Recommended WEB : MINGGU 7 & 8 : PENGANTAR REMOTE SENSING. Garis Besar Materi. Definisi PROSES REMOTE SENSING

Transkripsi

1 MINGGU 7 & 8 : PENGANTAR REMOTE SENSING Garis Besar Materi Definisi Perkembangan Proses Remote Sensing A. Sumber energi Matahari Radar B. Interaksi Gelombang Lilik Budi Prasetyo lbpras@indo.net.id lbprastdp@yahoo.com elektromagnetik & Atmosfer C. Interaksi Energi Matahari /Radar dengan Obyek di permukaan bumi D. Hardware Platform Sensor (Aktif & Pasif) E. Stasiun penerima di Bumi Peyimpanan data F. Aplikasi 1 2 Recommended WEB : Canada Centre for Remote Sensing ( NASA : Remote Sensing Tutorial ( Remote Sensing Net ( European Space Agency ( ALOS ( Definisi Sebuah teknik untuk mempelajari karakter suatu obyek dengan menggunakan sensor, tanpa ada kontak langsung dengan obyek tersebut Remote sensing can be defined as the collection of data about an object from a distance Remote Sensing : refers to instrument-based techniques employed in the acquisition and measurement of spatially organized (for the Earth, most commonly geographically distributed) data/information on some property(ies) (spectral; spatial; physical) of an array of target points (pixels) within the sensed scene (anywhere in the Universe) that correspond to classes, features, objects, and materials, doing this by applying one or more recording devices not in physical, intimate contact with the item(s) under surveillance (thus at a finite distance from the observed target, in which the spatial arrangement is preserved); 3 techniques involve amassing knowledge pertinent to the sensed scene (target) by utilizing electromagnetic radiation, force fields, or acoustic energy sensed by recording cameras, radiometers and scanners, lasers, radio frequency receivers, radar systems, sonar, thermal devices, sound detectors, seismographs, magnetometers, gravimeters, scintillometers, and other instruments. PROSES REMOTE SENSING PERKEMBANGAN REMOTE SENSING 1839 Photograph Pertama 1858 Photo pertama dari balon udara 1903 Pesawat pertama 1909 Photo pertama dari pesawat 1903 Photo infrared film WW I and WW II Program Ruang angkasa A. Sumber energi Matahari Radar B. Interaksi Gelombang elektromagnetik & Atmosfer C. Interaksi Energi Matahari/Radar dgn Obyek di permukaan bumi D. Hardware Platform Sensor (Aktif & Pasif) B A C D E E. Stasiun penerima di Bumi Peyimpanan data F. Aplikasi 5 6 1

2 A. SUMBER ENERGI Formula Matematika Cahaya 7 Time (t) Karakter gelombang dapat dilihat dari panjang gelombang/frekuensi Panjang gelombang Frekuensi Amplitudo lu = c l = Panjang gelombang, u = Frekuensi, C = Kecepatan cahaya 8 Energi cahaya berkaitan dengan frekuensi : E =hu E= Energy, u= Frekuensi, h= a Konstanta, x Cahaya dengan panjang gelombang besar mempunyai gelombang yg panjang, energi rendah. Sinar X, gelombangnya pendek, energinya besar Gelombang mikro (Microwaves), gelombangnya panjang, berenergi rendah Spektrum Elektromagnetik PANJANG GELOMBANG FREKUENSI APLIKASI (meter) (Hz) Gelombang Radio Radar Infra merah, UV Cahaya Tampak (B&R = fotosintesa, Fotografi) Sinar X Sinar Gamma 9 10 CAHAYA TAMPAK/ VISIBLE LIGHT 1. Red : m 2. Orange : m 3. Yellow : m 4. Green : m 5. Blue : m Berkaitan dengan energi panas (gelombang panjang) yg dipantulkan obyek (bumi) 6. Violet : m

