PERTEMUAN 3,4 DAN 5

PENGINDRAAN JAUH

Menurut Lillesand dan Kiefer (2004) dalam Purwadhi et al. (2015), penginderaan jauh atau inderaja adalah ilmu dan seni untuk mendapatkan informasi dari suatu objek, daerah, atau fenomena (geofisik) melalui analisis data, di mana dalam mendapatkan data ini tidak secara kontak langsung dengan objek, daerah, atau fenomena yang dikaji. Data yang didapatkan ini biasanya dalam bentuk citra satelit yang kemudian diolah sesuai dengan kebutuhan sampai akhirnya tercipta informasi yang diinginkan.

Prinsip Kerja Inderaja

Penginderaan jauh dimulai pada saat proses perekaman objek yang ada di permukaan bumi. Tenaga yang digunakan dalam penginderaan jauh adalah tenaga penghubung yang membawa data tentang objek ke sensor berupa bunyi, daya magnetik, gaya berat, atau elektromagnetik. Namun, dalam inderaja hanya energi atau tenaga yang berupa elektromagnetik saja yang dapat digunakan. Tenaga elektromagnetik pada sistem pasif adalah cahaya matahari. Cahaya matahari yang mengenai objek di permukaan bumi kemudian sebagian diserap dan sebagian dipancarkan kembali oleh objek tersebut sehingga sensor dapat menangkap gelombang elektromagnetik yang berasal dari objek-objek yang berada di permukaan bumi. Sensor yang digunakan untuk menangkap gelombang elektromagnetik dapat dipasang pada satelit ataupun pada pesawat terbang (biasanya menggunakan pesawat drone). Setelah sensor menangkap gelombang elektromagnetik kemudian sensor merubahnya menjadi sinyal-sinyak digital yang akhirnya tersimpan dalam ruang penyimpanan sensor.

Arah Orbit Satelit

Satelit merupakan wahana yang sering digunakan untuk mendapatkan suatu citra. Satelit yang berisikan sensor inderaja ini memiliki arah orbit yang unik dan disesuaikan dengan kebutuhan data yang akan dikaji. Berdasarkan arah orbitnya, orbit satelit dibedakan menjadi dua jenis, yaitu orbit polar dan orbit stasioner. Orbit polar mengorbit secara vertikal dan hampir mendekati bidang utara – selatan. Sudut inklinasi yang dibentuk dari arah orbit ini sekitar 8 – 9 derajat saja. Biasanya ketinggian satelit ini berkisar antara 600 – 1 000 km. Arah orbit ini biasanya diatur agar memotong ekuator pada waktu yang tetap, hal ini juga seringkali disebut dengan orbit sinkron matahari (sun synchronous orbit).

Jenis orbit yang lainnya adalah orbit geostationer. Orbit ini biasa disebut juga orbit sinkron bumi (geo-synchronous orbit). Satelit dengan arah orbit ini biasanya berada pada ketinggian 36 000 km dan biasa digunakan untuk keperluan penginderaan jauh lingkungan, cuaca, dan komunikasi. Satelit dengan jenis orbit ini pun memiliki kecepatan yang sama dengan gerak rotasi bumi sehingga seolah-olah berada di suatu tempat dan tidak berubah posisi. Jenis satelit ini mampu menangkap gelombang di tempat yang sama dalam waktu yang berbeda-beda (resolusi temporal).

Komponen Penginderaan Jauh

Dalam penginderaan jauh dikenal berbagai komponen agar teknologi ini dapat digunakan. Komponen dalam inderaja di antaranya adalah sumber tenaga, atmosfer, interaksi antara tenaga dengan objek di permukaan bumi, sensor, sistem pengolahan data, dan berbagai penggunaan data.

