KONSEP DASAR INDERAJA & SISTEM INFORMASI GEOGRAFIS

PENGERTIAN DASAR TEKNOLOGI PENGINDERAAN JAUH

Penginderaan jauh (remote sensing) secara umum didefinisikan sebagai suatu teknik untuk mengidentifikasi suatu objek di permukaan bumi dari jarak jauh tanpa melakukan kontak langsung dengan objek tersebut.

Menurut Sutanto (1994), ada empat komponen penting dalam sistem penginderaan jauh adalah (1) sumber tenaga elektromagnetik, (2) atmosfer, (3) interaksi antara tenaga dan objek, (4) sensor. Tenaga panas yang dipancarkan dari obyek dapat direkam dengan sensor yang dipasang jauh dari obyeknya. Penginderaan obyek tersebut menggunakan spektrum inframerah termal (Paine, 1981 dalam Sutanto, 1994).

Dengan menggunakan satelit, maka akan memungkinkan untuk memonitor daerah yang sulit dijangkau dengan metode dan wahana yang lain. Satelit dengan orbit tertentu dapat memonitor seluruh permukaan bumi. Satelit-satelit yang digunakan dalam penginderaan jauh terdiri dari satelit lingkungan, cuaca dan sumberdaya alam.

Tenaga panas yang dipancarkan dari obyek dapat direkam dengan sensor yang dipasang jauh dari obyeknya. Penginderaan obyek tersebut menggunakan spektrum inframerah termal (Paine, 1981 dalam Sutanto, 1994).

Citra satelit dihasilkan dalam bentuk data digital, serta mempunyai beberapa resolusi spasial dan resolusi spektral (multispectral/multiband/berwarna) tertentu. Pemilihan citra satelit dengan resolusi tertentu yang mana yang akan dipakai adalah sangat ditentukan oleh apa tujuan dan sasaran dari pemanfaatan  citra tersebut.

Citra satelit memiliki beberapa resolusi yaitu resolusi spasial, resolusi spektral dan resolusi temporal. Resolusi spasial adalah kemampuan terkecil objek yang dapat direpresentasikan. Resolusi spektral adalah kemampuan sensor satelit dalam menangkap pantulan spektrum gelombang elektromagnetik dari obyek di permukaan bumi. Resolusi temporal adalah kemampuan satelit untuk merekam ulang suatu daerah yang sama.           

Dalam hal ini unsur skala peta yang akan dibuat sangat menentukan pemilihan. Kemudian parameter alam permukaan bumi apa yang kita ingin tonjolkan, akan menentukan pemilihan resolusi spektral citra yang akan digunakan.   

Prinsip Dasar Penginderaan Jauh

Setiap obyek di permukaan bumi akan memantulkan gelombang elektromagnetik pada spektrum radiasi gelombang tampak, infra merah, thermal maupun gelombang mikro, oleh sebab itu sistem penginderaan jauh melakukan pengamatan obyek di permukaan bumi dengan cara mengukur radiasi gelombang elektromagnetik yang dipantulkan atau dipancarkan oleh obyek yang direkam.

Penginderaan jauh dikelompokkan dalam dua jenis berdasarkan sumber energi yang digunakan, yaitu penginderaan jauh pasif (passive remote sensing) dan penginderaan jauh aktif (active remote sensing).  Pada penginderaan jauh pasif sumber energi yang digunakan adalah cahaya matahari.  Obyek akan memantulkan radiasi matahari, lalu direkam oleh sebuah sensor yang dipasang pada sebuah wahana (platform) yang dapat berupa pesawat terbang, satelit, maupun pesawat ulang alik (space shuttle).  Pada teknik penginderaan jauh aktif, sumber energi dibawa sendiri di dalam wahana seperti airborne radar, RADARSAT, ERS. 

