PENDEKATAN MULTIREGRESI INDEKS VEGETASI UNTUK PENDUGAAN STOK KARBON TUGAS AKHIR Karya tulis sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Oleh Muhammad Ilham NIM. 15107004 PROGRAM STUDI TEKNIK GEODESI DAN GEOMATIKA FAKULTAS ILMU DAN TEKNOLOGI KEBUMIAN INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2012
LEMBAR PENGESAHAN Tugas Akhir Sarjana PENDEKATAN MULTI REGRESI INDEKS VEGETASI UNTUK PENDUGAAN STOK KARBON Adalah benar dibuat oleh saya sendiri dan belum pernah dibuat dan diserahkan sebelumnya baik sebagian maupun seluruhnya, baik oleh saya maupun oleh orang lain, baik di ITB maupun institusi pendidikan lainnya. Bandung, September 2012 Penulis, Muhammad Ilham NIM. 15107004 Bandung, September 2012 Pembimbing I, Pembimbing Pembimbing II Prof. Ketut Wikantika, Ph.D. NIP. 19661217 199402 1 001 Dr. Firman Hadi Disahkan oleh Ketua Program Studi Teknik Geodesi dan Geomatika Fakultas Ilmu dan Teknologi Kebumian Dr. Ir. Kosasih Prijatna, M.Sc NIP. 19600702 1998810 1 001
ii
KATA PENGANTAR Segala puji kehadirat Allah SWT atas segala berkah, rahmat dan hidayah yang telah diberikan sehingga Tugas Akhir ini dapat diselesaikan. Salawat serta salam semoga senantiasa tercurah untuk Rasulullah Muhammad SAW. Tugas Akhir yang membahas mengenai pendugaan stok karbon menggunakan metode multiregresi berbagai indeks vegetasi ini diajukan sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan program pendidikan Sarjana di Program Studi Teknik Geodesi dan Geomatika Institut Teknologi Bandung. Penulis sangat menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih banyak terdapat kekurangan, oleh karena itu kritik dan saran dari berbagai pihak sangatlah diharapkan untuk perbaikan Tugas Akhir ini. Akhir kata, penulis berharap agar Tugas Akhir ini berguna, baik untuk penulis pribadi maupun untuk pihak-pihak lain serta dapat memberikan kontribusi bagi kemajuan keilmuan geodesi dan geomatika. Bandung, September 2012 Penulis i
LEMBAR PENGHARGAAN Penulis ingin mengucapkan terima kasih sebagai ungkapan penghargaan yang sebesar-besarnya atas bantuan, bimbingan, serta dukungan baik material maupun non-material dalam menyelesaikan tugas akhir ini kepada: 1. Ibu Ratnawati, Ayah Helmi Basir, dan kakak Lukman Hakim. terima kasih atas semua bantuan yang telah diberikan. 2. Prof. Ketut Wikantika, Ph.D dan Dr. Firman Hadi yang telah membimbing penulisan tugas akhir ini. 3. Dr. Ir. Kosasih Prijatna, M.Sc yang ikut memberi kelancaran dalam penulisan tugas akhir ini. 4. Bapak Dr.Ir. Agung Budi Harto, M.Sc dan bapak Dr. Andri Hernandi, ST, MT selaku penguji pada sidang tugas akhir ini 5. Bapak Dr,Ir. D. Muhally Hakim, M.Sc yang ikut member kelancaran dalam penulisan tugas akhir ini. 6. Bapak Dr. Soni Darmawan yang memberi banyak masukan kepada penulis 7. Dandi Raditya, ST yang memberi banyak masukan kepada penulis 8. Irland Fardani, ST yang memberi banyak masukan kepada penulis. 9. Seluruh staf CRS ITB, terima kasih atas bantuan teknis dan non-teknis selama ini. 10. Teman-teman seperjuangan CRS ITB 2011 dan semua teman-teman Prodi Geodesi dan Geomatika ITB. 11. Seluruh staf ITB, khususnya staf Prodi Geodesi dan Geomatika ITB yang telah memberi banyak bantuan dari mulai perkuliahan sampai penulisan tugas akhir ini selesai. 12. LAPAN dan Bakosurtanal atas data-data tugas akhir yang digunakan. 13. Semua pihak yang secara langsung maupun tidak langsung membantu kelancaran penulisan tugas akhir ini, semoga Allah SWT memberi balasan yang lebih baik. ii
