PEMANFAATAN METODE INSAR UNTUK PEMANTAUAN AKTIVITAS GUNUNG SEMERU

Transkripsi

1 PEMANFAATAN METODE INSAR UNTUK PEMANTAUAN AKTIVITAS GUNUNG SEMERU TUGAS AKHIR Karya ilmiah yang diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar SARJANA TEKNIK pada Program Studi Teknik Geodesi dan Geomatika oleh Nur Mujid Abdullah PROGRAM STUDI TEKNIK GEODESI DAN GEOMATIKA FAKULTAS ILMU DAN TEKNOLOGI KEBUMIAN INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2012

2 LEMBAR PENGESAHAN Tugas Akhir Sarjana PEMANFAATAN METODE INSAR UNTUK PEMANTAUAN AKTIVITAS GUNUNG SEMERU Adalah benar dibuat oleh saya sendiri dan belum pernah dibuat dan diserahkan sebelumnya baik sebagian atau seluruhnya, baik oleh saya maupun orang lain, baik di ITB maupun institusi pendidikan lainnya. Bandung, September 2012 Penulis, Nur Mujid Abdullah NIM Diperiksa dan disetujui oleh Pembimbing I, Pembimbing II, Dr. Ir. Dina Anggreni Sarsito, MT. NIP Teguh Purnama Sidiq, ST., MT. Disahkan oleh Ketua Program Studi Teknik Geodesi dan Geomatika Fakultas Ilmu dan Teknologi Kebumian Institut Teknologi Bandung Dr. Ir. Kosasih Prijatna, M. Sc. NIP

3 ABSTRAK Indonesia terletak pada 6 o LU hingga 11 o LS dan 95 o BT hingga 141 o BT yang memiliki iklim tropis serta dilalui jalur Ring of fire (daerah yang memiliki banyak gunungapi aktif). Hal itu terbukti dengan kepemilikan gunungapi aktif Indonesia sebanyak 129 gunungapi. Hal ini berarti Indonesia berada di daerah yang rawan bencana akibat letusan gunungapi. Untuk mengurangi dampak dari bencana yang dapat terjadi kapan saja itu, perlu dilakukan mitigasi. Dalam rangka mitigasi tersebut terdapat pokok bagian yang penting, yaitu pemantauan aktivitas gunungapi. Banyak metode yang dapat digunakan untuk pemantauan gunungapi. Salah satunya adalah secara geodetik menggunakan teknologi InSAR. Penelitian ini menerapkan teknologi InSAR untuk memantau aktivitas Gunung Semeru, Jawa Timur, Indonesia. Sebanyak 8 data ALOS PALSAR level 1.0 dari Oktober 2009 hingga Februari 2011 digunakan dalam penelitian ini. Metode pengolahannya dengan menggunakan metode two-pass dengan model tinggi digitalnya dari SRTM3. Perangkat lunak yang digunakan untuk pengolahannya adalah GMTSAR. Setelah dilakukan pengolahan, diperoleh 7 interferogram dengan memasangkan data yang memiliki interval data terpendek. Interferogram yang terbentuk ternyata masih memiliki kesalahan yang besar dari fase orbit dan atmosfer sehingga tidak dapat dianalisis hubungan antara aktivitas Gunung Semeru dengan hasil yang diperoleh. Hal ini menunjukkan GMTSAR masih perlu dikembangkan agar dapat digunakan untuk memantau aktivitas gunungapi dengan teknologi InSAR. Kata kunci : InSAR, Gunung Semeru, GMTSAR i

4 ABSTRACT Indonesia is located on 6 o North to 11 o South and 95 o to 141 o East which in tropical region as well as in the path of Ring of Fire (where the active volcanoes are). It is proven by the number of volcanoes in Indonesia is 129 volcanoes. It means Indonesia is vulnerable to volcano hazards. In order to minimalize the victims, there have to be mitigation. In mitigation processes, monitoring volcanoes activities are one of the most important things. There are many methods to monitor volcanoes activities. One of them is geodetic method utilizing InSAR technology. This research applied InSAR technology to monitor the activities of Semeru volcano, East Java, Indonesia. Eight ALOS PALSAR data level 1.0 from October 2009 till February 2011 is used. Processing method is two-pass method which use SRTM3 as digital elevation model. The processing software is GMTSAR. After the processing, there are 7 interferograms from the shortest time interval data pairs. The interferograms still contain some errors from orbit and atmosphere so the correlation between volcano activities and the interferograms cannot be analyzed. This means GMTSAR still need to be improved so that it can be used for volcano activities monitoring using InSAR technology. Key words: InSAR, Semeru Volcano, GMTSAR ii

