KATA PENGANTAR. RS sangat cepat berkembang dan well proven baik di kalangan akademik, pemerintah, swasta

Transkripsi

1 i

2 H a l ii

3 KATA PENGANTAR Buku berjudul Penginderaan Jauh: Metode Pengolahan dan Interpretasi Citra Satelit memaparkan konsep dasar tentang prinsip dan tahapan dalam pengolahan dan interpretasi citra dan sekaligus tutorial pengolahan Citra Satelit. Penulisan buku ini bertujuan untuk memberikan bekal pengetahuan teoritis bagi masyarakat di Indonesia, utamanya bagi mahasiswa S1 dari semua bidang ilmu yang menggunakan teknologi atau teknik penginderaan jauh. Penginderaan jauh atau 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, pemerintah, swasta dan stakeholder pada umumnya. Salah satu hasil dari Teknologi RS dan GIS adalah apa yang sehari-hari kita lihat di dalam Google Earth. Buku ini adalah buku kami yang ke dua tentang Penginderaan Jauh. Buku Pertama berjudul: Teori dan Praktek Penginderaan Jauh diterbitkan oleh Andi Publisher Th Buku kedua merupakan lanjutan dari buku pertama. Buku kedua lebih fokus pada pembahasan tentang tahapan metodologi di dalam pengolahan dan interpretasi citra. Buku ini akan menjawab: bagaimana tahap pengolahan yang perlu kita lakukan ketika kita bekerja dengan Citra Satelit dan Bagiamana cara menginterpretasikan-nya? Karena keterbatasan waktu dan sumberdaya yang ada, tidak semua konsep terkait dengan metodologi Pengindeaan Jauh tercantum dalam buku ini. Topik yang belum dibahas dalam buku ini, akan kami tulis dalam buku ke selanjutnya. Konsep tersebut dirangkum ke dalam 5 (lima) bagian, dan diuraikan lebih lanjut ke dalam tujuh belas (17) bab teori. Buku ini juga dilengkapi dengan: tutorial, perangkat lunak open source untuk pengolahan citra dan dan sampel data citra. Tutorial pengolahan citra juga dapat dilakukan menggunakan software lain baik open source maupun komersial yang banyak tersedia di internet/pasaran. Penyertaan Tutorial, Perangkat lunak OSS-RS, dan sampel data sematamata 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, 01 Pebruari 2016 iii

4 KATA PENGANTAR: DAFTAR ISI PENDAHULUAN DAFTAR ISI i ii xi BAGIAN-1: 2 PRINSIP METODOLOGI PENGINDERAAN JAUH 2 BAB 1 3 KONSEP METODOLOGI UNTUK PENGINDERAAN JAUH PERUMUSAN MASALAH IDENTIFIKASI DATA YANG DIBUTUHKAN Pengukuran Lapang Data Kolateral Data penginderaan jauh PRINSIP ANALISA DATA RS Pengolahan Citra secara Analog (Visual) Pengolahan Citra secara Digital PRESENTASI INFORMASI RINGKASAN PERTANYAAN UMPAN BALIK 18 BAB 2 21 ELEMEN INTERPRETASI CITRA MENGAPA MENGGUNAKAN REMOTE SENSING? Perspektif Luasan/Kewilayahan Karakterisasi Objek di Permukaan Bumi Interpretasi tiga (3) Dimensi Melihat diluar Penglihatan Mata Merekam Perubahan (Change detection) ELEMEN INTERPRETASI CITRA Hirarki Lokasi (x,y) Tone dan Warna 31 H a l iv

