Study on The Backscatter Characteristics of ALOS PALSAR Having Spatial Resolution of 50 Meters and 12.5 Meters within Rubber and Oil Palm Plantations
1
KAJIAN KARAKTERISTIK BACKSCATTER ALOS PALSAR
RESOLUSI 50 METER DAN 12,5 METER
PADA PERKEBUNAN KARET DAN KELAPA SAWIT
MUKALIL
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2011
2
2
3
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN
SUMBER INFORMASI
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis Kajian Karakteristik Backscatter ALOS
PALSAR Resolusi 50 Meter dan 12,5 Meter pada Perkebunan Karet dan Kelapa
Sawit adalah karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum
diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber
informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak
diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam
Daftar Pustaka di bagian akhir tesis ini.
Bogor,
Oktober 2011
Mukalil
E151080141
3
4
4
5
ABSTRACT
MUKALIL. Study on The Backscatter Characteristics of ALOS PALSAR Having
Spatial Resolution of 50 Meters and 12.5 Meters within Rubber and Oil Palm
Plantations. Under direction of M. BUCE SALEH and I NENGAH SURATI
JAYA.
The study was performed to explore the relationship between the
dimensions of rubber and oil palm plantations and backscatter of ALOS PALSAR
having resolution 50 meters and 12.5 meters. The study was carried out in
Simalungun Regency, Serdang Bedagai Regency, Asahan Regency and Pematang
Siantar City North Sumatra Province. The main objective of the study is to
identify crop variables that affect backscatter value. The study found that the
rubber plantation variable that significantly affect the magnitude of backscatter of
50 meter resolution are the diameter at breast high (dbh) and basal area giving an
accuracy of 75.44%. For oil palm plantation, the backscatter value was affected by
canopy diameter with accuracy of 92.16%. For rubber plantation, the variable that
affect the magnitude of backscatter of 12.5 meter resolution are the tree diameters,
biomass volume and the ratio of crop spacing as well as canopy area with an
accuracy of 66,67%. Meanwhile, for oil palm plantation, it was affected by height
of plant with an accuracy of 62.75%.
Keywords: ALOS PALSAR, backscatter value, resolution, crop variable
5
6
6
7
RINGKASAN
MUKALIL. Kajian Karakteristik Backscatter ALOS PALSAR Resolusi 50 Meter
dan 12,5 Meter pada Perkebunan Karet dan Kelapa Sawit. Dibimbing oleh
MUHAMMAD BUCE SALEH dan I NENGAH SURATI JAYA.
Sensor radar (radio detection and ranging) merupakan sensor gelombang
mikro aktif (microwave) yang memungkinkan untuk melakukan pengamatan
permukaan bumi dengan baik. Sensor ini mampu menembus awan, partikel hujan
dan mempunyai sumber energi sendiri sehingga mampu melakukan pencitraan
baik siang maupun malam dan pada segala macam cuaca. Sampai sekarang telah
banyak satelit radar yang dioperasikan menyusul SEASAT, salah satunya adalah
ALOS PALSAR. ALOS PALSAR merupakan citra radar yang bekerja pada
saluran band-L dengan polarimatrik penuh HH, HV, VV dan VH. Lebar cakupan
areal antara 250 sampai 350 km. Sensor dengan band L mampu menembus
vegetasi hutan mulai dari daun, ranting, cabang dan bahkan sampai ke batang
tanaman. Kemampuan citra ALOS PALSAR menembus vegetasi hutan sampai ke
batang tanaman atau tumbuhan bawah akan berpengaruh terhadap sinyal pancar
balik (backscatter) pada setiap tutupan lahan, dalam hal ini adalah tutupan lahan
perkebunan karet dan perkebunan kelapa sawit.
Penelitian ini mempunyai tujuan mengidentifikasi dimensi tanaman
perkebunan karet dan perkebunan kelapa sawit yang mempengaruhi nilai
backscatter citra ALOS PALSAR resolusi 50 meter dan 12,5 meter.
Data citra yang digunakan adalah citra ALOS PALSAR resolusi 50 meter
dan 12,5 meter tahun liputan 2009. Untuk pengolahan citra menggunakan
software erdas imagine 9.1 dan arcview 3.2. Citra ALOS PALSAR resolusi 12,5
meter mengalami gangguan (noise) yang mempengaruhi kualitas citra. Oleh
karenanya dilakukan langkah-langkah perbaikan dengan melakukan adaptif
filtering dengan menggunakan frost filtering dengan moving window 7 x 7.
Selanjutnya data citra diolah dan dianalisis sehingga diperoleh nilai backscatter
dan kelas-kelas perkebunan karet dan perkebunan kelapa sawit. Pada perkebunan
karet terdapat 3 kelas pada resolusi 50 meter, 3 kelas pada resolusi 12,5 meter
tanpa adaptif filtering dan pada resolusi 12,5 meter dengan frost filtering 7x7 ada
3 kelas. Sedangkan pada perkebunan kelapa sawit terdapat 2 kelas pada resolusi
50 meter, 2 kelas pada resolusi 12,5 meter tanpa adaptif filtering dan 3 kelas pada
resolusi 12,5 meter dengan frost filtering 7x7.
Pengambilan data mengenai dimensi tanaman karet dan kelapa sawit
dilaksanakan pada perkebunan karet dan kelapa sawit di Kabupaten Simalungun,
Kabupaten Asahan, Kabupaten Serdang Bedagai dan Kota Pematang Siantar
Provinsi Sumatra Utara. Data dikumpulkan dengan membuat plot contoh
berbentuk lingkaran dengan radius 17,85 meter untuk tanaman berdiameter lebih
dari 10 cm dan radius 7,9 meter untuk tanaman berdiameter kurang dari 10 cm.
Penggunaan plot contoh lingkaran karena kondisi perkebunan karet dan kelapa
7
8
sawit homogen dengan jarak tanam sama. Posisi plot contoh ditentukan pada citra
dengan purposive sampling berdasarkan kelas dari perkebunan karet dan kelapa
sawit. Data lapangan yang dikumpulkan berupa dimensi tanaman karet dan kelapa
sawit, meliputi: titik koordinat pusat plot contoh, jenis dan umur tanaman, jarak
tanam, arah lajur, diameter tanaman, tinggi tanaman total, diameter tajuk, tebal
tajuk, jumlah pelepah (kelapa sawit), kemiringan lapangan (slope), arah
kemiringan lapangan (Aspect), foto LAI (Leaf Area Index), dan foto lapangan plot
contoh.
Data lapangan diolah untuk mendapatkan data turunan berupa; kerapatan
tanaman, luas bidang dasar, volume tanaman, luas tajuk, dan biomassa. Untuk
biomassa karet menggunakan persamaan dari Yulyana (2005) dan biomassa
kelapa sawit menggunakan persamaan Yulianti (2009). Selanjutnya data citra dan
data lapangan dilakukan merging (penggabungan) untuk dilakukan analisis.
Analisis data dilakukan dengan analisis korelasi untuk mengetahui keeratan
hubungan antar peubah lapangan dan analisis diskriminan untuk mendapatkan
peubah dimensi tanaman yang berpengaruh terhadap nilai backscatter citra ALOS
PALSAR resolusi 50 meter dan 12,5 meter pada perkebunan karet dan
perkebunan kelapa sawit.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa kondisi lapangan relatif datar
(kemiringan < 8%) dan ketinggian tempat berada pada rataan 250 meter dari
permukaan laut. Pada perkebunan karet jarak tanaman adalah 6 x 3,25 meter, 5 x 5
meter, 4,5 x 4,5 meter, dan 5 x 4,5 meter. Arah lajur tanaman adalah Barat ~
Timur. Penanaman kelapa sawit menggunakan jarak tanam 9 x 8 meter dan 10 x
10 meter. Arah lajur tanaman kelapa sawit adalah Utara ~ Selatan. Kerapatan
tanaman karet dan kelapa sawit menurun pada umur tanaman tua. Hasil survei
lapangan menunjukkan bahwa penurunan kerapatan pada perkebunan karet dan
perkebunan kelapa sawit disebabkan tanaman ada yang mati dan tidak dilakukan
penyulaman. Dimensi tanaman karet dan kelapa sawit selalu bertambah besar
dengan bertambahnya umur tanaman. Namun bertambahnya ukuran dimensi
tanaman karet berlangsung tidak normal karena ada pemangkasan batang utama
untuk menghindari tanaman miring dan rebah akibat tertiup angin.
Nilai backscatter HH resolusi 50 meter pada perkebunan karet berkisar
antara -15,73 ~ -1,48 dan HV -24,79 ~ -9,42, pada perkebunan kelapa sawit nilai
backscatter HH -13,10 ~ -3,38 dan HV -20,83 ~ -11,93. Sementara pada resolusi
12,5 meter nilai backscatter HH perkebunan karet adalah -20,20 ~ -0,69 dan HV
-29,18 ~ -5,65, pada perkebunan kelapa sawit nilai backscatter HH adalah -21,18
~ 0,16 dan HV -26,78 ~ -9,23.
Hasil analisis korelasi menunjukkan bahwa antara peubah dimensi tanaman
di perkebunan karet memiliki hubungan atau ada korelasi dengan signifikasi pada
taraf 1%. Sedangkan pada perkebunan kelapa sawit menunjukan ada hubungan
pada beberapa peubah dimensi tanaman saja. Hubungan erat antara dimensi
tanaman menunjukkan bahwa keragaman faktor satu dapat menerangkan
keragaman faktor yang lain, artinya sebagian dari dimensi tanaman sudah dapat
8
9
menjelaskan pengaruhnya terhadap nilai backscatter citra ALOS PALSAR di
perkebunan karet dan kelapa sawit.
Identifikasi peubah dimensi tanaman yang mempengaruhi nilai backscatter
citra ALOS PALSAR resolusi 50 meter pada perkebunan karet menghasilkan
diameter tanaman dan luas bidang dasar dengan akurasi 75,44% dan mampu
mengklasifikasikan sebanyak 3 kelas. Pada resolusi 12,5 meter tanpa filtering
peubah yang mempengaruhi adalah diameter tanaman, rasio jarak tanam dan luas
tajuk dan biomassa dengan akurasi 66,67% mengklasifikasikan 3 kelas.
Sedangkan pada resolusi 12,5 meter dengan frost filtering 7x7, peubah yang
mempengaruhi nilai backscatter adalah diameter tanaman, rasio jarak tanam dan
luas tajuk dan biomassa dengan akurasi 71,93% dapat mengklasifikasikan 3 kelas.
Identifikasi peubah dimensi tanaman perkebunan kelapa sawit yang
mempengaruhi nilai backscatter citra ALOS PALSAR resolusi 50 meter adalah
diameter tajuk dengan akurasi 92,16% dapat mengklasifikasikan 2 kelas. Pada
resolusi 12,5 meter tanpa filtering peubah dimensi tanaman yang mempengaruhi
nilai backscatter adalah tinggi tanaman dengan akurasi 62,75% dan dapat
mengklasifikasikan 2 kelas. Sedang pada resolusi 12,5 meter dengan frost filtering
7x7 nilai backscatter dipengaruhi oleh luas tajuk tanaman kelapa sawit dengan
akurasi 64,71% dan mampu mengklasifikasi 3 kelas.
Kata kunci: ALOS PALSAR, nilai backscatter, resolusi, dimensi tanaman
9
10
Hak Cipta milik IPB, tahun 2011
Hak Cipta dilindungi Undang-undang
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh tesis ini tanpa mencantumkan atau
menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan,
penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau
tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan
yang wajar IPB
Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh Tesis dalam
bentuk apa pun tanpa izin IPB
10
11
KAJIAN KARAKTERISTIK BACKSCATTER ALOS PALSAR
RESOLUSI 50 METER DAN 12,5 METER
PADA PERKEBUNAN KARET DAN KELAPA SAWIT
MUKALIL
Tesis
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Magister Sains pada
Program Studi Ilmu Pengelolaan Hutan
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2011
11
12
Penguji Luar Komisi pada Ujian Tesis: Dr. Dra. Nining Puspaningsih, M.Si.
12
13
Judul Tesis : KAJIAN KARAKTERISTIK BACKSCATTER ALOS PALSAR
RESOLUSI 50 METER DAN 12,5 METER PADA
PERKEBUNAN KARET DAN KELAPA SAWIT
Nama
: Mukalil
NRP
: E151080141
Disetujui
Komisi Pembimbing
Dr. Ir. M. Buce Saleh, M.S.
Ketua
Prof. Dr. Ir. I Nengah Surati Jaya, M.Agr.
Anggota
Diketahui
Ketua Program Studi
Ilmu Pengelolaan Hutan,
Dekan Sekolah Pascasarjana,
Prof. Dr. Ir. Hariadi Kartodihardjo, M.S.
Dr. Ir. Dahrul Syah, M.Sc.Agr
Tanggal Ujian: 23 September 2011
Tanggal Lulus:
(tanggal pelaksanaan ujian tesis)
(tanggal penandatanganan tesis oleh
Dekan Sekolah Pascasarjana)
13
14
14
15
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT. atas limpahan
rahmat dan hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan tesis ini. Tesis ini
berjudul “Kajian Karakteristik Backscatter Citra ALOS PALSAR Resolusi 50
Meter dan 12,5 Meter pada Perkebunan Karet dan Kelapa Sawit”. Tesis ini
merupakan salah satu syarat yang harus dipenuhi untuk memperoleh gelar
Magister Sains pada Mayor Ilmu Pengelolaan Hutan pada Sekolah Pascasarjana
Institut Pertanian Bogor.
Penulis menyampaikan terima kasih dan penghargaan setinggi-tingginya
kepada semua pihak yang membantu dalam penyelesaian tesis ini, terutama:
1. Bapak Dr. Ir. M. Buce Saleh, M.S. dan Bapak Prof. Dr. Ir. I Nengah Surati
Jaya, M.Agr. selaku dosen pembimbing dan Ibu Dr. Dra. Nining Puspaningsih,
M.Si. selaku dosen penguji yang telah banyak memberikan saran.
