oleh : Taufik Hery Purwanto, S.Si., M.Si.
Pulau Bali dalam tampilan 3-Dimensi
Apa itu D E M ?
Continuous fields – Discrete fields
Landuse
Elevation
Different types of geographic phenomena
Fields
Continuous Temperature
Objects
Discrete Landuse
Buildings
1. Pengertian Digital Elevation Model (DEM) •
DEM adalah data digital yang menggambarkan geometri dari bentuk permukaan bumi atau bagiannya yang terdiri dari himpunan titik-titik koordinat hasil sampling dari permukaan dengan algoritma yang mendefinisikan permukaan tersebut menggunakan himpunan koordinat (Tempfli, 1991).
Z = f(x,y) dimana : x,y = posisi Z = nilai ketinggian
Gambar 1. Relief medan dan model digital (Temfli, 1991)
1. Pengertian Digital Elevation Model (DEM)
lanjutan
•
DEM merupakan suatu sistem, model, metode, dan alat dalam mengumpulkan, prosessing, dan penyajian informasi medan. Susunan nilai-nilai digital yang mewakili distribusi spasial dari karakteristik medan, distribusi spasial di wakili oleh nilai-nilai pada sistem koordinat horisontal X Y dan karakteristik medan diwakili oleh ketinggian medan dalam sistem koordinat Z (Frederic J. Doyle, 1991)
•
DEM khususnya digunakan untuk menggambarkan relief medan. Gambaran model relief rupabumi tiga dimensi (3-Dimensi) yang menyerupai keadaan sebenarnya di dunia nyata (real world) divisualisaikan dengan bantuan teknologi komputer grafis dan teknologi virtual reality (Mogal, 1993)
Beda Pengertian DEM dan DTM
• • • • • •
DEM (Digital Elevation Model) was widely used in America DTM (Digital Terrain Model), DHM ( Digital Height Model) came fromGermany DGM ( Digital Ground Model) was used in the United Kingdom DSM (Digital Surface Model) DTEM (Digital Terrain Elevation Modelsz was introduced
and used by USGS and DMA
(DefenseMapping Agency)
I. Sejarah (yang mempopulerkan) : DEM : USGS (United State Geological Survey) berstruktur data grid DTM : The Defence Mapping Agency berstruktur data garis (arc) dengan TIN (Triangular Irregular Network). II.
Menyangkut pengertian informasi : elevasi elevasi + informasi morfologi elevasi + layer permukaan
DEM DTM
If we use the term digital elevation model (DEM) to refer to terrain models with elevation information only, while the term digital terrain model (DTM) refers to a much broader concept of terrain representation, including terrain parameters such as slope and aspect, terrain features such as ridges and valleys and other geographical/environmental characteristics, DTA specifies the process that transforms DEMs to DTMs, using the principles and knowledge of geography, or other application fields.
(Hutchinson and Gallant 1999).
1. Ground: “the solid surface of the earth”; “a solid base or foundation”; “a surface of the earth”; “bottom of the sea”; etc.
2. Height: “measurement frombase to top”; “elevation above the ground or recognized level, especially that of the sea”; “distance upwards”; etc. 3. Elevation: “height above a given level, especially that of sea”; “height above the horizon”; etc. 4. Terrain: “tract of country considered with regarded to its natural features, etc.”; “an extent of ground, region, territory”; etc. Li (1990)
DSM dan DTM ORI
Orthorectified
DEMs
Digital Surface Model
Digital Terrain Model
Digital Surface Models (DSM) Elevation model that displays the elevation of the first surface on the ground. Digital Terrain Models (DTM) DSMs are used to create DTMs by digitally removing all cultural features and treed areas. DTMs are useful for applications where an accurate sense of the underlying terrain is required.
DSM dan DTM • •
DSM - Elevation of the first surface the radar comes in contact with. DTM - Derived from the DSM: elevations values approaching bare earth.
DTM
DSM and DTM: Shaded-Relief Example
DSM
DTM
DSM and DTM: Shaded-Relief Example
Digital Surface Model - DSM
Tip: To see the difference between the DSM and the DTM, toggle back and forth between images.
Digital Terrain Model - DTM
Tip: To see the difference between the DSM and the DTM, toggle back and forth between images.