1.      Sumber Tenaga

Dalam mekanisme perekaman objek yang berada di bumi, sensor membutuhkan energi untuk dapat mengenali objek tersebut. Sumber tenaga dalam penginderaan jauh dibedakan menjadi dua macam, yaitu sumber tenaga alam dan sumber tenaga buatan. Sumber tenaga alam di bumi adalah matahari, sumber tenaga alam ini dipakai dalam sistem pasif. Sumber tenaga buatan digunakan dalam penginderaan jauh sistem aktif, seperti radar maupun lidar. Sumber tenaga alam utama di bumi adalah cahaya matahari, namun tidak semua tenaga radiasi elektromagnetik dari matahari dapat digunakan dalam penginderaan jauh. Radiasi matahari yang digunakan dalam perekaman data penginderaan jauh bergantung pada panjang gelombang elektromagnetiknya. Radiasi matahari yang jatuh ke bumi sebagian akan diserap dan sebagian akan dipantulkan. Sensor penginderaan jauh yang terdapat pada wahana satelit hanya dapat menerima gelombang elektromagnetik hasil dari pantulan radiasi matahari oleh objek yang berada di bumi sehingga sistem penginderaan jauh ini disebut sistem pasif. Radiasi matahari pun tidak semua spektrum gelombangnya mencapai permukaan bumi sehingga gelombang elektromagnetik yang dipantulkannya pun tidak merata. Bagian spektrum pantulan radiasi matahari yang digunakan adalah gelombang tampak dan perluasannya (ultraviolet, biru, hijau, merah, dan infra merah dekat) yang memiliki panjang gelombang 0.3 – 1.3 mikrometer, panjang gelombang inframerah termal (3 – 5 mikrometer dan 8 – 14 mikrometer), serta panjang gelombang mikro (0.1 – 100 cm). Panjang gelombang tampak dan perluasannya merupakan hasil reflektansi objek permukaan bumi. Panjang gelombang ini dapat dimanfaatkan untuk menganalisis keadaan permukaan bumi secara visual. Perekaman yang menggunakan panjang gelombang termal dapat digunakan untuk mengetahui perbedaan pancaran suhu objek permukaan bumi. Perekaman data menggunakan panjang gelombang mikro dapat menggunakan dua sistem perekaman, yaitu dengan menggunakan sistem pasif dan sistem aktif.

2.      Sensor dan Wahana. Sensor adalah alat yang digunakan untuk merekam data gelombang elektromagnetik hasil pantulan dari permukaan bumi. Sensor ini dapat dipasang pada berbagai macam wahana, seperti pesawat udara, satelit, roket, balon stratosfer, atau balon kaptif. Sensor dan wahana memiliki karakteristik yang berbeda dengan sensor dan wahana lainnya. Karakteristik dari sensor dan wahana dibedakan menjadi karakteristik spasial, lebar sapuan, karakteristik spektral, resolusi temporal, dan resolusi radiometrik. Dalam artikel ini tidak akan dibahas lebih dalam mengenai karakteristik sensor dan wahana, untuk mendapatkan informasi tersebut anda dapat mengakses artikel “Resolusi Citra Digital”. Seiring dengan perkembangan teknologi penginderaan jauh, berbagai resolusi sensor semakin meningkat sehingga data yang didapatkan lebih akurat dan lebih detail. Meskipun demikian, data yang dihasilkan sensor akan menjadi informasi yang berguna apabila pengguna dapat memahami prinsip kerja sensor, mengerti cara interpretasi citra yang benar, dan memahami cara menggunakannya secara tepat.

3.      Interaksi Tenaga dan Objek. Interaksi tenaga dan objek (permukaan bumi) perlu dipelajari agar informasi yang diinterpretasikan tidak bias bahkan salah. Kajian interaksi antara tenaga dan objek ini menjadi penting karena adanya peran atmosfer yang seringkali membatasi bagian dari spektrum elektromagnetik yang dapat digunakan dalam inderaja. Hambatan yang terjadi di atmosfer adalah hamburan pada spektrum sinar tampak dan serapan pada spektrum sinar inframerah. Hamburan sendiri adalah sebaran radiasi matahari oleh partikel-partikel yang ada di atmosfer. Hamburan yang ada di atmosfer dan dapat mengganggu sistem penginderaan jauh adalah hamburan rayleigh, hamburan mie, dan hamburan non-selektif. Hamburan Rayleigh terjadi pada saat cuaca cerah dan panjang gelombang pendek akan lebih kuat terkena dampak hamburan Rayleigh ini karena tenaga radiasi matahari berinteraksi dengan partikel-partikel kecil yang ukurannya jauh lebih kecil dari panjang gelombang yang dilalui. Atas adanya masalah hamburan ini, citra digital harus dikoreksi atmosfer terlebih dahulu. Hamburan mie mempengaruhi panjang gelombang yang panjang. Hamburan mie ini terjadi akibat partikel-partikel lebih besar dari panjang gelombang yang dipancarkan oleh matahari. Contoh partikel yang menyebabkan hamburan mie ini adalah uap air dan debu. Hamburan mie ini sendiri sangat berpengaruh pada saat kondisi cuaca agak gelap. Hamburan non-selektif terjadi apabila gelombang menabrak suatu partikel yang ukuran diameternya jauh lebih besar dibandingkan dengan panjang gelombang itu sendiri. Hamburan ini berpengaruh pada semua spektrum panjang gelombang, sinar tampak maupun perluasannya. Hal ini pulalah yang menyebabkan awan dan kabut tampak berwarna putih pada semua panjang gelombang. Serapan atmosfer merupakan peristiwa yang berkebalikan dengan hamburan. Serapan atmosfer menyebabkan hilangnya tenaga pada spektrum cahaya tertentu. Penyerapan radiasi matahari ini paling efisien diserap oleh uap air, karbon dioksida, dan ozon. Besarnya pengaruh partikel terhadap terserapnya gelombang bergantung pada fungsi panjang gelombang elektromagnetik sesuai dengan kisaran (range) spektral yang terdapat pada jendela atmosfer. Oleh karena itu, dalam pembuatan sensor inderaja harus memperhatikan hal-hal berikut:

