Gambar 1 Komponen utama sistem
pengindraan jauh
2.1.1.1 Gelombang Elektromagnetik
Gelombang elektromagnetik atau energi elektromagnetik dalam pengindraan jauh
merupakan energi yang dipancarkan maupun dipantulkan oleh objek yang direkam oleh
sensor satelit. Gelombang elektromagnetik dapat berasal dari matahari pasif maupun
satelit itu sendiri aktif. Gelombang ini seperti gelombang atau gerakan partikel yang
dapat merambat melalui dan tanpa melalui medium.
Energi atau
radiasi yang
ditranmisikan ini dapat merambat di medium atmosfer bumi maupun di dalam ruang
hampa. Gelombang elektromagnetik terdiri dari beberapa spektrum panjang gelombang,
mulai dari gelombang pendek sampai gelombang panjang.
Gambar 2 Spektrum elekromagnetik
Gelombang elektromagnetik bergerak secara harmonis berbentuk sinusiodal pada
suatu kecepatan cahaya, digambarkan dengan persamaan berikut:
……… 1 dimana,
c : kecepatan cahaya 3 x 10
8
ms f : frekuensi gelombang Hz
λ : panjang gelombang m
Umumnya dalam pengindraan jauh, istilah spektrum menunjuk pada bagian
tertentu dan sumber energinya seperti spektrum yang sering digunakan yaitu, sinar
tampak dan inframerah reflektif, inframerah panas, dan gelombang mikro. Istilah saluran
band atau kanal channel digunakan untuk porsi yang lebih kecil, misalnya pada
spektrum sinar tampak memiliki kanal atau band biru, hijau, dan merah.
2.1.1.2 Hukum-hukum tentang Radiasi
Sifat radiasi elektromagnetik mudah diuraikan
dengan menggunakan
teori gelombang namun lebih mudah diuraikan
dengan menggunakan
partikel karena
interaksinya dengan objek dapat mudah diterangkan. Hukum Planck memberikan
dasar mengenai energi elektromagnetik yang dapat dibagi-bagi menjadi beberapa paket
atau kuanta. Teori ini secara khusus digunakan
untuk menjelaskan
sebaran intensitas radiasi yang dipancarkan oleh
benda hitam. Selain itu teori ini juga menjelaskan
efek fotoelektrik
yang menyimpulkan bahwa energi cahaya datang
dalam bentuk kuanta yang disebut foton. Besarnya
energi dalam
satu kuanta
tergantung pada frekuensi dan panjang gelombang
radiasinya, sesuai
dengan persamaan:
……… 2 dimana,
E : energi kuantum J h : tetapan Planck 6.626x10
-34
Js f : frekuensi Hz
Apabila persamaan di atas digabungkan dengan persamaan gelombang maka menjadi:
Berdasarkan persamaan di atas maka energi kuantum berbanding terbalik dengan
panjang gelombang.
Semakin panjang
panjang gelombang maka semakin rendah tenaga kuantumnya dan sebaliknya.
Semua benda di permukaan bumi merupakan sumber radiasi walaupun besar
dan komposisi spektralnya berbeda dengan radiasi matahari. Oleh karena itu semua
benda pada suhu di atas nol Kelvin memancarkan radiasi elektromagnetik secara
terus menerus. Besarnya energi radiasi suatu objek di permukaan bumi merupakan fungsi
suhu permukaan objek tersebut, seperti yang ditunjukkan oleh Hukum Stefan Boltzman
yaitu:
………4 dimana,
W : fluks energi radiasi yang dipancarkan oleh permukaan objek setiap detik per
satuan luas W m
-2
σ : tetapan Stefan Boltzman 5.56697 x 10
-8
W m
-2
K
-4
T : suhu absolut objek K
Hukum ini berlaku untuk sumber energi sebagai benda hitam sempurna blackbody
yaitu benda yang akan menyerap tenaga yang diterimanya dari segala sudut penerimaan dan
memancarkannya kembali ke segala arah dengan seluruh panjang gelombang yang ada.
Fakta di alam, hampir semua benda tidak memiliki sifat seperti benda hitam sempurna
yang ada hanya mendekati sifat tersebut. Oleh
karena itu
setiap energi
yang dipancarkan suatu objek di permukaan bumi
tidak tergantung pada suhu absolutnya, tetapi tergantung pada daya pancarnya sehingga
jumlah energi yang dipancarkan merupakan fungsi suhu dan akan meningkat dengan
adanya
peningkatan suhu.
