KARAKTERISTIK CITRA KARAKTERISTIK TITIK PANAS

Gambar 2.5 Citra Landsat komposit

2.4 KARAKTERISTIK CITRA

Dalam penginderaan jauh, citra berkaitan dengan representasi pictorial tanpa peduli media apa yang digunakan untuk mendeteksi dan merekam energi elektromagnetik Samsuri, 2004; hal 3. Pendapat lain mengemukakan bahwa secara definitif citra penginderaan jauh adalah gambaran suatu obyek dari pantulan atau pancaran radiasi elektromagnetik obyek, yang direkam dengan cara optik, elektro optik, optik mekanik, atau elektronik Purwadhi, 2001; hal 22. Normalnya foto dapat direkam diluar dari range panjang gelombang 0,3 m sampai 0,9 m. Semua foto dapat dikategorikan sebagai citra tetapi tidak semua citra dapat dikatakan foto. Sebuah citra terbentuk dalam format digital yang tersusun dari beberapa unsur gambar atau disebut piksel Samsuri, 2004; hal 3. Tingkat kecerahan piksel ini direpresentasikan oleh nilai numerik atau DN Digital Number pada masing- masing piksel. Sensor secara elektronik merekam energi elektromagnetik sebagai sekumpulan DN Digital Number yang akan menyusun gambar. 19

2.5 KARAKTERISTIK CITRA SATELIT SECARA UMUM

Untuk informasi yang detail skala besar dapat menggunakan citra satelit Quickbird, Ikonos, dan SPOT. Untuk informasi regional skala menengah dapat menggunakan citra satelit SPOT, Aster, dan Landsat. Untuk informasi global skala kecil dapat menggunakan citra satelit NOAA National Oceanic and Atmospheric Administration dan MODIS Moderate Resolution Imaging spectroradiometer . Salah satu satelit yang sangat terkenal adalah satelit NOAA- AVHRR National Oceanic and Atmospheric Administration – Advanced Very High Resolution radiometer yang dikembangkan oleh lembaga antariksa Amerika NASA sejak tahun 1978 untuk pemantauan iklim dan kelautan global Anonim, 2007.

2.5.1 Resolusi Spasial

Resolusi spasial adalah ukuran obyek terkecil yang masih dapat disajikan, dibedakan, dan dikenali pada citra Purwadhi, 2001, hal 18. Semakin kecil ukuran obyek yang dapat direkam, semakin baik kualitas sensornya. Contoh: bila sebuah sensor memiliki resolusi spasial 20 meter, maka citra yang dihasilkannya ditampilkan dengan resolusi penuh, maka setiap piksel mewakili luasan area 20 x 20 meter di lapangan. Semakin tinggi resolusinya, maka semakin kecil area yang dapat dicakupnya. Contoh lain seperti satelit NOAA National Oceanic and Atmospheric Administration yang merupakan satelit yang berfungsi mengamati lingkungan dan cuaca dengan ketinggian 850 Kilometer. Luas liputan AVHRR Advanced Very High Resolution radiometer setara dengan 3000 x 20 3000 Kilometer permukaan bumi. Kelebihan lainnya, sensor AVHRR Advanced Very High Resolution radiometer dapat dimanfaatkan dalam pemantauan kondisi lingkungan suatu areal pengamatan secara kontinyu dalam suatu periode.