2. Rekan-rekan IPH angkatan 2008 dan rekan-rekan serta adik-adik di
Laboratorium Fisik Remote Sensing dan Sistem Informasi Geografis
FAHUTAN Institut Pertanian Bogor atas bantuan dan dukungannya.
3. Kementerian Kehutanan melalui Pusat Diklat Kehutanan sebagai sponsor,
Kepala Balai Diklat Kehutanan Samarinda yang telah memberikan
kepercayaan kepada penulis untuk melanjutkan ke jenjang S2.
4. Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) dan Japan International
Cooperation Agency (JICA) yang telah memfasilitasi dalam pengadaan citra
ALOS PALSAR.
5. Kedua orang tua penulis di Samarinda dan Penajam Paser Utara, istriku
tercinta, dan ketiga putra-putriku tersayang yang rela dan sabar menemani
ayahandanya serta seluruh keluarga besar penulis atas do’a dan dukungannya.
Penulis menyadari, bahwa tesis ini masih memiliki kelemahan
dan
kekurangan. Meskipun demikian, penulis berharap tesis ini dapat memberikan
kontribusi positif dan bermanfaat bagi kita semua.
Bogor,
Oktober 2011
Mukalil
15
16
16
17
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Samarinda pada tanggal 2 September 1976 dari ayah
Karim dan ibu Srikah. Penulis merupakan putra pertama dari tiga bersaudara.
Tahun 1995 penulis lulus dari Sekolah Kehutanan Menengah Atas (SKMA)
Samarinda. Pada tahun 2000 penulis meneruskan pendidikan pada jenjang sarjana
di Universitas 17 Agustus 1945 Samarinda dan menamatkannya pada tahun 2004.
Kesempatan untuk melanjutkan ke program pascasarjana pada Mayor Ilmu
Pengelolaan Hutan Institut Pertanian Bogor diperoleh pada tahun 2008. Beasiswa
pendidikan pascasarjana diperoleh dari Kementerian Kehutanan Republik
Indonesia.
Tahun 1996 penulis mulai bekerja sebagai Pegawai Negeri Sipil di Balai
Pendidikan dan Pelatihan Kehutanan Samarinda. Sampai sekarang penulis masih
tercatat sebagai staf pada Balai Pendidikan dan Pelatihan Kehutanan Samarinda.
Tahun 1999 penulis menikah dengan Supriani dan sampai sekarang telah
dikaruniai 3 orang anak, yaitu Cissa Amelia Ekasari, Bima Narendra Putra dan
Ilham Maulidan Akbar.
17
18
18
xvii
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR TABEL ............................................................................................. xix
DAFTAR GAMBAR ........................................................................................ xxi
DAFTAR LAMPIRAN .................................................................................... xxiii
I.
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang .................................................................................... 1
1.2 Perumusan Masalah ............................................................................ 3
1.3 Kerangka Pemikiran ...........................................................................
5
1.4 Tujuan Penelitian ................................................................................ 7
1.5 Hipotesis Penelitian ............................................................................ 7
1.6 Manfaat Penelitian .............................................................................. 7
II. BAHAN DAN METODE
2.1 Tempat dan Waktu Penelitian ............................................................. 9
2.2 Data, Software dan Hardware ............................................................. 9
2.3 Tahapan Penelitian ............................................................................. 14
2.3.1 Tahap Persiapan ......................................................................... 14
2.3.2 Pra-Pengolahan Citra ................................................................ 15
2.3.2.1 Mozaik dan Pemotongan Citra ..................................... 15
2.3.2.2 Filtering Citra ............................................................... 16
2.3.3 Pengolahan Citra ....................................................................... 18
2.3.3.1 Pembuatan Citra Komposit .......................................... 18
2.3.3.2 Menghitung Nilai Backscatter ...................................... 19
2.3.3.3 Klasifikasi Citra ............................................................ 19
2.3.3.4 Penarikan Plot Contoh .................................................. 22
2.3.4 Pengambilan Data Lapangan .................................................... 23
2.3.5 Pengolahan Data ....................................................................... 26
2.3.6 Analisis Data ............................................................................. 29
2.3.6.1 Uji korelasi ................................................................... 29
2.3.6.2 Identifikasi peubah tanaman yang mempengaruhi
backscatter ................................................................... 30
2.3.6.3 Klasifikasi kelas perkebunan karet dan kelapa sawit ... 32
xviii
III. HASIL DAN PEMBAHASAN
3.1 Eksplorasi Data Lapangan .................................................................. 33
3.1.1 Peubah Tanaman Perkebunan Karet ......................................... 33
3.1.2 Peubah Tanaman Perkebunan Kelapa Sawit ............................ 38
3.2 Hubungan antara Peubah Tanaman ..................................................
42
3.3 Nilai Backscatter Citra ALOS PALSAR ............................................ 44
3.4 Klasifikasi Citra ALOS PALSAR ...................................................... 47
3.4.1 Resolusi 50 Meter ..................................................................... 47
3.4.2 Resolusi 12,5 Meter .................................................................. 51
3.5 Peubah Tanaman yang Mempengaruhi Nilai Backscatter ................
54
3.5.1 Peubah Tanaman pada Perkebunan Karet ...............................
54
3.5.2 Peubah Tanaman pada Perkebunan Kelapa Sawit ..................
58
3.6 Hubungan Peubah Berpengaruh dan Nilai Backscatter ....................
61
3.6.1 Perkebunan Karet ...................................................................... 61
3.6.2 Perkebunan Kelapa Sawit ......................................................... 66
IV. KESIMPULAN DAN SARAN
4.1 Kesimpulan ......................................................................................... 71
4.2 Saran ................................................................................................... 71
DAFTAR PUSTAKA ....................................................................................... 73
LAMPIRAN ...................................................................................................... 77
xviii
xix
DAFTAR TABEL
Halaman
1
Rentang panjang gelombang pada penginderaan jauh ................................
2
Karakteristik sensor PALSAR .................................................................... 13
3
Tahapan kegiatan, input, proses dan output pada kegiatan penelitian ........ 14
4
Klasifikasi kelas hasil analisis diskriminan pada perkebunan karet dan
kelapa sawit ................................................................................................ 31
5
Nilai peubah tanaman perkebunan karet ...................................................
6
Nilai peubah tanaman perkebunan kelapa sawit ........................................ 38
7
Korelasi antar peubah tanaman pada perkebunan karet ............................
43
8
Korelasi antar peubah tanaman pada perkebunan kelapa sawit ................
44
9
Nilai backscatter citra ALOS PALSAR perkebunan karet dan kelapa
sawit ............................................................................................................ 45
9
34
10 Hasil klasifikasi kelas nilai backscatter citra ALOS PALSAR resolusi 50
meter pada perkebunan karet ...................................................................... 55
11 Uji wilks’ lambda dalam pemilihan peubah tanaman karet ........................ 56
12 Hasil klasifikasi kelas nilai backscatter citra ALOS PALSAR resolusi
12,5 meter pada perkebunan karet .............................................................. 57
13 Uji wilks’ lambda dalam pemilihan peubah Peubah tanaman karet ........... 58
14 Hasil klasifikasi kelas nilai backscatter citra ALOS PALSAR resolusi
12,5 meter dengan frost filter 7x7 pada perkebunan karet ......................... 58
15 Hasil klasifikasi kelas nilai backscatter citra ALOS PALSAR resolusi 50
meter pada perkebunan kelapa sawit ......................................................... 59
16 Hasil klasifikasi kelas nilai backscatter citra ALOS PALSAR resolusi
12,5 meter pada perkebunan kelapa sawit .................................................. 60
17 Hasil klasifikasi kelas nilai backscatter citra ALOS PALSAR resolusi
12,5 meter dengan frost filter 7x7 pada perkebunan kelapa sawit ............. 61
18 Klasifikasi peubah tanaman karet yang mempengaruhi nilai backscatter
citra ALOS PALSAR resolusi 50 meter ..................................................... 62
19 Klasifikasi peubah tanaman karet yang mempengaruhi nilai backscatter
citra ALOS PALSAR resolusi 12,5 meter .................................................. 64
20 Klasifikasi peubah tanaman karet yang mempengaruhi nilai backscatter
citra ALOS PALSAR resolusi 12,5 meter dengan frost filter 7x7 ............. 66
21 Klasifikasi peubah tanaman kelapa sawit yang mempengaruhi nilai
backscatter citra ALOS PALSAR resolusi 50 meter .................................. 67
xix
xx
22 Klasifikasi peubah tanaman kelapa sawit yang mempengaruhi nilai
backscatter citra ALOS PALSAR resolusi 12,5 meter .............................. 68
23 Klasifikasi peubah tanaman kelapa sawit yang mempengaruhi nilai
backscatter citra ALOS PALSAR resolusi 12,5 meter frost filter 7x7 ........ 69
xx
xxi
DAFTAR GAMBAR
Halaman
1
Bagan alir kerangka pemikiran ...................................................................
2
Peta lokasi penelitian di Provinsi Sumatera Utara ...................................... 10
3
Citra ALOS PALSAR resolusi 50 meter; (a) Polarisasi HH, dan (b)
Polarisasi HV .............................................................................................. 11
4
Citra ALOS PALSAR resolusi 12.5 meter; (a) Polarisasi HH, dan (b)
Polarisasi HV .............................................................................................. 12
5
Citra mozaik; (a) dan (b) sebelum dimozaik, (c) citra setelah mozaik dan
dipotong ukuran lokasi penelitian ............................................................... 16
6
Kernel ukuran 7x7 untuk frost filter pada citra resolusi 12,5 meter ............ 17
7
Hasil filtering citra ALOS PALSAR resolusi 12,5 meter; (a) sebelum
filtering, dan (b) sesudah filtering ............................................................... 18
8
Band sintetis rasio (HH/HV) citra ALOS PALSAR; (a) resolusi 50 meter
dan (b) resolusi 12,5 meter ......................................................................... 20
9
Band komposit (HH-HV-HH/HV) citra ALOS PALSAR; (a) resolusi 50
meter dan (b) resolusi 12,5 meter ............................................................... 21
6
10 Peta sebaran plot contoh pada areal penelitian ........................................... 22
11 Bentuk plot contoh di lapangan .................................................................. 23
12 Bentuk-bentuk reflektansi atau backscatter SAR ....................................... 24
13 Batang kelapa sawit (a) dengan pelepah dan (b) batang tanpa pelepah ..... 25
14 Foto LAI perkebunan karet ......................................................................... 28
15 Foto LAI perkebunan kelapa sawit ............................................................. 28
16 Diagram alir tahapan penelitian .................................................................. 32
17 Hubungan umur tanaman karet dengan kerapatan tanaman ....................... 34
18 Hubungan umur tanaman karet dengan (a) diameter tanaman dan (b)
tinggi tanaman ............................................................................................. 35
19 Bentuk pemangkasan batang utama pada perkebunan karet ...................... 35
20 Hubungan umur karet dengan (a) diameter tajuk dan (b) tebal tajuk ......... 36
21 Hubungan umur tanaman karet dengan (a) biomassa dan (b) nilai LAI .... 38
22 Hubungan umur tanaman dengan kerapatan kelapa sawit .......................... 39
23 Hubungan umur dengan (a) diameter dan (b) tinggi kelapa sawit .............. 39
24 Hubungan umur tanaman dengan (a) diameter tajuk dan (b) tebal tajuk
kelapa sawit ................................................................................................. 40
25 Hubungan umur tanaman dengan jumlah pelepah kelapa sawit ................. 41
xxi
xxii
26 Hubungan umur tanaman dengan (a) biomassa, (b) nilai LAI tanaman
kelapa sawit ................................................................................................. 42
27 Hubungan umur tanaman dengan nilai backscatter HH dan HV resolusi
50 meter pada (a) perkebunan karet dan (b) perkebunan kelapa sawit ....... 46
28 Hubungan umur tanaman dengan nilai backscatter HH dan HV resolusi
12,5 meter pada (a) perkebunan karet dan (b) perkebunan kelapa sawit .... 47
29 Dendrogram 20 kelas citra ALOS PALSAR resolusi 50 meter ................. 48
30 Dendrogram 5 kelas citra ALOS PALSAR resolusi 50 meter ................... 48
31 Klasifikasi 5 kelas citra ALOS PALSAR resolusi 50 meter ...................... 49
32 Kondisi tanaman perkebunan karet; a) tanaman muda, b) dan c) tanaman
remaja, d) tanaman tua ................................................................................ 50
33 Kondisi tanaman perkebunan kelapa sawit; a) tanaman muda, b) tanaman
tua ............................................................................................................... 50
34 Dendrogram 20 kelas citra ALOS PALSAR resolusi 12,5 meter tanpa
filtering ........................................................................................................ 51
35 Dendrogram 5 kelas citra ALOS PALSAR PALSAR resolusi 12,5 meter
tanpa filtering .............................................................................................. 52
36 Dendrogram 20 kelas citra ALOS PALSAR resolusi 12,5 meter dengan
frost filter .................................................................................................... 52
37 Dendrogram 5 kelas citra ALOS PALSAR resolusi 12,5 meter dengan
frost filter .................................................................................................... 53
38 Klasifikasi 5 kelas citra ALOS PALSAR resolusi 12,5 meter ................... 53
39 Klasifikasi 5 kelas citra ALOS PALSAR resolusi 12,5 meter dengan frost
filter ............................................................................................................ 54
40 Hubungan peubah berpengaruh; (a) diameter tanaman, (b) luas bidang
dasar tanaman dan nilai backscatter HH dan HV resolusi 50 meter pada
perkebunan karet ......................................................................................... 62
41 Hubungan peubah berpengaruh; (a) diameter, (b) rasio jarak tanam dan
luas tajuk, (c) biomassa dan nilai backscatter HH dan HV resolusi 12,5
meter pada perkebunan karet ....................................................................... 63
42 Hubungan peubah berpengaruh; (a) diameter, (b) rasio jarak tanam dan
luas tajuk, (c) biomassa dan nilai backscatter HH dan HV resolusi 12,5
meter dengan frost filter 7x7 pada perkebunan karet .................................. 65
43 Hubungan diameter tajuk dan nilai backscatter (a) HH dan (b) HV
resolusi 50 meter pada perkebunan kelapa sawit ........................................ 66
44 Hubungan tinggi tanaman dan nilai backscatter (a) HH dan (b) HV
resolusi 12,5 meter pada perkebunan kelapa sawit ...................................... 67
45 Hubungan luas tajuk dan nilai backscatter (a) HH dan (b) HV resolusi
12,5 meter dengan frost filter 7x7 pada perkebunan kelapa sawit .............. 68
xxii
xxiii
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
1
Sebaran nilai backscatter citra ALOS PALSAR resolusi 50 meter pada
plot contoh perkebunan karet ..................................................................... 77
2
Sebaran nilai backscatter citra ALOS PALSAR resolusi 50 meter pada
plot contoh perkebunan kelapa sawit .......................................................... 79
3
Sebaran nilai backscatter citra ALOS PALSAR resolusi 12,5 meter pada
plot contoh perkebunan karet ....................................................................... 81
4
Sebaran nilai backscatter citra ALOS PALSAR resolusi 12,5 meter pada
plot contoh perkebunan kelapa sawit .......................................................... 83
5
Sebaran nilai backscatter citra ALOS PALSAR resolusi 12,5 meter (frost
filter 7x7) pada plot contoh perkebunan karet .........................................