3 Perjalanan Energi Elektromanetic matahari -> Sensor Satelit RADAR Band P, L, S, C, X, Ku, K, Ka B. INTERAKSI GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK (Visible light) & ATMOSFER Energi yang ditangkap sensor (reflected) : ῥ = ϕ - (α + τ) Besar α dan τ tergantung dari sifat/karakter benda yang terkena cahaya Scattering (proses refraksi dan refleksi) : Partikel atau molekul gas di atmosfir yg berukuran besar berinteraksi dengan cahaya dan menyebabkan perubahan arah dari cahaya (krn refraksi/refleksi) Raleigh scattering Partikel debu yg sangat kecil, molekul Nitrogen dan Oksigen. Dominan di atmosphere bagian atas Partikel lebih kecil dari panjang gelombang cahaya Gelombang pendek lebih banyak berpendar Mie Scattering Partikel berukuran sama dengan gelombang cahaya (Debu, tepung sari, asap, uap air) Pada Siang hari (arah datang sinar tegak lurus), lebih banyak sinar biru (gelombang pendek), yang sampai ke bumi. Sebaliknya waktu sore/pagi (sudut datang matahari miring) : lebih banyak gelombang panjang (kuning/merah), sampai di bumi Gelombang panjang lebih terpengaruh Non-Selective Scattering Partikel besar (titik-titk air, debu berukuran besar) Semua panjang gelombang berpendar (Scattered)

4 ABSORPSI (ABSORPTION) C. INTERAKSI CAHAYA DENGAN OBYEK Mekanisme lain yang terjadi bila gelombang cahaya melewati atmosfer : Ozone Menyerap ultraviolet radiasi dari Carbon dioxide (CO2) Menyerap radiasi infrared jauh Water vapor (Uap air) (menyerap gelombang panjang infra merah dan gelombang pendek mikrowave) Cahaya berinteraksi dengan obyek dalam berbagai bentuk Incident (I) : Cahaya datang : Absorption (A); Transmission (T); and Reflection (R) PANTULAN/REFLEKSI PANTULAN/REFLEKSI 21 Specular reflection Specular or mirror-like reflection Permukaan yg halus : Semua/hampir semua energi dipantulkan kembali 22 Diffuse Diffuse reflection Apabila permukaan kasar, gelombang cahaya dipantulkan ke segala arah. ABSORBSI CAHAYA VEGETASI 55 atoms of carbon, 72 of hydrogen, 5 of oxygen, 4 of nitrogen and 1 of magnesium 500,000 chloroplasts in 1 square millimeter of a plant s leaf

5 INTERAKSI DENGAN OBYEK MEMBEDAKAN OBYEK YG BERBEDA AIR AIR : Gelombang panjang (merah) di sinar tampak lebih bayak diserap dibandingkan dengan gelombang pendeknya (biru), sehingga Air kelihatan biru. Dengan memahami sifat reflektansi setiap benda kita bisa membedakan benda tsb, hanya dengan membandingkan reflektansinya pada gelombang tertentu. 25 Air bening Air keruh Bila ada suspensi terlarut, maka akan lebih banyak refleksinya, sehingga air yang keruh kelihatan lebih terang. Sediment (S) akan sangat membingungkan, karena air keruh akan mempunyai nilai refletansi yang mirip dengan air dangkal. 26 VISIBLE LIGHT REGION INFRA RED REGION Misal air akan susah dibedakan dengan vegetasi bila hanya menggunakan daerah tampak, namun akan dengan mudah dibedakan bila memakai infra red. Notes! Bagaimana Radar? Objects berbeda memantulkan panjang gelombang yg berbeda. Ex. T-shirt merah. Tidak memantulkan biru & hijua, hanya merah Ex. vegetasi Tidak memantulkan Biru. Banyak memantulkan Hijau Tidak memantulkan Merah. Banyak memantulkan Near IR. Note: Mata memiliki keterbatasan untuk melihat spectrum cahaya, namun dapat diukur dengan sensor Sifat Gelombang Radar Semua panjang gelombang radar mampu menembus awan Semakin panjang, gelombang radar semakin besar kemampuannya menembus obyek Besar kecilnya gelombang yang dipantulkan sangat tergantung dari volume, biomassa, struktur obyek (jarak tanam, percabangan & ranting), dan tidak dipengaruhi oleh proses fisiologi vegetasi 29 Kandungan air obyek/konstan dialektrik mempengaruhi reflektansi. Semakin besar dialektrik konstant, semakin tinggi backscatter/reflektansinya. 30 5

