KATA PENGANTAR Buku berjudul Konsep Dasar dan Praktek Penginderaan Jauh
memaparkan tentang
teori dan konsep fundamental tentang “Penginderaan Jauh” atau “Remote Sensing”. Draft buku ini dikumpulkan, dikompilasi dan diedit halaman demi halaman sejak tahun 2008 dan baru kelihatan secara komprehensif akhir Maret 2013. Penulisan buku ini bertujuan untuk memberikan bekal pengetahuan teoritis tentang Penginderaan jauh
bagi masyarakat di Indonesia, utamanya bagi mahasiswa S1 dari semua
bidang ilmu yang menggunakan teknologi atau teknik penginderaan jauh. Remote sensing merupakan teknologi/teknik untuk mengukur atau mendapatkan informasi tentang suatu objek/fitur/benda di permukaan bumi tanpa kontak langsung dengan objek yang diukur. Teknologi ini sangat bermanfaat untuk mempelajari dan menyelesaikan berbagai permasalahan keseharian kita di berbagai bidang kehidupan. Teknologi RS sangat cepat berkembang dan well
proven baik di kalangan akademik, goverment, swasta dan stakeholder pada umumnya. Tidak semua konsep terkait dengan RS tercantum dalam buku ini. Buku ini hanya memuat beberapa konsep teoritis, yang menurut penulis sangat mendasar untuk dipahami sebelum kita terjun lebih dalam ke domain Penginderaan Jauh. Konsep tersebut dirangkum ke dalam sembilan (9) bab. Buku ini juga dilengkapi dengan: tutorial dan sampel data citra yang dapat dipraktekan menggunakan perangkat lunak RS. Tutorial pengolahan citra juga dapat dilakukan menggunakan software lain baik open source maupun komersial yang banyak tersedia di internet/pasaran. Penyertaan tutorial dan sampel data semata-mata bertujuan agar pembaca dapat mempraktekan pengetahuan teoritis-nya secara langsung. Semoga tutorial ini bermanfaat bagi banyak pihak. Kritik dan saran tetap kami perlukan untuk perbaikan tutorial ini. Jember, 14 April 2013
DAFTAR ISI KATA PENGANTAR
1
DAFTAR ISI
2
PENDAHULUAN
8
BAGIAN 1:
12
KONSEP DASAR PENGINDERAAN JAUH
12
BAB 1 14 DEFINISI, PLATFORM DAN PROSES PENGINDERAAN JAUH
14
1.1 DEFINISI PENGINDERAAN JAUH
14
1.2 PLATFORM PENGINDERAAN JAUH
14
1.2.1 PLATFORM DI ATAS PERMUKAAN TANAH
15
1.2.2 PLATFORM PESAWAT UDARA
15
1.2.3 PLATFORM SATELIT
17
1.3 PROSES PENGINDERAAN JAUH
19
1.4
TRANSMISI DATA
20
1.5
PENGOLAHAN DATA
21
1.6
MANFAAT DAN KETERBATASAN
22
1.6.1 MANFAAT
22
1.6.2 KETERBATASAN
25
1.7
RINGKASAN
25
1.8
PERTANYAAN & UMPAN BALIK
26
1.8.1 BAGIAN A
26
1.8.2 BAGIAN B
26
BAB 2 28 RADIASI GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK
28
2.1 ENERGI ELEKTROMAGNETIK
28
2.1.1 DEFINISI ENERGI
28
2.1.2 PEMINDAHAN ATAU PERAMBATAN ENERGI ?
28
2.1.3 ENERGI RADIASI ELEKTROMAGNETIK
30
2.2 TEORI GELOMBANG
31
2.2.1 BLACKBODY RADIATION CURVES
31
2.2.2 STEPHEN BOLTZMANN LAW
33
2.2.3 WEIN’S DISPLACEMENT LAW
33
2.3 KARAKTERISTIK GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK
34
2.3.1 PANJANG GELOMBANG
35 Hal |2
2.3.2 FREKUENSI
36
2.3.3
37
AMPLITUDO
2.4 TEORI PARTIKEL
37
2.4.1 TEORI QUANTUM TENTANG PHOTON
37
2.4.2 PLANCK RADIATION LAW
40
2.4.3 ENERGI QUANTUM (PHOTONS)
41
2.5
RINGKASAN
44
2.6
PERTANYAAN & UMPAN BALIK
45
2.6.1 TYPE C
45
Petunjuk: Jawab dengan singkat, jelas dan tepat
45
BAB 3 47 DIMENSI DAN SATUAN
47
3.1 DIMENSI DAN SATUAN
47
3.1.1 SATUAN FISIK
47
3.1.2 SATUAN RADIOMETRIK
50
3.2 SUMBER RADIASI ELEKTROMAGNETIK
54
3.2.1 NATURAL ELECTROMAGNETIC ENERGY
55
3.2.2 RADIASI ELEKTROMAGNETIK BUATAN
57
3.3
RINGKASAN
58
3.4
PERTANYAAN & UMPAN BALIK
59
BAB 4 61 INTERAKSI DAN KARAKTERISTIK SPEKTRUM ELEKTROMAGNETIK
61
4.1 MEKANISME INTERAKSI
61
4.2
62
INTERAKSI RADIASI – ATMOSFER
4.1.2 PEMBELOKAN ARAH
62
4.1.3 PEMBELOKKAN DAN PENYERAPAN
63
4.1.4 PEMBELOKKAN (SCATTERING)
63
4.1.5 PENYERAPAN (ABSORPTION)
65
4.2 INTERAKSI RADIASI - TARGET
66
4.3 KLASIFIKASI SPEKTRUM GE
69
4.4 SPEKTRUM SINAR ULTRAVIOLET (UV)
72
4.5
SPEKTRUM CAHAYA TAMPAK
73
4.6
SPEKTRUM INFRAMERAH
74
4.7
SPEKTRUM GELOMBANG MIKRO
75
4.8
SPEKTRUM GELOMBANG RADIO
76
4.9 RINGKASAN
77
4.10
78
H a l |3
PERTANYAAN & UMPAN BALIK
4.10.1 TYPE A
78
Petunjuk: Pilih Jawaban yang paling benar
78
4.10.2 TYPE B
79
PETUNJUK: PILIH SEMUA JAWABAN YANG PALING BENAR
79
4.10.2 TYPE B
79
Petunjuk: Jawab dengan singkat, jelas dan tepat
79
BAB 5 81 KONSEP CITRA DIGITAL
81
5.1 PHOTOGRAPHIC VS DIGITAL IMAGE
81
5.1.1 FILM FOTOGRAFI
81
5.1.2 GAMBAR DIGITAL
82
5.2 PHOTO-ELECTRICAL IMAGING
83
5.3
84
SINYAL ANALOG VS DIGITAL
5.3.1 SINYAL ANALOG
84
5.3.2 SINYAL DIGITAL
85
5.4
86
KUANTIFIKASI SINYAL ANALOG KE DIGITAL
5.5 PIXEL DAN TERMINOLOGI CITRA DIGITAL
91
5.6 FORMAT CITRA DIGITAL
93
5.6.1 BAND INTERLEAVED BY LINE FORMAT (BIL)
93
5.6.2 BAND INTERLEAVED BY PIXEL (BIP)
95
5.6.3
97
BAND SEQUENTIAL FORMAT (BSQ)
5.7 AUXILIARY DATA
99
5.8 KALIBRASI DAN VALIDASI
100
5.9 JENIS PRODUK CITRA SATELIT