85
6
Sebaran nilai backscatter citra ALOS PALSAR resolusi 12,5 meter (frost 87
filter 7x7) pada plot contoh perkebunan kelapa sawit ..............................
7
Contoh output analisis diskriminan ............................................................ 89
xxiii
xxiv
xxiv
1
I. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Posisi Indonesia berada di daerah tropis mengakibatkan hampir sepanjang
tahun selalu diliputi awan. Kondisi ini mempengaruhi kemampuan citra optik
untuk menghasilkan citra yang bersih dari awan. Hujan yang terjadi hampir
sepanjang tahun dan kebakaran hutan yang menimbulkan asap di musim kemarau
menjadi kendala citra optik untuk menghasilkan citra yang baik. Sejak tahun 2003
penggunaan citra optik (Landsat) untuk digunakan secara luas dalam pemetaan
atau pemantauan tutupan lahan menjadi kurang optimal karena citra landsat
mengalami kerusakan pada kanal scan line corrector (SLC), sehingga citra
mengalami garis-garis (striping) pada hasil rekamannya.
Satelit radar (radio detecting and ranging) merupakan sensor gelombang
mikro
(microwave)
yang memungkinkan
untuk
melakukan
pengamatan
permukaan bumi dengan baik. Sensor ini mampu menembus awan, partikel hujan
dan mempunyai sumber energi sendiri sehingga mampu melakukan pencitraan
baik siang maupun malam dan pada segala macam cuaca (JAXA 2007).
Teknologi radar telah dikembangkan dan banyak satelit radar diluncurkan sejak
dioperasikannya SEASAT, yaitu SIR-A, SIR-B, SIR-C, ERS-1, ERS-2, ALMAZ,
JERS-1, RADARSAT dan ALOS PALSAR. Penggunaan radar pada frekuensi Lband dan P-band telah dilakukan yaitu dalam estimasi perhitungan biomassa hutan
untuk mendapatkan hasil perhitungan yang konsisten. Metode yang digunakan
melalui pengukuran polarimetrik backscatter SAR (Synthetic Aperture Radar).
Sandberg et al. (2011) menyatakan untuk data L-band hasil terbaik diperoleh
dengan menggunakan backscatter polarisasi HV dengan kesalahan estimasi root
mean square error (RMSE) antara 31% dan 46%. Untuk P-band hasilnya lebih
baik daripada L-band. Model menggunakan polarisasi HH atau HV memberikan
hasil yang sama, dengan RMSE antara 18% dan 27%, dan nilai-nilai koefisien
determinan (r2) adalah antara 70% dan 80%.
ALOS PALSAR diluncurkan pada tanggal 24 Januari 2006 oleh Jepang,
yang bekerja pada saluran band-L dengan polarimatrik penuh HH, HV, VV dan
VH (LAPAN 2006a). Lebar cakupan areal antara 250 sampai 350 km. Sensor
2
dengan band L mampu menembus atau penetrasi ke vegetasi hutan mulai dari
daun, ranting, cabang dan bahkan sampai ke batang pohon (Smith 2006). Data
citra ALOS PALSAR dapat digunakan untuk pembuatan DEM (Digital Elevation
Model), monitoring sumberdaya alam (hutan), monitoring kebakaran hutan,
estimasi kandungan biomassa, mengukur kelembaban tanah, monitoring objekobjek buatan, kandungan mineral dan bahkan untuk pencarian pesawat dan kapal
yang hilang (Ginting et al. 2003).
Mitchard et al. (2011) melakukan pengukuran perubahan biomassa akibat
perambahan hutan dan deforestasi/degradasi di wilayah hutan savana Afrika
Tengah menggunakan hubungan nilai backscatter citra JERS-1 (1996) dan
PALSAR (2007). Hasilnya memperlihatkan hubungan antara backscatter radar
dan biomassa pohon (aboveground biomass = AGB) yang kuat (r2 = 86% untuk
ALOS HV untuk plot biomassa, r2 = 95% berhubungan ALOS yang diturunkan
biomassa untuk 40 daerah berubah yang diduga oleh JERS-1 HH).
Kemampuan citra ALOS PALSAR menembus vegetasi hutan sampai ke
batang pohon atau tumbuhan bawah akan berpengaruh terhadap sinyal pancar
balik (backscatter) pada setiap kondisi objek tutupan lahan. Tanaman perkebunan
karet dan kelapa sawit memiliki kondisi homogen dan jarak tanam yang sama
namun memiliki umur tanaman berbeda. Perbedaan umur tanaman mempengaruhi
besaran ukuran dimensi tanaman yang berarti mempengaruhi penetrasi sensor
ALOS PALSAR. Perbedaan dimensi tanaman akan memperlihatkan perbedaan
kekasaran pada perkebunan karet dan kelapa sawit yang mempengaruhi nilai
backscatter citra ALOS PALSAR. Hal yang penting dikaji disini adalah kondisi
dimensi tanaman perkebunan karet dan kelapa sawit mana yang mempengaruhi
nilai backscatter citra ALOS PALSAR. Selanjutnya dengan mengetahui dimensi
tanaman yang berpengaruh dapat diklasifikasikan kelas dari perbedaan dimensi
tersebut.
Citra ALOS PALSAR telah digunakan untuk beberapa kajian, diantaranya
adalah menghitung koefisien kalibrasi data citra ALOS PALSAR (Nakamura et
al. 2008), akurasi koreksi geometrik untuk normalisasi radiometrik (Small et al.
2008), menghitung kandungan biomassa pohon (Lucas et al. 2006, Mitchard et al.
2009, dan Wijaya 2009), dan monitoring sumberdaya hutan (Amaral et al. 2009).
3
Citra ALOS PALSAR juga digunakan untuk monitoring bahaya gunung api
seperti yang dilakukan oleh para peneliti dari Lembaga Antariksa dan
Penerbangan Nasional dalam pemantauan gunung Merapi (LAPAN 2006b).
1.2 Perumusan Masalah
Menurut JICA & IPB (2010) faktor yang mempengaruhi besaran nilai
backscatter pada citra ALOS PALSAR dapat dibedakan dalam dua kelompok
besar, yaitu: sistem sensor dan target objeknya. Pada sistem sensor terdapat
beberapa faktor yang mempengaruhi besaran nilai backscatter, yaitu: a) panjang
gelombang microwave yang digunakan (band X, C, S, L dan P), b) polarisasi (HH,
HV, VV, VH), c) sudut pandang dan orientasi, dan d) resolusinya. Faktor yang
mempengaruhi nilai backscatter dari target objeknya adalah: a) kekasaran, ukuran
dan orientasi objek termasuk didalamnya biomassa, b) konstanta dielektrik (antara
lain dapat berupa kelembaban atau kandungan air), c) sudut kemiringan atau slope
dan orientasinya (sudut pandang lokal, local incident angle).
Perkebunan karet merupakan jenis tanaman dikotil yang memiliki struktur
lengkap, memiliki daun, ranting, cabang dan batang serta akar yang berbanir.
Percabangan karet berbentuk kerucut terbalik dengan diameter tajuk yang melebar
kesamping dan keatas relatif pendek. Perkebunan kelapa sawit merupakan
tanaman monokotil yang hanya memiliki daun dengan pelepah dan batang serta
akar serabut kecil-kecil yang tidak tampak dipermukaan tanah. Panjang pelepah
kelapa sawit dan sifatnya yang saling menumpuk mampu menutup areal
dibawahnya (lantai tanaman).
Perbedaan tahun tanam pada perkebunan mempengaruhi penutupan areal
dan besaran ukuran dimensi tanaman. Pada areal baru tanam atau tanaman muda
di perkebunan karet dan kelapa sawit areal belum tertutup tajuk, mirip seperti
areal/lahan kosong. Hal ini menunjukkan tingkat kekasaran objek rendah
menyebabkan reflektor bersifat cermin dan memantulkan sinyal/energi menjauhi
sensor. Tanaman remaja sampai tua (umur > 5 tahun) tajuk tanaman sudah mulai
rapat sehingga objek memiliki kekasaran meningkat yang ditangkap sensor
sebagai reflektor tersebar. Bahkan pada kondisi ini dapat terjadi yang disebut
mekanisme volume scattering, yaitu sensor radar akan menerima pancar balik dari
4
reflektor permukaan dan reflektor sudut dari vegetasi tanaman karena kemampuan
sensor menembus sampai lapisan bawah vegetasi.
Karakteristik perkebunan seperti ini menunjukkan tingkat kekasaran objek
berbeda sehingga berpengaruh pada nilai backscatter. Perbedaan kekuatan
backscatter mempengaruhi tingkat kecerahan (brightness) objek dalam citra
ALOS PALSAR. Jumlah energi pancar balik sangat tergantung pada beberapa
faktor; sinyal yang mengiluminasi (panjang gelombang, polarisasi, sudut pandang
dan lain‐lain) dan sifat objek terhadap iluminasi (kekasaran, bentuk, orientasi,
konstanta dielektrik dan lain‐lain) (Saleh 2010).
Pemilihan perkebunan karet dan kelapa sawit sebagai objek penelitian
karena secara visual pada citra ALOS PALSAR memiliki kesamaan kenampakan
dengan beberapa penutupan lahan lain. Perkebunan karet pada citra ALOS
PALSAR memiliki warna dominan hijau terang sampai kuning. Kenampakan
seperti ini memiliki kesamaan dengan hutan alam atau hutan tanaman. Namun ada
juga areal kebun berwarna biru yang menunjukkan tanaman masih muda sehingga
kondisi demikian mirip dengan lahan terbuka dan sawah.
Pada citra ALOS PALSAR perkebunan kelapa sawit memiliki kenampakan
warna dominan ungu dan dibeberapa areal ada yang berwarna biru gelap, ungu
terang sampai pink. Kenampakan ini ada kesamaan dengan lahan kosong atau
hutan tanaman muda.
Menurut Awaya (2009) menyatakan terjadinya perbedaan kenampakan
kecerahan pada perkebunan karet dan kelapa sawit disebabkan adanya perbedaan
kelas umur dan kandungan biomassa. Perkebunan karet dan kelapa sawit di
beberapa wilayah di Indonesia memiliki batas dan/atau berada di dalam kawasan
hutan, menjadi penting untuk mempelajari karakteristik kedua objek tutupan lahan
ini agar tidak terjadi kesalahan penafsiran.
Kondisi dimensi tanaman perkebunan karet dan kelapa sawit di atas,
menimbulkan pertanyaan dalam penelitian ini; variabel apa saja dari dimensi
tanaman perkebunan karet dan kelapa sawit yang mempengaruhi nilai backscatter
pada citra ALOS PALSAR? Apakah ada perbedaan dimensi tanaman perkebunan
karet dan kelapa sawit yang mempengaruhi perbedaan nilai backscatter citra
ALOS PALSAR resolusi 50 meter dan 12,5 meter?
5
Karakteristik perkebunan karet dan kelapa sawit yang mempengaruhi
backscatter ini penting untuk dipahami karena akan membantu interpreter dalam
mengklasifikasikan
kelas
penutupan
lahan
setiap
objek
terutama
bila
menggunakan citra ALOS PALSAR.
1.3 Kerangka Pemikiran
Penginderaan jauh pada prinsipnya mengenal dua sistem dalam mengindera
permukaan bumi, yaitu penginderaan dengan sensor pasif dan sensor aktif.
Penginderaan jauh sistem pasif adalah suatu sistem yang memanfaatkan energi
almiah (sinar matahari), dimana sebagian besar data penginderaan jauh didasarkan
pada energi matahari (Purwadhi 2001). Alat perekam datanya merupakan sistem
multispectral scanner yang bekerja dalam selang cahaya tampak sampai
inframerah termal atau dikenal dengan sistem optik. Panjang gelombang yang
digunakan pada penginderaan jauh pasif 0,4 µm ~ 12 µm (Jaya 2009).
Sistem aktif menggunakan gelombang mikro (microwave) yang mempunyai
panjang gelombang lebih panjang (30 mm ~ 300 mm) dengan frekuensi 1 GHz ~
10 GHz dan dikenal dengan microwave remote sensing atau pencitraan radar
(radar imaging). Sistem aktif pada umumnya berupa saluran tunggal (single
channel) yang mempunyai kelebihan dibandingkan dengan sistem optik dalam hal
mampu menembus awan dan dapat dioperasikan pada malam hari karena tidak
tergantung pada sinar matahari. Sistem aktif menggunakan sumber energi buatan
yang dipancarkan ke permukaan bumi dan direkam nilai pantulnya oleh sensor
(Jaya 2009).
Citra yang dihasilkan dari sistem aktif (radar) berdasarkan kondisi fisik
objek, berupa tingkat kekasaran permukaan, ukuran, bentuk dan kandungan
biomassa. Perbedaan kondisi ini akan berpengaruh terhadap nilai backscatter citra
(ALOS PALSAR) dan kenampakan visual citra yang dihasilkan. Perkebunan karet
dan kelapa sawit memiliki kondisi yang beragam karena umur tanaman pada
perkebunan tersebut berbeda-beda. Oleh karena itu perlu diketahui peubah yang
mempengaruhi tingkat kekasaran, ukuran, bentuk dari vegetasi serta kandungan
biomassa yang terdapat di perkebunan karet dan kelapa sawit.
