Post on 13-Feb-2015
description
PENGINDRAAN JAUH
BAB 1
SEJARAH DAN DASAR-DASAR PENGINDERAAN JAUH
1. 1. Pendahuluan
Penginderaan jauh adalah ilmu dan seni untuk memperoleh informasi obyek,
daerah atau fenomena, yang dianalisa menggunakan data yang diperoleh dari alat perekam
dengan tanpa kontak langsung dengan obyek, daerah atau fenomena yang dikaji tersebut.
Membaca buku adalah contoh kita menerapkan penginderaan jauh dimana mata kita
bertindak sebagai sensor yang bekerja merespon cahaya yang dipantulkan dari halaman
buku dan kemudian otak kita menganalisa dan menerjemahkan kumpulan pantulan cahaya
tadi menjadi huruf-huruf yang menyusun kalimat. Dari kalimat-kalimat yang telah tersusun
ini kemudian kita menginterpretasi informasi yang terkandung di dalam kalimat-kalimat
tersebut.
Pengumpulan data penginderaan jauh dapat berbentuk sebaran kekuatan gaya,
gelombang akustik atau energi elektromagnetik. Gravity Meter merekam data dalam
bentuk variasi sebaran gaya gravitasi, Sonar mengumpulkan data variasi distribusi
gelombang akustik dan mata kita merekam data dalam bentuk variasi distribusi gelombang
elektromagnetik. Di dalam modul ini bentuk energi yang akan dibahas adalah energi
elektromagnetik yang digunakan oleh sensor yang terdapat pada pesawat terbang dan
wahana luar angkasa untuk inventarisasi, pemetaan dan pemantauan Sumber Daya Alam
(SDA) dan lingkungan. Sensor memperoleh data dari energi elektromagnetik yang
dipancarkan dan dipantulkan oleh obyek yang terdapat di atas permukaan bumi untuk
kemudian dianalisa agar diperoleh informasi sumber daya yang terkandung di dalamnya.
Gambar 1.1 menjelaskan proses secara umum dan elemen-elemen yang terkait
pada penginderaan jauh elektromagnetik untuk sumber daya alam dan lingkungan. Ada dua
proses utama yang berlangsung yaitu perolehan data (data acquisition) dan analisa data
(data analysis). Elemen untuk perolehan data terdiri dari sumber energy (a), perambatan
energi melalui atmosfer (b), interaksi energi dengan obyek permukaan bumi (c),
pengiriman balik energi melalui atmosfer (d), sensor pesawat terbang/wahana ruang
angkasa (e) dan hasil rekaman sensor dalam bentuk pictorial/dijital (f). Proses analisa data
(g) meliputi pemeriksaan data pictorial/dijital menggunakan peralatan pengamatan dan
interpretasi. Data referensi untuk daerah atau fenomena yang dikaji (misalnya peta tanah,
statistik hasil panen atau data pengecekan lapangan) digunakan dalam membantu proses
analisa yang dilakukan. Dengan bantuan data referensi ini, seorang analis mendapatkan
informasi tentang tipe, besaran, lokasi dan kondisi berbagai macam sumber daya alam
yang terekam dalam sensor penginderaan jauh. Informasi ini, baik dalam bentuk peta, tabel
atau file dijital, kemudian digabungkan (h) dengan informasi lain dalam sistem informasi
geografis (SIG) untuk menghasilkan informasi baru yang dapat dimanfaatkan oleh
pengguna dalam proses pengambilan keputusan (i).
Penginderaan jauh mampu memberikan gambaran yang melebihi batas kemampuan
penglihatan manusia. Penginderaan jauh memungkinkan kita mengumpulkan informasi
tentang suatu wilayah yang sulit, mahal, berbahaya dan terpencil untuk diamati secara
langsung oleh manusia. Data penginderaan jauh memiliki berbagai bentuk termasuk di
dalamnya foto udara, citra satelit dijital dan radar. Dengan menggunakan teknologi
penginderaan jauh daerah perairan, pertanian dan kehutanan yang luas, iklim yang ekstrem
atau fenomena radioaktif dapat dipantau dengan mudah.