Hal ini
menyebabkan jumlah
energi yang
dipancarkan suatu objek bervariasi dengan suhunya dan didasarkan pada panjang
gelombangnya.
Gambar 3 Intensitas emisi benda hitam
blackbody pada berbagai suhu Michaelsen 2010
Pada kurva di atas memperlihatkan distribusi
radiasi untuk
benda hitam
sempurna pada berbagai suhu. Kurva tersebut menunjukkan adanya pergeseran puncak
distribusi radiasi benda hitam ke arah panjang gelombang yang makin pendek apabila suhu
naik yang menyebabkan intensitas radiasi yang
dipancarkan juga
naik. Panjang
gelombang yang dominan atau panjang gelombang yang mencapai radiasi maksimum
berkaitan dengan suhunya. Hubungan antara pancaran
maksimum objek,
panjang gelombang, dan suhu dinyatakan dengan
hukum pergeseran Wien dengan persamaan: Berdasarkan persamaan di tersebut,
dengan suhu mutlak matahari 6000 K maka akan didapatkan nilai panjang gelombang
maksimum radiasi matahari yang mampu memberikan pancaran puncak maksimum
terjadi pada panjang gelombang 0.55 µm. Nilai tersebut merupakan nilai tengah
panjang gelombang untuk cahaya tampak. Permukaan bumi dengan suhu permukaan
sebesar 300 K memberikan nilai pancaran puncak maksimum pada panjang gelombang
9.7 µm. Oleh karena itu, pengindraan jauh termal banyak dilakukan pada kisaran
panjang gelombang infra merah yaitu antara 8 µm sampai 14 µm.
2.1.1.3
Sistem Pengindraan Jauh
Seluruh sistem pengindraan jauh mutlak memerlukan sumber energi. Sumber energi
dapat berupa sumber energi alami, misalnya matahari, atau sumber energi buatan yang
dapat memancarkan energi elektromagnetik berasal dari satelit itu sendiri. Energi
berinteraksi dengan target atau objek yang ingin dikaji dan sekaligus berfungsi sebagai
media untuk meneruskan informasi kepada sensor. Sensor adalah sebuah alat yang
mengumpulkan
dan mencatat
radiasi elektromagnetik. Setelah dicatat, data akan
dikirimkan ke stasiun penerima dan diproses menjadi format yang siap pakai, diantaranya
berupa citra imagery. Citra ini kemudian diinterpretasikan untuk mencari informasi
mengenai target. Proses interpretasi biasanya melakukan pengolahan data citra dengan
bantuan komputer dan perangkat lunak pengolah citra.
Data pengindraan jauh dapat dianalisis untuk mendapatkan informasi tentang objek,
daerah, atau fenomena yang diindra atau diteliti. Analisis data pengindraan jauh
memerlukan data rujukan seperti peta tematik, data statistik, dan data lapangan.
Hasil akhir yang diperoleh berupa informasi mengenai bentang lahan, jenis penutup lahan,
kondisi lokasi, dan kondisi sumberdaya daerah yang diindrakan. Hasil akhir suatu
proses pengolahan indraja tergantung pada tujuan dan kebutuhan si pengguna. Oleh
karena itu, pihak pengguna merupakan komponen penting dalam sistem indraja.
Keseluruhan proses mulai dari pengambilan data, analisis data hingga penggunaan data
disebut Sistem Pengindraan Jauh DeMers dan Michael 2005.
2.1.2 Citra MODIS
Citra MODIS
Moderate-Resolution Imaging Spectroradiometer adalah muatan
instrumen ilmiah
berupa sensor
yang diluncurkan ke orbit Bumi pada tahun 1999
oleh NASA pada Satelit Terra EOS AM, dan pada tahun 2002 pada Satelit Aqua EOS
PM. Satelit ini mampu meliputi areal dengan luasan 2330 km. MODIS dirancang untuk
memberikan pengukuran dalam skala besar dinamika global seperti pergerakan awan di
bumi, radiasi netto dan proses yang terjadi di lautan, di darat, dan di atmosfer yang lebih
rendah.