6
Untuk mengetahui atau mengidentifikasi peubah yang berpengaruh terhadap
perbedaan nilai backscatter di perkebunan karet dan kelapa sawit maka digunakan
analisis diskriminan. Selanjutnya peubah yang berpengaruh dapat digunakan
untuk mengklasifikasikan kelas perkebunan karet dan kelapa sawit sebagai objek
dalam penelitian ini. Secara lengkap kerangka pemikiran dari penelitian ini seperti
pada gambar 1.
Penginderaan Jauh
Radar (Sistem Aktif)
Optik (Sistem Pasif)
Karakteristik Fisik Vegetasi;
- kerapatan, ukuran, bentuk
pohon, cabang, ranting,
daun/tajuk
- kondisi tumb. bawah
- kondisi permukaan lantai
tanaman
- biomassa
Variasi Nilai Backscatter
Citra ALOS PALSAR
Peubah Dimensi Tanaman
Apakah yang Mempengaruhi
Nilai Backscatter?
Analisis Diskriminan
Peubah-peubah yang Paling
Signifikan
Klasifikasi Tutupan
Perkebunan Karet & Kelapa
Sawit
Gambar 1 Bagan alir kerangka pemikiran
7
1.4 Tujuan Penelitian
Penelitian ini mempunyai tujuan mengidentifikasi peubah dimensi tanaman
pada perkebunan karet dan kelapa sawit yang mempengaruhi nilai backscatter
citra ALOS PALSAR resolusi 50 meter dan 12,5 meter.
1.5 Hipotesis Penelitian
Dalam penelitian ini akan membuktikan bahwa dimensi tanaman pada
perkebunan karet dan kelapa sawit mempengaruhi perbedaan nilai backscatter
citra ALOS PALSAR resolusi 50 meter dan 12,5 meter.
1.6 Manfaat Penelitian
Penelitian ini diharapkan dapat memberikan pengetahuan tambahan dalam
mengklasifikasikan setiap tutupan lahan, khususnya klasifikasi dalam perkebunan
karet dan kelapa sawit. Dengan mengetahui kelas klasifikasi dalam perkebunan
tersebut dapat ditentukan potensi atau kelas perkebunan karet dan kelapa sawit.
Sebagai bahan dalam pengembangan metode identifikasi/klasifikasi tutupan lahan
menggunakan citra radar khususnya ALOS PALSAR.
8
9
II. BAHAN DAN METODE
2.1 Tempat dan Waktu Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan di wilayah Kabupaten Simalungun, Kabupaten
Serdang Bedagai, Kabupaten Asahan dan Kota Pematang Siantar Provinsi
Sumatera Utara. Terletak pada 98º57’50,78” BT ~ 99º30’11,50” BT dan
2º46’30,48” LU ~ 3º18’55,07” LU. Pengolahan dan analisis data dilaksanakan di
Laboratorium Fisik Remote Sensing dan Sistem Informasi Geografis Fakultas
Kehutanan Institut Pertanian Bogor.
Penelitian dimulai Juli 2010 sampai dengan Mei 2011 meliputi persiapan,
pelaksanaan penelitian, pengolahan dan analisis data, dan penulisan tesis.
2.2 Data, Software dan Hardware
Penelitian ini menggunakan citra radar dengan menggunakan spektrum
panjang gelombang L-band 19,3 ~ 76,9 cm (Tabel 1). Radar merupakan sensor
sistem aktif yang mempunyai kelebihan dalam hal mampu menembus awan dan
dapat dioperasikan pada malam hari karena tidak tergantung pada sinar matahari.
Radar mulai dikembangkan sejak tahun 1960-an untuk kepentingan sipil (Avery
& Berlin 1985, Henderson & Merchant 1978, Sabins 1978).
Tabel 1 Rentang panjang gelombang pada penginderaan jauh
Spektrum
Penginderaan jauh optik (band reflektif)
Biru
Hijau
Merah
NIR
MIR
Penginderaan jauh optik (band radiatif)
TIR
Penginderaan jauh mikro (radar)
Radar
K
X
C
S
L
P
Panjang Gelombang
400 ~ 500 nm
500 ~ 600 nm
600 ~ 700 nm
700 ~ 1000 nm
1000 ~ 3000 nm
3000 ~ 15000 nm
1 mm (1000000 nm) ~ 1 m
0.83 ~ 2.75 cm
2.75 ~ 4.84 cm
4.84 ~ 7.69 cm
7.69 ~ 19.3 cm
19.3 ~ 76.9 cm*)
77.0 ~ 133 cm
Sumber: Jaya 2009
Keterangan: *) panjang gelombang yang digunakan oleh citra ALOS PALSAR
10
Gambar 2 Peta lokasi penelitian di Provinsi Sumatera Utara.
11
(a)
(b)
Gambar 3 Citra ALOS PALSAR resolusi 50 meter; (a) Polarisasi HH,
dan (b) Polarisasi HV.
12
(a)
(b)
Gambar 4 Citra ALOS PALSAR resolusi 12.5 meter; (a) Polarisasi HH,
dan (b) Polarisasi HV.
13
Data yang digunakan berupa data citra ALOS PALSAR resolusi 50 meter
dan 12,5 meter tahun liputan 2009. ALOS (Advanced Land Observing Satellite)
adalah satelit milik pemerintah Jepang merupakan satelit generasi lanjutan dari
JERS-1 dan ADEOS yang dilengkapi dengan teknologi yang lebih maju, yaitu
teknologi yang mampu mengerjakan data dalam kapasitas yang sangat besar
dengan kecepatan tinggi dan kapasitas untuk menentukan posisi satelit dan
ketinggian yang lebih tepat. Satelit ALOS dilengkapi dengan sensor PALSAR
(Phased-Array type L-band Synthetic Aperture Radar) menggunakan frekuensi Lband untuk pengamatan cuaca dan permukaan daratan pada siang dan malam hari
(JAXA 2007). Karakteristik sensor PALSAR seperti tersaji pada Tabel 2.
Tabel 2 Karakteristik sensor PALSAR
Mode
Frekuensi
Lebar Kanal
Polarisasi
Incident Angle
Resolusi Spasial
Lebar Cakupan
Panjang bit
Data rata-rata
NE Sigma 0*2
S/A*2,*3
Akurasi
radiometrik
Ukuran Antena
Fine
ScanSAR
Polarimetric
(Experimenta
l mode)*1
1270 MHz (L - BAND)
14 MHz
14 MHz, 28 MHz
14 MHz
HH + HV atau
HH atau VV
HH + HV +
VV + VH
VH + VV
18 - 43 derajat
8 - 30 derajat
8 - 60 derajat 8 - 60 derajat
7 - 44 m
14 - 88 m
100 m (multi look)
24 - 89 m
40 - 70 km
40 - 70 km
250 - 350 km
20 - 65 km
5 bit
5 bit
5 bit
3 bit / 5 bit
240 Mbps
240 Mbps
120 Mbps,240 Mbps 240 Mbps
< - 23 dB (70 km)
< - 25 dB
< - 29 dB
< -25 dB (60 km)
< 16 dB (70 km)
< 21 dB
< 19 dB
< 21 dB (60 km)
scene: 1 dB / orbit: 1,5 dB
28 MHz
HH atau HV
AZ: 8.9 m x EL: 2,9 m
Sumber: JAXA (2007)
Catatan: PALSAR tidak dapat mengamati kawasan di luar 87,8º LU dan 75,9 º LS ketika
sudut off-nadir adalah 41,5º
* 1 karena konsumsi daya, waktu operasi akan dibatasi.
* 2 berlaku untuk off-nadir sudut 34,3º. (Fine mode), 34,1º (ScanSAR mode),
21,5º (polarimetrik mode)
* 3 level S/A dapat memburuk akibat perubahan teknik di PALSAR.
Data lainnya berupa peta Rupa Bumi Indonedia (RBI). Peralatan yang
digunakan adalah Global Positioning System (GPS), kompas, clinometer, pita
ukur, phi-band, kamera digital yang dilengkapi dengan lensa fisheye, dan
14
notebook. Software yang digunakan untuk pengolahan dan analisis citra berbasis
GIS (ArcView 3.2 dan Erdas Imagine 9.1), software Hemiview 2.1 untuk
menghitung nilai leaf area index (LAI) serta software pengolah data Microsoft
Excel dan SPSS Statistics 17.0.
2.3 Tahapan Penelitian
2.3.1 Tahap Persiapan
Kegiatan
yang dilakukan pada tahap
persiapan
yaitu melakukan
pengumpulan data dan literatur yang meliputi:
1) data citra ALOS PALSAR resolusi 50 meter (Gambar 3) dan resolusi 12,5
meter liputan tahun 2009 (Gambar 4),
2) peta Rupa Bumi Indonesia (RBI), dan
3) buku-buku, laporan atau jurnal yang menunjang penelitian.
Tahapan penelitian secara singkat tersaji dalam Tabel 3.
Tabel 3 Tahapan kegiatan, input, proses dan output pada kegiatan penelitian
Kegiatan
Input
Proses
Output
1. Tahap persiapan - Pengumpulan data citra, Pengumpulan data dari JAXA, peta RBI dan
Bakosurtanal, laboratorium
penelusuran literatur
remote sensing FAHUTAN IPB, Perpustakaan IPB,
download di internet dan
sumber lain
-
Citra PALSAR res.
50m & 12,5m ‘09
Peta RBI skala 1 :
50.000
Peta adm. wilayah
Buku-buku, jurnal
& laporan
2. Pra-pengolahan - Citra ALOS PALSAR - Mozaik citra & clip area
citra
resolusi 50m & 12,5 m - Filtering citra
tahun 2009
Citra ALOS
PALSAR
- Peta kebun Kelapa
3. Pengolahan citra - Citra ALOS PALSAR - Pembuatan band sintetis
Sawit dan Karet,
hasil pra pengolahan;
- Klasifikasi tidak terbimbing
resolusi 50m dan 12,5m - Menghitung nilai backscatter - Titik plot contoh
( ° =10 x log10 (DN2) + CF) - Backscatter citra
- penentuan titik plot contoh
4. Pengambilan
- Peta kebun Kelapa Sawit - Pembuatan plot contoh
Titik-titik plot dan
data lapangan
& Karet
lingkaran; radius 17,85 m
data dimensi
(tan.
tua),
11,8m
(tan.
remaja)
tanaman
- Titik plot contoh
dan 7,9m (tan. muda)
- Pengukuran dan pencatatan
data dimensi tanaman
n ¼.π .D²
5. Pengolahan data - Titik plot contoh &
Peubah-peubah
lapangan
data dimensi tanaman
dimensi tanaman
a) LBDS = i=1
Lp
siap di analisis
- Persamaan alometrik
n ¼.π .D².H
Kelapa Sawit & Karet
b) V = i=1
Lp
15
Tabel 3 (lanjutan)
c) LTjk =
2
n
i =1¼.π .D tjk
Lp
d) Rasio jarak tan. & luas
tajuk:
Rtjk =
e) Biomassa Karet (W):
2.4440
n
i =1 0,0124 * D
=
Lp
f) Biomassa Sawit (W):
f.1diameter dgn pelepah
=
-5 1,51 1,33
n
H
i =1 2,14exp D
Lp
f.2 diameter tanpa pelepah
-5
n 7,08exp Dp
= i=1
1,11 1,47
H
Lp
g) Nilai LAI (dengan software
Hemiview 2.1)
6. Analisis data
- Nilai backscatter citra
ALOS PALSAR
- Peubah dimensi
tanaman yang
berpengaruh
Penentuan variabel yang
mempengaruhi nilai
backscatter;
- Analisis korelasi,
- Analisis diskriminan
Klasifikasi kelas perkebunan
karet & kelapa sawit
berdasarkan peubah dimensi
tanaman
Dimensi tanaman
yg mempengaruhi
nilai backscatter
Kelas klasifikasi
dimensi tanaman
perkebunan karet &
kelapa sawit
2.3.2 Pra-Pengolahan Citra
2.3.2.1 Mozaik dan Pemotongan Citra
Mozaik citra dilakukan karena lokasi penelitian ini terdiri dari dua scene
(lembar) citra sehingga perlu dilakukan penggabungan untuk mendapatkan satu
lembar citra yang kompak. Citra yang telah digabung kemudian dipotong kembali
(cropping) sesuai luas areal penelitian yang akan dilaksanakan. Hasil mozaik citra
seperti disajikan pada Gambar 5.
16
(a)
(b)
(c)
Gambar 5 Citra mozaik; (a) dan (b) sebelum dimozaik, (c) citra setelah mozaik
dan dipotong ukuran lokasi penelitian.
2.3.2.2 Filtering Citra
Data citra ALOS PALSAR biasanya mengalami pelemahan (fading) dan
speckle yang merupakan gangguan (noise) yang mempengaruhi kualitas citra dari
sebuah sistem pencitraan yang koheren. Proses gangguan dapat terjadi secara
konstruktif maupun destruktif yang terlihat dalam citra sebagai cerah dan gelap
sekaligus (JICA & IPB 2010). Jika kondisi ini mengganggu dalam proses
klasifikasi perlu dilakukan langkah-langkah perbaikan dengan melakukan speckle
17
suppression (filtering citra) yaitu proses untuk mengurangi atau menghilangkan
bintik yang terjadi pada citra radar.
Pada penelitian ini untuk citra ALOS PALSAR resolusi 50 meter tidak
dilakukan filtering karena tidak mengalami gangguan (noise). Sedangkan untuk
resolusi 12,5 meter dilakukan filtering menggunakan frost filter dengan kernel
berukuran 7x7 (Gambar 6).
X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7
Y1
Y2
piksel tujuan (X0, Y0)
Y3
Y4
Y5
Y6
Y7
Gambar 6 Kernel ukuran 7x7 untuk frost filter pada citra resolusi 12,5 meter.