ABSTRAK Dalam upaya menekan laju pemanasan Global, terdapat beberapa alternatif yang bisa dilakukan. Salah satunya adalah mengoptimalkan fungsi ekosistem hutan sebagai penyerap gas CO2. Hutan berperan penting dalam menyerap CO2 dari atmosfer dan menyimpannya dalam ekosistem hutan. Telah dipahami bahwa 80% karbon (C) terestrial tersimpan di dalam hutan dan sekitar 40% di dalam tanah. Kegiatankegiatan explorasi dan eksploitasi ekosistem hutan seperti konversi, deforestasi, degradasi hutan, dan reforestasi dapat mengubah jenis penutupan lahan dan berpotensi mengubah komposisi biomasa terrestrial dan bawah tanah. Karena itu dibutuhkan informasi yang cukup akurat untuk mengestimasi stok karbon yang tersimpan pada biomasa hutan sebagai informasi yang dapat menjelaskan daya serap karbon oleh hutan tersebut. Dalam penelitian ini dilakukan pendugaan cadangan karbon dengan pendekatan indeks vegetasi menggunakan Citra Satelit LANDSAT 5 TM yang mencakup sebagian wilayah Jawa Barat, Indonesia. Citra satelit yang digunakan direkam pada tangal 2 Juli 2005 dengan pengukuran data cadangan karbon yang dilakukan dari bulan Juli 2008 Agustus 2008. Cadangan karbon di dekati dengan persamaan multiregresi persamaan linier dan exponential. Hasil perhitungan dari persamaan linier berupa Y=102.135*WI-295.647*NDVI-23 dengan R-square adalah 0.78 dan hasil perhitungan persamaan exponential berupa Y = 0.192*(eeeeee (0.394 xx SSSS) eeeeee (1.114 xx WWWW) + eeeeee (5.405 xx NNNNWWWW) ) dengan nilai korelasi (R 2 )-nya adalah 0.865. Hasil studi juga menunjukan bahwa dengan mengkombinasikan beberapa variabel (multivariabel) indeks vegetasi dengan persamaan linier, menghasilkan peningkatan nilai korelasi yang cukup signifikan jika dibandingkan dengan pengestimasian cadangan cadangan karbon menggunakan satu variabel indeks vegetasi. Kata Kunci: Cadangan Karbon, Multiregresi Indeks Vegetasi, LANDSAT 5 TM iii
ABSTRACT In the process of suppressing the increase of Global Warming, there are several solutions that can be considered. One of them is to optimize forest ecosystem as CO2 storage. It has been understood that 80% of Carbon (C) terrestrial stored in the forest ecosystem, and the other 40% stored in the ground. Activities such as exploration and exploitation against nature (deforestation, degradation, and reforestation), potentially change the biomass composition above and below the ground. Therefore, we need accurate information which can be trusted to estimate the amount of carbon stock stored at above ground biomass. The purpose of this research is to create mathematical model to estimate the amount of carbon stock. The estimation of carbon stock has been done with regression method which involves vegetation indices (as independent variable) using LANDSAT 5 TM images as raw satellite data located in a part of West Java, Indonesia. The satellite data were taken on July, 2, 2005 and the field data of carbon stock (as sample) were collected on July 2008 August 2008. The amount of Carbon stock was approached by two ways of multiple regressions which are linearly and exponentially. On linearly regression, the output is Y=102.135*WI-295.647*NDVI-23 with R- square value of 0.78, and exponential regression, the output is Y= 0.192 * (eeeeee (0.394 xx SSSS) + eeeeee (1.114 xx WWWW) + eeeeee (5.405 xx NNNNWWWW ) ) with R 2 value of 0.865. Study result, showed that the combination of using more than one independent variable (multiple regressions) can create a better mathematic model compared to just using only one independent variable (single regression). The increasing of R 2 value, indicate this result. Key Word: Carbon Stock, Multiple Regression of Vegetation Indeces, LANDSAT 5 TM iv