5 PRAKATA Penulis senantiasa bersyukur kepada Allah Swt yang selalu memberikan rahmat dan hidayah-nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian tugas akhir yang judul Pemanfaatan Metode InSAR untuk Pemantauan Aktifitas Gunung Semeru. Tugas akhir ini merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana (S1) Program Studi Teknik Geodesi dan Geomatika Institut Teknologi Bandung. Penelitian dalam tugas akhir ini menjelaskan pengolahan data SAR (Synthetic Aperture Radar) dari satelit ALOS PALSAR untuk mendapatkan peta deformasi Gunung Semeru. Penelitian ini dilakukan karena ketertarikan penulis pada pengolahan data SAR untuk kebutuhan deformasi yang masih belum banyak dilakukan di Indonesia. Pada kesempatan ini, penulis mengucapkan terima kasih kepada: 1. Dosen pembimbing I, Ibu Dr. Ir. Dina Anggreni Sarsito, M. Sc.. Terima kasih atas bantuannya dimulai dari penyusunan proposal sampai penyelesaian tugas akhir ini, serta terima kasih atas bimbingan dan perhatian yang ibu berikan selama penulis mengerjakan penelitian tugas akhir ini. 2. Dosen pembimbing II, Bapak Teguh Purnama Sidiq, ST., MT.. Terima kasih atas masukan yang bapak berikan untuk penyelesaian tugas akhir ini. 3. Dosen wali akademik, Bapak Dr. Ir. Irwan Meilano, M. Sc., yang telah memberikan arahan dan semangat pada penulis untuk selalu melakukan yang terbaik dengan tetap berpegang pada aturan yang berlaku dan menilai pada kemampuan yang penulis miliki. 4. Dosen - dosen penguji dalam ujian tugas akhir, Bapak Irwan Meilano, Bapak Irwan Gumilar, dan Ibu Estu Krisnawati atas koreksi-koreksi yang membangun untuk kemajuan penulisan tugas akhir ini. 5. Bapak Ketua Program Studi Geodesi dan Geomatika ITB, Bapak Dr. Ir. Kosasih Prijatna, M. Sc. 6. Seluruh dosen Program Studi Teknik Geodesi dan Geomatika ITB atas ilmu yang engkau berikan. 7. Mr. David Sanwell yang bersedia menuntun saat penulis mendapati kebuntuan, Pak Agustan yang telah menyelakan waktunya memberikan pelatihan perangkat iii

6 lunak yang digunakan dalam penelitian ini, dan Bu Estu atas data SAR Gunung Semeru serta rekan rekan laboratorium GREAT, Pak Didik, Pak Zul, Bang Rino, Pak Fajri, Bang Ruben, Bro Ardi, Bro Din, Bang Rian, Mbak Iktri, Pak Bayu, Ajeng, The Rian, dan masih banyak lagi yang tidak dapat disebutkan satu persatu. 8. Pak Dudung, Pak Dudi Sahrudin, Pak Ujum, Bu Siti, Pak Dudi Lab. Surkad, Pak Ule, Pak Dadang, Pak Akmad, dan staf di Teknik Geodesi dan Geomatika ITB yang tidak dapat disebutkan satu-persatu. 9. Dosen dan staff FITB dan ITB yang tidak dapat disebutkan satu persatu. 10. Wicak, Oma, Bad_ak, Fandi, Gebi, Legi, HenKur, Mail dan semua IMG 2008, terimakasih telah menjadi teman yang bukan sekedar teman selama di IMG. 11. IMG 2005, IMG 2006, dan IMG 2007, terimakasih atas kesediaannya menerima dan membimbing kami. 12. IMG 2009, IMG 2010, dan IMG 2011 terus berjuang, kalianlah kebanggaan kami. 13. Gilang, Risa, Muti dan semua teman teman FITB01, selamat berjuang kawan sukse selalu. 14. Dan pastinya orang tua tercinta yang selalu mencintai dan menghargai dalam suka maupun duka. 15. Penghuni dan mantan penghuni TH 181/56 RT 02 RW 08, ibu kos, dan tetangga serta ibu yang punya warung. 16. Semua pihak telah membantu dan tidak dapat disebutkan satu persatu. Semoga Allah Swt membalasnya dengan yang lebih baik. Amin. Penulis berharap penulisan penelitian tugas akhir ini berguna bagi para peminat keilmuan tentang InSAR, Gunungapi, Deformasi, pemrograman berbasis open source serta untuk mitigasi bencana alam yang banyak terjadi di Indonesia. Bandung, September 2012 Penulis iv