101
5.10
RINGKASAN
103
5.11
PERTANYAAN DAN UMPAN BALIK
104
5.11.1 TYPE B
104
PETUNJUK: PILIH SEMUA JAWABAN YANG PALING BENAR
104
5.11.2 TYPE B
105
Petunjuk: Jawab dengan singkat, jelas dan tepat
105
BAB 6 107 KETELITIAN & KARAKTERISTIK CITRA
107
6.1 KETELITIAN SPASIAL
107
6.2 KETELITIAN SPEKTRAL
115
6.2.1 RESPON SPEKTRAL OBJEK
115
6.2.2 KARAKTERISTIK SPEKTRAL SUATU SENSOR
118
6.3 KETELITIAN RADIOMETRIK
129
Hal |4
6.4 KETELITIAN TEMPORAL
130
6.5 RINGKASAN
133
6.6 PERTANYAAN & UMPAN BALIK
134
6.6.1 TYPE B
134
PETUNJUK: PILIH SEMUA JAWABAN YANG PALING BENAR
134
6.6.2 TYPE B
135
Petunjuk: Jawab dengan singkat, jelas dan tepat
135
BAB 7 137 KARAKTERISTIK SENSOR
137
7.1 ORBIT AND SWATH
137
7.2
140
SENSOR PASIF DAN AKTIF
7.3 METODE PENGINDERAAN JAUH
141
7.3.1 RADIOMETER
141
7.3.2 IMAGING RADIOMETER
141
7.3.3 SPECTROMETER
142
7.3.4 SPECTRO-RADIOMETER
142
7.3.5 RADAR
142
7.3.6 SCATTEROMETER
142
7.3.7 LIDAR (LIGHT DETECTION AND RANGING)
142
7.3.8 LASER ALTIMETER
143
7.4
TRUE DAN FALSE COLOUR
143
7.5
FOTOGRAFI OBLIQUE VS VERTIKAL
145
7.6 GEOMETRIC DISTORTION IN IMAGERY
148
7.7 RINGKASAN
149
7.8 PERTANYAAN DAN UMPAN BALIK
151
7.8.1 SOAL TYPE A
151
PETUNJUK: PILIH JAWABAN YANG PALING BENAR
151
BAB 8 153 PRINSIP METODOLOGI
153
8.1 PERUMUSAN MASALAH
154
8.2 IDENTIFIKASI DATA YANG DIBUTUHKAN
155
8.2.1 PENGUKURAN LAPANG
155
8.2.2 DATA KOLATERAL
155
8.2.3 DATA PENGINDERAAN JAUH
156
a.
Variabel bio-fisik
156
b.
Variabel Hybrid
159
c.
Inventarisasi Data RS
160
H a l |5
8.3 PRINSIP ANALISA DATA RS
163
8.3.1 PENGOLAHAN CITRA SECARA ANALOG (VISUAL)
164
8.3.2 PENGOLAHAN CITRA SECARA DIGITAL
165
8.4 PRESENTASI INFORMASI
166
8.5 RINGKASAN
166
8.6 PERTANYAAN UMPAN BALIK
167
8.6.1 TYPE B
167
PETUNJUK: PILIH SEMUA JAWABAN YANG PALING BENAR
167
8.6.2 TYPE C
168
Petunjuk: Jelaskan dengan Uraian dan Contoh
168
BAB 9 170 ELEMEN INTERPRETASI CITRA
170
9.1 MENGAPA MENGGUNAKAN REMOTE SENSING?
170
9.1.1 PERSPEKTIF LUASAN/KEWILAYAHAN
170
9.1.2 KARAKTERISASI OBJEK DI PERMUKAAN BUMI
173
9.1.3 INTERPRETASI TIGA (3) DIMENSI
174
9.1.4 MELIHAT DILUAR PENGLIHATAN “MATA”
174
9.1.5 MEREKAM PERUBAHAN (CHANGE DETECTION)
175
9.2 ELEMEN INTERPRETASI CITRA
175
9.2.1 HIRARKI
176
9.2.2 LOKASI (X,Y)
178
9.2.3 TONE DAN WARNA
179
9.2.4 UKURAN (SIZE)
180
9.2.5 BENTUK (SHAPE)
181
9.2.6 TEKSTUR (TEXTURE)
181
9.2.7 PATTERN (POLA)
182
9.2.8 SHADOW
183
9.2.9 HEIGHT & DEPTH
184
9.2.10 SITE, SITUATASI, ASOSIASI (ASSOCIATION)
184
9.3
185
METODOLOGI INTERPRETASI
9.3.1 PENGGUNAAN INFORMASI PELENGKAP
185
9.3.2 MENGGUNAKAN PENGETAHUAN DAN PENGALAMAN YANG ADA
185
9.3.3 PENGGUNAAN MULTI-CONCEPT
185
9.4 RINGKASAN
187
9.5 PERTANYAAN UMPAN BALIK
188
9.5.1 TYPE B
188
PETUNJUK: PILIH SEMUA JAWABAN YANG PALING BENAR
188
Hal |6
9.5.2 TYPE C
189
Petunjuk: Jelaskan dengan Uraian dan Contoh
189
DAFTAR PUSTAKA
191
A.