* Based on the accuracy of the accompanying ORI
** Relative to Fligth Altitude
Visual inspection and examination of surface maps (see figures 10-13) obtained from the extracted elevations was used to evaluate qualitatively the various data sources when compared to that obtained from the ground survey. Olalekan Adekunle ISIOYE, and JOBI N Paul, Nigeria
2. Data DEM 2.1. Sumber Data DEM • FU stereo - Photogrammetric techiques • Citra satelit stereo - Stereo-pairs technique • Data pengukuran lapangan : GPS, Theodolith, EDM, Total Station, Echosounder - Interpolation technique • Peta topografi - Interpolation technique • Radar - Radar technique • Lidar - Laser scanner technique
2.2. Bentuk Data DEM • Titik (titik tinggi) • Garis (kontur) • Penyiaman (LIDAR)
system Airbone LiDAR terdiri dari: 1. Laser sensor 2. Camera sensor 3. GPS receiver 4. Inertial Measurement Unit (IMU) 5. Komputer dan Storage data (tempat penyimpanan data).
Topographic Maps at Different Scales (Konecny et al. 1979)
Map Scales and Commonly Used Contour Intervals (Konecny et al. 1979)
In general, it is expected that the height accuracy of any point interpolated from contour lines will be about 1/2 to 1/3 of the CI.
Map Scales and Commonly Used Contour Intervals
α is the slope angle
Gambar 2. Model turunan geometri foto udara untuk penjabaran perbedaan tinggi
2. Data DEM 2.2. Struktur Data DEM
Grid
TIN
Countour
2. Data DEM 2.3. Sampling Data DEM
III
(Tempfli, 1991)
Progessive
Selective
Spatial sampling schemes for point,line, and area data.
3. Interpolasi Interpolasi adalah proses penentuan dari nilai pendekatan dari variabel f(P) pada titik antara P, bila f(P) merupakan variabel yang mungkin skalar atau vektor yang dibentuk oleh harga f(P1) pada suatu titik P1 dalam ruang yang berdimensi r (Tempfli, 1977). Penentuan nilai suatu besaran berdasarkan besaran lain yang sudah diketahui nilainya, dimana letak dari besaran yang akan ditentukan tersebut di antara besaran yang sudah diketahui. Besaran yang sudah diketahui tersebut disebut sebagai acuan, sedangkan besaran yang ditentukan disebut sebagi besaran antara (intermediate value). Dalam interpolasi hubungan antara titik-titik acuan tersebut didekati dengan menggunakan fungsi yang disebut fungsi interpolasi.
Interpolasi menentukan titik-titik antara n buah titik Interpolasi 1. Interpolasi Linier 2. lnterpolasi Kuadratik 3. lnterpolasi Polinomial
menentukan titik-titik antara 2 buah titik dengan menggunakan pendekatan fungsi garis lurus
Persamaan garis lurus yang melalui 2 titik P1(x1,y1) dan P2(x2,y2) Sehingga diperoleh persamaan dari interpolasi linier :
Algoritma Interpolasi Linier : 1. Tentukan 2 titik P1, dan P2 dengan koordinatnya masing-masing (x1,y1) dan (x2,y2). 2. Tentukan titik x dari titik yang akan dicari
3. Hitung nilai y dengan :
4. Tampilkan nilai titik yang terbaru
menentukan titik-titik antara 3 buah titik dengan menggunakan pendekatan fungsi kuadrat
3 titik yang diketahui: P1(x1,y1), P2(x2,y2) dan P3(x3,y3)
Untuk memperoleh titik Q(x,y) digunakan interpolasi kuadratik :
Algoritma Interpolasi Kuadratik : 1. Tentukan 3 titik P1, P2 dan P3 dengan koordinatnya masing-masing P1(x1,y1), P2(x2,y2) dan P3(x3,y3) 2. Tentukan titik x dari titik yang akan dicari
3. Hitung nilai y dengan :
4. Tampilkan nilai titik yang terbaru
Contoh penyelesaian Interpolasi Kuadratik
Cari nilai y untuk titik x=2.5 yang berada di antara titik (1,5), (2,2) dan (3,3)
Jawab: P1(1,5) , P2(2,2) dan P3(3,3) x=2.5
Titik baru: P4(2.5,2)
menentukan titik-titik antara N buah titik dengan menggunakan pendekatan fungsi polynomial pangkat N-1 Titik-titik yang diketahui: P1(x1,y1), P2(x2,y2), P3(x3,y3) … PN(xN,yN)
Persamaan polynomial pangkat N-1
Masukkan nilai dari setiap titik ke dalam persamaan polynomial di atas, diperoleh persamaan simultan dengan n persamaan dan n variabel bebas
3. Interpolasi
lanjutan
3. Interpolasi
lanjutan
3. Interpolasi
lanjutan
3. Interpolasi
lanjutan
Contoh Interpolasi TIN
•
Pengukuran Jarak, posisi (surface length, Surface Point, Surface volume)
•
Volume
•
Cut/fill
•
Penentuan Jarak dan Arah (Geodesy Graphic Tools)
•
Titik Tertinggi dari suatu lokasi (Find Highest Point)
•
Titik Terendah dari suatu lokasi (Find Lowest Point)
•
Line of Sight (LOS)
•
Profil
•
Peta Kelas Elevasi
•
Peta Kontur dengan berbagai CI
•
Model tiga dimensional (pandangan perspektif medan atau pandangan mata burung/bird's eye view)
•
Peta tematik dalam bentuk tiga dimensional
•
Peta lereng (Slope)
•
Peta aspek (Aspect)
•
Efek bayangan (hill shading)
•
3-D “real time” atau “Fly by Animation”
4. Turunan DEM
lanjutan
Tampilan Perspektif 3 Dimensi - (bird’s eye view) Tampilan 3-D juga dapat menghasilkan penyajian permukaan dan informasi terrain. Pada bird’s eye view, azimuth dan attitude (tinggi) pengamat yang berkaitan dengan permukaan dapat ditentukan. Pada gambar 3-D di permukaan, lokasi pengamat dan titik target biasanya ditentukan. Drape permukaan membuat tampilan 3-Dimensi layer lain yang memiliki koordinat yang sama dengan TIN. Drape mengenakan titik dan garis.