Penginderaan jauh memberikan keunggulan penting dibandingkan metode
pengumpulan data lain sehingga memungkinkan penginderaan jauh digunakan untuk
berbagai bentuk aplikasi. Penginderaan jauh juga memberikan gambaran obyek atau
fenomena yang memungkinkan kita membedakan pola-pola dan hubungan antar pola-pola
tersebut yang tidak tampak di permukaan bumi.
Pada bagian ini akan dijelaskan mengenai Sejarah dan Dasar-dasar Penginderaan
Jauh. Dasar-dasar penginderaan jauh membahas konsep dasar fisika penginderaan jauh
yang meliputi sumber tenaga, panjang gelombang, spektrum elektromagnetik, atmosfera,
dan interaksi gelombang elektromagnetik dengan obyek.
1.2. Sejarah Penginderaan Jauh
Penginderaan jauh telah digunakan lebih dari satu abad yang lalu, diawali oleh citra
foto yang diperoleh dengan mengggunakan balon udara dan kemudian berlanjut dengan
pesawat udara serta satelit. Perkembangan awal foto udara, suatu bentuk penginderaan jauh
yang berkembang dari foto yang diambil menggunakan kamera yang dibawa oleh balon
udara dan layang-layang, sebagian besar dipicu oleh kebutuhan militer. Penyediaan
informasi dengan menggunakan pesawat terbang dan wahana luar angkasa mata-mata
untuk daerah yang sulit didatangi telah terbukti dapat memberikan gambaran kemampuan
militer sebuah negara. Kemajuan teknologi komputer dan perekaman data membuat citra
dijital dapat digunakan sejak tahun 1970-an yang kemudian berkembang menjadi sistem
pengolahan data berbasiskan komputer serta memungkinkan pengolahan dan analisa data
penginderaan jauh yang memiliki resolusi spasial tinggi. Sensor-sensor baru dibuat
termasuk di dalamnya adalah scanner multispectral, radar (radio detection and ranging)
dan lidar (light detecting and ranging). Pada tahun 1990-an, pengenalan teknologi posisi
satelit, komputer berkecepatan tinggi, dan kemajuan di bidang fotogrametri dan
telekomunikasi secara dramatis telah meningkatkan kecepatan dan akurasi citra untuk
direkam, dianalisa dan disebarkan. Saat ini beberapa satelit sipil telah dapat
mengumpulkan gambaran muka bumi secara terus menerus dengan memberikan beragam
informasi untuk dapat dimanfaatkan kita semua.
Sejarah penginderaan jauh modern diawali oleh penemuan kamera fotografi 150
tahun yang lalu. Pada tahun 1858 diproduksi foto udara pertama yang diambil dengan
menggunakan balon udara yang terbang pada ketinggian 80 meter. Pemanfaatan pertama
foto udara untuk keperluan militer terjadi selama perang sipil di Amerika Serikat pada
tahun 1862. Pada awal tahun 1900-an, kemajuan teknologi fotografi telah membawa
perubahan ukuran kamera menjadi lebih kecil serta lensa dan film yang lebih cepat yang
memungkinkan foto udara dapat dihasilkan dari wahana yang berukuran kecil, termasuk
layang-layang dan burung merpati. Peristiwa perang dunia ke-1 memperlihatkan
perkembangan foto udara dan metode interpretasi citra yang sangat cepat di bidang militer.
