,S.Kom1), Yuliana Melita2) 1) Jurusan Teknik InformatikaSTT Cahaya Surya Kediri 2) Jurusan Teknik Informatik Sekolah Tinggi Teknik Surabaya
Abstract In the process of identifying changes that occur in an object or phenomenon, there are several steps that must be done first to make the process run smoothly and any changes can be seen very well. The process of identifying the differences found in an object or phenomenon observed in a different tim, is this process called the Change Detection. Own change detection works by comparing two remote sensing imagery results. Remote sensing itself is a science of gathering information about the surface of the Earth without interacting directly. Before comparing the two pieces of the remote sensing image, the image being compared must be ensured a digital image that shows the same object or phenomenon, both in position and scale of measurement between the images to one another. It is intended to facilitate the detection of changes in the image to be compared, therefore, carried out the geometry correction phase. Many methods that can be done in geometry correction, but it required a simple but effective method. One of the methods that can be used in a simple and effective correction of the geometry is based on GCP (Ground Control Point). GCP is the points on an image showing the specific location on the earth's surface. Keywords : remote sensing, change detection, Ground Control Point.
I.Latar Belakang Dalam proses pengidentifikasian perubahan yang terjadi pada suatu objek atau fenomena, terdapat beberapa tahap yang harus dilakukan lebih dulu agar proses tersebut dapat berjalan dengan lancar dan setiap perubahan dapat dilihat dengan baik. Proses inilah yang dinamakan dengan Change Detection. Change detection akan mengidentifikasi perbedaan yang terdapat pada suatu objek atau fenomena yang diamati dalam waktu yang berbeda. Umumnya proses change detection ini diterapkan dalam mendeteksi adanya perubahan-perubahan yang terjadi pada permukaan bumi. Change detection sendiri bekerja dengan cara membandingkan dua buah citra hasil remote sensing. Sebuah citra akan bertindak sebagai citra kunci atau pembanding, sedangkan citra satunya akan bertindak sebagai citra yang dibandingkan. Remote sensing sendiri merupakan sebuah ilmu tentang pengumpulan informasi mengenai permukaan Bumi tanpa berinteraksi secara langsung. Sebelum membandingkan kedua buah citra hasil remote sensing tersebut, citra yang dibandingkan harus dipastikan merupakan citra digital yang menunjukkan objek atau fenomena yang sama, baik secara posisi maupun skala pengukuran antara citra yang satu dengan yang lain. Hal ini ditujukan untuk mempermudah pendeteksian perubahan yang terjadi pada citra yang akan dibandingkan, oleh karena itu dilakukan tahap koreksi geometri. Tahap ini diperlukan dikarenakan beberapa aspek kesalahan yang terjadi pada saat remote sensing. Pada proses pengambilan citra digital pada remote sensing, pengambilan citra digital dapat menggunakan sensor yang dimiliki oleh satelit penginderaan yang selalu berpindah atau pun menggunakan foto udara. Baik pada proses pengambilannya, kamera yang digunakan untuk foto udara atau satelit yang mengorbit di angkasa tidak memiliki lintasan yang pasti, sehingga satelit bisa bergerak secara dinamis, begitu pula dengan pergerakan Bumi yang selalu berotasi. Jauhnya jarak antara permukaan Bumi dan satelit penginderaan, membuat pergeseran sedikit saja karena adanya
ISSN No. 2085 - 0859
pergerakkan satelit penginderaan dan juga pergerakan Bumi, menjadi hal yang sangat sensitif dikarenakan bisa menimbulkan perbedaan citra dalam segi geometris (pergeseran, rotasi maupun skala) yang sangat besar. Hal ini mengakibatkan hasil citra remote sensing tidak akan pernah sama persis satu sama lain, terutama dalam segi geometri. Oleh karena itu, diperlukan perbaikan atau koreksi pada segi geometri pada citra digital tersebut. II. Kajian Pustaka A. Remote Sensing Remote Sensing merupakan ilmu pengetahuan dalam memperoleh informasi mengenai permukaan Bumi tanpa harus melakukan kontak secara langsung. Hal ini dilakukan dengan merasakan dan menyimpan pantulan energi, memproses, menganalisis dan menerapkan informasi yang didapat.
