PEMODELAN DAN SIMULASI KENAIKAN PERMUKAAN AIR LAUT SECARA TIGA DIMENSI (3D) DENGAN MENGGUNAKAN DATA LIDAR ( Light Detecting and Ranging)
TUGAS AKHIR Karya tulis sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana
Oleh JUMADI NIM 151 04 061
PROGRAM STUDI TEKNIK GEODESI DAN GEOMATIKA
FAKULTAS ILMU DAN TEKNOLOGI KEBUMIAN
INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2008
Lembar Pengesahan
Tugas Akhir Sarjana
PEMODELAN DAN SIMULASI KENAIKAN PERMUKAAN AIR LAUT SECARA TIGA DIMENSI (3D) DENGAN MENGGUNAKAN DATA LIDAR ( Light Detecting and Ranging) Adalah benar dibuat oleh saya sendiri dan belum pernah dibuat dan diserahkan sebelumnya baik sebagian ataupun seluruhnya, baik oleh saya maupun orang lain, baik di ITB maupun institusi pendidikan lainnya. Bandung, 6 Juni 2008 Penulis
JUMADI NIM 151 04 039
Bandung, 06 Juni 2008 Pembimbing
Dr. Ir. Eka Djunarsjah, M.T. NIP 132 087 998
Sofan Prihadi, ST.
Mengetahui: Program Studi Teknik Geodesi dan Geomatika Ketua,
Dr. Ir. Wedyanto Kuntjoro, M.Sc NIP 131 690 328
Sesungguhnya dalam penciptaan langit dan bumi, dan silih bergantinya malam dan siang terdapat tanda-tanda (kebesaran Allah) bagi orang-orang yang berakal, (yaitu) orang-orang yang mengingat Allah sambil berdiri atau duduk atau dalam keadan berbaring dan mereka memikirkan tentang penciptaan langit dan bumi (seraya berkata): "Ya Tuhan kami, tiadalah Engkau menciptakan ini dengan sia-sia, Maha Suci Engkau, maka peliharalah kami dari siksa neraka. (Ali-Imran 190-191)
Kupersembahkan sebagai tanda kasih sayang dan baktiku teruntuk: Ayah, Mama, Uda dan Uni ku.
UCAPAN TERIMAKASIH Orangtuaku (Mama dan Ayah)…Atas segala perhatian, keikhlasan, dan kesabarannya selama ini. Ya AllaH sayangilah mereka seperti mereka menyayangiku. Berikanlah kebahagiaan kepada mereka di dunia dan akhirat serta Berikanlah kesempatan kepadaku untuk membahagiakan mereka berdua. Kakak-kakaku tercinta…da’Jon, ni’Lusi, da’Dona, da’Nando, dan ni’Niah…maksih atas bantuannya selama kuliah..terutama duitnya..hehehehe…peace..mudah2an adik bontotmu ini bisa membalasnya kelak… Keponakanku tersayang yang di Medan Kia dan A’at…yang akur ya…kalo orang nanya jangan bilang orang Palembang tapi bilang aja Orang Padang..secara gitu loh Padang eksis dimanamana…awas kalo tidak…hahaha Iparku yang kuhormati Bang Musda dan Ni’ Desi...makasih atas bantuan dan perhatiannya.. Sepupuku mori, mega, ongki, dan yang di Batam (kebanyakan jadi gak disebut atu-atu yach) maksih dah mau diperintah-printah....dipukuli kalo lagi kesal (penindasan)....dan terima kasih juga buat adik-adik mama dan Ayahku ( te’wal, te’mawan, te’eri, Elok, metek, te’ross, te’nani dll) Teman, Sahabat karibku yang di Padang Bagus (Blimbingers, kalo malam namanya julia perez..hahahaha..bcanda..peace.), Andru (Master accoubting)...Kalian adalah orang2 yang benarbenar ngerti dan mau menerima saya apa adanya...terimakasih atas semua perhatian dan persahabatan yang diberikan…motto kita: ketawa-ketawa sekeras kerasnya..sampai2 dimarahin si gadis, jalan-jalan...kuliner...main bultang bareng...ngelirik sana-sini...gossip tetap donk..apalagi kalo ada si bagus..ketawa terus deh..dan yang paling penting cuek aje kaleeee…thank berat brooo Teman2ku di Padang Merina (Tkim USU), Said (English UNAND), Dona (Material ITB), Meri ( Ibu Dokter), Zeindra (Geologi UGM), Yudha (Elekto UGM), E’eng (Tambang ITB), Handri (Mesin Unand), Putra, Vita (Farmasi), Ona(Farmasi), Yanik(???), diah amak (???)