Frost filter menggantikan nilai piksel tujuan dengan j
KAJIAN KARAKTERISTIK BACKSCATTER ALOS PALSAR
RESOLUSI 50 METER DAN 12,5 METER
PADA PERKEBUNAN KARET DAN KELAPA SAWIT
MUKALIL
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2011
2
2
3
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN
SUMBER INFORMASI
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis Kajian Karakteristik Backscatter ALOS
PALSAR Resolusi 50 Meter dan 12,5 Meter pada Perkebunan Karet dan Kelapa
Sawit adalah karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum
diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber
informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak
diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam
Daftar Pustaka di bagian akhir tesis ini.
Bogor,
Oktober 2011
Mukalil
E151080141
3
4
4
5
ABSTRACT
MUKALIL. Study on The Backscatter Characteristics of ALOS PALSAR Having
Spatial Resolution of 50 Meters and 12.5 Meters within Rubber and Oil Palm
Plantations. Under direction of M. BUCE SALEH and I NENGAH SURATI
JAYA.
The study was performed to explore the relationship between the
dimensions of rubber and oil palm plantations and backscatter of ALOS PALSAR
having resolution 50 meters and 12.5 meters. The study was carried out in
Simalungun Regency, Serdang Bedagai Regency, Asahan Regency and Pematang
Siantar City North Sumatra Province. The main objective of the study is to
identify crop variables that affect backscatter value. The study found that the
rubber plantation variable that significantly affect the magnitude of backscatter of
50 meter resolution are the diameter at breast high (dbh) and basal area giving an
accuracy of 75.44%. For oil palm plantation, the backscatter value was affected by
canopy diameter with accuracy of 92.16%. For rubber plantation, the variable that
affect the magnitude of backscatter of 12.5 meter resolution are the tree diameters,
biomass volume and the ratio of crop spacing as well as canopy area with an
accuracy of 66,67%. Meanwhile, for oil palm plantation, it was affected by height
of plant with an accuracy of 62.75%.
Keywords: ALOS PALSAR, backscatter value, resolution, crop variable
5
6
6
7
RINGKASAN
MUKALIL. Kajian Karakteristik Backscatter ALOS PALSAR Resolusi 50 Meter
dan 12,5 Meter pada Perkebunan Karet dan Kelapa Sawit. Dibimbing oleh
MUHAMMAD BUCE SALEH dan I NENGAH SURATI JAYA.
Sensor radar (radio detection and ranging) merupakan sensor gelombang
mikro aktif (microwave) yang memungkinkan untuk melakukan pengamatan
permukaan bumi dengan baik. Sensor ini mampu menembus awan, partikel hujan
dan mempunyai sumber energi sendiri sehingga mampu melakukan pencitraan
baik siang maupun malam dan pada segala macam cuaca. Sampai sekarang telah
banyak satelit radar yang dioperasikan menyusul SEASAT, salah satunya adalah
ALOS PALSAR. ALOS PALSAR merupakan citra radar yang bekerja pada
saluran band-L dengan polarimatrik penuh HH, HV, VV dan VH. Lebar cakupan
areal antara 250 sampai 350 km. Sensor dengan band L mampu menembus
vegetasi hutan mulai dari daun, ranting, cabang dan bahkan sampai ke batang
tanaman. Kemampuan citra ALOS PALSAR menembus vegetasi hutan sampai ke
batang tanaman atau tumbuhan bawah akan berpengaruh terhadap sinyal pancar
balik (backscatter) pada setiap tutupan lahan, dalam hal ini adalah tutupan lahan
perkebunan karet dan perkebunan kelapa sawit.
Penelitian ini mempunyai tujuan mengidentifikasi dimensi tanaman
perkebunan karet dan perkebunan kelapa sawit yang mempengaruhi nilai
backscatter citra ALOS PALSAR resolusi 50 meter dan 12,5 meter.
Data citra yang digunakan adalah citra ALOS PALSAR resolusi 50 meter
dan 12,5 meter tahun liputan 2009. Untuk pengolahan citra menggunakan
software erdas imagine 9.1 dan arcview 3.2. Citra ALOS PALSAR resolusi 12,5
meter mengalami gangguan (noise) yang mempengaruhi kualitas citra. Oleh
karenanya dilakukan langkah-langkah perbaikan dengan melakukan adaptif
filtering dengan menggunakan frost filtering dengan moving window 7 x 7.
Selanjutnya data citra diolah dan dianalisis sehingga diperoleh nilai backscatter
dan kelas-kelas perkebunan karet dan perkebunan kelapa sawit. Pada perkebunan
karet terdapat 3 kelas pada resolusi 50 meter, 3 kelas pada resolusi 12,5 meter
tanpa adaptif filtering dan pada resolusi 12,5 meter dengan frost filtering 7x7 ada
3 kelas. Sedangkan pada perkebunan kelapa sawit terdapat 2 kelas pada resolusi
50 meter, 2 kelas pada resolusi 12,5 meter tanpa adaptif filtering dan 3 kelas pada
resolusi 12,5 meter dengan frost filtering 7x7.
Pengambilan data mengenai dimensi tanaman karet dan kelapa sawit
dilaksanakan pada perkebunan karet dan kelapa sawit di Kabupaten Simalungun,
Kabupaten Asahan, Kabupaten Serdang Bedagai dan Kota Pematang Siantar
Provinsi Sumatra Utara. Data dikumpulkan dengan membuat plot contoh
berbentuk lingkaran dengan radius 17,85 meter untuk tanaman berdiameter lebih
dari 10 cm dan radius 7,9 meter untuk tanaman berdiameter kurang dari 10 cm.
Penggunaan plot contoh lingkaran karena kondisi perkebunan karet dan kelapa
7
8
sawit homogen dengan jarak tanam sama. Posisi plot contoh ditentukan pada citra
dengan purposive sampling berdasarkan kelas dari perkebunan karet dan kelapa
sawit. Data lapangan yang dikumpulkan berupa dimensi tanaman karet dan kelapa
sawit, meliputi: titik koordinat pusat plot contoh, jenis dan umur tanaman, jarak
tanam, arah lajur, diameter tanaman, tinggi tanaman total, diameter tajuk, tebal
tajuk, jumlah pelepah (kelapa sawit), kemiringan lapangan (slope), arah
kemiringan lapangan (Aspect), foto LAI (Leaf Area Index), dan foto lapangan plot
contoh.
Data lapangan diolah untuk mendapatkan data turunan berupa; kerapatan
tanaman, luas bidang dasar, volume tanaman, luas tajuk, dan biomassa. Untuk
biomassa karet menggunakan persamaan dari Yulyana (2005) dan biomassa
kelapa sawit menggunakan persamaan Yulianti (2009). Selanjutnya data citra dan
data lapangan dilakukan merging (penggabungan) untuk dilakukan analisis.
Analisis data dilakukan dengan analisis korelasi untuk mengetahui keeratan
hubungan antar peubah lapangan dan analisis diskriminan untuk mendapatkan
peubah dimensi tanaman yang berpengaruh terhadap nilai backscatter citra ALOS
PALSAR resolusi 50 meter dan 12,5 meter pada perkebunan karet dan
perkebunan kelapa sawit.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa kondisi lapangan relatif datar
(kemiringan < 8%) dan ketinggian tempat berada pada rataan 250 meter dari
permukaan laut. Pada perkebunan karet jarak tanaman adalah 6 x 3,25 meter, 5 x 5
meter, 4,5 x 4,5 meter, dan 5 x 4,5 meter. Arah lajur tanaman adalah Barat ~
Timur. Penanaman kelapa sawit menggunakan jarak tanam 9 x 8 meter dan 10 x
10 meter. Arah lajur tanaman kelapa sawit adalah Utara ~ Selatan. Kerapatan
tanaman karet dan kelapa sawit menurun pada umur tanaman tua. Hasil survei
lapangan menunjukkan bahwa penurunan kerapatan pada perkebunan karet dan
perkebunan kelapa sawit disebabkan tanaman ada yang mati dan tidak dilakukan
penyulaman. Dimensi tanaman karet dan kelapa sawit selalu bertambah besar
dengan bertambahnya umur tanaman. Namun bertambahnya ukuran dimensi
tanaman karet berlangsung tidak normal karena ada pemangkasan batang utama
untuk menghindari tanaman miring dan rebah akibat tertiup angin.
Nilai backscatter HH resolusi 50 meter pada perkebunan karet berkisar
antara -15,73 ~ -1,48 dan HV -24,79 ~ -9,42, pada perkebunan kelapa sawit nilai
backscatter HH -13,10 ~ -3,38 dan HV -20,83 ~ -11,93. Sementara pada resolusi
12,5 meter nilai backscatter HH perkebunan karet adalah -20,20 ~ -0,69 dan HV
-29,18 ~ -5,65, pada perkebunan kelapa sawit nilai backscatter HH adalah -21,18
~ 0,16 dan HV -26,78 ~ -9,23.
Hasil analisis korelasi menunjukkan bahwa antara peubah dimensi tanaman
di perkebunan karet memiliki hubungan atau ada korelasi dengan signifikasi pada
taraf 1%. Sedangkan pada perkebunan kelapa sawit menunjukan ada hubungan
pada beberapa peubah dimensi tanaman saja. Hubungan erat antara dimensi
tanaman menunjukkan bahwa keragaman faktor satu dapat menerangkan
keragaman faktor yang lain, artinya sebagian dari dimensi tanaman sudah dapat
8
9
menjelaskan pengaruhnya terhadap nilai backscatter citra ALOS PALSAR di
perkebunan karet dan kelapa sawit.
Identifikasi peubah dimensi tanaman yang mempengaruhi nilai backscatter
citra ALOS PALSAR resolusi 50 meter pada perkebunan karet menghasilkan
diameter tanaman dan luas bidang dasar dengan akurasi 75,44% dan mampu
mengklasifikasikan sebanyak 3 kelas. Pada resolusi 12,5 meter tanpa filtering
peubah yang mempengaruhi adalah diameter tanaman, rasio jarak tanam dan luas
tajuk dan biomassa dengan akurasi 66,67% mengklasifikasikan 3 kelas.
Sedangkan pada resolusi 12,5 meter dengan frost filtering 7x7, peubah yang
mempengaruhi nilai backscatter adalah diameter tanaman, rasio jarak tanam dan
luas tajuk dan biomassa dengan akurasi 71,93% dapat mengklasifikasikan 3 kelas.
Identifikasi peubah dimensi tanaman perkebunan kelapa sawit yang
mempengaruhi nilai backscatter citra ALOS PALSAR resolusi 50 meter adalah
diameter tajuk dengan akurasi 92,16% dapat mengklasifikasikan 2 kelas. Pada
resolusi 12,5 meter tanpa filtering peubah dimensi tanaman yang mempengaruhi
nilai backscatter adalah tinggi tanaman dengan akurasi 62,75% dan dapat
mengklasifikasikan 2 kelas. Sedang pada resolusi 12,5 meter dengan frost filtering
7x7 nilai backscatter dipengaruhi oleh luas tajuk tanaman kelapa sawit dengan
akurasi 64,71% dan mampu mengklasifikasi 3 kelas.
Kata kunci: ALOS PALSAR, nilai backscatter, resolusi, dimensi tanaman
9
10
Hak Cipta milik IPB, tahun 2011
Hak Cipta dilindungi Undang-undang
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh tesis ini tanpa mencantumkan atau
menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan,
penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau
tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan
yang wajar IPB
Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh Tesis dalam
bentuk apa pun tanpa izin IPB
10
11
KAJIAN KARAKTERISTIK BACKSCATTER ALOS PALSAR
RESOLUSI 50 METER DAN 12,5 METER
PADA PERKEBUNAN KARET DAN KELAPA SAWIT
MUKALIL
Tesis
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Magister Sains pada
Program Studi Ilmu Pengelolaan Hutan
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2011
11
12
Penguji Luar Komisi pada Ujian Tesis: Dr. Dra. Nining Puspaningsih, M.Si.
12
13
Judul Tesis : KAJIAN KARAKTERISTIK BACKSCATTER ALOS PALSAR
RESOLUSI 50 METER DAN 12,5 METER PADA
PERKEBUNAN KARET DAN KELAPA SAWIT
Nama
: Mukalil
NRP
: E151080141
Disetujui
Komisi Pembimbing
Dr. Ir. M. Buce Saleh, M.S.
Ketua
Prof. Dr. Ir. I Nengah Surati Jaya, M.Agr.
Anggota
Diketahui
Ketua Program Studi
Ilmu Pengelolaan Hutan,
Dekan Sekolah Pascasarjana,
Prof. Dr. Ir. Hariadi Kartodihardjo, M.S.
Dr. Ir. Dahrul Syah, M.Sc.Agr
Tanggal Ujian: 23 September 2011
Tanggal Lulus:
(tanggal pelaksanaan ujian tesis)
(tanggal penandatanganan tesis oleh
Dekan Sekolah Pascasarjana)
13
14
14
15
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT. atas limpahan
rahmat dan hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan tesis ini. Tesis ini
berjudul “Kajian Karakteristik Backscatter Citra ALOS PALSAR Resolusi 50
Meter dan 12,5 Meter pada Perkebunan Karet dan Kelapa Sawit”. Tesis ini
merupakan salah satu syarat yang harus dipenuhi untuk memperoleh gelar
Magister Sains pada Mayor Ilmu Pengelolaan Hutan pada Sekolah Pascasarjana
Institut Pertanian Bogor.
Penulis menyampaikan terima kasih dan penghargaan setinggi-tingginya
kepada semua pihak yang membantu dalam penyelesaian tesis ini, terutama:
1. Bapak Dr. Ir. M. Buce Saleh, M.S. dan Bapak Prof. Dr. Ir. I Nengah Surati
Jaya, M.Agr. selaku dosen pembimbing dan Ibu Dr. Dra. Nining Puspaningsih,
M.Si. selaku dosen penguji yang telah banyak memberikan saran.
2. Rekan-rekan IPH angkatan 2008 dan rekan-rekan serta adik-adik di
Laboratorium Fisik Remote Sensing dan Sistem Informasi Geografis
FAHUTAN Institut Pertanian Bogor atas bantuan dan dukungannya.