Gambar 1 Ilustrasi Komponen dalam Remote Sensing
Biasanya beberapa remote sensing, proses di dalamnya melibatkan sebuah interaksi antara radiasi yang tidak disengaja dan target yang dituju atau dimaksud. Seperti dapat dilihat pada gambar 5, terdapat tujuh komponen dalam yang mendukung remote sensing, yaitu:
Jurnal Teknika Volume 4 No. 1 Tahun 2012
292
1. Sumber Energi atau Iluminasi (A) Sumber energi atau iluminasi merupakan kebutuhan yang pertama dalam remote sensing, harus ada sebuah sumber energi yang mengiluminasi atau menyediakan energi elektromagnetik terhadap target yang dituju. Pada gambar 5 sumber energi diwakilkan oleh sumber energi yang dihasilkan oleh matahari. Bentuk energi ini akan berbentuk radiasi elektromagnetik, dimana energy ini akan berpindah dengan kecepatan cahaya. 2. Radiasi dan Atmosfer (B) Energi akan berpindah dari sumber energi menuju target atau objek, dan akan melakukan kontak dan berinteraksi dengan atmosfer yang dilewatinya.Interaksi ini juga akan terjadi setelah beberapa detik setelah energi berpindah kembali dari target menuju sensor yang ada. 3. Interaksi dengan Target (C) Setelah energi bergerak menuju target melewati atmosfer, energi tersebut akan berinteraksi dengan target, tergantung pada apa saja yang terdapat pada target dan radiasi. Seperti panjang gelombang dan frekuensi. 4. Menyimpan Energi dengan Sensor (D) Setelah energi terpecah atau diterima oleh target,dibutuhkan sensor (tidak melakukan kontak langsung dengan target) untuk menyimpan radiasi elektronik yang telah terjadi. 5. Transmission, Reception, dan Processing (E) Energi yang telah disimpan oleh sensor harus ditransmisikan ke tempat penerimaan dan pemrosesan dimana data akan diproses menjadi sebuah citra baik fisik maupun digital. 6. Interpretasi dan Analisis (F) Citra yang telah diproses akan diinterpretasikan, secara visual secara digital atu elektronik, untuk mendapatkan informasi mengenai target yang telah diiluminasi. 7. Aplikasi (G) Elemen terakhir dalam proses remote sensing dapat diperoleh ketika informasi dari citra yang telah didapat dari target, telah diaplikasikan untuk lebih mengerti target tersebut, menguak informasi baru mengenai target, atau mendukung pemecahan masalah tertentu. Pada dasarnya remote sensing mengandalkan proses radiasi yang terjadi. Radiasi yang tidak diserap atau terpecah di atmosfer akan mencapai permukaan Bumi. Ada tiga bentuk interaksi ketika energi bersentuhan dengan permukaan Bumi atau objek tertentu. Pertama adalah absorbsi (A) atau penyerapan, pada proses ini energi akan berinteraksi dengan objek dalam bentuk penyerapan. Kedua adalah transmisi (T), dalam interaksi ini energi akan melewati atau menembus objek. Terakhir adalah energi akan dipantulkan baik secara teratur maupun tidak beraturan, innilah yang disebut reflected (R). Ketika energi datang (I) dan berinteraksi dengan objek tertentu, maka ketiga interaksi ini dapat berlangsung, seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.