Instrumen memiliki 36 saluran band atau kanal channel dengan panjang resolusi
spektral gelombang berkisar dari 0.4 µm sampai 14.4 µm dan pada resolusi spasial
yang bervariasi yaitu 250 m kanal 1-2, 500 m kanal 3-7 dan 1000 m kanal 8-36
Lampiran 3. MODIS memiliki resolusi temporal 1 sampai 2 hari untuk mengambil
gambar citra permukaan bumi sepanjang satu putaran penuh keliling bumi. MODIS
memiliki resolusi radiometrik sampai 12 bits sehingga dapat membedakan warna hingga
4000 warna. Sensor ini dapat bekerja pada cahaya tampak, inframerah, dan gelombang
mikro. Citra yang paling sering dimanfaatkan adalah data hasil citra visible light. Hasil citra
dari sensor satelit ini dapat memberikan informasi mengenai dinamika global dan
proses-proses yang terjadi di darat, laut dan atmosfer. Selain itu sensor satelit ini dapat
menghitung radiasi gelombang panjang pemukaan dari benda-benda alam seperti
tanah,
pasir, vegetasi,
dan lainnya,
berdasarkan fungsi Planck dan hukum Stefan- Boltzmann Wang et al. 2005.
2.1.2.1 Koreksi Citra
Tahapan paling
penting dalam
pengolahan awal
citra satelit
adalah melakukan koreksi, sehingga citra tersebut
sesuai dengan peta yang diinginkan dan hilang dari berbagai kesalahan yang ada.
Untuk dapat memberikan informasi yang benar, baik jenis informasi maupun skalanya,
rekaman citra satelit harus diperbaiki.
Citra digital yang belum diolah berisi distorsi geometrik sehingga tidak dapat
digunakan sebagai peta. Kesalahan geometrik terjadi selama proses pengumpulan data.
Citra yang mempunyai kesalahan geometrik berarti jarak, luas, arah, sudut, dan bentuk
bervariasi di semua bagian citra. Sumber distorsi geometrik antara lain merupakan
distorsi
panoramik sumber
kesalahan geometri terbesar, orientasi, rotasi bumi,
kesalahan instrumen, dan ketidakstabilan platform wahana.
Sistem koordinat pada hasil produk citra MODIS yang dikeluarkan oleh NASA
sesungguhnya sudah datar planimetri, hanya saja belum mempunyai koordinat peta yang
benar. Dalam hal ini, koreksi geometrik sesungguhnya melibatkan proses georeferensi
karena semua sistem proyeksi sangat terkait dengan koordinat peta. Georeferensi adalah
suatu proses memberikan koordinat peta pada citra yang sesungguhnya sudah planimetris.
Sistem proyeksi berpijak pada tiga kaidah yaitu mempertahankan jarak, sudut dan luas
equal distance, equal angle, equal area. Di Indonesia, sistem proyeksi yang digunakan
adalah sistem proyeksi UTM Universal Transverse Mercator dengan datum DGN-95
Datum Geodesi Nasional atau WGS84 untuk tingkat internasionalnya.
Koreksi radiometrik merupakan teknik perbaikan citra satelit untuk menghilangkan
efek atmosferik
yang mengakibatkan
kenampakan bumi tidak selalu tajam. Koreksi radiometrik bertujuan untuk menghilangkan
pengaruh haze,
kekaburan citra,
dan kekurangjelasan daya pisah unsur, sehingga
mampu membuat citra terlihat lebih tajam dan jelas detailnya Supriatna dan Sukartono
2002. Selain itu koreksi radiometrik juga berfungsi
untuk menghilangkan
efek duplikasi data pada citra di baris-baris
tertentu seperti koreksi bow-tie pada citra MODIS.
Koreksi ini merupakan tahap awal pengolahan data sebelum analisis dilakukan.
Perlu diketahui, untuk melakukan koreksi radiometrik sebaiknya dilakukan sebelum
menggabungkan kanal-kanal citra. Hal ini dimaksudkan agar objek yang terekam mudah
diinterpretasikan
atau dianalisis
untuk menghasilkan data atau informasi yang benar
sesuai dengan keadaan lapangan. Cropping merupakan teknik dasar pada
pengolahan data citra dengan memotong daerah kajian pada citra. Hal ini dilakukan
supaya daerah
yang diamati
terpusat, sehingga daerah yang diamati memiliki
batasan hanya sampai pada wilayah kajian yang diambil dari citra sebenarnya. Karena
data citra yang dikaji yang telah dilakukan proses cropping akan lebih cepat dalam
memproses data. Kegunaan lainnya adalah pengamatan citra yang memiliki batasan
dapat memiliki ukuran size yang lebih kecil pada pengamatan visual maupun dari segi
ukuran
file dibandingkan
dari citra
sebelumnya yang lebih besar. Karena pengamatan citra pada cakupan yang besar
membutuhkan super-computer yang memiliki spesifikasi kebutuhan komputer yang besar
dengan ukuran harddisk besar, resolusi layar besar, dan memori RAM yang besar pula.
2.1.2.2 Koreksi Bow-tie Citra MODIS