TEXBOOK DAN MANUAL :
191
B.
JURNAL ILMIAH TERKAIT:
200
C. WEBSITE
200
BAGIAN II:
201
PRAKTEK PENGINDERAAN JAUH
201
BAB 11. MENGENAL ENVI
203
11.1
203
FITUR UTAMA
11.2 INSTALASI
204
11.2.1 KEBUTUHAN HARDWARE DAN SOFTWARE
204
11.2.2 PROSES INSTALASI ENVI 4.8
205
BAB 12. BEKERJA DENGAN ENVI
214
12.1
FORMAT DATA YANG DIDUKUNG ENVI
214
12.2
MENAMPILKAN DATA SATELIT
215
12.3 MENAMPILKAN DATA VEKTOR
219
12.4 OVERLAY DATA SATELIT DAN VEKTOR
221
BAB 13. MOSAICKING
226
13.1 MOSAICKING
226
13.2 PROSEDUR MOZAICKING
226
BAB 14. KOREKSI GEOMETRIK
234
14.1
234
KOREKSI GEOMETRIK
14.2 PROSEDUR KOREKSI GEOMETRIS
234
BAB 15. DATA MULTI BAND
247
15.1
247
DATA MULTI BAND
15.2 MEMBUAT DATA MULTI-BAND
247
BAB 16. KLASIFIKASI DATA SATELIT
252
16.1 KLASIFIKASI DATA SATELIT
252
16.2
252
KLASIFIKASI TIDAK TERBIMBING
16.3 KLASIFIKASI TERBIMBING
256
16.3.1 MEMBUAT ROI
256
16.3.2 PROSES KLASIFIKASI
260
16.4 KONVERSI DATA KE FORMAT VEKTOR
263
H a l |7
PENDAHULUAN Teknologi Penginderaan Jauh (atau remote sensing) merupakan teknologi yang sangat cepat berkembang. Teknik/Teknologi Remote Sensing sebagai suatu Tool sudah banyak dipakai pada hampir semua bidang kehidupan. Umumnya, penerapan Remote Sensing diintegrasikan dengan aplikasi Sistem Informasi Geografis (SIG). A. Tujuan Penulisan Buku : Buku ini ditulis dengan tujuan untuk memberikan pengantar atau bekal teori tentang Penginderaan Jauh dan tutorial tentang dasar-dasar pengolahan Citra Satelit. B. Khalayak Sasaran : 1. Mahasiswa Program Sarjana Sasaran utama pembaca adalah mahasiswa program S-1 di seluruh Indonesia. Program studi atau bidang ilmu yang dapat menggunakan remote sensing antara lain: PS Teknik Pertanian, Agro-teknologi, Sosial Ekonomi/Agribisnis, Teknologi Industri Pertanian, Teknik Sipil, Geodesi, Geologi, Planologi, Hidrologi, Geografi, MIPA (Fisika, Biologi, Matematika), Ekonomi, Sejarah dan budaya, dan bidang studi lainnya. 2. Mahasiswa Pasca Sarjana Mahasiswa pasca sarjana dari berbagai bidang studi dapat menggunakan pengetahuan teori dan tutorial yang termuat di dalam buku ini, sebagai pengetahuan dasar sebelum melangkah lebih jauh. 3. Dosen Program Studi Dosen pengampu mata kuliah yang memuat materi tentang remote sensing dapat menggunakan konsep-konsep teoritis yang ada di buku dalam proses belajar-mengajar. Tutorial yang ada sudah diterapkan pada kursus/pelatihan tentang SIG dan Remote Sensing yang diselenggarakan oleh atau bekerjasama dengan Universitas Jember. Materi praktikum sudah disusun sedemikian rupa sehingga dapat digunakan untuk praktek mandiri mahasiswa, demo di kelas, maupun praktikum terbimbing di laboratorium komputer. 4. Profesional dan stakeholder Para profesional yang telah bekerja pada bidang masing-masing dan ingin memperdalam pengetahuan-nya, dapat menggunakan buku ini sebagai referensi. C. Organisasi Materi : Tidak semua hal yang berkaitan dengan remote sensing termuat dalam buku ini. Buku ini, karena keterbatasan waktu dibuat sesingkat mungkin dan hanya memuat beberapa materi
Hal |8
pokok atau konsep-konsep dasar saja.