A.    Kepekaan spektral sensor

B.     Keberadaan spektral pada jendela atmosfer

C.   Sumber tenaga atau besarnya tenaga yang tersedia pada kisaran (range) spektral pada jendela atmosfer

Berdasarkan hal ini pemilihan kisaran (range) spektral pada sensor harus didasarkan pada cara bagaimana tenaga berinteraksi dengan objek permukaan bumi yang diindera. Suatu benda ketika menerima gelombang akan dipantulkan, diserap, dan diteruskan dengan tenaga yang berbeda-beda, bergantung pada objek yang dikenai oleh gelombang. Berdasarkan hal ini, suatu benda yang tidak dapat terlihat pada spektral tertentu akan dapat terlihat pada kisaran spektral lainnya.

4.      Atmosfer

Atmosfer merupakan bagian dari bumi yang berisikan udara. Senyawa kimia yang terdapat di atmosfer ini di antaranya adalah oksigen, karbon dioksida, nitrogen, hidrogen, dan helium. Sama seperti pembahasan pada sub bab interaksi tenaga dan objek, senyawa-senyawa tersebut memiliki peran dalam menerima, menyerap, meneruskan, dan memantulkan gelombang. Dalam atmosfer juga dikenal dengan adanya jendela atmosfer, jendela atmosfer ini adalah bagian dari atmosfer yang dapat meloloskan gelombang elektromagnetik pada spektral-spektral tertentu.

5.      Perolehan Data Data yang diperolah dalam melakukan penginderaan jauh dapat berupa data manual maupun data numerik. Data manual adalah data hasil dari interpretasi citra (biasanya foto udara) dengan menggunakan stereoskop (alat untuk melihat kesan tiga dimensi pada foto udara). Data numerik (digital) diperoleh melalui penggunaan software khusus untuk inderaja. Software yang biasa digunakan di antaranya adalah Erdas Imagine dan Envi.

6.      Pengguna Data. Pengguna merupakan komponen akhir yang penting dalam sistem inderaja. Pengguna inderaja ini dapat perseorangan ataupun suatu lembaga. Apabila tidak ada pengguna maka informasi yang didapatkan tidak ada gunanya. Berikut adalah beberapa lembaga yang seringkali menjadi pengguna dalam sistem penginderaan jauh:

a.     Bidang kehutanan

b.    Bidang militer

c.    Bidang kependudukan

d.    Bidang pemetaan

e.    Bidang meteorologi dan klimatologi

Kelebihan dan Kekurangan Penginderaan Jauh

Setelah dijelaskan panjang lebar mengenai inderaja, pastinya anda sudah dapat menebak apa-apa saja kekurangan dan kelebihan dari penginderaan jauh itu sendiri.

Secara sederhana berikut adalah berbagai kelemahan dalam sistem inderaja:

1.    Penginderaan jauh harus dilakukan oleh seseorang yang ahli di bidang ini karena tidak semua orang dapat melakukannya

2.     Peralatan yang digunakan mahal karena wahana yang digunakan dapat berupa pesawat fix wing, drone, atau satelit

3.    Tidak semua citra dapat didapatkan dengan mudah, beberapa citra digital bersifat berbayar dan tidak dipublikasikan untuk umum (biasanya citra digital beresolusi spasial tinggi). Berikut adalah berbagai keunggulan dari penginderaan jauh:

a.    Dapat menganalisis suatu wilayah yang luas dalam waktu singkat

b.    Menggambarkan kontur dari permukaan bumi secara akurat

c.    Foto udara yang bersifat dua dimensi dapat dilihat secara tiga dimensi dengan menggunakan stereoskop

d.    Beberapa citra digital dapat diunduh secara gratis (misalnya Landsat 8)

e.    Mengukur berbagai dimensi hutan (misalnya diameter tajuk, biomassa, luas tutupan lahan hutan, dll)

f.     Mudahnya menginterpretasikan citra digital dengan menggunakan aplikasi komputer, seperti Erdas Imagine atau Envi