Terjadinya perang dunia ke-2 telah memacu para ahli untuk mengembangkan teknologi
penginderaan jauh baru seperti film fotografi dan pengembangan filter khusus yang
membawa kepada perkembangan film infra merah berwarna. Selain itu kemajuan penting
pada periode ini ditandai dengan munculnya teknologi radar yang digunakan untuk
mendeteksi keberadaan obyek, dengan perekaman dilakukan pada malam hari dan datanya
digunakan untuk memandu operasi pengeboman pada kondisi cuaca buruk. Pada periode
tahun 1950 sampai dengan tahun 1970-an, perkembangan pengindraan jauh ditandai
dengan pemanfaatan film infra merah warna, perekaman citra radar yang makin maju dan
perekaman data menggunakan band spektral multi (multispectral bands) serta scanner optis
yang mampu menghasilkan citra multispectral dalam bentuk dijital.
Tahun 1960, diluncurkan TIROS-1 (Television and Infrared Observation Satellite)
yang merupakan satelit pemantau bumi non militer pertama untuk keperluan pengamatan
cuaca. Satelit cuaca pertama ini memberikan gambaran pola awan dan bentuk permukaan
bumi secara detail pada resolusi spasial rendah. Peluncuran TIROS-1 telah menjadi dasar
pengembangan satelit sumber daya bumi pertama yaitu ERTS-1 (Earth Resources
Technology Satellite).
1.3. Dasar-dasar Penginderaan Jauh
A. Sumber tenaga
Sistem penginderaan jauh baik pasif maupun aktif memerlukan sumber tenaga yang
dapat berupa sumber tenaga alamiah maupun sumber tenaga buatan. Sinar X, ultraviolet,
tampak, panas dan gelombang radio merupakan bagian dari sumber tenaga gelombang
elektromagnetik. Semua tenaga pada dasarnya sama, yaitu melakukan radiasi sesuai
dengan teori dasar gelombang, seperti ditunjukkan pada Gambar 1.2. Gambar tersebut
mengungkapkan bahwa tenaga elektromagnetik bergerak secara harmonis berbentuk
sinusoidal pada suatu kecepatan cahaya (c). Jarak dari puncak gelombang ke puncak
gelombang berikutnya disebut panjang gelombang (), dan jumlah puncak yang melewati
suatu titik tertentu dalam ruang persatuan waktu adalah frekuensi (f).
Gambar 1.2. Komponen gelombang elektromagnetik yang meliputi gelombang elektrik
sinusoidal (E) dan gelombang magnetik sinusoidal (M), yang perambatannya saling tegak
lurus terhadap arah radiasi (Sumber: Jensen, 2005).
B. Panjang gelombang
Panjang gelombang dalam penginderaan jauh dapat diklasifikasikan menjadi 3 (tiga)
macam sesuai dengan daerah panjang gelombangnya, yaitu (a) Gelombang tampak dan
infra merah (visible and infrared), (b) Gelombang infra merah panas (thermal infrared), (c).
Gelombang mikro (microwave).
Panjang gelombang tampak dan infra merah ini menggunakan sumber energi dari
matahari. Karena matahari dapat memancarkan energi elektromagnetik dengan puncak
panjang gelombang = 0,5 m. Data penginderaan jauh yang diperoleh pada daerah panjang
gelombang tampak dan infra merah sangat tergantung pada reflektan dari obyek di muka
bumi. Oleh karena itu, informasi tentang obyek dapat diperoleh dari nilai pantulan spektral
obyek yang bersangkutan.
Panjang gelombang infra merah panas menggunakan sumber pancaran energi dari
obyek itu sendiri. Karena setiap obyek yang memiliki suhu mutlak diatas 0 derajat akan
memancarkan radiasi gelombang elektromagnetik dengan puncak panjang gelombang
sekitar 10 m.
Panjang gelombang mikro ini, ada dua macam yaitu panjang gelombang mikro aktif
dan panjang gelombang mikro pasif. Panjang gelombang mikro pasif menggunakan radiasi
gelombang mikro dan panjang gelombang mikro aktif mendeteksi nilai hamburan balik
(back scatter) dari obyek yang diamati.