..dan lainnya... Anak-anak TakenTag Smandoe Padank...anak2 yang lucu abizz, Pengertian, pintar dan kreatif...pokoknya semua ada sama kalian..kangennya berkumpul lagi sama kalian...ketawa-ketawa bareng lagi...hangout tempat liburan, mejeng sana sini, godain anak orang, dan tindakan konyol lainnya... Teman dan Sahabat Karibku di Bandung..David, Hasan, Abu, Reinard, Eymee, Resi yang selalu memberikan kehangatan dan perhatian serta mau menerimakau apa adanya..teman nongkrong, Cari2 info tempat Kuliner terbaru, 21 Crew, crita2 seru, ngegokil bareng, olahraga bareng..ketawa sekeras kerasnya...indah n bahagianya hidup di bandung jika ada kalian...makasih atas hadiah2 dan traktiran-traktirannya selama ini....kalian emank tak tergantikanlah... Teman-teman UBT...ilham, imron, yudha, irwan, Eko, nanda, dani, arif, vasta, rudi, eka, sigit, dll..gila aja kalo disebutin atu2..bisa ratusan cuiy...teman-teman yang slalu membuat ku nyaman..
teman2 yang baik....mari kita tanding badminton lagi...sekarang buktikan siapa yang terbaik di UBT..hahaha...pokoknya senangnya mengisi kehidupan kampus bareng kalian... Teman-Teman MBWG....terutama pinka’05..krisna, beni, nana, aci, nova, tia, amar, dan lain sebagainya..banyak banget gilaaa....makasih dah banyak ngajarin cara bermain music..ternnyata main musik bareng itu indah dan keren kalian...wahhhh..kerennya..terutamanya
lagi
banget ya..apa lagi kalo tampil bareng kalo
ngeliat
wanita-wanita
pembawa
benderanya..wowwwwwwwww...menakjubkan kali Ibu-ibuk”04....Ayu, Diah, Friska ,Gebi, Ika, Indri, Mila, Meii, Mita, Nurul, Saka, Tia, Via, dan Wulanzz..kalian memberikan warna tersendiri dalam hidupku..akan terasa sepi dan suram sekali kuliah di GD kalo tidak ada kalian...wanita super yang mandiri, kuat
dan tidak
manja...WONDER WOMEN..wanita2 yang akan slalu aku hormati…salut bwat kalian…. Ksatria-ksatria”04..Edo (makasih atas ilmu yang diberikan), arief (siliwangi crew), Hot (teman danus sejati yang selalu tak terpisahkan..salut bwat loe hot..makasih juga atas kebaikan ortu loe), Miga (XXI Lovers, ArcGIS masters, mahasiswa terbaik), melky, Dea (badan gede tapi kokoh, teman ngedanus juga), heru (XXI lovers), wito, todona, funiii (makasih atas saran2 yang diberikan..satu kata untuk loe fun..mangkal yukzz), poso, Ayi (kalimantan crew, ngaku2 ariel peterpan lagiii), Fahri( bosku di workshop), cute (baliers), Gien (taman ngedanus, tman crita2, serulah bareng loe), arie( boss di geosphere), Aga (boss GPSNC), Gilang (teman makan, internetan ampe subuh, jalanjalan, nonton, crita2, calon yang selalu gagal jadi pemimpin, tenang lang RI 1 bakal nungguin loe, makasih atas semua saran dan ilmu yang diberikan..), handy (boss ngedanus, serunya ngedanus bareng loe, lucu abizz, macet jadi gak kerasa, isep cuiy..isep..), sinaga, elmo, iqi (XXI lovers, kuliners), Arky (fotographer handal), bayu, Dhota (kahayan crew), anca (photographer handal) , Akbar (raja IBLISSS.he2..peace), Mance( sobat n snak dari padank), ijal ( surabaya fans club), wiwied, cabon, ade (teman kemah kerja), ucok, agung, conak (kemah keja n kahayan crew), denny (teman kemah kerja), sidik (wong jawa banget, makasih atas bantuannya pas kemah kerja), libien (tegal abiezz), ryan, nazeeh ( sabr ji..sabar..), hamzah ( teman ngedanus, makan bareng, seru lah, updating gossip), wisnu, vagwa, Oji ( sobat dari bukit, pemimpin IMG), Upi ( kecil2 sok dewasa..cuihhh..peace pil..) …………….Terimakasih atas pengertian, kesabaran, kerjasama, dan persahabatannya selama ini… Kalian orang-orang yang cerdas, hebat dan kreatif…Saya bangga menjadi salah satu bagian dari kalian…Mudah2an kita kelak bisa berkumpul lagi dan kita bisa menjadi orang yang sukses dan berguna….aminnnn…………… Kamerad-kamerad IMG yang gak bisa disebut satu persatu...terimaksih atas ilmu, dan pengalaman yang diberikan..