3. Kementerian Kehutanan melalui Pusat Diklat Kehutanan sebagai sponsor,
Kepala Balai Diklat Kehutanan Samarinda yang telah memberikan
kepercayaan kepada penulis untuk melanjutkan ke jenjang S2.
4. Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) dan Japan International
Cooperation Agency (JICA) yang telah memfasilitasi dalam pengadaan citra
ALOS PALSAR.
5. Kedua orang tua penulis di Samarinda dan Penajam Paser Utara, istriku
tercinta, dan ketiga putra-putriku tersayang yang rela dan sabar menemani
ayahandanya serta seluruh keluarga besar penulis atas do’a dan dukungannya.
Penulis menyadari, bahwa tesis ini masih memiliki kelemahan
dan
kekurangan. Meskipun demikian, penulis berharap tesis ini dapat memberikan
kontribusi positif dan bermanfaat bagi kita semua.
Bogor,
Oktober 2011
Mukalil
15
16
16
17
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Samarinda pada tanggal 2 September 1976 dari ayah
Karim dan ibu Srikah. Penulis merupakan putra pertama dari tiga bersaudara.
Tahun 1995 penulis lulus dari Sekolah Kehutanan Menengah Atas (SKMA)
Samarinda. Pada tahun 2000 penulis meneruskan pendidikan pada jenjang sarjana
di Universitas 17 Agustus 1945 Samarinda dan menamatkannya pada tahun 2004.
Kesempatan untuk melanjutkan ke program pascasarjana pada Mayor Ilmu
Pengelolaan Hutan Institut Pertanian Bogor diperoleh pada tahun 2008. Beasiswa
pendidikan pascasarjana diperoleh dari Kementerian Kehutanan Republik
Indonesia.
Tahun 1996 penulis mulai bekerja sebagai Pegawai Negeri Sipil di Balai
Pendidikan dan Pelatihan Kehutanan Samarinda. Sampai sekarang penulis masih
tercatat sebagai staf pada Balai Pendidikan dan Pelatihan Kehutanan Samarinda.
Tahun 1999 penulis menikah dengan Supriani dan sampai sekarang telah
dikaruniai 3 orang anak, yaitu Cissa Amelia Ekasari, Bima Narendra Putra dan
Ilham Maulidan Akbar.
17
18
18
xvii
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR TABEL ............................................................................................. xix
DAFTAR GAMBAR ........................................................................................ xxi
DAFTAR LAMPIRAN .................................................................................... xxiii
I.
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang .................................................................................... 1
1.2 Perumusan Masalah ............................................................................ 3
1.3 Kerangka Pemikiran ...........................................................................
5
1.4 Tujuan Penelitian ................................................................................ 7
1.5 Hipotesis Penelitian ............................................................................ 7
1.6 Manfaat Penelitian .............................................................................. 7
II. BAHAN DAN METODE
2.1 Tempat dan Waktu Penelitian ............................................................. 9
2.2 Data, Software dan Hardware ............................................................. 9
2.3 Tahapan Penelitian ............................................................................. 14
2.3.1 Tahap Persiapan ......................................................................... 14
2.3.2 Pra-Pengolahan Citra ................................................................ 15
2.3.2.1 Mozaik dan Pemotongan Citra ..................................... 15
2.3.2.2 Filtering Citra ............................................................... 16
2.3.3 Pengolahan Citra ....................................................................... 18
2.3.3.1 Pembuatan Citra Komposit .......................................... 18
2.3.3.2 Menghitung Nilai Backscatter ...................................... 19
2.3.3.3 Klasifikasi Citra ............................................................ 19
2.3.3.4 Penarikan Plot Contoh .................................................. 22
2.3.4 Pengambilan Data Lapangan .................................................... 23
2.3.5 Pengolahan Data ....................................................................... 26
2.3.6 Analisis Data ............................................................................. 29
2.3.6.1 Uji korelasi ................................................................... 29
2.3.6.2 Identifikasi peubah tanaman yang mempengaruhi
backscatter ................................................................... 30
2.3.6.3 Klasifikasi kelas perkebunan karet dan kelapa sawit ... 32
xviii
III. HASIL DAN PEMBAHASAN
3.1 Eksplorasi Data Lapangan .................................................................. 33
3.1.1 Peubah Tanaman Perkebunan Karet ......................................... 33
3.1.2 Peubah Tanaman Perkebunan Kelapa Sawit ............................ 38
3.2 Hubungan antara Peubah Tanaman ..................................................
42
3.3 Nilai Backscatter Citra ALOS PALSAR ............................................ 44
3.4 Klasifikasi Citra ALOS PALSAR ...................................................... 47
3.4.1 Resolusi 50 Meter ..................................................................... 47
3.4.2 Resolusi 12,5 Meter .................................................................. 51
3.5 Peubah Tanaman yang Mempengaruhi Nilai Backscatter ................
54
3.5.1 Peubah Tanaman pada Perkebunan Karet ...............................
54
3.5.2 Peubah Tanaman pada Perkebunan Kelapa Sawit ..................
58
3.6 Hubungan Peubah Berpengaruh dan Nilai Backscatter ....................
61
3.6.1 Perkebunan Karet ...................................................................... 61
3.6.2 Perkebunan Kelapa Sawit ......................................................... 66
IV. KESIMPULAN DAN SARAN
4.1 Kesimpulan ......................................................................................... 71
4.2 Saran ................................................................................................... 71
DAFTAR PUSTAKA ....................................................................................... 73
LAMPIRAN ...................................................................................................... 77
xviii
xix
DAFTAR TABEL
Halaman
1
Rentang panjang gelombang pada penginderaan jauh ................................
2
Karakteristik sensor PALSAR .................................................................... 13
3
Tahapan kegiatan, input, proses dan output pada kegiatan penelitian ........ 14
4
Klasifikasi kelas hasil analisis diskriminan pada perkebunan karet dan
kelapa sawit ................................................................................................ 31
5
Nilai peubah tanaman perkebunan karet ...................................................
6
Nilai peubah tanaman perkebunan kelapa sawit ........................................ 38
7
Korelasi antar peubah tanaman pada perkebunan karet ............................
43
8
Korelasi antar peubah tanaman pada perkebunan kelapa sawit ................
44
9
Nilai backscatter citra ALOS PALSAR perkebunan karet dan kelapa
sawit ............................................................................................................ 45
9
34
10 Hasil klasifikasi kelas nilai backscatter citra ALOS PALSAR resolusi 50
meter pada perkebunan karet ...................................................................... 55
11 Uji wilks’ lambda dalam pemilihan peubah tanaman karet ........................ 56
12 Hasil klasifikasi kelas nilai backscatter citra ALOS PALSAR resolusi
12,5 meter pada perkebunan karet .............................................................. 57
13 Uji wilks’ lambda dalam pemilihan peubah Peubah tanaman karet ........... 58
14 Hasil klasifikasi kelas nilai backscatter citra ALOS PALSAR resolusi
12,5 meter dengan frost filter 7x7 pada perkebunan karet ......................... 58
15 Hasil klasifikasi kelas nilai backscatter citra ALOS PALSAR resolusi 50
meter pada perkebunan kelapa sawit ......................................................... 59
16 Hasil klasifikasi kelas nilai backscatter citra ALOS PALSAR resolusi
12,5 meter pada perkebunan kelapa sawit .................................................. 60
17 Hasil klasifikasi kelas nilai backscatter citra ALOS PALSAR resolusi
12,5 meter dengan frost filter 7x7 pada perkebunan kelapa sawit ............. 61
18 Klasifikasi peubah tanaman karet yang mempengaruhi nilai backscatter
citra ALOS PALSAR resolusi 50 meter ..................................................... 62
19 Klasifikasi peubah tanaman karet yang mempengaruhi nilai backscatter
citra ALOS PALSAR resolusi 12,5 meter .................................................. 64
20 Klasifikasi peubah tanaman karet yang mempengaruhi nilai backscatter
citra ALOS PALSAR resolusi 12,5 meter dengan frost filter 7x7 ............. 66
21 Klasifikasi peubah tanaman kelapa sawit yang mempengaruhi nilai
backscatter citra ALOS PALSAR resolusi 50 meter .................................. 67
xix
xx
22 Klasifikasi peubah tanaman kelapa sawit yang mempengaruhi nilai
backscatter citra ALOS PALSAR resolusi 12,5 meter .............................. 68
23 Klasifikasi peubah tanaman kelapa sawit yang mempengaruhi nilai
backscatter citra ALOS PALSAR resolusi 12,5 meter frost filter 7x7 ........ 69
xx
xxi
DAFTAR GAMBAR
Halaman
1
Bagan alir kerangka pemikiran ...................................................................
2
Peta lokasi penelitian di Provinsi Sumatera Utara ...................................... 10
3
Citra ALOS PALSAR resolusi 50 meter; (a) Polarisasi HH, dan (b)
Polarisasi HV .............................................................................................. 11
4
Citra ALOS PALSAR resolusi 12.5 meter; (a) Polarisasi HH, dan (b)
Polarisasi HV .............................................................................................. 12
5
Citra mozaik; (a) dan (b) sebelum dimozaik, (c) citra setelah mozaik dan
dipotong ukuran lokasi penelitian ............................................................... 16
6
Kernel ukuran 7x7 untuk frost filter pada citra resolusi 12,5 meter ............ 17
7
Hasil filtering citra ALOS PALSAR resolusi 12,5 meter; (a) sebelum
filtering, dan (b) sesudah filtering ............................................................... 18
8
Band sintetis rasio (HH/HV) citra ALOS PALSAR; (a) resolusi 50 meter
dan (b) resolusi 12,5 meter ......................................................................... 20
9
Band komposit (HH-HV-HH/HV) citra ALOS PALSAR; (a) resolusi 50
meter dan (b) resolusi 12,5 meter ............................................................... 21
6
10 Peta sebaran plot contoh pada areal penelitian ........................................... 22
11 Bentuk plot contoh di lapangan .................................................................. 23
12 Bentuk-bentuk reflektansi atau backscatter SAR ....................................... 24
13 Batang kelapa sawit (a) dengan pelepah dan (b) batang tanpa pelepah ..... 25
14 Foto LAI perkebunan karet ......................................................................... 28
15 Foto LAI perkebunan kelapa sawit ............................................................. 28
16 Diagram alir tahapan penelitian .................................................................. 32
17 Hubungan umur tanaman karet dengan kerapatan tanaman ....................... 34
18 Hubungan umur tanaman karet dengan (a) diameter tanaman dan (b)
tinggi tanaman ............................................................................................. 35
19 Bentuk pemangkasan batang utama pada perkebunan karet ...................... 35
20 Hubungan umur karet dengan (a) diameter tajuk dan (b) tebal tajuk ......... 36
21 Hubungan umur tanaman karet dengan (a) biomassa dan (b) nilai LAI .... 38
22 Hubungan umur tanaman dengan kerapatan kelapa sawit .......................... 39
23 Hubungan umur dengan (a) diameter dan (b) tinggi kelapa sawit .............. 39
24 Hubungan umur tanaman dengan (a) diameter tajuk dan (b) tebal tajuk
kelapa sawit ................................................................................................. 40
25 Hubungan umur tanaman dengan jumlah pelepah kelapa sawit ................. 41
xxi
xxii
26 Hubungan umur tanaman dengan (a) biomassa, (b) nilai LAI tanaman
kelapa sawit ................................................................................................. 42
27 Hubungan umur tanaman dengan nilai backscatter HH dan HV resolusi
50 meter pada (a) perkebunan karet dan (b) perkebunan kelapa sawit ....... 46
28 Hubungan umur tanaman dengan nilai backscatter HH dan HV resolusi
12,5 meter pada (a) perkebunan karet dan (b) perkebunan kelapa sawit .... 47
29 Dendrogram 20 kelas citra ALOS PALSAR resolusi 50 meter ................. 48
30 Dendrogram 5 kelas citra ALOS PALSAR resolusi 50 meter ................... 48
31 Klasifikasi 5 kelas citra ALOS PALSAR resolusi 50 meter ...................... 49
32 Kondisi tanaman perkebunan karet; a) tanaman muda, b) dan c) tanaman
remaja, d) tanaman tua ................................................................................ 50
33 Kondisi tanaman perkebunan kelapa sawit; a) tanaman muda, b) tanaman
tua ............................................................................................................... 50
34 Dendrogram 20 kelas citra ALOS PALSAR resolusi 12,5 meter tanpa
filtering ........................................................................................................ 51
35 Dendrogram 5 kelas citra ALOS PALSAR PALSAR resolusi 12,5 meter
tanpa filtering .............................................................................................. 52
36 Dendrogram 20 kelas citra ALOS PALSAR resolusi 12,5 meter dengan
frost filter .................................................................................................... 52
37 Dendrogram 5 kelas citra ALOS PALSAR resolusi 12,5 meter dengan
frost filter .................................................................................................... 53
38 Klasifikasi 5 kelas citra ALOS PALSAR resolusi 12,5 meter ................... 53
39 Klasifikasi 5 kelas citra ALOS PALSAR resolusi 12,5 meter dengan frost
filter ............................................................................................................ 54
40 Hubungan peubah berpengaruh; (a) diameter tanaman, (b) luas bidang
dasar tanaman dan nilai backscatter HH dan HV resolusi 50 meter pada
perkebunan karet ......................................................................................... 62
41 Hubungan peubah berpengaruh; (a) diameter, (b) rasio jarak tanam dan
luas tajuk, (c) biomassa dan nilai backscatter HH dan HV resolusi 12,5
meter pada perkebunan karet ....................................................................... 63
42 Hubungan peubah berpengaruh; (a) diameter, (b) rasio jarak tanam dan
luas tajuk, (c) biomassa dan nilai backscatter HH dan HV resolusi 12,5
meter dengan frost filter 7x7 pada perkebunan karet .................................. 65
43 Hubungan diameter tajuk dan nilai backscatter (a) HH dan (b) HV
resolusi 50 meter pada perkebunan kelapa sawit ........................................ 66
44 Hubungan tinggi tanaman dan nilai backscatter (a) HH dan (b) HV
resolusi 12,5 meter pada perkebunan kelapa sawit ...................................... 67
45 Hubungan luas tajuk dan nilai backscatter (a) HH dan (b) HV resolusi
12,5 meter dengan frost filter 7x7 pada perkebunan kelapa sawit .............. 68
xxii
xxiii
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
1
Sebaran nilai backscatter citra ALOS PALSAR resolusi 50 meter pada
plot contoh perkebunan karet ..................................................................... 77
2
Sebaran nilai backscatter citra ALOS PALSAR resolusi 50 meter pada
plot contoh perkebunan kelapa sawit .......................................................... 79
3
Sebaran nilai backscatter citra ALOS PALSAR resolusi 12,5 meter pada
plot contoh perkebunan karet ....................................................................... 81
4
Sebaran nilai backscatter citra ALOS PALSAR resolusi 12,5 meter pada
plot contoh perkebunan kelapa sawit .......................................................... 83
5
Sebaran nilai backscatter citra ALOS PALSAR resolusi 12,5 meter (frost
filter 7x7) pada plot contoh perkebunan karet .........................................