C. Spektrum elektromagnetik
Spektrum elektromagnetik merupakan berkas dari tenaga elektromagnetik, yang
meliputi spektra kosmis, Gamma, X, ultraviolet, tampak, inframerah, gelombang mikro,
dan gelombang radio. Jumlah total seluruh spektrum disebut spektrum elektromagnetik.
Energi elektromagnetik dapat digambarkan melalui panjang gelombangnya. Bagian
spektrum elektromagnetik yang digunakan dalam penginderaan jauh terletak secara
berkesinambungan yang dicirikan dengan perubahan-perubahan besaran tenaga dengan
kelipatan 10 berpangkat banyak seperti Gambar 1.3. Oleh karena itu lazim digunakan skala
logaritma untuk menggambarkan besaran radiasi yang dipancarkan oleh benda hitam pada
berbagai tingkatan suhu. Panjang gelombang dominan atau panjang gelombang dimana
kurva radiasi benda hitam mencapai nilai maksimum bervariasi tergantung suhunya.
Hubungan antara panjang gelombang dominan dengan suhunya diatur dalam hukum
pergeseran Wien (Wien’s displacement law),
m (Persamaan 1)
dimana
m = panjang gelombang pada nilai radiasi maksimum (m),
A = 2.898 m K,
T = suhu (dalam K)
Kurva di bawah juga menunjukkan bahwa semakin meningkat suhunya maka puncak
radiasi benda hitam akan bergeser kea rah panjang gelombang yang lebih pendek. Hal itu
bisa dilihat apabila kita membandingkan kurva radiasi pada suhu bumi dengan kurva
radiasi pada suhu matahari, dimana panjang gelombang maksimumnya bergeser dari
panjang gelombang sekitar 10 m ke 0,5 m.
Sinar tampak akan berkaitan dengan spektrum warna, yang biasanya tersusun
dengan baik dari -panjang ke -pendek yaitu merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila dan
ungu. Warna biru terletaka pada kisaran 0,38 - 0,5 m, hijau antara 0,5 - 0,6 m, dan
merah antara 0,6 - 0,7 m. Gelombang ultraviolet bersebelahan dengan gelombang biru,
sementara gelombang inframerah terletak berdampingan dengan panjang gelombang
merah. Inframerah dibagi kedalam tiga bagian yaitu inframerah dekat (0,7 m – 1,3 m),
inframerah menengah (1,3 m – 3 m) dan inframerah thermal (3 m – 14 m).
Gelombang yang lebih panjang ditempati oleh gelombang mikro yang nilainya berkisar
antara 1 mm – 1 m. Tabel 1.1 memperlihatkan pembagian spektrum elektromagnetik mulai
dari sinar Gamma sampai gelombang radio.
Gambar 1.3. Besaran radiasi yang dipancarkan oleh benda hitam
sempurna (black body) dalam beberapa tingkatan suhu (Sumber: Lillesand et al., 2005)
Teori gelombang yang digunakan untuk menerangkan bagaimana energi
elektromagnetik berinteraksi dengan benda adalah teori partikel. Teori ini menyatakan
bahwa radiasi elektromagnetik terdiri atas beberapa bagian terpisah yang disebut foton atau
quanta. Tenaga satu quantum dapat ditulis sebagai berikut:
E = hf (Persamaan 2)
di mana E = tenaga suatu quantum, dalam Joule (J)
h = tetapan Plank, sebesar 6,626 x 10-34 Joule/ detik
Tabel 1.1. Pembagian spektrum elektromagnetik
Spektrum Elektromagnetik Panjang Gelombang
Sinar Gamma < 0,03 nm
Sinar X 0,03 – 240 nm
Ultraviolet 0,24 m – 0,38 m
Sinar Tampak
- Merah
- Hijau
- Biru
0,60 m – 0,70 m
0,50 m – 0,60 m
0,38 m – 0,50 m
Inframerah Dekat 0,70 m – 1,0 m
Inframerah Pendek 1,0 m – 3,0 m
Inframerah Thermal 3,0 m – 8,0 m