ISSN No. 2085 - 0859
Gambar 2. Interaksi Pada Saat Radiasi B. Change Detection Change Detection merupakan proses pengidentifikasian perbedaan-perbedaan pada sebuah objek atau fenomena dengan melakukan observasi dalam waktu yang berbeda. Pada dasarnya, change detection merupakan salah satu aplikasi yang menggunakan data atau informasi yang didapatkan dari hasil remote sensing. Dikarenakan change detection bergantung pada data remote sensing, maka change detection dipengaruhi oleh beberapa faktor yang tidak jauh berbeda dengan remote sensing, diantaranya adalah perbedaan keadaan atmosfer, perbedaan sudut pencahayaan matahari, dan perbedaan keadaan tanah. Change detection sendiri dapat diaplikasikan dalam beberapa hal, seperti pengecekan kepadatan penduduk, pemantauan pencairan salju, pengamatan perubahan suhu yang terjadi, maupun analisa perubahan. Change detection akan mendeteksi setiap perubahan yang terjadi dengan membandingkan objek atau fenomena dalam waktu yang berbeda. Change detection memiliki bagian tersendiri yang bernama change detector. Bagian ini akan membandingkan dua buah citra yang menunjukkan objek yang sama dalam waktu yang berbeda, kemudian akan menampilkan perubahan-perubahan yang terjadi dan lokasi dari perubahan tersebut. B. Koreksi geometri Koreksi geometri merupakan salah satu sistem pendukung dalam change detection, dimana sistem ini akan mengkoreksi segi geometri dari sebuah citra digital. Seperti yang dikatakan sebelumnya bahwa sebelum membandingkan kedua buah citra, terlebih dahulu segi geomteri kedua buah citra harus dipastikan sama, sehingga change detection dapat dilakukan. Walaupun kedua citra merupakan presentasi dari objek atau fenomena yang sama, namun dibutuhkan kesesuaian dalam segi geometri. Hal ini bertujuan agar setiap pixel dari masing-masing citra dapat menunjukkan lokasi yang sama, sehingga pendeteksian dapat dilakukan lebih detil dan tepat. Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya bahwa, hasil remote sensing menggunakan satelit yang selalu berpindah, mengakibatkan hasil citra remote sensing tidak akan pernah sama persis satu sama lain. Hal ini ditimbulkan karena sedikit saja pergeseran pada proses pengambilan citra, merupakan hal yang sangat sensitif, dikarenakan mampu menimbulkan pergeseran yang relatif besar. Pada gambar 3 yang merupakan bagian dari citra digital hasil remote sensing tahun 2000 dan gambar 4 yang merupakan bagian dari citra digital hasil remote sensing tahun 2001,
Jurnal Teknika Volume 4 No. 1 Tahun 2012
293
kedua citra tersebut menunjukkan objek yang sama, namun dalam kurun waktu yang berbeda. Pada masing-masing citra, telah dimasukkan GCP, setiap GCP merepresentasikan objek yang sama pada kedua citra digital tersebut, dan dapat dilihat bahwa terjadi perubahan letak GCP pada kedua citra digital tersebut. b.
berpengaruhpada sensor yang terutama pada satelit dengan resolusi yang rendah seperti NOAA-AVHRR dan GMS, sedangkan satelit yang memiliki resolusi tinggi seperti Landsat MSS, TM, SPOT, dan ERS1 bebas dari distorsi ini, hal ini dikarenakan tingginya orbit, oleh karena itu daya tangkap cukup luas sehingga hamper tidak terjadi pergeseran letak oleh relief permukaan. Abrasi sub-sistem optik Hal ini terjadi dikarenakan kemiringan cermin scan, sehingga cakupan yang dapat di-scan tidak tegak lurus, sehingga mengakibatkan perubahan skala kearah ordinaat dan cakupan berbentuk agak miring seperti yang ditunjukkan pada gambar 5 di mana cakupan tidak lurus diakibatkan kemiringan cermin.
Gambar 3 Contoh hasil remote sensing tahun 2000
Gambar 5 Contoh abrasi sub-sistem optic c.
Kesalahan akibat scanning system tidak linier
Dikarenakan kecepatan scanning berubah mengakibatkan pergeseran pada lokasi setiap pixel. 2. Gambar 4 Contoh hasil remote sensing tahun 2001 J.
Tujuan Koreksi Geometri
Koreksi geometri sendiri memiliki tujuan: 1. Rektifikasi (pembetulan) atau restorasi pemulihan) citra agar kordinat citra sesuai dengan kordinat geografi. 2. Registrasi (mencocokkan) posisi citra dengan citra lain atau mentransformasikan sistem kordinat citra multispektral atau multitemporal. 3. Registrasi citra ke peta atau transformasi sistem kordinat citra ke peta, yang menghasilkan citra dengan sistem proyeksi.