5 2.2.4 Ukuran Bentuk Tekstur Pola BAYANGAN HEIGHT & DEPTH SITE, SITUATASI, ASOSIASI METODOLOGI INTERPRETASI Penggunaan Informasi pelengkap Penggunaan pengetahuan dan pengalaman Penggunaan Multi-concept RINGKASAN PERTANYAAN UMPAN BALIK 43 BAGIAN-II 46 KARAKTERISTIK CITRA & SENSOR 46 BAB 3 47 KARAKTERISTIK DATA CITRA KONSEP CITRA DIGITAL FORMAT CITRA DIGITAL Band Interleaved By Line Format (BIL) Band Interleaved By Pixel (BIP) Band Sequential Format (BSQ) JENIS PRODUK CITRA SATELIT PENYIMPANAN DAN VOLUME DATA CITRA RINGKASAN 64 BAB 4 66 KONSEP KETELITIAN PADA DATA CITRA KETELITIAN SPASIAL KETELITIAN SPEKTRAL RESPON SPEKTRAL OBJEK KARAKTERISTIK SPEKTRAL SUATU SENSOR KETELITIAN RADIOMETRIK KETELITIAN TEMPORAL RINGKASAN 92 v

6 BAB 5 95 CITRA PANKHROMATIK & MULTISPEKTRAL CITRA PANCHROMATIK CITRA MULTISPEKTRAL LANDSAT 1 SD LANDSAT ASTER MODIS 112 BAGIAN-III 117 ALUR PENGOLAHAN CITRA DAN KONSEP STATISTIK 117 BAB PENANGANAN DATA PENGINDERAAN JAUH ALUR PENANGANAN CITRA KUALITAS CITRA TAHAPAN PROSES PENGOLAHAN CITRA 121 BAB DISTRIBUSI FREKUENSI DAN HISTOGRAM FREKUENSI KEJADAIN DISTRIBUSI PROBABILITAS UKURAN DISTRIBUSI HISTOGRAM CITRA 135 BAB PUSAT KECENDERUNGAN DAN SEBARAN DATA UKURAN PUSAT KECENDERUNGAN Rerata Median Modus (Mode) MENYATAKAN SEBARAN DATA Range dan Quantile Variansi dan Standard Deviasi 142 H a l vi

7 BAB KORELASI DAN KOVARIAN KORELASI KOVARIAN CONTOH PERHITUNGAN KOVARIAN 154 BAGIAN-IV 157 TAHAP PRA-PENGOLAHAN : 157 KOREKSI RADIOMETRIK, KOREKSI GEOMETRIK DAN VISUALISASI 157 BAB KOREKSI RADIOMETRIK SUMBER KESALAHAN RADIOMETRIK Pengaruh Atmosfer terhadap radiasi Pengaruh Atmosfer pada citra Pengaruh Instrumen METODE KOREKSI RADIOMETRIK Koreksi Secara Absolut Koreksi Relatif Metode Regresi 166 BAB KOREKSI GEOMETRIK PENGERTIAN KESALAHAN GEOMETRIK SUMBER KESALAHAN GEOMETRIK IFOV dan Pembentukan Piksel Pengaruh Rotasi Bumi Distorsi Panoramik Lengkung permukaan bumi Variasi pada ketinggian, kecepatan dan posisi METODE KOREKSI GEOMETRIK Interpolasi Spasial Interpolasi intensitas REGISTRASI CITRA Registrasi : Image ke Peta Registrasi : Citra ke Citra 182 vii

8 BAB MENAMPILKAN CITRA CITRA HITAM-PUTIH PSEUDO-COLOUR COMPOSITE KOMPOSISI CITRA BERWARNA WARNA ALAMI DAN TIDAK-ALAMI FOTOGRAFI NORMAL DAN FALSE COLOUR 195 BAGIAN-V 198 TAHAP PENGOLAHAN CITRA 198 BAB PENINGKATAN KENAMPAKAN CITRA MANIPULASI KONTRAS DAN HISTOGRAM Kontras Histogram PEREGANGAN KONTRAS Peningkatan kontras secara linear Peningkatan kontras: Non-Linear FILTER SPASIAL Filter Pass Rendah vs Pass-Tinggi Penajaman batas 211 BAB TRANSFORMASI CITRA OPERATOR MATEMATIK PERBANDINGAN SPEKTRAL TASSEL CAP TRANFORMATION ANALISA KOMPONEN UTAMA 219 BAB KLASIFIKASI CITRA KELAS INFORMASI DAN KELAS SPEKTRAL KLASIFIKASI TERBIMBING 229 H a l viii