2.5.2 Resolusi Spektral

Resolusi spektral merupakan daya pisah obyek berdasarkan besarnya spektrum elektromagnetik yang digunakan untuk perekaman data Purwadhi, 2001; hal 19. Semakin sempit panjang gelombang, resolusi spektral akan menjadi semakin tinggi, sebagai contoh dapat dilihat tabel 2.1. Tabel 2.1 Karakteristik sensor AVHRR dan fungsi masing-masing band pada NOAA Band Spektrum Radiasi Panjang Gelombang m Pemanfaatan 1 Visibel 0,58 – 0,68 Berpotensi dalam perhitungan albedo permukaan bumi dan puncak awan, mendeteksi kondisi permukaan darat dan laut, memantau kondisi vegetasi, mendeteksi lapisan salju dan es di muka bumi dan mendeteksi jenis awan tertentu 21 Tabel 2.1 lanjutan Band Spektrum Radiasi Panjang Gelombang m Pemanfaatan 2 Inframerah dekat 0,728 – 1,10 Berpotensi dalam pemantauan kondisi vegetasi, deteksi es dan salju di muka bumi, dan komputasi albedo permukaan bumi atau puncak awan 3B Inframerah sedang 3,550 – 3,930 Digunakan dalam estimasi temperatur permukaan laut atau darat, mendeteksi distribusi awan pada pengamatan malam hari, mendeteksi daerah hutan yang rawan kebakaran dan mendeteksi titik panas 22 Tabel 2.1 lanjutan Band Spektrum Radiasi Panjang Gelombang m Pemanfaatan 4 Inframerah jauh 10,30 – 11,30 Berpotensi dalam ekstraksi parameter temperatur permukaan bumi atau laut, mendeteksi awan, mengestimasi temperatur puncak awan dan pemantauan bencana alam seperti letusan gunung berapi 5 Inframerah jauh 11,50 – 12,50 Berpotensi dalam ekstraksi parameter temperatur permukaan bumi atau laut, mendeteksi awan, mengestimasi temperatur puncak awan dan pemantauan bencana alam seperti letusan gunung berapi 23

2.5.3 Resolusi Temporal

Resolusi temporal ditunjukkan dengan seringnya citra merekam suatu daerah yang sama Samsuri, 2004; hal 4. Contoh : jika citra Landsat TM melewati suatu daerah yang sama sebanyak 16 hari sekali, sedangkan NOAA National Oceanic and Atmospheric Administration dapat 2 kali sehari melewati daerah yang sama di permukaan bumi. Oleh kerena itu resolusi temporal NOAA National Oceanic and Atmospheric Administration lebih tinggi daripada Landsat TM.

2.5.4 Resolusi Radiometrik

Resolusi radiometrik ditunjukkan oleh jumlah nilai data yang dimungkinkan pada setiap band Samsuri, 2004; hal 4. Hal ini ditunjukkan dengan jumlah bit perekaman. Contoh pada Landsat TM mencakup 8 bit, sehingga jumlah nilai data pada spektral untuk setiap piksel adalah 0 sampai 255. Untuk satelit NOAA National Oceanic and Atmospheric Administration mencakup 10 bit, sehingga jumlah nilai data pada spektral untuk setiap piksel adalah 0 sampai 1.023. Resolusi ini lebih tinggi dibanding dengan Landsat TM.