6 Backscatter (reflektansi) L, C dan X Band Radar Mana yg memiliki backscatter tertinggi? λ : 3 cm 5 cm 23 cm Perkebunan karet Hutan Jati Perkebunan Sawit Semakin besar panjang gelombang (λ), maka kemampuan penetrasi obyek semakin tinggi pula. Jadi bila menghitung biomass tipe apa yang sebaiknya dipilih? Hutan alam Hutan tanaman pinus D. PLATFORM & SENSOR REMOTE SENSING Platform : Wahana/alat untuk meletakkan sensor D. PLATFORM & SENSOR REMOTE SENSING Satelit Cuaca (Geostationer) Satelit sun syncronized (Landsat, SPOT dll) Pesawat ruang angkasa (Spacecraft) Pesawat ketinggian tinggi (High altitude) Pesawat ketinggian rendah sedang (Low middle altitude) Ground truth a. Crane Sensor : Alat yang digunakan untuk menangkap reflektansi gelombang elektromagnetik dari obyek di permukaan bumi Sensor didisain sesuai dengan misi dari satelit & tingkat teknologi yang ada Sensor dari setiap satelit berbeda dalam hal jumlah chanel/band (resolusi spectral/spectral resolution), dan dimensi pixel (resolusi spasial/spatial resolution) Berdasarkan sumber energi : dibedakan menjadi sensor aktif dan pasif b. Hand held Sumber gambar : berbagai WEB Lilik B.Prasetyo 34 Passive Sensor : tergantung cahaya matahari Active Sensor : tidak tergantung cahaya matahari,satelit memancarkan gelombang elektromagnetig (RADAR)

7 a. PASSIVE SENSOR REMOTE SENSING LANDSAT : Launch: 1999 (LANDSAT-7) 1972 (LANDSAT-1 ) Ketinggian Satellite: 705 km Orbit: circular and near-polar Resolusi temporal : 16 hari Lifetime: ~6 years LANDSAT Blue Green Red Near IR Middle IR Middle IR Thermal IR Resolusi Spectral : 7 bands Resolusi spatial : 30 & 60 m 30 m (multi-spectral mode) 14 m (panchromatic mode) Image swath width: 185 km Gamma Rays The Electromagnetic Spectrum (EMS) X-Ray Ultraviolet Infrared Microwave TV/Radio 37 Resolusi Spectral SATELIT LANDSAT E. Perekaman Data Digital Polar circular, Descendens Band m Blue Band m Green Band m Red Band m Near IR Band m Mid IR Band m Mid IR Band m Thermal 40 PENYIMPANAN & PEREKAMAN DATA Data digital direkam dalam bentuk regular grid ( PICTURE ELEMENTS or PIXELS ) PENYIMPANAN & PEREKAMAN DATA Radian/Radiance (watts per steradian per square metre (W sr 1 m 2)- > DN Sigma Nought (db) -> DN Data direkam per band Along-track scanners/ pushbroom scanners Disimpan dalam layer terpisah ( CHANNELS or BANDS), mewakili panjang gelombang yg berbeda Tiap layer adalah gradasi warna hitam ke putih, Kombinasi 3 layer dapat memunculkan gambar berwarna (RGB). Komputer dengan kemampuan 8 bit data, maka : Data terkecil/nilai pixel terkecil : 0 Data terbesar/nilai pixel terbesar :

8 Resolusi Spectral Resolusi Spasial Band Panjang gelombang (ETM)(mikron) Panjang gelombang (TM)(mikron) Panjang gelombang (MSS)(mikron) Pan (8) Band ETM (meter) TM (meter) MSS(meter) Panchromatic (8) a. PASSIVE SENSOR REMOTE SENSING SPOT SPOT 1: Febuary 22, 1986 SPOT 2: January 22, 1990 SPOT 3: September 26, 1993 SPOT 4: March 24, 1998 SPOT 5: May 4, 2002 Status: SPOT 2 and 4 masih beroperasi Orbit parameters: 101 minutes ketinggian: 822 km Resolusi temporal : 26 days Resolusi spatial: 2.5 m to 20 m Swath width: 60 km Resolusi Spectral Modis (Moderate-Resolution Imaging Spectroradiometer) SPOT 1,2,3,4 & 5 Spot 1,2, & 3 Spot 4 Vegetation sensor Spot 5 B B B SWIR PAN Orbit Swath Dimensions Size Weight: Power: Data Rate: Quantization: Spatial Resolution Design Life: 705 km, 10:30 a.m. descending (Terra) or 1:30 p.m. ascending node (Aqua), sun-synchronous, near-polar, circular 2330 km (cross track) by 10 km (along track at nadir) 1.0 x 1.6 x 1.0 m kg W (single orbit average) 10.6 Mbps (peak daytime); 6.1 Mbps (orbital average) 12 bits 250 m (bands 1-2) 500 m (bands 3-7) 1000 m (bands 8-36) 6 years