9 Training Area Pemilihan Algorithma Klasifikasi Luaran Peta KLASIFIKASI TIDAK TERBIMBING Konsep Pengukuran Jarak Cara kerja Algoritma Kelebihan dan Kekurangan KLASIFIKASI HYBRID 248 BAB EVALUASI KETELITIAN PROSES KLASIFIKASI DEFINISI DAN URGENSI SUMBER KESALAHAN KARAKTERISTIK KESALAHAN MATRIK KESALAHAN Konsep Matrik Kesalahan Cara Membuat UKURAN TINGKAT AKURASI 263 BAB INTEGRASI DATA INTEGRASI DATA MULTI-TEMPORAL PENGGABUNGAN DATA Pan-Sharpening Data Fusion INTEGRASI RS DAN GIS Integrasi data citra dengan SIG Integrasi data raster dan data vector Model integrasi aktual 284 BAGIAN-VI 288 TUTORIAL PENGOLAHAN CITRA ASTER MENGGUNAKAN OSS RS ILWIS 288 BAB SEKILAS TENTANG CITRA ASTER TERRA INSTRUMEN INSTRUMENT ASTER 291 ix

10 Sub-Sistem VNIR Sub-Sistem SWIR Sub-Sistem TIR SPEKTRAL BAND DAN SPESIFIKASI ASTER 297 BAB TYPE DATA - CITRA ASTER TINGKAT PENGOLAHAN CITRA KETERSEDIAAN DATA ASTER Level 1 Data Products ASTER Level 2 and 4 Higher Level Data Products ASTER LEVEL-1A ASTER LEVEL-1B ASTER LEVEL Decorrelation Stretch: VNIR, SWIR, & TIR Brightness Temperature Surface Radiance/Reflectance VNIR & SWIR Surface Radiance: VNIR, SWIR, & TIR Temperature/Surface Emissivity Surface Kinetic Temperature Polar Surface & Cloud Classification ASTER LEVEL 3: DEM RINGKASAN 316 BAB ALUR UMUM PENGOLAHAN CITRA ASTER TAHAP PENGOLAHAN ASTER TAHAP PRA-PENGOLAHAN TAHAP PENGOLAHAN POST-PROSESING CITRA ASTER 321 BAB PRE-PROCESSING CROSS-TALK KONVERSI NILAI DIGITAL KE RADIANSI 327 H a l x

11 21.3 DARK-PIXEL CORRECTION 336 BAB IMAGE ENHANCEMENT, REGSITRASI DAN GEOREFERENSI IMAGE ENHANCEMENT MENENTUKAN SISTEM KOORDINAT GEOREFERENCE 355 BAB PENGGABUNGAN DAN KOMPOSIT CITRA PENGGABUNGAN CITRA Membuat Resample Mosaicking MEMBUAT CITRA KOMPOSIT 369 BAB KLASIFIKASI CITRA KLASIFIKASI TIDAK TERBIMBING KLASIFIKASI TERBIMBING Membuat Sampel Klasifikasi 387 BAGIAN-VII 392 TUTORIAL PENGOLAHAN CITRA MENGGUNAKAN OSS RS BEAM 392 BAB SEKILAS TENTANG BEAM KOMPONEN BEAM Sensor, Platform dan Format data FUNGSI UTAMA VISAT BEAM Visualisasi Analisis Tool untuk Geo-processing BEAM Versi xi

