KATA PENGANTAR Buku berjudul Konsep Dasar dan Praktek Penginderaan Jauh memaparkan tentang teori dan konsep fundamental tentang Penginderaan Jauh atau Remote Sensing. Draft buku ini dikumpulkan, dikompilasi dan diedit halaman demi halaman sejak tahun 2008 dan baru kelihatan secara komprehensif akhir Maret 2013. Penulisan buku ini bertujuan untuk memberikan bekal pengetahuan teoritis tentang Penginderaan jauh bagi masyarakat di Indonesia, utamanya bagi mahasiswa S1 dari semua bidang ilmu yang menggunakan teknologi atau teknik penginderaan jauh. 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, goverment, swasta dan stakeholder pada umumnya. Tidak semua konsep terkait dengan RS tercantum dalam buku ini. Buku ini hanya memuat beberapa konsep teoritis, yang menurut penulis sangat mendasar untuk dipahami sebelum kita terjun lebih dalam ke domain Penginderaan Jauh. Konsep tersebut dirangkum ke dalam sembilan (9) bab. Buku ini juga dilengkapi dengan: tutorial dan sampel data citra yang dapat dipraktekan menggunakan perangkat lunak RS. Tutorial pengolahan citra juga dapat dilakukan menggunakan software lain baik open source maupun komersial yang banyak tersedia di internet/pasaran. Penyertaan tutorial dan sampel data semata-mata 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, 14 April 2013
DAFTAR ISI KATA PENGANTAR 1 DAFTAR ISI 2 PENDAHULUAN 8 BAGIAN 1: 12 KONSEP DASAR PENGINDERAAN JAUH 12 BAB 1 14 DEFINISI, PLATFORM DAN PROSES PENGINDERAAN JAUH 14 1.1 DEFINISI PENGINDERAAN JAUH 14 1.2 PLATFORM PENGINDERAAN JAUH 14 1.2.1 PLATFORM DI ATAS PERMUKAAN TANAH 15 1.2.2 PLATFORM PESAWAT UDARA 15 1.2.3 PLATFORM SATELIT 17 1.3 PROSES PENGINDERAAN JAUH 19 1.4 TRANSMISI DATA 20 1.5 PENGOLAHAN DATA 21 1.6 MANFAAT DAN KETERBATASAN 22 1.6.1 MANFAAT 22 1.6.2 KETERBATASAN 25 1.7 RINGKASAN 25 1.8 PERTANYAAN & UMPAN BALIK 26 1.8.1 BAGIAN A 26 1.8.2 BAGIAN B 26 BAB 2 28 RADIASI GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK 28 2.1 ENERGI ELEKTROMAGNETIK 28 2.1.1 DEFINISI ENERGI 28 2.1.2 PEMINDAHAN ATAU PERAMBATAN ENERGI? 28 2.1.3 ENERGI RADIASI ELEKTROMAGNETIK 30 2.2 TEORI GELOMBANG 31 2.2.1 BLACKBODY RADIATION CURVES 31 2.2.2 STEPHEN BOLTZMANN LAW 33 2.2.3 WEIN S DISPLACEMENT LAW 33 2.3 KARAKTERISTIK GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK 34 2.3.1 PANJANG GELOMBANG 35 H a l 2