Abstrak
Banjir akibat naiknya permukaan air laut merupakan permasalahan yang sering melanda daerah-daerah di pesisir pantai. Naiknya permukaan air laut pada umumnya disebabkan oleh pemanasan global. Selain pemanasan global, bencana alam seperti: gelombang badai, land subsidance, dan pasang air laut juga memberikan kontribusi yang besar terhadap naiknya permukaan air laut.
Naiknya permukaan air laut akan memberikan dampak yang besar, baik dalam skala lokal maupun nasional. Oleh karena itu, dibutuhkan suatu cara untuk melakukan pemodelan dan simulasi terhadap dampak kenaikan permukaan laut tersebut. Salah satu cara yang digunakan adalah dengan melakukan pemodelan dan simulasi secara tiga dimensi (3D). Untuk memperoleh informasi tiga dimensi (3D) dapat dilakukan dengan mengunakan teknologi
Airborne Laser Scanning (ALS) yang mampu menghasilkan informasi
kedalaman dan topografi detail dari daerah pesisir pantai tersebut secara cepat dan akurat. Negara-negara seperti: Amerika, Kanada, dan Swedia menamakan teknologi ALS tersebut dengan nama LIDAR (Light Detecting and Ranging). LIDAR terbagi atas dua, yaitu: LIDAR untuk pengukuran kedalaman yang dikenal dengan
nama Airborne Laser
Hydrography (ALH) atau Airborne Laser Bathymetry (ALB), dan LIDAR untuk pengukuran topografi permukaan bumi yang disebut dengan Airborne Altimetric LIDAR.
Dengan kemampuan tersebut, diharapkan teknologi LIDAR dapat membantu instansi terkait dalam penanggulangan banjir, dan lebih lanjut dapat digunakan untuk perencanaan pengaturan tata ruang dan mitigasi bencana.
Kata kunci: Kenaikan permukaan air laut, Pemodelan dan simulasi 3D, LIDAR
i
Abstract
Flood as the impact of the rising of the sea levcl, is a common problem that always exists around coastal areas. The sea level rise is generally influenced by global warming. furthermore, natural disasters such as storm wave, land subsidence, as well as high tide, have also given a contribution to the sea level rise.
The sea level rise will cause such a great impact, either local or national scale. Therefore, it is needed to have a way to do modeling and stimulation of the impact of the sea level rise. One of ways that can be used is by three dimensional (3D) modeling and stimulation. Information in the form of three dimensions, can be achieved by Airborne Laser Scanning (ALS) technology that can produces depth and detail topography of coastal areas quickly in fast and accurately. Nations like: American, Canada, and Swedia names ALS technology by the name of LIDAR (Light Detecting and Ranging). Based on the measured object LIDAR is divided into two. One is, LIDAR for depth measurement [Airborne Laser Hydrography (ALH) or Airborne Laser Bathymetry (ALB)]. Another is LIDAR for topographic measurement of the land surface [Airborne Altimetric LIDAR].
Applying this technology, is useful to assist the nearest institution in handling the flood. Furthermore, it can be used in planning the space formation system and natural disasters mitigation.