K. Sumber Kesalahan Pada Koreksi Geometri Berikut adalah beberapa hal yang menyebabkan kesalahan pada koreksi geometri: 1. Kesalahan Internal Kesalahan internal terjadi pada koreksi geometri, namun biasanya kesalahan tersebut telah ditangani. Biasanya kesalahan internal terjadi dikarenakan oleh konfigurasi sensor, di antaranya adalah: a. Pembelokan arah penyinaran Kesalahan ini akan mengakibatkan distorsi panoramik. Distorsi panoramik akan terjadi ketika cermin scan melakukan scanning. Besarnya sudut pengamatan satelit pada proses scanning mengakibatkan perubahan luas cakupan objek atau fenomena. Hal ini sangat
ISSN No. 2085 - 0859
Kesalahan Eksternal
Kesalahan eksternal berfokus pada perubahan pergerakan dari satelit. Pergerakan satelit akan menyebabkan perubahan cakupan dan perubahan luas. Apabila satelit bergerak atau mengalami perubahan ketinggian, maka daerah cakupan mengalami perubahan luas, yang mengakibatkan perubahan skala pada arah orbit sehingga cakupan citra berbentuk empat persegi panjang lebih lebar atau lebih sempit. Ketinggian orbit satelit yang tidak konstan mengakibatkan terjadi perubahan skala pada arah scan sehingga cakupan tersebut berbentuk trapesium. Selain itu, apabila satelit mengalami rotasi, maka citra yang akan didapat akan mengalami perubahan juga. L.
Transformasi Affine
Metode transformasi Affine, merupakan penggabungan proses-proses dasar seperti translasi, rotasi dan penskalaan ke dalam satu proses untuk mendapatkan citra output yang diinginkan. Rumus perhitungan transformasi Affine dapat menggambarkan hubungan antara ketiga proses tersebut. Secara matematis rumus transformasi Affine secara umum adalah sebagai berikut:
(1)
Jurnal Teknika Volume 4 No. 1 Tahun 2012
294
Untuk menggambarkan proses rotasi maka nilai A dan B dapat diganti dengan:
(2)
(9)
Proses penskalaan didapat dengan mengganti nilai A dan B dengan nilai sebagai berikut:
(3) (10)
(11) Dengan melakukan substitusi nilai A (10) dan B (11), maka didapatkan rumus pengganti untuk proses penskalaan adalah sebagai berikut:
(12) Atau: Gambar 6. Contoh rotasi pada Transformasi Affine Dengan melakukan substitusi nilai A (2) dan B (3), maka didapatkan rumus pengganti untuk proses-proses rotasi adalah sebagai berikut:
(13) Rumus di atas menggambarkan sebuah proses linier rotasi, translasi, dan penskalaan dalam satu buah proses.
(4)
(5)
Proses translasi dapat digambarkan dengan mengganti nilai A dan B dengan:
(6)
(7) Dengan melakukan substitusi nilai A (6) dan B (7), maka didapatkan rumus pengganti untuk proses translasi adalah sebagai berikut:
(8) Atau:
ISSN No. 2085 - 0859
III. Metode Penelitian 1. Rancangan Sistem Sistem yang dirancang merupakan aplikasi berbasis multimedia yang digunakan untuk melakukan perbaikan geometris terhadap sebuah citra atau image digital berdasarkan Ground Control Point, perbaikan geometris ini juga bertujuan untuk menghasilkan citra digital yang sesuai, sehingga perbedaan-perbedaan yang ada dapat terdeteksi dengan lebih efisien. Misalnya terdapat dua buah citra digital yang menggambarkan objek yang sama, akan tetapi citra tersebut tidak persis sama dalam segi geometris, baik ukuran, sudut maupun koordinat. Dikarenakan perbedaanperbedaan geometris tersebut seringkali citra digital tersebut akan dikenali sebagai citra yang berbeda, oleh sebab itu perlu dilakukan perbaikan. Bentuk konkrit dari permasalahan ini adalah pada saat melakukan proses Change Detection. Bentuk permukaan Bumi cenderung mengalami perubahan dari waktu ke waktu, oleh karena itu dalam beberapa peridode tertentu perlu dilakukan pengamatan terhadap perubahan-perubahan yang terjadi. Dalam pengamatannya dengan menggunakan teknik remote sensing, citra digital yang didapatkan tidak persis sama walaupun mengambil citra dari objek yang sama. Hal ini dikarenakan beberapa hal, di antaranya adalah pengambilan citra permukaan Bumi menggunakan satelit luar angkasa, satelit akan terus bergerak, dengan kata lain, pengambilan citra dilakukan secara dinamis sehingga walaupun mengambil citra dari objek yang sama, dapat saja terdapat perbedaan pada citra yang diambil. Berikutnya adalah kesalahan yang disebabkan dari segi geografis Bumi sendiri.