Interaksi Energi dengan Obyek di Permukaan Bumi

Tenaga elektromagnetik dapat berinteraksi dengan suatu obyek melalui tiga cara (Wolf, 1983), yaitu :

1. Dipantulkan (Reflected), dimana energi datang dikembalikan ke medium perambatan yang pada dasarnya tidak berubah.
2. Diteruskan (Transmitted), dimana tenaga merambat melalui obyek.
3. Diserap (Absorption), dimana radiasi datang diubah menjadi beberapa bentuk tenaga lain seperti misalnya panas.

Pengolahan Citra Digital

Tahapan kegiatan di dalam memproses data citra dijital meliputi 4 kelompok kegiatan yaitu: Pra-pemrosesan, pemrosesan, ekstraksi informasi, dan keluaran sebagaimana dapat diuraikan berikut ini:

1.     Kegiatan pra-pemrosesan meliputi : Pengambilan data berupa Pengadaan/ Pemesanan Data citra

2.     Kegiatan pemrosesan meliputi:

a.     Penajaman/ Image Enhancement yang meliputi:

·         Manipulasi kontras

·         Kombinasi Band Natural Color

·         Pemfilteran spasial

b.    Pemrosesan frekuensi  meliputi:

·         Pemfilteran

·         Spektra satu dimensional

·         Kompensasi gerakan

·         Restorasi resolusi

3.     Ekstraksi informasi/ Konversi Citra meliputi:

·         Tekstur

·         Deteksi tepi/ edge detection

·         Pengenalan pola

·         Korelasi terhadap data dasar bukan citra

4.     Kegiatan keluaran meliputi:

·         Anotasi

·         Fungsi perubahan rona/ warna

·         Penentuan format

·         Kemampuan membentuk karakter/ vektor

·         Konversi bentuk digital langsung ke hard copy

 

Citra dijital yang dimaksud dalam penginderaan jauh merupakan citra dalam bentuk raster yang disusun berdasarkan baris dan kolom yang membentuk sebuah matriks dua dimensi terdiri dari sejumlah piksel untuk setiap band. Piksel didefinisikan sebagai suatu satuan unit terkecil yang dapat diidentifikasi pada citra (Jensen,1996). Setiap nilai piksel memiliki tipe data byte (mis. 0-255) yang merepresentasikan nilai kecerahan piksel tersebut. Setiap satu nilai piksel pada tipe byte disimpan dalam memori sebesar 1 byte atau 8 bit, sehingga apabila sebuah citra dijital memiliki dimensi 100 x 100 maka akan membutuhkan memori sebesar 10000 byte atau 10 KB (Stephens,1999).

 

Komputasi Statistik Citra Dijital

Nilai statistik dari citra dijital akan memberikan informasi yang sangat berguna mengenai  karakteristik nilai kecerahan dari citra. Nilai statistik yang didapatkan dari hasil perhitungan dapat ditampilkan dalam bentuk histogram untuk memperlihatkan distribusi dari nilai kecerahan (Jensen,1996).  

Visualisasi Citra Dijital

Untuk menampilkan citra dijital pada monitor harus diketahui terlebih dahulu kemampuan yang dimiliki oleh komputer yang digunakan. Nilai kecerahan ditampilkan pada monitor dengan menggunakan warna dimana setiap warna mewakili nilai kecerahan tertentu.

Warna dalam perspektif pemrograman sangat berhubungan erat dengan memori. Untuk menampilkan warna yang sangat banyak dalam satu waktu dibutuhkan memori yang besar. Untuk menampilkan 16 warna dalam satu waktu, dapat dibentuk sebuah indeks warna dengan rentang nilai 16. Identitas dari setiap warna dapat diwakili dengan nilai intejer 0 s/d 15 yang disimpan dalam memori sebesar 4 bits. Jumlah bits yang digunakan untuk merepresentasikan nilai setiap piksel disebut dengan color depth atau resolusi warna (Stephens,1999).