Keyword : Sea level rise, 3D modelling and simulation, LIDAR
ii
KATA PENGANTAR
Atas berkat rahmat Allah SWT penulis mampu menyelesaikan Tugas Akhir dengan judul ”Pemodelan dan Simulasi Kenaikan Permukaan Air laut Secara Tiga Dimensi (3D) Dengan Menggunakan Data LIDAR ( Light Detecting and Ranging)”. Shalawat dan salam semoga selalu tercurahkan kepada Nabi Muhammad SAW, keluarga, sahabat, dan para pengikutnya. Tugas akhir ini merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik dari Institut Teknologi Bandung. Dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini, tidak terlepas dari dukungan dan bantuan banyak pihak. Untuk itu, penulis sangat berterima kasih kepada: 1. Dr. Ir. Eka Djunarsjah , MT. atas ketersediannya menjadi Dosen Pembimbing I. 2. Sofan Prihadi, ST. atas ketersediannya sebagai Pembimbing II. 3. Dr. rer. nat. Wiwin Windupranata, ST.,MT., Ir. Andri Hernandi, MSP. atas ketersediannya menjadi Dosen Penguji. 4. Dr. Ir. Wedyanto Kuntjoro, M.Sc. Selaku Ketua Program Studi Teknik Geodesi dan Geomatika. 5. Dosen-dosen Program Studi Teknik Geodesi dan Geomatika 6. Staf Tata Usaha dan Perpustakaan Program Studi Teknik Geodesi dan Geomatika.
Penulis menyadari sepenuhnya bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna, mengingat keterbatasan waktu, pengetahuan, kemampuan, dan pengalaman yang dimiliki penulis. Dengan segala kebesaran hati, penulis menerima kritik dan saran yang membangun, sebagai masukan untuk perbaikan tugas akhir ini. Akhirnya penulis berharap tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi semua pihak.
Bandung, Mei 2008 Penulis,
Jumadi
iii
DAFTAR ISI
ABSTRAK
i
ABSTRACT
ii
KATA PENGANTAR
iii
DAFTAR ISI
iv
DAFTAR GAMBAR
vii
DAFTAR TABEL
ix
DAFTAR SKEMA
x
DAFTAR LAMPIRAN
xi
BAB I. PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang
1
1.2. Tujuan Penelitian
3
1.3. Ruang Lingkup Pembahasan
3
1.4. Metodologi Penelitian
3
1.5. Sistematika Penulisan
5
BAB II. DASAR TEORI 2.1. Permasalahan Kenaikan Permukaan Air Laut
6
2.2. Pemodelan dan Simulasi Secara 3D 2.2.1. Umum
7
2.2.2. Pelaksanaan Pemodelan dan Simulasi Kenaikan Permukaan Air Laut Secara 3D
9
2.3. Pengantar Teknologi LIDAR 2.3.1. Umum
11
2.3.2. Prinsip Kerja LIDAR 2.3.2.1. Prinsip Kerja LIDAR Secara Umum
12
2.3.2.2. Prinsip Survei Batimetri dengan LIDAR
15
2.3.3. Komponen LIDAR 2.2.3.1. Sensor
16
2.2.3.2. Inertial Measurement Units (IMU)
18
iv
2.2.3.3. Global Positioning System (GPS)
19
2.3.4. Prosedur Pengukuran 2.3.4.1. Prosedur Pelaksanaan Pengambilan Data LIDAR
19
2.3.4.2. Pola Penyiaman (Scanning) LIDAR
22
2.3.4.3 Faktor-Faktor yang Mempengaruhi kekuatan Sinar Laser LIDAR 23 2.3.5. Georeferensi Data LIDAR 2.3.5.1. Umum
25
2.3.5.2. Sistem Referensi LIDAR
26
2.3.6. Data dan Aplikasi LIDAR 2.3.6.1. Kepadatan Data LIDAR
28
2.3.6.2. Pengklasifikasian Data LIDAR
29
2.3.6.3. Format Data LIDAR dan Aplikasinya
29
BAB III. PENGOLAHAN DATA 3.1. Pengolahan Data LIDAR 3.1.1. Proses Pengolahan Data LIDAR
31
3.1.2 Proses Penentuan Kedalaman Data LIDAR
34
3.1.3. Proses Georeferensi Data LIDAR
36
3.2. Proses Pemodelan dan Simulasi Banjir Dari Data LIDAR 3.2.1. Penentuan Referensi Ketinggian dan Pembuatan DEM
38
3.2.2. Penentuan Kedalaman Banjir
40
3.2.3. Pembuatan Area Perluasan Banjir
40
3.2.4. Pemodelan Banjir di Google Earth
42
3.2.5. Pembuatan Animasi Banjir
43
BAB IV. ANALISIS 4.1. Analisis Data LIDAR 4.1.1. Analisis Kualitas Data LIDAR
45
4.1.2. Analisis Kuantitas Data LIDAR
47
4.2. Analisis Hasil Pemodelan dan Simulasi Kenaikan Permukaan Air Laut
48
v
BAB V. KESIMPULAN 5.1. Kesimpulan 5.1.1. Kesimpulan Teknologi LIDAR
51
5.1.2. Kesimpulan Pemodelan dan Simulasi Banjir
51
5.2. Saran
52
DAFTAR PUSTAKA
53
LAMPIRAN
55
vi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1.