Jurnal Teknika Volume 4 No. 1 Tahun 2012
295
Seperti yang sudah dikatakan sebelumnya, Bumi cenderung mengalami perubahan dari masa ke masa, jadi akan ada perubahan yang terjadi, contohnya adalah citra permukaan kota Jakarta tahun 2000 tidak persis sama dengan citra permukaan kota Jakarta tahun 2010 dikarenakan adanya pergeseran-pergeseran secara geografis.
Dalam perancangan ini, aplikasi akan dibuat dengan menggunakan bahasa pemrograman Microsoft Visual Studio 2008. Sebelum itu, ada beberapa teori yang perlu untuk diketahui terlebih dahulu, seperti remote sensing, change detection, koreksi geometri, metode transformasi affine dan juga metode root mean square error.
Selain itu terdapat kesulitan yang dihadapi dalam remote sensing yang akan mengakibatkan pergeseran atau kesalahan-kesalahan lain yang mengakibatkan perubahan terhadap citra digital yang akan diambil, yaitu fenomenafenomena yang dihadapi ketika energi yang disalurkan melalui atmosfer dan melakukan interaksi dengan atmosfer. Ketika berinteraksi dengan atmosfer, energi akan terpecah dan diserap oleh atmosfer. Energi akan terpecah bila terdapat partikel atau gas molekul dalam ukuran besar terdapat di dalam atmosfer, sehingga energi akan mengalami perubahan arah, seperti yang ditunjukkan pada gambar 3. Atmosfer juga akan menyerap energi dengan panjang gelombang tertentu, seperti yang ditunjukkan pada gambar 4. Kedua hal inilah yang dapat menyebabkan pergeseran dan perubahan pencitraan.
IV. Hasil dan Pembahasan Pengukuran Kesalahan Citra Hasil Koreksi Hasil pengkoreksian yang dilakukan dalam aplikasi ini memiliki perbedaan, Oleh karena itu diperlukan pengukuran kesalahan pada citra output hasil koreksi yang telah dilakukan. Kesalahan atau error pada aplikasi ini merupakan tingkat kesalahan yang terdapat pada citra output hasil dari perbaikan atau koreksi yang telah dilakukan terhadap citra kunci. Dalam hal ini citra kunci merupakan citra digital yang telah mengalami koreksi geometri sebelumnya. Tingkat pengukuran kesalahan akan didasarkan pada perbedaan koordinat atau besar jarak yang terbentuk antara koordinat GCP pada citra kunci dengan GCP yang sama yang terdapat pada citra output hasil koreksi. Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya, satu GCP akan menempati satu pixel pada citra digital. Penentuan GCP akan didasarkan pada lokasi bujur dan lintang pada citra, yang merupakan informasi tambahan pada tipe citra digital GeoTIFF. Seperti yang terdapat pada matriks pada gambar 8 dan gambar 9 : 134
134
135
135
137
134
135
136
136
137
134
136
137
136
135
135
136
136
136
135
135
135
136
136
137
Gambar 8. Contoh Matriks Pixel pada Citra Kunci Gambar 6. Ilustrasi Pemecahan Energi Sumber: Natural Resources of Canada. Fundamental of Remote Sensing, (Ontario: Canada Centre of Remote Sensing), h. 12.