12 BAB MENU DAN SUB-MENU BEAM MENU UTAMA BEAM MENU FILE MENU EDIT MENU VIEW MENU ANALYSIS MENU UTILITIES MENU PROCESSING MENU WINDOW MENU HELP 414 BAB MEMBUKA DAN MENAMPILKAN CITRA MEMULAI BEAM VISUALISASI MULTI-KANAL DAN RGB MENAMPILKAN DENGAN WINDOW MANIPULASI TAMPILAN DAN WARNA MENYIMPAN DAN MEMBUKA SESI MEMBUKA FILE DENGAN SUB-MENU IMPORT 431 BAB ANALISIS STATISTIK DAN HISTOGRAM 433 BAB PEREGANGAN KONTRAS DAN HISTOGRAM CITRA 435 DAFTAR PUSTAKA 439 A. TEXBOOK DAN MANUAL 439 B. JURNAL ILMIAH TERKAIT 463 C. WEBSITE 463 H a l xii

13 PENDAHULUAN Bagaimana sebaiknya buku ini digunakan Teknologi Penginderaan Jauh (atau remote sensing) merupakan teknologi yang sangat cepat berkembang. Teknik/Teknologi Remote Sensing sebagai suatu Tool sudah lama dan 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 metodologi pengolahan dan interpretasi 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 Program 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 tutorial/praktikum disusun sedemikian rupa sehingga dapat digunakan untuk praktek mandiri mahasiswa, demo di kelas, maupun praktikum terbimbing di laboratorium komputer. xiii

14 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. Komponen buku : 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 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 tiga komponen : (1) Hardcopy, (2) Softcopy Tutorial dan (3) Softcopy berisi: sampel data dan sampel software open source. Buku Komponen 1 berupa hardcopy yang dicetak dalam format kertas, untuk memudahkan pemahaman teori yang disajikan. Buku Komponen 2, kami sertakan berupa softcopy file Tutorial_Ilwis.pdf dan Tutorial_BEAM.pdf dengan harapan dapat memotong biaya produksi, mengurangi harga jual, dan fleksibel dalam penggunaan. Komponen 3, berupa file-file sampel data dan software pelengkap buku yang digunakan dalam tutorial. D. Organisasi Materi : Materi pembahasan di dalam buku ini dibagi ke dalam 7 bagian. Ke tujuh (7) bagian tersebut diuraikan lebih lanuut ke dalam 30 bab. Ringkasan materi tiap bagian diuraikan sebagai berikut: Bagian-1, berjudul Prinsip Metodologi dalam Penginderaan Jauh, berisi dua (2) bab yang memuat prinsip metodologi yang digunakan dalam aplikasi penginderaan jauh. Bab 1, berjudul Konsep metodologi untuk penginderaan jauh, membahas tentang langkah metodologi yang umumnya dipakai dalam penginderaan jauh, mencakup: perumasan masalah, identifikasi data yang dibutuhkan, prinsip tahapan dalam analisi data PJ, dan Presentasi informasi. Bab-2 berjudul Elemen Interpretasi Citra, membahas tentang mangapa kita menggunakan penginderaan jauh dan elemen interpretasi yang umum digunakan untuk mengenali dan menginterpretasikan objek di permukaan bumi dan di citra (misalnya: bentuk, ukuran, warna, tone, teksture, asosiasi, dll). Bagian-2, berjudul Karakteristik Citra dan Sensor, terdiri dari 3 bab. Bab-3 berjudul Karakteristik Data Citra membahas tentang konsep, jenis format, dan jenis product citra satelit H a l xiv