Kenaikan permukaan air laut dari waktu ke waktu
6
Gambar 2.2. Dampak kenaikan permukaan air laur
7
Gambar 2.3.
8
Pemodelan dan simulasi banjir secara 3D
Gambar 2.4. Level banjir
9
Gambar 2.5. Kedalaman banjir
10
Gambar 2.6.
Ilustrasi penggunaan teknologi LIDAR
12
Gambar 2.7. Prinsip pengukuran jarak dengan laser
12
Gambar 2.8.
Geometri sinar laser
13
Gambar 2.9.
Waktu tempuh pada saat pulsa di pancarkan dan diterima kembali
13
Gambar 2.10. Tipe gelombang berkelanjutan
14
Gambar 2.11. Sinar hijau dan sinar infra merah
15
Gambar 2.12. Sensor LIDAR
16
Gambar 2.13. Konsep multiple return
18
Gambar 2.14. Koreksi Posisi Pesawat
18
Gambar 2.15. GPS untuk pengukuran LIDAR
19
Gambar 2.16. Gambar titik kontrol di bandara
21
Gambar 2.17. Overlap pada misi penerbangan LIDAR
22
Gambar 2.18. Pola zig-zag
22
Gambar 2.19. Pola garis pararel
23
Gambar 2.20. Pola ellips
23
Gambar 2.21. Pola garis pararel –toposys
23
Gambar 2.22. Hubungan berbagai macam sistem referensi pada LIDAR
27
Gambar 2.23. Hubungan antara ET dengan WGS 84
27
Gambar 2.24. Kepadatan data LIDAR
28
Gambar 2.25. Pengklasifikasian data LIDAR
29
Gambar 2.26. Contoh berbagai aplikasi LIDAR
30
Gambar 3.1.
32
Pengolahan GPS sepanjang lintasan pesawat
Gambar 3.2. Posisi sinar laser
33
vii
Gambar 3.3.
Ilustrasi Penentuan Kedalaman
34
Gambar 3.4.
Ilustrasi Penentuan Kedalaman Sebenarnya
36
Gambar 3.5. Ketinggian MSl dan LAT di atas NAVD88
39
Gambar 3.6. Gambaran DEM secara 3D di ArcGIS
39
Gambar 3.7.
40
Peta daerah di bawah dan di atas datum vertikal
Gambar 3.8. Animasi banjir Gambar 4.1.
44
Kemampuan sensor LIDAR untuk memisahkan antara permukaan tanah dengan vegetasi di atasnya
45
Gambar 4.2.
Multipath pada LIDAR yang menghasilkan data palsu
47
Gambar 4.3.
Perbandingan antara DEM USGS (30 dan 10 meter) dengan DEM LIDAR (3 meter)
47
Gambar 4.4. Tampilan DEM di Global Mapper
48
Gambar 4.5.
Letak garis pantai dan garis kontur 1m
49
Gambar 4.6.
Perubahan garis pantai dan garis kontur sesudah kenaikan muka air laut50
viii
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1.
Karakteristik sensor LIDAR secara umum
16
Tabel 2.2.
Karakteristik sensor ALH
17
Tabel 3.1.
Cantoh data pasut
38
Tabel 3.2.
Gambaran perluasan Banjir
41
Tabel 3.3.
Gambaran kenaikan muka air laut di Google Earth
42
ix
DAFTAR SKEMA
Skema 1.1.
Metodologi penelitian
4
Skema 3.1.
Proses pengolahan data LIDAR
31
x
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1. Tahap-Tahap Pembuatan DEM
56
Lampiran 2. Tahap-Tahap Penentuan Area Perluasan Banjir
59
Lampiran 3. Tahap-Tahap Pembuatan Animasi Banjir
61
Lampiran 4. Tahap-Tahap Pemodelan Banjir di Google Earth
65
xi