133
134
134
135
135
133
134
135
136
136
133
134
136
137
136
133
135
136
136
136
1333
135
135
136
136
Gambar 9. Contoh Matriks Pixel pada citra output Pada citra kunci, GCP terletak pada koordinat (3,3), sedangkan pada citra output hasil koreksi terdapat pergeseran, sehingga koordinat GCP berpindah menjadi (4,3). Maka untuk menghitung tingkat kesalahan yang ada, maka perlu dihitung besar jarak antar kedua koordinat GCP yang ada pada citra kunci dan citra output. Penghitungan besar jarak sendiri akan menggunakan formula: (14) = Koordinat GCP citra hasil koreksi pada sumbu x Gambar 7. Ilustrasi Penyerapan Energi Sumber: Natural Resources of Canada. Fundamental of Remote Sensing, (Ontario: Canada Centre of Remote Sensing), h. 14.
ISSN No. 2085 - 0859
= Koordinat GCP citra kunci pada sumbu x = Koordinat GCP citra hasil koreksi pada sumbu y = Koordinat GCP citra kunci pada sumbu y
Jurnal Teknika Volume 4 No. 1 Tahun 2012
Berdasarkan contoh tersebut, maka didapatkan nilai d sebesar:
Setelah mendapatkan besar perbedaan jarak, maka digunakan salah satu metode untuk mendapatkan nilai error atau tingkat kesalahan rata-rata yang dimiliki oleh citra output. Metode yang digunakan dalam perhitungan tingkat kesalahan pada aplikasi adalah metode root mean squared error. Adapun bentuk dasar dari metode Root Mean Squared Error yang diterapkan pada program ini adalah:
(15) N = Banyaknya GCP pada citra digital = Besar jarak antara koordinat GCP pada citra kunci dan citra hasil koreksi
V. Penutup A. Kesimpulan Kesimpulan yang dapat diambil dari pembuatan program sistem pakar ini adalah : a. Program ini dapat memberikan informasi dan teori dasar yang cukup lengkap mengenai koreksi geometri pada data remote sensing. b. Penggunaan metode GCP telah terbukti mampu dan dapat digunakan dalam proses koreksi geometri pada citra digital hasil remote sensing. c. Program ini menggunakan metode yang sederhana dan terbukti efektik dalam melakukan koreksi geometri, sehingga proses akan berlangsung lebih cepat dan efektif. Program ini dapat dijadikan bantuan dasar untuk melakukan koreksi geometri secara sederhana. B. Saran Saran yang dapat diberikan untuk perancangan Aplikasi Koreksi Geometri pada Data Remote Sensing ini adalah : a. Proses input GCP dapat dibuat lebih mudah, sehingga masalah dalam presisi input dapat dikurangi. b. Jumlah citra yang dapat dikoreski dapat ditambah dalam setiap prosesnya. DAFTAR PUSTAKA Alhamlan, S. Ground Control Points Specifications. Newcastle: School of Civil Engineering and Geosciences, 2000. AUG Signals. Change Detections. Toronto: AUG Signals, 1997 . Earth Resource Observation and Science Center. glovis.usgs.gov/L72122064_06420000914_B80.T IFF. Oklahoma: U.S. Geological Survey, 2010 Earth
Resource Observation and Science Center. glovis.usgs.gov/L72122064_06420010715_B80.T IFF. Oklahoma: U.S. Geological Survey, 2010.
ISSN No. 2085 - 0859
296
Natural Resources of Canada. Fundamental of Remote Sensing. Ontario: Canada Centre of Remote Sensing, 1999. Singh, Ashbindu. Digital change detection techniques using remotely-sensed data, New Delhi: Indian Forest Service, 1989. Sukarno, Mohamad. Sistem Cepat dan Mudah Menguasai VISUAL BASIC .NET. Jakarta: Kaka Media Press, 2006. Parr, Douglass Bell. Visual Basic.Net for Student. Upper Saddle River: Pearson Addison Wesley.2002. Putra, Darma. Pengolahan Citra Digital. Yogyakarta: Penerbit ANDI, 2010. Universitas Indonesia. Koreksi Geometri. (Depok: Universitas Indonesia, 2001