2.3.2 FREKUENSI 36 2.3.3 AMPLITUDO 37 2.4 TEORI PARTIKEL 37 2.4.1 TEORI QUANTUM TENTANG PHOTON 37 2.4.2 PLANCK RADIATION LAW 40 2.4.3 ENERGI QUANTUM (PHOTONS) 41 2.5 RINGKASAN 44 2.6 PERTANYAAN & UMPAN BALIK 45 2.6.1 TYPE C 45 Petunjuk: Jawab dengan singkat, jelas dan tepat 45 BAB 3 47 DIMENSI DAN SATUAN 47 3.1 DIMENSI DAN SATUAN 47 3.1.1 SATUAN FISIK 47 3.1.2 SATUAN RADIOMETRIK 50 3.2 SUMBER RADIASI ELEKTROMAGNETIK 54 3.2.1 NATURAL ELECTROMAGNETIC ENERGY 55 3.2.2 RADIASI ELEKTROMAGNETIK BUATAN 57 3.3 RINGKASAN 58 3.4 PERTANYAAN & UMPAN BALIK 59 BAB 4 61 INTERAKSI DAN KARAKTERISTIK SPEKTRUM ELEKTROMAGNETIK 61 4.1 MEKANISME INTERAKSI 61 4.2 INTERAKSI RADIASI ATMOSFER 62 4.1.2 PEMBELOKAN ARAH 62 4.1.3 PEMBELOKKAN DAN PENYERAPAN 63 4.1.4 PEMBELOKKAN (SCATTERING) 63 4.1.5 PENYERAPAN (ABSORPTION) 65 4.2 INTERAKSI RADIASI - TARGET 66 4.3 KLASIFIKASI SPEKTRUM GE 69 4.4 SPEKTRUM SINAR ULTRAVIOLET (UV) 72 4.5 SPEKTRUM CAHAYA TAMPAK 73 4.6 SPEKTRUM INFRAMERAH 74 4.7 SPEKTRUM GELOMBANG MIKRO 75 4.8 SPEKTRUM GELOMBANG RADIO 76 4.9 RINGKASAN 77 4.10 PERTANYAAN & UMPAN BALIK 78 H a l 3
4.10.1 TYPE A 78 Petunjuk: Pilih Jawaban yang paling benar 78 4.10.2 TYPE B 79 PETUNJUK: PILIH SEMUA JAWABAN YANG PALING BENAR 79 4.10.2 TYPE B 79 Petunjuk: Jawab dengan singkat, jelas dan tepat 79 BAB 5 81 KONSEP CITRA DIGITAL 81 5.1 PHOTOGRAPHIC VS DIGITAL IMAGE 81 5.1.1 FILM FOTOGRAFI 81 5.1.2 GAMBAR DIGITAL 82 5.2 PHOTO-ELECTRICAL IMAGING 83 5.3 SINYAL ANALOG VS DIGITAL 84 5.3.1 SINYAL ANALOG 84 5.3.2 SINYAL DIGITAL 85 5.4 KUANTIFIKASI SINYAL ANALOG KE DIGITAL 86 5.5 PIXEL DAN TERMINOLOGI CITRA DIGITAL 91 5.6 FORMAT CITRA DIGITAL 93 5.6.1 BAND INTERLEAVED BY LINE FORMAT (BIL) 93 5.6.2 BAND INTERLEAVED BY PIXEL (BIP) 95 5.6.3 BAND SEQUENTIAL FORMAT (BSQ) 97 5.7 AUXILIARY DATA 99 5.8 KALIBRASI DAN VALIDASI 100 5.9 JENIS PRODUK CITRA SATELIT 101 5.10 RINGKASAN 103 5.11 PERTANYAAN DAN UMPAN BALIK 104 5.11.1 TYPE B 104 PETUNJUK: PILIH SEMUA JAWABAN YANG PALING BENAR 104 5.11.2 TYPE B 105 Petunjuk: Jawab dengan singkat, jelas dan tepat 105 BAB 6 107 KETELITIAN & KARAKTERISTIK CITRA 107 6.1 KETELITIAN SPASIAL 107 6.2 KETELITIAN SPEKTRAL 115 6.2.1 RESPON SPEKTRAL OBJEK 115 6.2.2 KARAKTERISTIK SPEKTRAL SUATU SENSOR 118 6.3 KETELITIAN RADIOMETRIK 129 H a l 4
6.4 KETELITIAN TEMPORAL 130 6.5 RINGKASAN 133 6.6 PERTANYAAN & UMPAN BALIK 134 6.6.1 TYPE B 134 PETUNJUK: PILIH SEMUA JAWABAN YANG PALING BENAR 134 6.6.2 TYPE B 135 Petunjuk: Jawab dengan singkat, jelas dan tepat 135 BAB 7 137 KARAKTERISTIK SENSOR 137 7.1 ORBIT AND SWATH 137 7.2 SENSOR PASIF DAN AKTIF 140 7.3 METODE PENGINDERAAN JAUH 141 7.3.1 RADIOMETER 141 7.3.2 IMAGING RADIOMETER 141 7.3.3 SPECTROMETER 142 7.3.4 SPECTRO-RADIOMETER 142 7.3.5 RADAR 142 7.3.6 SCATTEROMETER 142 7.3.7 LIDAR (LIGHT DETECTION AND RANGING) 142 7.3.8 LASER ALTIMETER 143 7.4 TRUE DAN FALSE COLOUR 143 7.5 FOTOGRAFI OBLIQUE VS VERTIKAL 145 7.6 GEOMETRIC DISTORTION IN IMAGERY 148 7.7 RINGKASAN 149 7.8 PERTANYAAN DAN UMPAN BALIK 151 7.8.1 SOAL TYPE A 151 PETUNJUK: PILIH JAWABAN YANG PALING BENAR 151 BAB 8 153 PRINSIP METODOLOGI 153 8.1 PERUMUSAN MASALAH 154 8.2 IDENTIFIKASI DATA YANG DIBUTUHKAN 155 8.2.1 PENGUKURAN LAPANG 155 8.2.2 DATA KOLATERAL 155 8.2.3 DATA PENGINDERAAN JAUH 156 a. Variabel bio-fisik 156 b. Variabel Hybrid 159 c. Inventarisasi Data RS 160 H a l 5