15 (citra digital). Bab-4 berjudul Konsep Ketelitian pada Data Citra, membahas tentang perbedaan, implikasi dan konsekuensi dari karakteristik ketelitian spasial, spektral (radiometrik), dan temporal suatu 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. Bab-5 berjudul Citra Pankhromatik dan MultiSpektral, menguraikan tentang karakteristik citra pancromatoic dan beberapa citra multispektral. Bagian-3, berjudul Alur Pengolahan Citra dan Konsep Statistik, terdiri dari 4 bab. Bab-6 berjudul: Penanganan Data Penginderaan Jauh membahas sekilas tentang tahapan metodologi yang umum dilakukan dan istilah terkait dengan proses pengolahan, analisis dan interpretasi citra. Bab-7 berjudul: Distribusi Frekuensi dan Histogram memaparkan konsep secara ringkas tentang distribusi ferkuensi dan contoh histogram pada citra. Bab-8 berjudul: Pusat Kecenderungan dan sebaran data mengulang secara ringkas konsep statistik tentang ukuran pusat kecenderungan dan sebaran data (rerata, maksimum, minimum, deviasi standar, dll). Bab-9 berjudul: Korelasi dan Kovarian. Data citra multi-spektral terdiri dari beberapa lapisan yangdikenal sebagai band atau kanal. Di dalam satu kanal terdiri dari sejumlah baris x sejumlah kolom piksel. Interpretasi citra sering melibatkan interaksi tidak hanya antar piksel di dalam satu kanal, tetapi juga sering melibatkan sejumlah piksel pada sejumlah kanal. Dalam hal ini pemahaman terhadap konsep korelasi dan kovarian sangat diperlukan sebelum melakukan analisis dan interpretasi lebih mendalam tentang suatu citra. Bagian-4, berjudul : Tahap Pra-pengolahan: Koreksi Radiometrik, Koreksi Geometrik dan Visualisasi, terdiri dari tiga bab. Bab-10 berjudul: Koreksi Radiometrik membahas secara ringkas penyebab kesalahan radiometrik dan metode koreksi radiometrik. Bab-11 berjudul: Koreksi Geometrik dan membahas tentang: pengertian kesalahan geometrik, sumber kesalahan geometrik, dan metode koreksi geometrik. Bab-12 berjudul: Menampilkan citra, membahas pengertian dan preistilahan terkait dengan citra hitam-putih (gray scale), Komposisi citra warna,warna alami dan tidak alami, fotografi normal dan false colour. Bagian-5, berjudul : Tahap Pengolahan Citra, terdiri dari 5 bab. Bab-13 berjudul : Peningkatan Kenampakan Citra, membahas tentang metode manipulasi kontras dan histogram, peregangan histogram, filter spasial, dan penajaman batas. Bab-14 berjudul: Transformasi Citra, membahas beberapa teknik yang umum digunakan untuk transformasi citra, mencakup: operator matematik, perbandingan spektral, Tassel Cap tarnsformation, dan analisa komponen utama. Bab-15 berjudul : Klasifikasi Citra, membahas tentang: Kelas informasi dan kelas spektral, klasifikasi tidak terbimbing dan klasifikasi terbimbing. Bab-16 xv

16 berjudul Evaluasi Ketelitian Proses Klasifikasi membahas tentang : Definisi dan urgensi evaluasi, sumber kesalahan, karakteristik kesalahan, matrik kesalahan dan ukuran tingkat akurasi. Bab-17 berjudul : Integrasi Data, membahas tentang berbagai teknik yang umum digunakan untuk integrasi data penginderaan jauh mencakup: Integrasi data multitemporal,penggabungan data (data fusion) dan integrasi RS dan GIS. Bagian-6, berjudul : Tutorial Pengolahan Citra Aster menggunakan OSS RS - ILWIS, terdiri dari 7 bab, yang menjelaskan langakah detail bagaimana menggunakan ILWIS untuk mengolah data ASTER dari tahap awal sd proses klasifikasi. Bagian-7, berjudul : Tutorial Pengolahan Citra menggunakan OSS RS - BEAM, terdiri dari 5 bab, yang menjelaskan langkah detail bagaimana menggunakan OSS-RS BEAM untuk menampilkan, memanipulasi dan pre-treatmen data citra. E. 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 menghubungi penulis, dengan alamat: Prof. Dr. Indarto, STP, DEA Lab. Teknik Pengendalian dan Konservasi Lingkungan (Lab TPKL) PS Teknik Pertanian FTP Univ. Jember Jl. Kalimantan No. 37 Kampus Tegalboto - Jember Telp/Fax: indarto.ftp@unej.ac.id Telp Rumah : , Hp: , H a l xvi