Hal lain yang belum tertulis di dalam buku ini,
InsyaAlloh akan dimuat pada seri buku yang sama pada tahun mendatang. Komponen buku terdiri dari : (1) hardcopy, dan (2) softcopy tutorial. Buku Bagian–I berupa hardcopy yang dicetak dalam format kertas, untuk memudahkan pemahaman teori yang disajikan.
Buku Bagian-II, kami sertakan berupa softcopy file “Tutorial_RS.pdf”
dengan harapan dapat memotong biaya produksi, mengurangi harga jual, dan fleksibel dalam penggunaan. Bagian-III, berupa file-file sampel data pelengkap buku yang digunakan dalam tutorial. Sebagian besar file mencakup Wilayah Papua, dikarenakan historis dari tutotial ini, memang sejak awal digunakan untuk mendukung pelatihan di sana. Bagian-I, berjudul “Konsep Dasar Penginderaan Jauh”, berisi Sembilan bab (9) yang memuat konsep dasar Penginderaan jauh. Bab 1, berjudul “Definisi, platform dan proses Penginderaan Jauh”, membahas tentang definisi, beberapa platform yang digunakan dan proses Penginderaan Jauh dari awal sampai dengan terbentuk Citra Satelit yang dapat dimanfaatkan User.
Bab 2, membahas tentang Gelombang Elektromagnetik: definisi, teori
terkait, dan karakteristik gelombang elektromagnetik. Bab 3, membahas tentang “Dimensi dan Satuan” yang dipakai dalam Penginderaan Jauh. Bab 4, memuat tentang “Interaksi dan Karakteristik Gelombang Elektromagnetik”, berisi ulasan tentang: interaksi antara radiasiatmosfer, antara radiasi dan target, klasifikasi spektrum gelombang elektromagnetik dan potensi aplikasi-nya untuk RS. Ke empat bab tersebut merupakan konsep fundamental yang perlu dipahami oleh siapa saja yang akan menggunakan remote sensing. Bab 5 sd bab 7 memaparkan konsep fundamental terkait dengan Citra Digital dan
Sensor yang dipakai dalam PJ. Bab 5 tentang “Konsep Citra Digital” birisi paparan tentang: perbedaan antara fotografi vs citra digital, karakteristik citra digital, format citra digital, kalibrasi, validasi dan jenis produk Citra dgital. Bab 6, membahas lebih detail tentang “ Ketelitian dan Karakteristik Citra”.