Jenis-Jenis Citra

Citra dapat berupa citra digital ataupun citra konvensional. Namun saat ini, citra digital lebih populer mengingat semakin majunya teknologi yang ada. Berdasarkan cara pengambilan citra, citra dibedakan menjadi citra yang diambil dari atmosfer dan citra yang diambil dari luar atmosfer. Berikut adalah contoh-contoh satelit penghasil citra digital:

1.    Satelit Landsat

2.    Satelit SPOT

3.    Satelit IKONOS

4.    Satelit Terra Aster

5.    Satelit Quickbird

6.    Satelit Resourcesat-1 (IRS-P6)

7.    Satelit ALOS

8.    Satelit Worldview

9.    Satelit NOAA

10.  Satelit HCMM

11.  Satelit GMS/ Satelit HIMAWARI

12.  Satelit Terra-Aqua MODIS

13.  Satelit JERS-1

14.  Satelit ERS-SAR

15.  Satelit GeoEye

16.  Satelit Pleiades

Manfaat Penginderaan Jauh di Berbagai Bidang

Interpretasi citra penginderaan jauh dapat dilakukan oleh siapa saja, namun hanya beberapa sektor saja yang seringkali memanfaatkan penginderaan jauh ini. Pemanfaatan inderaja ini penting karena informasi bisa didapatkan meski tanpa ada pengukuran langsung di lapangan secara menyeluruh. Berikut adalah beberapa manfaat penginderaan jauh di berbagai bidang:

1.      Kehutanan

Bidang kehutanan sangat membutuhkan teknologi penginderaan jauh. Sektor kehutanan di Indonesia saat ini memiliki total luas kawasan hutan lebih dari 60% dari seluruh daratan yang ada di Indonesia. Kawasan hutan yang luas ini perlu untuk diawasi dan dikontrol, maka inderaja kehutanan merupakan salah satu solusinya. Lembaga Swadaya Masyarakat (LSM) kehutanan seperti FWI (Forest Watch Indonesia) bahkan saat ini sangat intens dalam mengontrol tutupan lahan hutan di Indonesia dengan menggunakan teknologi inderaja kehutanan. Secara lengkap berikut peran inderaja dalam bidang kehutanan

a.    Menghitung besarnya luasan tutupan lahan hutan

b.    Menghitung besarnya laju deforestasi maupun reforestasi

c.    Menghitung potensi suatu kawasan hutan produksi

d.    Menghitung besarnya karbon stok yang ada di hutan

e.    Menganalisis jenis tutupan lahan

2.      Geodesi

Bidang geodesi sangat membutuhkan penginderaan jauh untuk melakukan berbagai macam survey. Biasanya dalam bidang geodesi teknologi inderaja dipadukan dengan sistem informasi geografis agar mendapat informasi yang bermanfaat. Berikut adalah peran inderaja dalam bidang geodesi:

a.        Analisis citra digital untuk berbagai keperluan penghitungan bumi

b.        Pembuatan data kontur suatu wilayah

c.        Perencanaan pembuatan bangunan

d.        Fotogrametri

3.      Hidrologi

Hidrologi sangat membutuhkan teknologi penginderaan jauh. Bencana alam hidrometeorologis memerlukan analisis spasial yang melibatkan teknologi ini. Aplikasi pemodelan hidrologi dalam skala DAS, SWAT pun secara tidak langsung membutuhkan teknologi inderaja untuk membuat klasifikasi tutupan penggunaan lahan.

4.      Perencanaan Wilayah

Bidang perencanaan wilayah membutuhkan inderaja untuk mengetahui informasi awal mengenai wilayah yang akan direncanakan. Dalam bidang ini biasanya analisis terhadap tutupan lahan sangat penting untuk menentukan perencanaan apa saja yang cocok untuk suatu wilayah.

5.      Meteorologi dan Klimatologi

Selain permukaan bumi, objek dari penginderaan jauh pun dapat berupa benda-benda yang ada di atmosfer. Berikut adalah pemanfaatan inderaja untuk bidang meteorologi dan klimatologi.

a.          Prakiraan cuaca

b.          Peringatan dini bahaya bencana alam

c.          Analisis iklim di suatu wilayah

d.          Analisis ketersebaran awan di suatu wilayah