85
6
Sebaran nilai backscatter citra ALOS PALSAR resolusi 12,5 meter (frost 87
filter 7x7) pada plot contoh perkebunan kelapa sawit ..............................
7
Contoh output analisis diskriminan ............................................................ 89
xxiii
xxiv
xxiv
1
I. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Posisi Indonesia berada di daerah tropis mengakibatkan hampir sepanjang
tahun selalu diliputi awan. Kondisi ini mempengaruhi kemampuan citra optik
untuk menghasilkan citra yang bersih dari awan. Hujan yang terjadi hampir
sepanjang tahun dan kebakaran hutan yang menimbulkan asap di musim kemarau
menjadi kendala citra optik untuk menghasilkan citra yang baik. Sejak tahun 2003
penggunaan citra optik (Landsat) untuk digunakan secara luas dalam pemetaan
atau pemantauan tutupan lahan menjadi kurang optimal karena citra landsat
mengalami kerusakan pada kanal scan line corrector (SLC), sehingga citra
mengalami garis-garis (striping) pada hasil rekamannya.
Satelit radar (radio detecting and ranging) merupakan sensor gelombang
mikro
(microwave)
yang memungkinkan
untuk
melakukan
pengamatan
permukaan bumi dengan baik. Sensor ini mampu menembus awan, partikel hujan
dan mempunyai sumber energi sendiri sehingga mampu melakukan pencitraan
baik siang maupun malam dan pada segala macam cuaca (JAXA 2007).
Teknologi radar telah dikembangkan dan banyak satelit radar diluncurkan sejak
dioperasikannya SEASAT, yaitu SIR-A, SIR-B, SIR-C, ERS-1, ERS-2, ALMAZ,
JERS-1, RADARSAT dan ALOS PALSAR. Penggunaan radar pada frekuensi Lband dan P-band telah dilakukan yaitu dalam estimasi perhitungan biomassa hutan
untuk mendapatkan hasil perhitungan yang konsisten. Metode yang digunakan
melalui pengukuran polarimetrik backscatter SAR (Synthetic Aperture Radar).
Sandberg et al. (2011) menyatakan untuk data L-band hasil terbaik diperoleh
dengan menggunakan backscatter polarisasi HV dengan kesalahan estimasi root
mean square error (RMSE) antara 31% dan 46%. Untuk P-band hasilnya lebih
baik daripada L-band. Model menggunakan polarisasi HH atau HV memberikan
hasil yang sama, dengan RMSE antara 18% dan 27%, dan nilai-nilai koefisien
determinan (r2) adalah antara 70% dan 80%.
ALOS PALSAR diluncurkan pada tanggal 24 Januari 2006 oleh Jepang,
yang bekerja pada saluran band-L dengan polarimatrik penuh HH, HV, VV dan
VH (LAPAN 2006a). Lebar cakupan areal antara 250 sampai 350 km. Sensor
2
dengan band L mampu menembus atau penetrasi ke vegetasi hutan mulai dari
daun, ranting, cabang dan bahkan sampai ke batang pohon (Smith 2006). Data
citra ALOS PALSAR dapat digunakan untuk pembuatan DEM (Digital Elevation
Model), monitoring sumberdaya alam (hutan), monitoring kebakaran hutan,
estimasi kandungan biomassa, mengukur kelembaban tanah, monitoring objekobjek buatan, kandungan mineral dan bahkan untuk pencarian pesawat dan kapal
yang hilang (Ginting et al. 2003).
Mitchard et al. (2011) melakukan pengukuran perubahan biomassa akibat
perambahan hutan dan deforestasi/degradasi di wilayah hutan savana Afrika
Tengah menggunakan hubungan nilai backscatter citra JERS-1 (1996) dan
PALSAR (2007). Hasilnya memperlihatkan hubungan antara backscatter radar
dan biomassa pohon (aboveground biomass = AGB) yang kuat (r2 = 86% untuk
ALOS HV untuk plot biomassa, r2 = 95% berhubungan ALOS yang diturunkan
biomassa untuk 40 daerah berubah yang diduga oleh JERS-1 HH).
Kemampuan citra ALOS PALSAR menembus vegetasi hutan sampai ke
batang pohon atau tumbuhan bawah akan berpengaruh terhadap sinyal pancar
balik (backscatter) pada setiap kondisi objek tutupan lahan. Tanaman perkebunan
karet dan kelapa sawit memiliki kondisi homogen dan jarak tanam yang sama
namun memiliki umur tanaman berbeda. Perbedaan umur tanaman mempengaruhi
besaran ukuran dimensi tanaman yang berarti mempengaruhi penetrasi sensor
ALOS PALSAR. Perbedaan dimensi tanaman akan memperlihatkan perbedaan
kekasaran pada perkebunan karet dan kelapa sawit yang mempengaruhi nilai
backscatter citra ALOS PALSAR. Hal yang penting dikaji disini adalah kondisi
dimensi tanaman perkebunan karet dan kelapa sawit mana yang mempengaruhi
nilai backscatter citra ALOS PALSAR. Selanjutnya dengan mengetahui dimensi
tanaman yang berpengaruh dapat diklasifikasikan kelas dari perbedaan dimensi
tersebut.
Citra ALOS PALSAR telah digunakan untuk beberapa kajian, diantaranya
adalah menghitung koefisien kalibrasi data citra ALOS PALSAR (Nakamura et
al. 2008), akurasi koreksi geometrik untuk normalisasi radiometrik (Small et al.
2008), menghitung kandungan biomassa pohon (Lucas et al. 2006, Mitchard et al.
2009, dan Wijaya 2009), dan monitoring sumberdaya hutan (Amaral et al. 2009).
3
Citra ALOS PALSAR juga digunakan untuk monitoring bahaya gunung api
seperti yang dilakukan oleh para peneliti dari Lembaga Antariksa dan
Penerbangan Nasional dalam pemantauan gunung Merapi (LAPAN 2006b).
1.2 Perumusan Masalah
Menurut JICA & IPB (2010) faktor yang mempengaruhi besaran nilai
backscatter pada citra ALOS PALSAR dapat dibedakan dalam dua kelompok
besar, yaitu: sistem sensor dan target objeknya. Pada sistem sensor terdapat
beberapa faktor yang mempengaruhi besaran nilai backscatter, yaitu: a) panjang
gelombang microwave yang digunakan (band X, C, S, L dan P), b) polarisasi (HH,
HV, VV, VH), c) sudut pandang dan orientasi, dan d) resolusinya. Faktor yang
mempengaruhi nilai backscatter dari target objeknya adalah: a) kekasaran, ukuran
dan orientasi objek termasuk didalamnya biomassa, b) konstanta dielektrik (antara
lain dapat berupa kelembaban atau kandungan air), c) sudut kemiringan atau slope
dan orientasinya (sudut pandang lokal, local incident angle).
Perkebunan karet merupakan jenis tanaman dikotil yang memiliki struktur
lengkap, memiliki daun, ranting, cabang dan batang serta akar yang berbanir.
Percabangan karet berbentuk kerucut terbalik dengan diameter tajuk yang melebar
kesamping dan keatas relatif pendek. Perkebunan kelapa sawit merupakan
tanaman monokotil yang hanya memiliki daun dengan pelepah dan batang serta
akar serabut kecil-kecil yang tidak tampak dipermukaan tanah. Panjang pelepah
kelapa sawit dan sifatnya yang saling menumpuk mampu menutup areal
dibawahnya (lantai tanaman).
Perbedaan tahun tanam pada perkebunan mempengaruhi penutupan areal
dan besaran ukuran dimensi tanaman. Pada areal baru tanam atau tanaman muda
di perkebunan karet dan kelapa sawit areal belum tertutup tajuk, mirip seperti
areal/lahan kosong. Hal ini menunjukkan tingkat kekasaran objek rendah
menyebabkan reflektor bersifat cermin dan memantulkan sinyal/energi menjauhi
sensor. Tanaman remaja sampai tua (umur > 5 tahun) tajuk tanaman sudah mulai
rapat sehingga objek memiliki kekasaran meningkat yang ditangkap sensor
sebagai reflektor tersebar. Bahkan pada kondisi ini dapat terjadi yang disebut
mekanisme volume scattering, yaitu sensor radar akan menerima pancar balik dari
4
reflektor permukaan dan reflektor sudut dari vegetasi tanaman karena kemampuan
sensor menembus sampai lapisan bawah vegetasi.
Karakteristik perkebunan seperti ini menunjukkan tingkat kekasaran objek
berbeda sehingga berpengaruh pada nilai backscatter. Perbedaan kekuatan
backscatter mempengaruhi tingkat kecerahan (brightness) objek dalam citra
ALOS PALSAR. Jumlah energi pancar balik sangat tergantung pada beberapa
faktor; sinyal yang mengiluminasi (panjang gelombang, polarisasi, sudut pandang
dan lain‐lain) dan sifat objek terhadap iluminasi (kekasaran, bentuk, orientasi,
konstanta dielektrik dan lain‐lain) (Saleh 2010).
Pemilihan perkebunan karet dan kelapa sawit sebagai objek penelitian
karena secara visual pada citra ALOS PALSAR memiliki kesamaan kenampakan
dengan beberapa penutupan lahan lain. Perkebunan karet pada citra ALOS
PALSAR memiliki warna dominan hijau terang sampai kuning. Kenampakan
seperti ini memiliki kesamaan dengan hutan alam atau hutan tanaman. Namun ada
juga areal kebun berwarna biru yang menunjukkan tanaman masih muda sehingga
kondisi demikian mirip dengan lahan terbuka dan sawah.
Pada citra ALOS PALSAR perkebunan kelapa sawit memiliki kenampakan
warna dominan ungu dan dibeberapa areal ada yang berwarna biru gelap, ungu
terang sampai pink. Kenampakan ini ada kesamaan dengan lahan kosong atau
hutan tanaman muda.
Menurut Awaya (2009) menyatakan terjadinya perbedaan kenampakan
kecerahan pada perkebunan karet dan kelapa sawit disebabkan adanya perbedaan
kelas umur dan kandungan biomassa. Perkebunan karet dan kelapa sawit di
beberapa wilayah di Indonesia memiliki batas dan/atau berada di dalam kawasan
hutan, menjadi penting untuk mempelajari karakteristik kedua objek tutupan lahan
ini agar tidak terjadi kesalahan penafsiran.
Kondisi dimensi tanaman perkebunan karet dan kelapa sawit di atas,
menimbulkan pertanyaan dalam penelitian ini; variabel apa saja dari dimensi
tanaman perkebunan karet dan kelapa sawit yang mempengaruhi nilai backscatter
pada citra ALOS PALSAR? Apakah ada perbedaan dimensi tanaman perkebunan
karet dan kelapa sawit yang mempengaruhi perbedaan nilai backscatter citra
ALOS PALSAR resolusi 50 meter dan 12,5 meter?
5
Karakteristik perkebunan karet dan kelapa sawit yang mempengaruhi
backscatter ini penting untuk dipahami karena akan membantu interpreter dalam
mengklasifikasikan
kelas
penutupan
lahan
setiap
objek
terutama
bila
menggunakan citra ALOS PALSAR.
1.3 Kerangka Pemikiran
Penginderaan jauh pada prinsipnya mengenal dua sistem dalam mengindera
permukaan bumi, yaitu penginderaan dengan sensor pasif dan sensor aktif.
Penginderaan jauh sistem pasif adalah suatu sistem yang memanfaatkan energi
almiah (sinar matahari), dimana sebagian besar data penginderaan jauh didasarkan
pada energi matahari (Purwadhi 2001). Alat perekam datanya merupakan sistem
multispectral scanner yang bekerja dalam selang cahaya tampak sampai
inframerah termal atau dikenal dengan sistem optik. Panjang gelombang yang
digunakan pada penginderaan jauh pasif 0,4 µm ~ 12 µm (Jaya 2009).
Sistem aktif menggunakan gelombang mikro (microwave) yang mempunyai
panjang gelombang lebih panjang (30 mm ~ 300 mm) dengan frekuensi 1 GHz ~
10 GHz dan dikenal dengan microwave remote sensing atau pencitraan radar
(radar imaging). Sistem aktif pada umumnya berupa saluran tunggal (single
channel) yang mempunyai kelebihan dibandingkan dengan sistem optik dalam hal
mampu menembus awan dan dapat dioperasikan pada malam hari karena tidak
tergantung pada sinar matahari. Sistem aktif menggunakan sumber energi buatan
yang dipancarkan ke permukaan bumi dan direkam nilai pantulnya oleh sensor
(Jaya 2009).
Citra yang dihasilkan dari sistem aktif (radar) berdasarkan kondisi fisik
objek, berupa tingkat kekasaran permukaan, ukuran, bentuk dan kandungan
biomassa. Perbedaan kondisi ini akan berpengaruh terhadap nilai backscatter citra
(ALOS PALSAR) dan kenampakan visual citra yang dihasilkan. Perkebunan karet
dan kelapa sawit memiliki kondisi yang beragam karena umur tanaman pada
perkebunan tersebut berbeda-beda. Oleh karena itu perlu diketahui peubah yang
mempengaruhi tingkat kekasaran, ukuran, bentuk dari vegetasi serta kandungan
biomassa yang terdapat di perkebunan karet dan kelapa sawit.