8.3 PRINSIP ANALISA DATA RS 163 8.3.1 PENGOLAHAN CITRA SECARA ANALOG (VISUAL) 164 8.3.2 PENGOLAHAN CITRA SECARA DIGITAL 165 8.4 PRESENTASI INFORMASI 166 8.5 RINGKASAN 166 8.6 PERTANYAAN UMPAN BALIK 167 8.6.1 TYPE B 167 PETUNJUK: PILIH SEMUA JAWABAN YANG PALING BENAR 167 8.6.2 TYPE C 168 Petunjuk: Jelaskan dengan Uraian dan Contoh 168 BAB 9 170 ELEMEN INTERPRETASI CITRA 170 9.1 MENGAPA MENGGUNAKAN REMOTE SENSING? 170 9.1.1 PERSPEKTIF LUASAN/KEWILAYAHAN 170 9.1.2 KARAKTERISASI OBJEK DI PERMUKAAN BUMI 173 9.1.3 INTERPRETASI TIGA (3) DIMENSI 174 9.1.4 MELIHAT DILUAR PENGLIHATAN MATA 174 9.1.5 MEREKAM PERUBAHAN (CHANGE DETECTION) 175 9.2 ELEMEN INTERPRETASI CITRA 175 9.2.1 HIRARKI 176 9.2.2 LOKASI (X,Y) 178 9.2.3 TONE DAN WARNA 179 9.2.4 UKURAN (SIZE) 180 9.2.5 BENTUK (SHAPE) 181 9.2.6 TEKSTUR (TEXTURE) 181 9.2.7 PATTERN (POLA) 182 9.2.8 SHADOW 183 9.2.9 HEIGHT & DEPTH 184 9.2.10 SITE, SITUATASI, ASOSIASI (ASSOCIATION) 184 9.3 METODOLOGI INTERPRETASI 185 9.3.1 PENGGUNAAN INFORMASI PELENGKAP 185 9.3.2 MENGGUNAKAN PENGETAHUAN DAN PENGALAMAN YANG ADA 185 9.3.3 PENGGUNAAN MULTI-CONCEPT 185 9.4 RINGKASAN 187 9.5 PERTANYAAN UMPAN BALIK 188 9.5.1 TYPE B 188 PETUNJUK: PILIH SEMUA JAWABAN YANG PALING BENAR 188 H a l 6
9.5.2 TYPE C 189 Petunjuk: Jelaskan dengan Uraian dan Contoh 189 DAFTAR PUSTAKA 191 A. TEXBOOK DAN MANUAL : 191 B. JURNAL ILMIAH TERKAIT: 200 C. WEBSITE 200 BAGIAN II: 201 PRAKTEK PENGINDERAAN JAUH 201 BAB 11. MENGENAL ENVI 203 11.1 FITUR UTAMA 203 11.2 INSTALASI 204 11.2.1 KEBUTUHAN HARDWARE DAN SOFTWARE 204 11.2.2 PROSES INSTALASI ENVI 4.8 205 BAB 12. BEKERJA DENGAN ENVI 214 12.1 FORMAT DATA YANG DIDUKUNG ENVI 214 12.2 MENAMPILKAN DATA SATELIT 215 12.3 MENAMPILKAN DATA VEKTOR 219 12.4 OVERLAY DATA SATELIT DAN VEKTOR 221 BAB 13. MOSAICKING 226 13.1 MOSAICKING 226 13.2 PROSEDUR MOZAICKING 226 BAB 14. KOREKSI GEOMETRIK 234 14.1 KOREKSI GEOMETRIK 234 14.2 PROSEDUR KOREKSI GEOMETRIS 234 BAB 15. DATA MULTI BAND 247 15.1 DATA MULTI BAND 247 15.2 MEMBUAT DATA MULTI-BAND 247 BAB 16. KLASIFIKASI DATA SATELIT 252 16.1 KLASIFIKASI DATA SATELIT 252 16.2 KLASIFIKASI TIDAK TERBIMBING 252 16.3 KLASIFIKASI TERBIMBING 256 16.3.1 MEMBUAT ROI 256 16.3.2 PROSES KLASIFIKASI 260 16.4 KONVERSI DATA KE FORMAT VEKTOR 263 H a l 7