4. Turunan DEM
lanjutan
Kontur Kontur (isoline) adalah garis yang 5121000 menggambarkan satu elevasi konstan pada suatu permukaan. Biasanya 5120000 kontur digunakan untuk 5119000 memvisualisasikan elevasi pada peta 2-Dimensi. 5118000
5117000
5116000
5115000
5114000
5113000
5112000
5111000
5110000
5109000
558000 559000 560000 561000 562000 563000 564000 565000 566000 567000
4. Turunan DEM
lanjutan
Kontur
The creation of isopleth maps: (A) point attribute values; (B) user-defined classes; (C) interpolation of class boundary between points; (D) addition and labeling of other class boundaries; and (E) use of hue to enhance perception of trends (after Kraak and Ormeling 1996: 161
4. Turunan DEM
lanjutan
Profil Profil adalah irisan penampang 2-Dimensi dari suatu permukaan. Berdasarkan profil dapat dipergunakaan untuk analisa morfologi permukaan seperti : kecekungan permukaan, perubahan permukaan, kecembungan permukaan, dan ketinggian maksimum permukaan lokal.
4. Turunan DEM Profil
lanjutan
Garis penglihatan (line of sight) Garis antara 2 titik yang menunjukkan bagian-bagian dari permukaan sepanjang garis yang tampak (visible) atau tidak tampak (hidden) dari pengamat.
4. Turunan DEM Efek bayangan (hillshading) Efek bayangan suatu permukaan berdasarkan harga reflektansi dari features permukaan sekitarnya, sehingga merupakan suatu metode yang sangat berguna untuk mempertajam visualisasi suatu permukaan. Efek bayangan dihasilkan dari intensitas yang berkaitan dengan sumber cahaya yang diberikan. Sumber pencahayaan yang dianggap pada jarak tak berhingga daripada permukaan, dapat diposisikan pada azimuth dan altitude (ketinggian) yang telah ditentukan relatif terhadap permukaan.
lanjutan
Kemiringan lereng (slope) Kemiringan lereng adalah suatu permukaan yang mengacu pada perubahan harga-harga z yang melewati suatu daerah permukaan. Dua metode yang paling umum untuk menyatakan kemiringan lereng adalah dengan pengukuran sudut dalam derajat atau dengan persentase. Contohnya, kenaikan 2 meter pada jarak 100 meter dapat dinyatakan sebagai kemiringan 1,15 derajat atau 2 persen.
Aspek (aspect) Aspek permukaan adalah arah dari perubahan z yang maksimum ke arah bawah. Aspek dinyatakan dalam derajat positif dari 0 hingga 360, diukur searah jarum jam dari Utara.
4. Turunan DEM
lanjutan
Analisa volumetrik volume menghitung luas dan ruang volumetrik antara permukaan dan harga datum yang ditetapkan. Volume parsial dapat dihitung dengan mengatur datum untuk sembarang harga yang lebih besar dari harga z minimum.
4. Turunan DEM
lanjutan
Analisa visibilitas Visibility mengidentifikasi pencahayaan (exposure) visual dan melakukan analisa pandangan menyeluruh pada suatu permukaan. Titik-titik pengamatan didefinisikan oleh feature titik dan garis dari satu coverage dan bisa menunjukkan lokasi menara pengamatan di tempat-tempat yang menguntungkan. Visibility mempunyai banyak pilihan atas kontrol parameterparameter yang diamati : spot, offseta, offsetb, azimuth1, azimuth2, vert1, vert2, radius1, dan radius2.