Apabila suatu monitor hanya dapat menampilkan 640 piksel horisontal dan 480 piksel vertikal, maka dibutuhkan sebesar 640*480*4 = 1,228,800 bits = 153,600 bytes atau sebesar 150 Kb untuk menampilkan setiap piksel dalam satu waktu (Stephens,1999). 

Restorasi Citra

Data dijital hasil penginderaan jauh masih mengandung kesalahan sistematik dan kesalahan non-sistematik. Kesalahan sistematik merupakan kesalahan yang disebabkan oleh sensor sedangkan kesalahan non-sistematik merupakan kesalahan yang disebabkan oleh faktor eksternal yang nilainya tidak dapat diprediksi (Jensen,1996). Restorasi citra disini adalah restorasi citra untuk menghilangkan pengaruh kesalahan non-sistematik dengan melakukan koreksi geometrik.  

Koreksi Geometrik

Koreksi geometrik atau sering disebut dengan istilah rektifikasi merupakan suatu proses dimana citra tidak planimetrik dibuat planimetrik (Jensen,1996). Citra dijital penginderaan jauh masih mengandung kesalahan sistematik dan non-sistematik sehingga menyebabkan distorsi pada citra dijital. Untuk menghilangkan pengaruh kesalahan sistematik dilakukan koreksi dengan melakukan kalibrasi citra dengan menggunakan informasi awal dari penyedia citra, sedangkan untuk menghilangkan pengaruh kesalahan non-sistematik dilakukan koreksi radiometrik dan geometrik.

Dalam konteks koreksi geometrik, pada citra diaplikasikan model matematika tertentu sedemikian rupa, sehingga data tersebut memiliki integritas geometrik seperti peta, dalam proses koreksi geometrik dikenal dua teknik koreksi yaitu image to image rectification dan image to map rectification. Dalam image to map rectification citra asli direktifikasi dengan mengidentifikasi beberapa titik kontrol pada citra dan pada peta, sehingga seluruh piksel pada citra asli ditransformasikan mendekati geometrik peta referensi dengan menggunakan parameter transformasi hasil identifikasi titik kontrol tadi. Dalam image to image rectification, identifikasi titik kontrol dilakukan pada citra asli dan pada citra referensi yang telah memiliki integritas geometrik seperti peta (Lillesand,1994). Dalam proses rektifikasi, dikenal dua tahapan pekerjaan yaitu interpolasi spasial dan interpolasi intensitas. 

Image Enhancement

Image enhancement merupakan suatu proses dengan menerapkan algoritma tertentu dengan tujuan memperbaiki visualisasi dari data untuk keperluan analisis oleh operator atau analisis dengan bantuan komputer karena persepsi manusia bisa berbeda satu dengan lainnya, maka proses ini sangat tergantung dari persepsi manusia yang terlibat dalam proses analisis (Jensen,1996).

Secara umum algoritma yang diterapkan terbagi atas dua kelompok yaitu point operations dan local operations. Point operations merupakan algoritma yang digunakan dengan hanya melibatkan piksel bersangkutan sedangkan local operations merupakan algoritma yang melibatkan piksel-piksel disekitar piksel yang bersangkutan (Stephens, 1999). 

Reduksi dan Magnifikasi Citra

Reduksi citra merupakan algoritma yang diterapkan dengan tujuan mengurangi jumlah data yang harus disajikan dalam waktu bersamaan sehingga dapat mengurangi jumlah memori yang diperlukan secara signifikan. Untuk citra satu band dengan dimensi 2000 x 2000 piksel, algoritma ini dapat diterapkan dengan hanya menampilkan citra dalam satu kelipatan bilangan intejer tertentu. Sebuah konstanta bilangan intejer atau faktor resampel dapat berbeda pada arah  baris dan kolom sehingga menghasilkan citra tereduksi dengan faktor skala x dan y berbeda. Pada umumnya faktor resampel baris dan kolom dibuat sama sehingga menghasilkan citra tereduksi yang memiliki tampilan sama dengan citra asli.  