PENDAHULUAN Teknologi Penginderaan Jauh (atau remote sensing) merupakan teknologi yang sangat cepat berkembang. Teknik/Teknologi Remote Sensing sebagai suatu Tool sudah 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 Penginderaan Jauh 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 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 praktikum sudah disusun sedemikian rupa sehingga dapat digunakan untuk praktek mandiri mahasiswa, demo di kelas, maupun praktikum terbimbing di laboratorium komputer. 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. Organisasi Materi : 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 H a l 8
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 : (1) hardcopy, dan (2) softcopy tutorial. Buku Bagian I berupa hardcopy yang dicetak dalam format kertas, untuk memudahkan pemahaman teori yang disajikan. Buku Bagian-II, kami sertakan berupa softcopy file Tutorial_RS.pdf dengan harapan dapat memotong biaya produksi, mengurangi harga jual, dan fleksibel dalam penggunaan. Bagian-III, berupa file-file sampel data pelengkap buku yang digunakan dalam tutorial. Sebagian besar file mencakup Wilayah Papua, dikarenakan historis dari tutotial ini, memang sejak awal digunakan untuk mendukung pelatihan di sana. Bagian-I, berjudul Konsep Dasar Penginderaan Jauh, berisi Sembilan bab (9) yang memuat konsep dasar Penginderaan jauh. Bab 1, berjudul Definisi, platform dan proses Penginderaan Jauh, membahas tentang definisi, beberapa platform yang digunakan dan proses Penginderaan Jauh dari awal sampai dengan terbentuk Citra Satelit yang dapat dimanfaatkan User. Bab 2, membahas tentang Gelombang Elektromagnetik: definisi, teori terkait, dan karakteristik gelombang elektromagnetik. Bab 3, membahas tentang Dimensi dan Satuan yang dipakai dalam Penginderaan Jauh. Bab 4, memuat tentang Interaksi dan Karakteristik Gelombang Elektromagnetik, berisi ulasan tentang: interaksi antara radiasiatmosfer, antara radiasi dan target, klasifikasi spektrum gelombang elektromagnetik dan potensi aplikasi-nya untuk RS. Ke empat bab tersebut merupakan konsep fundamental yang perlu dipahami oleh siapa saja yang akan menggunakan remote sensing. Bab 5 sd bab 7 memaparkan konsep fundamental terkait dengan Citra Digital dan Sensor yang dipakai dalam PJ. Bab 5 tentang Konsep Citra Digital birisi paparan tentang: perbedaan antara fotografi vs citra digital, karakteristik citra digital, format citra digital, kalibrasi, validasi dan jenis produk Citra dgital. Bab 6, membahas lebih detail tentang Ketelitian dan Karakteristik 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. Selanjutnya, Bab 7 membahas tentang Karakteristik Sensor, memuat beberapa konsep yang berkaitan dengan Sensor pada satelit yang dipakai untuk penginderaan jauh, mencakup: Orbit, Lebar Swath, aktif dan pasif sensor, metode penginderaan jauh, true & false colour, dan distorsi geometrik. Bab 8 sd Bab 9 memuat konsep metolodogi bagaimana kita menerapkan Penginderaan Jauh untuk menyelesaikan masalah keseharian kita dan integrasi PJ dengan bidang ilmu lain dalam menyelesaikan permasalahan. Bab 8 membahas tentang Prinsip Metodologi RS, yang pada prinsipnya identik dengan metode ilmiah yang biasa dipakai dalam menyelesaikan permasalahan di bidang lain, dan umumnya terdiri dari beberapa langkah, yaitu: (1) H a l 9