6
Untuk mengetahui atau mengidentifikasi peubah yang berpengaruh terhadap
perbedaan nilai backscatter di perkebunan karet dan kelapa sawit maka digunakan
analisis diskriminan. Selanjutnya peubah yang berpengaruh dapat digunakan
untuk mengklasifikasikan kelas perkebunan karet dan kelapa sawit sebagai objek
dalam penelitian ini. Secara lengkap kerangka pemikiran dari penelitian ini seperti
pada gambar 1.
Penginderaan Jauh
Radar (Sistem Aktif)
Optik (Sistem Pasif)
Karakteristik Fisik Vegetasi;
- kerapatan, ukuran, bentuk
pohon, cabang, ranting,
daun/tajuk
- kondisi tumb. bawah
- kondisi permukaan lantai
tanaman
- biomassa
Variasi Nilai Backscatter
Citra ALOS PALSAR
Peubah Dimensi Tanaman
Apakah yang Mempengaruhi
Nilai Backscatter?
Analisis Diskriminan
Peubah-peubah yang Paling
Signifikan
Klasifikasi Tutupan
Perkebunan Karet & Kelapa
Sawit
Gambar 1 Bagan alir kerangka pemikiran
7
1.4 Tujuan Penelitian
Penelitian ini mempunyai tujuan mengidentifikasi peubah dimensi tanaman
pada perkebunan karet dan kelapa sawit yang mempengaruhi nilai backscatter
citra ALOS PALSAR resolusi 50 meter dan 12,5 meter.
1.5 Hipotesis Penelitian
Dalam penelitian ini akan membuktikan bahwa dimensi tanaman pada
perkebunan karet dan kelapa sawit mempengaruhi perbedaan nilai backscatter
citra ALOS PALSAR resolusi 50 meter dan 12,5 meter.
1.6 Manfaat Penelitian
Penelitian ini diharapkan dapat memberikan pengetahuan tambahan dalam
mengklasifikasikan setiap tutupan lahan, khususnya klasifikasi dalam perkebunan
karet dan kelapa sawit. Dengan mengetahui kelas klasifikasi dalam perkebunan
tersebut dapat ditentukan potensi atau kelas perkebunan karet dan kelapa sawit.
Sebagai bahan dalam pengembangan metode identifikasi/klasifikasi tutupan lahan
menggunakan citra radar khususnya ALOS PALSAR.
8
9
II. BAHAN DAN METODE
2.1 Tempat dan Waktu Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan di wilayah Kabupaten Simalungun, Kabupaten
Serdang Bedagai, Kabupaten Asahan dan Kota Pematang Siantar Provinsi
Sumatera Utara. Terletak pada 98º57’50,78” BT ~ 99º30’11,50” BT dan
2º46’30,48” LU ~ 3º18’55,07” LU. Pengolahan dan analisis data dilaksanakan di
Laboratorium Fisik Remote Sensing dan Sistem Informasi Geografis Fakultas
Kehutanan Institut Pertanian Bogor.
Penelitian dimulai Juli 2010 sampai dengan Mei 2011 meliputi persiapan,
pelaksanaan penelitian, pengolahan dan analisis data, dan penulisan tesis.
2.2 Data, Software dan Hardware
Penelitian ini menggunakan citra radar dengan menggunakan spektrum
panjang gelombang L-band 19,3 ~ 76,9 cm (Tabel 1). Radar merupakan sensor
sistem aktif yang mempunyai kelebihan dalam hal mampu menembus awan dan
dapat dioperasikan pada malam hari karena tidak tergantung pada sinar matahari.
Radar mulai dikembangkan sejak tahun 1960-an untuk kepentingan sipil (Avery
& Berlin 1985, Henderson & Merchant 1978, Sabins 1978).
Tabel 1 Rentang panjang gelombang pada penginderaan jauh
Spektrum
Penginderaan jauh optik (band reflektif)
Biru
Hijau
Merah
NIR
MIR
Penginderaan jauh optik (band radiatif)
TIR
Penginderaan jauh mikro (radar)
Radar
K
X
C
S
L
P
Panjang Gelombang
400 ~ 500 nm
500 ~ 600 nm
600 ~ 700 nm
700 ~ 1000 nm
1000 ~ 3000 nm
3000 ~ 15000 nm
1 mm (1000000 nm) ~ 1 m
0.83 ~ 2.75 cm
2.75 ~ 4.84 cm
4.84 ~ 7.69 cm
7.69 ~ 19.3 cm
19.3 ~ 76.9 cm*)
77.0 ~ 133 cm
Sumber: Jaya 2009
Keterangan: *) panjang gelombang yang digunakan oleh citra ALOS PALSAR
10
Gambar 2 Peta lokasi penelitian di Provinsi Sumatera Utara.
11
(a)
(b)
Gambar 3 Citra ALOS PALSAR resolusi 50 meter; (a) Polarisasi HH,
dan (b) Polarisasi HV.
12
(a)
(b)
Gambar 4 Citra ALOS PALSAR resolusi 12.5 meter; (a) Polarisasi HH,
dan (b) Polarisasi HV.
13
Data yang digunakan berupa data citra ALOS PALSAR resolusi 50 meter
dan 12,5 meter tahun liputan 2009. ALOS (Advanced Land Observing Satellite)
adalah satelit milik pemerintah Jepang merupakan satelit generasi lanjutan dari
JERS-1 dan ADEOS yang dilengkapi dengan teknologi yang lebih maju, yaitu
teknologi yang mampu mengerjakan data dalam kapasitas yang sangat besar
dengan kecepatan tinggi dan kapasitas untuk menentukan posisi satelit dan
ketinggian yang lebih tepat. Satelit ALOS dilengkapi dengan sensor PALSAR
(Phased-Array type L-band Synthetic Aperture Radar) menggunakan frekuensi Lband untuk pengamatan cuaca dan permukaan daratan pada siang dan malam hari
(JAXA 2007). Karakteristik sensor PALSAR seperti tersaji pada Tabel 2.
Tabel 2 Karakteristik sensor PALSAR
Mode
Frekuensi
Lebar Kanal
Polarisasi
Incident Angle
Resolusi Spasial
Lebar Cakupan
Panjang bit
Data rata-rata
NE Sigma 0*2
S/A*2,*3
Akurasi
radiometrik
Ukuran Antena
Fine
ScanSAR
Polarimetric
(Experimenta
l mode)*1
1270 MHz (L - BAND)
14 MHz
14 MHz, 28 MHz
14 MHz
HH + HV atau
HH atau VV
HH + HV +
VV + VH
VH + VV
18 - 43 derajat
8 - 30 derajat
8 - 60 derajat 8 - 60 derajat
7 - 44 m
14 - 88 m
100 m (multi look)
24 - 89 m
40 - 70 km
40 - 70 km
250 - 350 km
20 - 65 km
5 bit
5 bit
5 bit
3 bit / 5 bit
240 Mbps
240 Mbps
120 Mbps,240 Mbps 240 Mbps
< - 23 dB (70 km)
< - 25 dB
< - 29 dB
< -25 dB (60 km)
< 16 dB (70 km)
< 21 dB
< 19 dB
< 21 dB (60 km)
scene: 1 dB / orbit: 1,5 dB
28 MHz
HH atau HV
AZ: 8.9 m x EL: 2,9 m
Sumber: JAXA (2007)
Catatan: PALSAR tidak dapat mengamati kawasan di luar 87,8º LU dan 75,9 º LS ketika
sudut off-nadir adalah 41,5º
* 1 karena konsumsi daya, waktu operasi akan dibatasi.
* 2 berlaku untuk off-nadir sudut 34,3º. (Fine mode), 34,1º (ScanSAR mode),
21,5º (polarimetrik mode)
* 3 level S/A dapat memburuk akibat perubahan teknik di PALSAR.
Data lainnya berupa peta Rupa Bumi Indonedia (RBI). Peralatan yang
digunakan adalah Global Positioning System (GPS), kompas, clinometer, pita
ukur, phi-band, kamera digital yang dilengkapi dengan lensa fisheye, dan
14
notebook. Software yang digunakan untuk pengolahan dan analisis citra berbasis
GIS (ArcView 3.2 dan Erdas Imagine 9.1), software Hemiview 2.1 untuk
menghitung nilai leaf area index (LAI) serta software pengolah data Microsoft
Excel dan SPSS Statistics 17.0.
2.3 Tahapan Penelitian
2.3.1 Tahap Persiapan
Kegiatan
yang dilakukan pada tahap
persiapan
yaitu melakukan
pengumpulan data dan literatur yang meliputi:
1) data citra ALOS PALSAR resolusi 50 meter (Gambar 3) dan resolusi 12,5
meter liputan tahun 2009 (Gambar 4),
2) peta Rupa Bumi Indonesia (RBI), dan
3) buku-buku, laporan atau jurnal yang menunjang penelitian.
Tahapan penelitian secara singkat tersaji dalam Tabel 3.
Tabel 3 Tahapan kegiatan, input, proses dan output pada kegiatan penelitian
Kegiatan
Input
Proses
Output
1. Tahap persiapan - Pengumpulan data citra, Pengumpulan data dari JAXA, peta RBI dan
Bakosurtanal, laboratorium
penelusuran literatur
remote sensing FAHUTAN IPB, Perpustakaan IPB,
download di internet dan
sumber lain
-
Citra PALSAR res.
50m & 12,5m ‘09
Peta RBI skala 1 :
50.000
Peta adm. wilayah
Buku-buku, jurnal
& laporan
2. Pra-pengolahan - Citra ALOS PALSAR - Mozaik citra & clip area
citra
resolusi 50m & 12,5 m - Filtering citra
tahun 2009
Citra ALOS
PALSAR
- Peta kebun Kelapa
3. Pengolahan citra - Citra ALOS PALSAR - Pembuatan band sintetis
Sawit dan Karet,
hasil pra pengolahan;
- Klasifikasi tidak terbimbing
resolusi 50m dan 12,5m - Menghitung nilai backscatter - Titik plot contoh
( ° =10 x log10 (DN2) + CF) - Backscatter citra
- penentuan titik plot contoh
4. Pengambilan
- Peta kebun Kelapa Sawit - Pembuatan plot contoh
Titik-titik plot dan
data lapangan
& Karet
lingkaran; radius 17,85 m
data dimensi
(tan.
tua),
11,8m
(tan.
remaja)
tanaman
- Titik plot contoh
dan 7,9m (tan. muda)
- Pengukuran dan pencatatan
data dimensi tanaman
n ¼.π .D²
5. Pengolahan data - Titik plot contoh &
Peubah-peubah
lapangan
data dimensi tanaman
dimensi tanaman
a) LBDS = i=1
Lp
siap di analisis
- Persamaan alometrik
n ¼.π .D².H
Kelapa Sawit & Karet
b) V = i=1
Lp
15
Tabel 3 (lanjutan)
c) LTjk =
2
n
i =1¼.π .D tjk
Lp
d) Rasio jarak tan. & luas
tajuk:
Rtjk =
e) Biomassa Karet (W):
2.4440
n
i =1 0,0124 * D
=
Lp
f) Biomassa Sawit (W):
f.1diameter dgn pelepah
=
-5 1,51 1,33
n
H
i =1 2,14exp D
Lp
f.2 diameter tanpa pelepah
-5
n 7,08exp Dp
= i=1
1,11 1,47
H
Lp
g) Nilai LAI (dengan software
Hemiview 2.1)
6. Analisis data
- Nilai backscatter citra
ALOS PALSAR
- Peubah dimensi
tanaman yang
berpengaruh
Penentuan variabel yang
mempengaruhi nilai
backscatter;
- Analisis korelasi,
- Analisis diskriminan
Klasifikasi kelas perkebunan
karet & kelapa sawit
berdasarkan peubah dimensi
tanaman
Dimensi tanaman
yg mempengaruhi
nilai backscatter
Kelas klasifikasi
dimensi tanaman
perkebunan karet &
kelapa sawit
2.3.2 Pra-Pengolahan Citra
2.3.2.1 Mozaik dan Pemotongan Citra
Mozaik citra dilakukan karena lokasi penelitian ini terdiri dari dua scene
(lembar) citra sehingga perlu dilakukan penggabungan untuk mendapatkan satu
lembar citra yang kompak. Citra yang telah digabung kemudian dipotong kembali
(cropping) sesuai luas areal penelitian yang akan dilaksanakan. Hasil mozaik citra
seperti disajikan pada Gambar 5.
16
(a)
(b)
(c)
Gambar 5 Citra mozaik; (a) dan (b) sebelum dimozaik, (c) citra setelah mozaik
dan dipotong ukuran lokasi penelitian.
2.3.2.2 Filtering Citra
Data citra ALOS PALSAR biasanya mengalami pelemahan (fading) dan
speckle yang merupakan gangguan (noise) yang mempengaruhi kualitas citra dari
sebuah sistem pencitraan yang koheren. Proses gangguan dapat terjadi secara
konstruktif maupun destruktif yang terlihat dalam citra sebagai cerah dan gelap
sekaligus (JICA & IPB 2010). Jika kondisi ini mengganggu dalam proses
klasifikasi perlu dilakukan langkah-langkah perbaikan dengan melakukan speckle
17
suppression (filtering citra) yaitu proses untuk mengurangi atau menghilangkan
bintik yang terjadi pada citra radar.
Pada penelitian ini untuk citra ALOS PALSAR resolusi 50 meter tidak
dilakukan filtering karena tidak mengalami gangguan (noise). Sedangkan untuk
resolusi 12,5 meter dilakukan filtering menggunakan frost filter dengan kernel
berukuran 7x7 (Gambar 6).
X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7
Y1
Y2
piksel tujuan (X0, Y0)
Y3
Y4
Y5
Y6
Y7
Gambar 6 Kernel ukuran 7x7 untuk frost filter pada citra resolusi 12,5 meter.
Frost filter menggantikan nilai piksel tujuan dengan j