Konsep ketelitian adalah hal mendasar yang perlu
diperhatikan sebelum kita menerapkan atau membeli suatu citra untuk menyelesaikan masalah tertentu. Konsep ketelitian spasial, ketelitian spektral, ketelitian radiometrik, dan ketelitian temporal dibahas lebih detail pada bab ini. Selanjutnya, Bab 7 membahas tentang “Karakteristik Sensor“, memuat beberapa konsep yang berkaitan dengan Sensor pada satelit yang dipakai untuk penginderaan jauh, mencakup: Orbit , Lebar Swath, aktif dan pasif sensor, metode penginderaan jauh, true & false colour, dan distorsi geometrik. Bab 8 sd Bab 9 memuat konsep metolodogi bagaimana kita menerapkan Penginderaan Jauh untuk menyelesaikan masalah keseharian kita dan integrasi PJ dengan bidang ilmu lain dalam menyelesaikan permasalahan. Bab 8 membahas tentang “ Prinsip Metodologi” RS, yang pada prinsipnya identik dengan metode ilmiah yang biasa dipakai dalam menyelesaikan permasalahan
H a l |9
di bidang lain, dan umumnya terdiri dari beberapa langkah, yaitu: (1)
perumusan masalah dan penyusunan hipotesa, (2) identifikasi dan inventarisasi data, (3) Analisa data RS, dan (4) presentasi informasi. Setiap bab pada bagian-I dlengkapi dengan ringkasan dan pertanyaan umpan balik, untuk mengecek kembali hal-hal yang sudah dipelajari. Bagian-II, berjudul “Tutorial Penginderaan Jauh”. Mencakup materi tutorial yang disusun untuk memberikan dasar ketrampilan dalam pengolahan atau penanganan Citra Satelit. Pada prinsipnya banyak perangkat lunak yang dapat digunakan untuk pengolahan Citra. Beberapa perangat lunak merupakan open source yang mudah didapat di internet, sebagian lagi adalah software Komersial. Tutorial ini menggunakan perangkat lunak ENVI. Pembaca atau user buku ini dapat saja menggunakan sampel data yang disertakan dalam buku dengan perangkat lunak lain untuk pengolahan Citra, misalnya: Multispect, GRASS, Erdas Imagine, ER mapper, TNT lite, ArcGIS, PCI Geomatics, dan software lainnya. Tutorial pada Bagian-II buku ini, terdiri dari enam (6) bab, yaitu: (1) Mengenal ENVI, (2) Bekerja dengan ENVI, (3) Mosaicking, (4) Koreksi Geometris, (5) Membuat data multi-band, dan (6) Klasifikasi data.
Topik lain terkait dengan pengolahan citra satelit dapat dijumpai
pada tutorial atau buku panduan lainnya. Fokus buku ini lebih pada aspek teoritis. Tutorial hanya sekedar sampel saja. Umumnya, setiap perangkat lunak sudah menyediakan tutorial terkait dengan software yang mereka bangun dan lebih lengkap. Tutorial yang disediakan juga umumnya disertai sampel data yang digunakan. Semoga tutorial ini bermanfaat bagi banyak pihak. Bagian-III, berupa kumpulan Folder untuk mendukung tutorial, dengan susunan Folder sbb: 01_Raster; 02_Vektor, 03_Landsat, 04_Data_Ukur, 05_Klasifikasi, 06_Koreksi Geomteris, 07_Mosaciking, 08_Multiband, dan 09: Registering. Masing-masing folder digunakan pada satu atau dua bab di dalam Tutorial. D. Bagaimana Menggunakan Buku ini : Buku dapat digunakan untuk belajar Mandiri oleh mahasiswa, baik untuk memperdalam pengetahuan teori maupun meningkatkan ketrampilan teknik pengolahan citra. Buku juga dapat digunakan oleh para Dosen untuk mengajar teori di kelas, dan melakukan training/pelatihan di Laboratorium. Bahan presentasi berupa file PPT/PPTx dapat diperoleh dengan mengubungi penulis, dengan alamat: Dr. Indarto, STP, DEA Lab. Teknik Pengendalian dan Konservasi Lingkungan (Lab TPKL) PS Teknik Pertanian – FTP UNEJ Jl. Kalimantan No. 37 – Kampus Tegalboto Jember 68121 Telp/Fax: 0331 321785 E-mail:
[email protected] &
[email protected]
Telp rumah : 0331 3557579 , Hp: 0813 4444 5615
H a l | 10
[ Halaman ini sengaja dikosongkan ]
H a l |11