7 DAFTAR ISI LEMBAR PENGESAHAN ABSTRAK... i ABSTRACT... ii PRAKATA... iii DAFTAR ISI... v DAFTAR GAMBAR... vii DAFTAR TABEL... ix DAFTAR LAMPIRAN... x DAFTAR SINGKATAN DAN SIMBOL... xi BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Maksud dan Tujuan Ruang Lingkup Manfaat Penelitian Metodologi Penelitian Sistematika Penulisan... 6 BAB II TEORI DASAR 2.1 Synthetic Aperture Radar (SAR) InSAR Differential InSAR Metode InSAR untuk Pengamatan Deformasi Gunungapi Gambaran Umum Lokasi Studi (Gunung Semeru) BAB III PENGOLAHAN DATA SAR DENGAN GMTSAR 3.1 Sekilas Tentang GMTSAR Strategi Pengolahan Data pada GMTSAR Tahapan Pengolahan Data pada GMTSAR Pemilihan data Pra-pengolahan Pembentukan citra (Image Formation) v

8 3.3.4 Transformasi koordinat DEM Pembentukan interferogram Filtering dan phase unwrapping Georeferencing Hasil Pengolahan Data SAR Gunung Semeru Data Hasil pengolahan BAB IV ANALISIS 4.1 Data Hasil Hubungan Aktivitas Gunung Semeru dengan Hasil BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN Lampiran E Instalasi GMTSAR vi

9 DAFTAR GAMBAR Gambar 1.1 Foto Gunung Semeru dari arah tenggara... 2 Gambar 1.2 Diagram alir metodologi penelitian... 5 Gambar 2.1 Geometri sistem InSAR Gambar 2.2 Alur pemrosesan pada teknik DInSAR Gambar 2.3 Efek atmosfer pada interferogam Gambar 2.4 Bentuk fringe pada deformasi gunungapi Gambar 2.5 Ilustrasi hubungan pergeseran LOS dengan inflasi deflasi gunungapi Gambar 2.6 Peta lokasi daerah studi (Gunung Semeru) Gambar 2.7 Sejarah Aktivitas Gunung Semeru dari tahun 1818 hingga Gambar 3.1 Strategi pengolahan data SAR dengan teknik DInSAR pada GMTSAR Gambar 3.2 Plot waktu-baseline pada sekumpulan data SAR Gambar 3.3 Contoh tampilan dari bagian citra.raw Gambar 3.4 Parameter hasil preprocessing dari citra IMG-HH-ALPSRP H1.0 A Gambar 3.5 Ilustrasi fase relatif (a) menjadi fase mutlak (b) pada proses unwrapping Gambar 3.6 Tampilan data DEM yang digunakan dalam penelitian ini Gambar 3.7 Hasil pengolahan citra SAR untuk pasangan _ Gambar 4.1 Hubungan data dengan aktivitas yang terekam Gambar 4.2 Citra fase yang telah difilter pasangan Gambar 4.3 Citra koherensi pasangan Gambar 4.4 Interferogram Gunung Semeru dan unwrap-nya pasangan Gambar 4.5 Interferogram pasangan Gambar 4.6 Citra koherensi pasangan Gambar 4.7 Interferogram Gunung Semeru dan unwrap-nya pasangan vii

10 Gambar 4.8 Citra koherensi pasangan Gambar 4.9 Interferogram pasangan Gambar 4.10 Interferogram Gunung Semeru dan unwrap-nya pasangan Gambar 4.11 Interferogram pasangan Gambar 4.12 Citra koherensi pasangan Gambar 4.13 Interferogram Gunung Semeru dan unwrap-nya pasangan Gambar 4.14 Citra koherensi pasangan Gambar 4.15 Interferogram pasangan Gambar 4.16 Potongan interferogram dan unwrap pasangan Gambar 4.17 Interferogram pasangan Gambar 4.18 Citra unwrap yang belum dan telah di-detrend Gambar 4.19 Citra unwrap bagian Gunung Semeru pasangan Gambar 4.20 Interferogam pasangan Gambar 4.21 Hasil unwrap dan detrend pasangan Gambar 4.22 Citra unwrap ter-detrend Gunung Semeru pasangan Gambar 4.23 Hubungan aktivitas Gunung Semeru dengan hasil pengolahan viii