Gelombang Mikro 1 mm – 100 cm
Gelombang Radio > 100 cm
Catatan: 1 milimeter (mm) = 1.000 mikrometer (m) = 1.000.000 nanometer (nm)
Sumber: Aronoff, 2005
Teori gelombang dapat dihubungkan dengan teori quantum di dalam perilaku
radiasi elektromagnetik, dengan menggantikan f pada persamaan C = f ke dalam
persamaan E = hf sehingga diperoleh:
hc
E =---------- (Persamaan 3)
Dengan demikian, kita lihat bahwa tenaga quantum secara proporsional berbanding
terbalik dengan panjang gelombangnya, sehingga makin panjang penggunaan panjang
gelombangnya makin rendah kandungan tenaganya. Sifat ini penting implikasinya dalam
penginderaan jauh, karena radiasi panjang gelombang panjang (seperti gelombang mikro)
yang dipancarkan secara alamiah oleh kenampakan medan lebih sulit diindera
dibandingkan dengan tenaga yang dipancarkan oleh panjang gelombang yang lebih pendek
(seperti gelombang inframerah thermal). Oleh karena itu sistem penginderaan jauh yang
bekerja dengan panjang gelombang panjang, harus mengamati permukaan bumi yang luas,
pada waktu tertentu, agar dapat memperoleh sinyal tenaga dari objek di muka bumi yang
dideteksi.
D. Atmosfer
Atmosfer terdiri dari molekul gas dan benda padat serta cair yang disebut aerosol.
Lapisan atmosfer terdiri atas lapisan troposfer, stratosfer, mesosfer, dan termosfer.
Troposfer merupakan lapis terbawah hingga ketinggian 10 km di atas kutub dan 16 km di
atas ekuator. Suhu pada troposfer turun sekitar 6oC - 7oC setiap naik 1 km. Stratosfer
merupakan lapis di atas troposfer hingga ketinggian 50 km. Suhu pada lapis ini kebalikan
dengan troposfer, yaitu suhu naik pada ketinggian yang semakin besar. Hal ini disebabkan
oleh adanya serapan sinar ultraviolet oleh gas ozon. Konsentrasi gas ozon terbesar di
lapisan stratosfer. Lapis di atas stratosfer adalah mesosfer yang ketinggiannya hingga 85
km dan pada lapis ini suhu turun bila ketinggian bertambah. Penurunan suhu bahkan lebih
tajam dibanding dengan penurunan pada lapisan troposfer. Meskipun demikian suhu di
lapisan mesosfer sangat labil, karena tempatnya lebih dekat dengan lingkungan panas.
Lapisan di atas mesosfer adalah termosfer, yang suhunya naik dengan bertambahnya
ketinggian. Suhu pada lapisan ini dapat mencapai 1.500 oK atau 1.227 oC. Perubahan suhu
terkecil terjadi di bawah ketinggian 100 km, dan pada ketinggian di atas 120 km dapat
terjadi perubahan suhu dengan perbandingan 3 : 1 (Flock, 1979).
Atmosfer juga membatasi bagian spektrum elektromagnetik yang dapat digunakan
dalam penginderaan jauh. Pengaruh atmosfer bervariasi menurut panjang gelombang,
waktu dan tempat. Di atmosfer ada hambatan yang berupa hamburan pada spektrum
tampak dan serapan pada spektrum infra merah.
Transmisi atmosfer terbagi dalam daerah gelap (blocking areas) serta daerah
pengiriman (transmission areas) dari spektrum elektromagnetik yang disebut jendela.
Jendela adalah bagian dari spektrum elektromagnetik yang memungkinkan energi
melewati atmosfer untuk kemudian dipantulkan atau diserap permukaan bumi dan
kemudian dipantulkan atau dipancarkan kembali ke atmosfer. Jendela atmosfer terjadi
akibat serapan minimum, sehingga terjadi kisaran panjang gelombang.