9 Modis (Moderate-Resolution Imaging Spectroradiometer) Wavelength Band Resolution (nm) Resolusi Spatial Primary Use m Land/Cloud/Aerosols m Boundaries m m m Land/Cloud/Aerosols m Properties m m m m m m m m m m Ocean Color/ Phytoplankton/ Biogeochemistry Wavelength Band Resolution (nm) Resolusi Spatial Primary Use m m Atmospheric Water Vapor m m m m Surface/Cloud Temperature m m Atmospheric Temperature m m m Cirrus Clouds Water Vapor m m Cloud Properties m Ozone m Surface/Cloud Temperature m m m Cloud Top Altitude m m Resolution_Imaging_Spectroradiometer 52 ALOS Tanggal peluncuran Jan. 24, 2006 Roket peluncur H-IIA Lokasi peluncuran Berat satelit Tanegashima Space Center Approx. 4 tons Sumber energi Approx. 7 kw (at End of Life) Masa operasional 3-5 tahun Orbit Resolusi temporal Kecepatan transfer data Sun-Synchronous Sub- Recurrent 46 hari km (at Equator) 240Mbps (via Data Relay Technology Satellite) 2011 Phased Array type L-band Synthetic Aperture Radar (PALSAR) The Advanced Visible and Near Infrared Radiometer (AVNIR) The Panchromatic Remotesensing Instrument for Stereo Mapping (PRISM) ALOS ALOS AVNIR-2 Characteristics Resolusi spectral 4 Panjang gelombang ResolusiSpatial Swath Width Pointing Angle Bit Length Band 1 : 0.42 to 0.50 mm Band 2 : 0.52 to 0.60 mm Band 3 : 0.61 to 0.69 mm Band 4 : 0.76 to 0.89 mm 10m (at Nadir) 70km (at Nadir) - 44 to + 44 degree 8 bits PRISM Number of Bands Wavelength Number of Optics Base-to-Height ratio Spatial Resolution Swath Width Pointing Angle Bit Length 1 (Panchromatic) 0.52 to 0.77 micrometers 3 (Nadir; Forward; Backward) 1.0 (between Forward and Backward view) 2.5m (at Nadir) 70km (Nadir only) / 35km (Triplet mode) -1.5 to +1.5 degrees (Triplet Mode, Cross-track direction) 8 bits Mode Fine ScanSAR Polarimetric Polarisasi HH or VV HH+HV or VV+VH HH or VV HH+HV+VH+VV Sudut datang (Incident angle) 8 to 60deg. 8 to 60deg. 18 to 43deg. 8 to 30deg. RentangResolusi 7 to 44m 14 to 88m 100m Observasi Swath 40 to 70km 40 to 70km 250 to 350km 20 to 65km Panjang Bit 5 bits 5 bits 5 bits 3 or 5bits Kecepatan data transfer 240Mbps 240Mbps 20Mbps,240Mbps 240Mbps 54 9