Contrast Enhancement

Contrast enhancement merupakan suatu algoritma untuk memperbaiki kekontrasan dari suatu citra (Gonzalez,1992).

Transformasi Spektral

Principal component analysis merupakan salah satu algoritma yang sering digunakan dalam pengolahan citra secara dijital. Tujuan utama dari penerapan algoritma ini adalah untuk mengurangi jumlah data yang dilibatkan dalam proses pengolahan tanpa menghilangkan informasi yang terkandung dalam citra asli, dengan menerapkan algoritma ini, jumlah band pada citra asli dapat ditransformasi menjadi tiga komponen dengan informasi yang sebanding dengan informasi yang terkandung dalam seluruh band pada citra asli (Jensen,1996).  

Sistem Informasi Geografik (SIG)

SIG adalah bagian dari kemajuan teknologi informasi (information technology). Sebagai teknologi berbasis komputer, SIG dapat dipandang sebagai teknologi yang harus diperhitungkan oleh mereka yang berkecimpung dalam berbagai bidang pekerjaan. Khusus untuk aplikasi perencanaan, SIG akan menggabungkan kemampuan teknologi komputer dalam (i) sistem penggambaran secara otomatis (kemampuan 'graphic'); (ii) sistem untuk melakukan analisis spasial (alat analisis) dan (iii) sistem yang berkaitan dengan pengelolaan basis data yang ber-georeferensi. Gabungan ketiga sistem inilah yang membuat teknologi infomasi geografik, yang tadinya terpisah-pisah, menjadi satu sistem yang sekarang populer dengan nama Sistem Informasi Geografik (SIG) atau Geographic Information Systems (GIS).

 

Komponen SIG

Secara umum komponen SIG terdiri atas 3 bagian utama, yaitu: (a) komponen untuk Data Masukan (input); (b) komponen Sistem Pengelolaan Basis Data (Data Base Management System/DBMS) dan (c) Komponen untuk Data Keluaran (output,) seluruh komponen ini akan memanfaatkan komputer (CPU, sistem operasi dan peripherals) sebagai sarana pengoperasiannya.  

Analisa Data SIG

Hal terpenting dari SIG adalah dapat menganalisis data yang terkelola dalam basis data. Data dalam SIG dapat dibedakan dalam model data vektor dan raster (grid). Model data vektor posisi suatu objek dinyatakan oleh satu atau serangkaian pasangan koordinat (x,y) pada sistem koordinat katersian. Suatu titik dinyatakan dalam suatu pasangan koordinat (x,y). Garis dinyatakan dalam rangkaian pasangan koordinat dari titik awal hingga titik akhir dan luasan dinyatakan sebagai rangkaian pasangan koordinat yang  “menutup“ dimana harga koordinat awal dan koordinat akhir adalah sama. Dalam data raster (grid) dinyatakan dalam baris dan kolom, hampir sama dengan prinsip koodinat kartesian namun sistem penomeran baris dan kolom dengan sumbu x dari kiri ke kanan dan sumbu y dari atas ke bawah tanpa nilai negatif. Setiap sel mempunyai nilai, namun bisa saja ada nilai sel yang blank dalam arti tidak mempunyai data sama sekali (null value).

Analisa data vektor dengan menggunakan SIG dapat berupa analisa data atribut dan analisa data grafis. Beberapa analisa format data vektor dengan menggunakan SIG diantaranya berupa :  

A.    Analisa data atribut : Dibangunnya manajemen basis data yang dapat mengumpulkan, mengelola dan memanipulasi data atribut sehingga dapat menganalisa sesuai dengan kemampuannya.

B.    Analisa data hasil integrasi spasial dan atribut : Salah satu perbedaan antara kartograpi digital dan pemetaan digital dengan SIG yaitu SIG dapat menganalisa integrasi data spasial dan atribut. Analisa integrasi spasial dan atribut sangat bervariasi, menurut Aronoff (1989) dapat digolongkan berupa retrieval/ classification/ measurement, overlay, surface and connectivity atau network functions.