perumusan masalah dan penyusunan hipotesa, (2) identifikasi dan inventarisasi data, (3) Analisa data RS, dan (4) presentasi informasi. Setiap bab pada bagian-i dlengkapi dengan ringkasan dan pertanyaan umpan balik, untuk mengecek kembali hal-hal yang sudah dipelajari. Bagian-II, berjudul Tutorial Penginderaan Jauh. Mencakup materi tutorial yang disusun untuk memberikan dasar ketrampilan dalam pengolahan atau penanganan Citra Satelit. Pada prinsipnya banyak perangkat lunak yang dapat digunakan untuk pengolahan Citra. Beberapa perangat lunak merupakan open source yang mudah didapat di internet, sebagian lagi adalah software Komersial. Tutorial ini menggunakan perangkat lunak ENVI. Pembaca atau user buku ini dapat saja menggunakan sampel data yang disertakan dalam buku dengan perangkat lunak lain untuk pengolahan Citra, misalnya: Multispect, GRASS, Erdas Imagine, ER mapper, TNT lite, ArcGIS, PCI Geomatics, dan software lainnya. Tutorial pada Bagian-II buku ini, terdiri dari enam (6) bab, yaitu: (1) Mengenal ENVI, (2) Bekerja dengan ENVI, (3) Mosaicking, (4) Koreksi Geometris, (5) Membuat data multi-band, dan (6) Klasifikasi data. Topik lain terkait dengan pengolahan citra satelit dapat dijumpai pada tutorial atau buku panduan lainnya. Fokus buku ini lebih pada aspek teoritis. Tutorial hanya sekedar sampel saja. Umumnya, setiap perangkat lunak sudah menyediakan tutorial terkait dengan software yang mereka bangun dan lebih lengkap. Tutorial yang disediakan juga umumnya disertai sampel data yang digunakan. Semoga tutorial ini bermanfaat bagi banyak pihak. Bagian-III, berupa kumpulan Folder untuk mendukung tutorial, dengan susunan Folder sbb: 01_Raster; 02_Vektor, 03_Landsat, 04_Data_Ukur, 05_Klasifikasi, 06_Koreksi Geomteris, 07_Mosaciking, 08_Multiband, dan 09: Registering. Masing-masing folder digunakan pada satu atau dua bab di dalam Tutorial. D. 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 mengubungi penulis, dengan alamat: Dr. Indarto, STP, DEA Lab. Teknik Pengendalian dan Konservasi Lingkungan (Lab TPKL) PS Teknik Pertanian FTP UNEJ Jl. Kalimantan No. 37 Kampus Tegalboto Jember 68121 Telp/Fax: 0331 321785 E-mail:indarto.ftp@unej.ac.id & indarto_tep@yahoo.co.id Telp rumah : 0331 3557579, Hp: 0813 4444 5615 H a l 10
H a l 11 [ Halaman ini sengaja dikosongkan ]