11 DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Rekaman aktivitas Gunung Semeru tahun 2009 hingga Tabel 3.1 Informasi data SAR Gunung Semeru Tabel 3.2 Panjang baseline dan beda waktu antar pasangan citra Tabel 4.1 Perbandingan file PRM citra dengan citra ix

12 DAFTAR LAMPIRAN Lampiran A Lampiran B Lampiran C Karakteristik ALOS PALSAR dan PALSAR Data A. 1 Karakteristik PALSAR A. 2 Karakteristik Data PALSAR Citra Beda Fase B. 1 Pasangan B. 2 Pasangan B. 3 Pasangan B. 4 Pasangan B. 5 Pasangan B. 6 Pasangan B. 7 Pasangan Citra Unwrap C. 1 Pasangan C. 2 Pasangan C. 3 Pasangan C. 4 Pasangan C. 5 Pasangan C. 6 Pasangan C. 7 Pasangan x

13 DAFTAR SINGKATAN DAN SIMBOL Dafar singkatan : ALOS : Advanced Land Observing Satellite BNPB : Badan Nasional Penanganan Bencana BT : Bujur Timur CEOS : Committee on Earth Observation Satellites DEM : Digital Elevation Model DInSAR : Differential Interferometric Synthetic Aperture Radar DORIS : Delft Object-oriented Radar Interferometric Software dpl : di atas permukaan air laut EDM : Electronic Distance Measurement EOS : Earth Observing Systems ERS : European Remote Sensing Satellite ESA : European Space Agency ESDM : Energi dan Sumber Daya Mineral FBD : Fine Beam Double Polarizations FBS : Fine Beam Single Polarization FFT : Fast Fourier Transform GCP : Ground Control Point GMT : Generic Mapping Tools GMTSAR : Generic Mapping Tools Synthetic Aperture Radar GPS : Global Positioning Systems InSAR : Interferometric Synthetic Aperture Radar I/Q : In-phase (real), Quadrature (imaginary) LOS : Line of Sight LS : Lintang Selatan LU : Lintang Utara MODIS : Moderate Resolution Imaging Spectradiometer NASA : National Aeronautics and Spaces Administration NetCDF : Network Common Data Form NGA : National Geospatial-Intelligence Agency OS : Operating System PALSAR : Phase Array L-band Synthetic Aperture Radar PC : Personal Computer PRF : Pulse Repetition Frequency PVMBG : Pusat Vulkanologi dan Mitigasi Bencana Geologi Radar : Radio detection and ranging SAR : Synthetic Aperture Radar SLC : Single Look Complex SNAPHU : Statistical-cost Network flow Algorithm for Phase Unwrapping SRTM : Shuttle Radar Topography Mission SW : South West SWST : Sampling Window Start Time USGS : United States Geological Survey VAAC : Volcanic Ash Advisory Centre WGS84 : World Geodetic Survey 1984 xi

14 Daftar Simbol : ΔR c τ Δx θ λ r d y A AM AS I R RM RS B B α hg DG Vdisp LOS : resolusi arah miring (m) : cepat rambat gelombang elektromagnetik di ruang hampa (m/s) : panjang pulsa (s) : resolusi arah melintang (m) : incidence angle (sudut pancaran) : resolusi searah lintasan dengan antena sintetis : panjang gelombang sinyal radar : jarak miring satelit ke target : panjang antena : besarnya medan listrik pada bidang elektromagnetik yang terekam dalam SLC : amplitudo SLC : fase SLC : amplitudo SLC master : amplitudo SLC slave : fase SLC master : fase SLC slave : beda fase antar SLC master dan slave pada titik G : imajiner : riil : jarak miring satelit ke target pada SLC master : jarak miring satelit ke target pada SLC slave : panjang baseline : baseline sejajar : baseline tegaklurus : tinggi titik G di atas suatu referensi : look angle pada titik G : sudut baseline satelit : beda fase : baseline tegaklurus untuk titik G : tinggi ambiguitas titik G : fase pada interferogram akibat topografi : fase pada interferogam akibat kesalahan orbit : fase pada interferogam akibat deformasi permukaan bumi : fase pada interferogam akibat penundaan atmosfer : fase pada interferogam akibat noise : pergeseran titik G pada arah LOS : pergeseran titik arah vertikal : pergeseran LOS : fase yang telah di-unwrap xii