Visibility
lanjutan
Visible Not Visible
5. Kualitas DEM
Fill Sinks Fungsi fill sink menghilangkan depression atau sink yaitu kondisi dimana terdapat perbedaan elevasi yang mencolok dengan cakupan yang sangat kecil.
(a) Sink
(b) Setelah proses Sink atau Filled sink
5. Kualitas DEM
Akurasi keseluruhan DEM : δt2 = δM2 + δS2
1. Ketepatan pengukuran (δM2) a. Skala dan kualitas data b. Kualitas peralatan c. Kualitas pembacaan operator 2. Pengaruh dari sampel (δS2) a. Kerapatan sampel b. Pola sampel
5. Kualitas DEM
lanjutan
1. Ketelitian (accuracy) ditunjukkan dg. Nilai RMSE, rata-rata absolut, atau standart deviasi
2. Ketelitian dalam erekaman (fidelity) terkait denan konsep generalisasi dan resolusi, ditentukan oleh : - perubahan medan yang tidak mendadak : ukuran grid atau CI, spasi titik dan akurasi planimetris - breakpoint dan breaklines – perubahan minimum lereng, panjang minimum garis
3. Tingkat kepercayaan (confidence) pengukuran untuk kualitas semantik data
5. Kualitas DEM
lanjutan
4. Kelengkapan (completeness) tipe kenampakaan yang disajikan : igir, pola drainage, puncak, lubang, permukaan air, dsb.
5. Validitas (validity) tanggal sumber data, verifikasi data seperti : cek lapangan, perubahan bentuk di lapangn
6. Tampilan grafis (apperance of graphics) varisasi warna, simbol, dan anotasi
5. Kualitas DEM
lanjutan
6. Aplikasi DEM I. ANALISIS MEDAN Analisis medan meyangkut data ketinggian (topografi) 1.1. Geomorfologi Geomorfologi secara quantitatif mengukur permukaan medan dan bentuk lahan : - Kemiringan lereng - Aspek - Kecembungan dan kecekungan lereng - Panjang lereng Hal tersebut penting untuk kerekayasaan yang menayangkut data tinggi : - Penggalian : volume - Manajemen lahan : site selection - Proses geomorfologi : erosi, landslide, aliran salju (modelling dan monitoring)
1.2. Hidrologi - Aliran runoff - Estimasi volume reservoar - Pemodelan banjir dan sedimentasi - Batas DAS - Pola aliran : 90% DAS di New York ditentukan dengan DEM
Peta Perbandingan Batas DAS dari keempat sumber data
Peta perbandingan Jaringan Sungai DAS Opak
6. Aplikasi DEM
lanjutan
1.3. Klasifikasi penggunaan lahan DEM membantu klasifikasi penutup lahan dengan mengkaitkan data kemiringan dan aspek yang dilakukan pada data LANDSAT MSS. Akurasi pengenalan meningkat dari 46% menjadi 75% dengan kombinasi citra LNDSAT MSS dan DEM. Penentuan penutup lahan (jenis tanaman) berdasarkan ketinggian 1.4. Pemetaan kontur - Pembuatan kontur dengan variasi CI
1.5. Komunikasi - Lokasi Pemancar telepon seluler - Pemancar TV 1.6. Keteknikan sipil - Rute perpipaan - Transmisi kabel listrik - Desain, konstruksi, dan pemeliharaan Jalan, jalan KA, airport, pelabuhan, saluran air/kanal, DAM
6. Aplikasi DEM
lanjutan
1.7. Militer - Sistem senjata pertahanan - Pendaratan pasukan 1.8. Arsitektur - Desain dan perencanaan Landscape kota
6. Aplikasi DEM
lanjutan
II. KOREKSI DATA DEM untuk koreksi citra satelit dan FU karena pengaruh topografi. DEM untuk orthophoto FU, DEM untuk koreksi citra Radar karena pengaruh layover pada medan perbukitan DEM baik untuk koreksi aeromagnetik, grafitasi, pengaruh ketinggian pada survey spektrometer III. VISUALISIASI Visualisasi yang baik untuk menggambaran medan dengan pandangan perspektif dan blok diagram. Teknik dapat dengan mengkombinasikan data lain (integrasi dan registrasi SIG) Contoh : visualisasi peta PL dengan peta shadow, colordrape peta-peta tematik
SEKIAN