10 ALOS PALSAR LANDSAT AVNIR Tokyo Bay,kombinasi warna sesuai dengan persepsi mata manusia (resolusi spasial 10 meter) PRISM : Gunung Fuji (Resolusi spasial 2,5 meter) 58 QUICKBIRD Peluncuran October 18, 2001 Tempat peluncuran : SLC-2W, Vandenberg Air Force Base, Roket peluncur : Delta II California Tipe Orbit Sun-synchronous, 10:30 am descending node Period: 94.5 minutes Altitude: 496 km Lama misi Extended through 2014 Dimensisatelit 2400 pounds, 3.04-meters (10-ft) in length Panchromatic Black & White: 405 to 1053 nanometers 2.69 meter GSD at nadir Multispectral Blue: nanometers Green: nanometers Red: nanometers Near-IR: nanometers Rentang penyimpanan 11-bits per pixel Lebar Swath 18.6 kilometers (nadir) Accessible ground swath: 590 km centered on the satellite ground track (to ~30 off-nadir) Area of interest: Single Area: 18.6 km x 18.6 km Strip: 18.6 km x 126 km Revisit Frequency 2.4 days at 1 meter GSD or less 5.4 days at 20 degrees off-nadir or less 59 IKONOS 24 September 1999 at Vandenberg Air Force Base, Tanggal/tempatpeluncuran California, USA Masa operasi Over 7 years Orbit 98.1 degree, sun synchronous KecepatanOrbit 7.5 kilometers per second Kecepatandiground 6.8 kilometers per second Lama Revolusi 14.7, every 24 hours Ketinggian 681 kilometers ResolusiNadir 0.82 meter panchromatic; 3.2 meteruntukmultispectral Resolusi26 Off-Nadir 1.0 meter panchromatic; 4.0 meters multispectral Image Swath 11.3 kilometers at nadir; 13.8 kilometers at 26 off-nadir Waktu melewati Equator Nominally 10:30 AM solar time Resolusitemporal Approximately 3 days at 40 latitude Dynamic Range 11-bits per pixel Image Bands Panchromatic, blue, green, red, near IR Band Width Spatial Resolution Panchromatic µm 1 metre Band µm BLUE 4 metres Band µm GREEN 4 metres Band µm RED 4 metres 10

11 IKONOS WORLDVIEW 2 Tanggal peluncuran Roket peluncur Lokasi peluncuran Orbit 8-Oct-09 Delta 7920 (9 strap-ons) Vandenberg Air Force Base 770 kilometers 61 Tipe Orbit Periode Orbit Resolusi Spectral 62 Sun synchronous, 10:30 am (LT) descending 100 minutes; Panchromatic 8 Multispectral (4 standard colors: red, blue, green, near-ir), 4 new colors: red edge, coastal, yellow, near-ir2 Resolusi Spasial GSD Panchromatic: 0.46 meters GSD at Nadir, 0.52 (Ground Sample meters GSD at 20 Off-Nadir Distance) Multispectral: 1.8 meters GSD at Nadir, 2.4 meters GSD at 20 Off-Nadir (note that imagery must be resampled to 0.5 meters for non-us Government customers) Dynamic Range 11-bits per pixel Swath Width 16.4 kilometers at nadir 1.1 days at 1 meter GSD or less 3.7 days at 20 Resolusi temporal off-nadir or less (0.52 meter GSD) FOTO UDARA : P.RAMBUT FOTO PESAWAT IKONOS (KALIMANTAN TIMUR)

12 LANDSAT (Kebun Raya dan sekitarnya)) IKONOS (Kebun Raya) IKONOS (Kebun Raya) IKONOS (Kebun Raya) IKONOS (Kebun Raya) IKONOS (Kebun Raya)

13 IKONOS (Kebun Raya) JERS RAWA DANAU LANDSAT TM RAWA DANAU SPOT VEGETATION 4 BANDS : BLUE RED NIR SWIR

14 Satellite data (LandsatMSS/TM, ) Land use maps 1. Forest 1 (wetland forest) 2. Forest 2 (light side of mountain) 3. Forest 3 (dark side of mountain ) 4. Water surface(paddy field) 5. Grass land(including cultivation) 6. Bare land(villages, paddy field) 7. Abandoned(including paddy field) MSS 1972/10/01 MSS 1977/05/30 MSS 1983/06/19 TM 1991/10/23 Rainy season From rainy to Dry season Dry season Rainy season 1972/10/ /05/ /06/ /10/23 83 Dry season From rainy to Dry season Dry season From rainy to Dry season TM 1994/08/28 TM 1995/05/27 TM 1997/07/19 TM 1998/05/ /08/ /05/ /07/ /05/19 14