DAFTAR ISI LEMBAR PENGESAHAN... I KATA PENGANTAR... I LEMBAR PENGHARGAAN... II ABSTRAK... III ABSTRACT... IV DAFTAR ISI... V DAFTAR GAMBAR... VII DAFTAR TABEL... VIII DAFTAR LAMPIRAN... IX BAB I PENDAHULUAN...1 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Tujuan Penelitian... 3 1.3 Ruang Lingkup Penelitian... 4 1.4 Manfaat Penelitian... 4 1.5 Metodologi Penelitian... 5 1.6 Sistematika Penulisan... 7 BAB II DASAR TEORI...8 2.1 Pemanasan Global... 8 2.2 Gas-gas Rumah Kaca... 8 2.2.1 Karbon Dioksida... 9 2.2.2 Stok Karbon... 10 2.3 Landsat 5 TM... 12 2.4 Teknik Perhitungan Stok Karbon dengan Citra Landsat 5 TM... 13 2.4.1 Reduksi Outlier... 14 2.4.2 Penghilangan Daerah Laut... 14 2.4.3 Koreksi Radiometrik... 15 2.4.4 Koreksi Geometrik... 16 2.5 Vegetation Index (VI)... 18 2.5.1 Simple Ratio Vegetation Index (SR)... 19 2.5.2 Normalized Difference Vegetation Index (NDVI)... 19 2.5.3 Soil-Adjusted Vegetation Indices (SAVI )... 20 2.5.4 Modified Soil-Adjusted Vegetation Indices 2 (MSAVI- 2)... 20 2.5.5 Green Vegetation Index (GVI)... 20 2.5.6 Water Band Index... 21 2.5.7 Water Index (WI)... 21 2.5.8 Normalized Difference Water Index (NDWI)... 22 2.6 Perhitungan Stok Karbon dengan pendekatan Regresi... 22 BAB III PEMBAHASAN... 25 3.1 Data... 25 3.2 Area Penelitian... 27 3.3 Pengolahan Data... 29 3.3.1 Reduksi Outlier... 29 3.3.2 Penghilangan Daerah Liputan Laut... 29 3.3.3 Koreksi Radiometrik... 30 3.3.4 Koreksi Geometrik... 31 3.3.5 Pembuatan Indeks Vegetasi... 32 v
3.3.6 Pendugaan Stok Karbon dengan Pendekatan Regresi... 37 3.3.7 Pendugaan Stok Karbon dengan Pendekatan Multiregresi... 40 BAB IV HASIL DAN ANALISIS... 42 4.1 Hasil... 42 4.2 Analisis... 42 4.2.1 Data Penelitian... 42 4.2.2 Pengolahan Data... 43 4.2.3 Pendugaan Stok Karbon... 44 BAB KESIMPULAN DAN SARAN... 47 5.1 Kesimpulan... 47 5.2 Saran... 47 DAFTAR REFERENSI... 48 LAMPIRAN... 51 vi
DAFTAR GAMBAR Gambar 1.1 Metodologi penelitian... 6 Gambar 2.1 Ilustrasi efek rumah kaca... 9 Gambar 2.2 Plot pengukuran data stok Karbon lapangan... 11 Gambar 2.3 Pengukuran Sampel Pohon... 12 Gambar 3.1 Landsat 5 TM band... 2 Gambar 3.2 Area Penelitian... 27 Gambar 3.2 Pengukuran Lapangan stok karbon pada berbagai tutupan-lahan... 28 Gambar 3.4 Sebaran data Stok Karbon pengukuran Lapangan... 29 Gambar 3.5 Proses penghilangan daerah Lautan... 30 Gambar 3.6 Sebaran titik-titik GCP dan ICP... 32 Gambar 3.7 Visualisasi data Indeks vegetasi... 34 Gambar 3.8 Diagram pencar Stok Karbon... 40 vii
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Band Citra Landsat-5 TM... 15 Tabel 2.2 Nilai-nilai konstanta perhitungan nilai reflektansi... 16 Tabel 2.3 Persamaan Index Vegetasi... 21 Tabel 2.4 Persamaan Water Band Indeks Vegetasi... 22 Tabel 3.1 Data Stok Karbon Pengukuran Lapangan... 26 Tabel 3.2 Nilai Dijital Number dan Nilai Reflektansi... 31 Tabel 3.3 Persamaan Indeks Vegetasi dengan Band spektral Landsat-5 TM... 33 Tabel 3.4 Koefisien Determinasi (R2) antara Stok Karbon dan Indeks Vegetasi... 40 Tabel 3.5 Output dari proses Multeregresi Linear... 41 Tabel 3.6 Output dari proses Multeregresi Exponensial... 41 Tabel 4.1 Model matematika pendugaan stok karbon... 42 Tabel 4.2 Hasil Pengujian Persamaan Regresi... 45 Tabel 4.3 Residu Model Matematika Pendugaan Stok Karbon... 46 viii
DAFTAR LAMPIRAN Lampiran 1 Validasi titik sampel no 1 di Areal hutan... 52 Lampiran 1 Validasi titik sampel no 2 di Areal hutan... 52 Lampiran 1 Validasi titik sampel no 3 di Areal Pertambangan... 53 Lampiran 1 Validasi titik sampel no 4 di Areal Pertambangan... 53 Lampiran 1 Validasi titik sampel no 5 di Areal Pertambangan... 54 Lampiran 1 Validasi titik sampel no 6 di Areal Pertambangan... 54 Lampiran 1 Validasi titik sampel no 7 di Areal Ladang... 55 Lampiran 1 Validasi titik sampel no 8 di Areal Ladang... 55 Lampiran 1 Validasi titik sampel no 9 di Areal Ladang... 56 Lampiran 1 Validasi titik sampel no 10 di Areal Padang Rumput... 56 Lampiran 1 Validasi titik sampel no 11 di Areal Padang Rumput... 57 Lampiran 1 Validasi titik sampel no 12 di Areal Pemukiman... 57 Lampiran 1 Validasi titik sampel no 13 di Areal Perkebunan... 58 Lampiran 1 Validasi titik sampel no 14 di Areal Persawahan... 58 Lampiran 1 Validasi titik sampel no 15 di Areal Persawahan... 59 Lampiran 1 Validasi titik sampel no 16 di Areal Semak Belukar... 59 Lampiran 1 Validasi titik sampel no 17 di Areal Semak Belukar... 60 Lampiran 1 Validasi titik sampel no 18 di Areal Tanah Kosong... 60 ix