2.6 KARAKTERISTIK CITRA SATELIT TERRA-MODIS

Pada tahun 1999, NASA National Aeronautics and Space Administration meluncurkan satelit Terra dan Aqua yang membawa sensor MODIS Moderate Resolution Imaging Spectro-radiometer. Kedua satelit 24 tersebut melengkapi sistem pemantauan titik panas menggunakan satelit, sehingga dapat diperoleh informasi pada jam-jam yang berbeda. MODIS Moderate Resolution Imaging spectroradiometer adalah sensor utama pada satelit Terra dan satelit Aqua yang mengorbit bumi secara polar arah utara selatan pada ketinggian 705 Kilometer dan melewati garis khatulistiwa pada jam 10:30 dan pada jam 22:30 waktu lokal Justice, 2006; hal 1. Lebar cakupan lahan pada permukaan bumi setiap putarannya sekitar 2330 Kilometer. Pantulan gelombang elektromagnetik yang diterima sensor MODIS Moderate Resolution Imaging spectroradiometer sebanyak 36 band 36 interval panjang gelombang, mulai dari 0,620 m sampai 14,385 m 1 m = 11.000.000 meter. MODIS Moderate Resolution Imaging spectroradiometer merupakan citra satelit hiperspektral generasi baru di gunakan untuk pengamatan daratan dan perairan. Citra satelit MODIS Moderate Resolution Imaging spectroradiometer merupakan salah satu sensor yang dimiliki oleh EOS Earth Observing System dan dibawa oleh dua wahana yaitu Terra yang diluncurkan pada 18 Desember 1999 dan Aqua pada tanggal 4 Mei 2002 Darmawan, 2006. Sensor MODIS Moderate Resolution Imaging spectroradiometer merupakan turunan dari sensor AVHRR Advanced Very High Resolution Radiometer, SeaWIFS Sea Viewing Wide Field of view sensor , dan HIRS High Resolution Imaging Spectrometer yang dimiliki EOS yang sebelumnya telah mengorbit Darmawan, 2006. Layaknya sebuah kamera, satelit-satelit tersebut menangkap citra atau memotret bumi dengan sensor-sensor optiknya. Namun sensor yang digunakan 25 memotret bumi dengan gelombang infra merah dan termal infra merah, karena itu suhu permukaan bumilah yang terpantau oleh sensor tersebut. Dengan berbagai formula yang diterapkan di berbagai stasiun pemantau, jumlah titik panas yang terpantau juga cenderung berbeda-beda. Sebagai contoh data titik panas NOAA National Oceanic and Atmospheric Administration menerapkan ambang batas 318 Kelvin Kelvin = Celcius + 273 atau setara dengan 45 Celcius Anonim, 2007. Artinya adalah jika suatu daerah yang dipantau oleh satelit memiliki suhu diatas ambang batas tersebut, maka areal tersebut terdeteksi sebagai titik panas. Sementara itu MODIS Moderate Resolution Imaging spectroradiometer menerapkan ambang batas suhu yang lebih tinggi yaitu sebesar 320 Kelvin atau sekitar 47 Celcius Anonim, 2007. Sehingga secara teori, jumlah titik panas NOAA National Oceanic and Atmospheric Administration yang cenderung lebih banyak dibandingkan data titik panas MODIS Moderate Resolution Imaging spectroradiometer , jika waktu pemantauannya sama. Namun demikian pemantauan kebakaran melalui satelit juga memiliki beberapa kelemahan. Sensor optik satelit-satelit tersebut tidak mampu menembus awan, sehingga kebakaran yang terjadi di bawahnya tidak dapat terdeteksi. Adapun kelebihan dari MODIS Moderate Resolution Imaging spectroradiometer berupa kalibrasi radiometrik, spasial dan spektral dilakukan waktu mengorbit, peningkatan akurasi atau presisi radiometrik dan peningkatan akurasi posisi geografis. Dikarenakan resolusi spasial citra satelit MODIS Moderate Resolution Imaging spectroradiometer hanya mampu menghasilkan informasi dengan skala global 1:500.000 s.d. 1:1.000.000. MODIS Moderate 26 Resolution Imaging spectroradiometer memiliki beberapa kelebihan dibanding NOAA-AVHRR National Oceanic and Atmospheric Administration – Advanced Very High Resolution radiometer . Diantara kelebihannya adalah lebih banyaknya spektral panjang gelombang resolusi radiometrik dan lebih telitinya cakupan lahan resolusi spasial Mustafa, 2004. Sensor MODIS Moderate Resolution Imaging spectroradiometer dapat digunakan dalam riset untuk pendeteksian kebakaran hutan, pendeteksian perubahan tutupan lahan dan pengukuran suhu permukaan bumi.

2.6.1 Resolusi Spasial

Kelebihan dari sensor MODIS Moderate Resolution Imaging spectroradiometer dibandingkan dengan sensor global lainnya adalah dalam hal resolusi spasial 250 meter, 500 meter dan 1 Kilometer Steber, 2007; hal 6. Resolusi spasial citra satelit MODIS Moderate Resolution Imaging spectroradiometer hanya mampu menghasilkan informasi dengan skala global 1:500.000 sampai dengan 1:1.000.000 Darmawan, 2006.

2.6.2 Resolusi Spektral

MODIS Moderate Resolution Imaging spectroradiometer mempunyai 36 band atau saluran spektral dapat dilihat pada tabel 2.2, yang terbagi menjadi 2 dua gelombang yaitu gelombang reflektif dan gelombang emisif. Gelombang Reflektif cocok untuk mengamati daratan yang membutuhkan transmisi atmosfer tinggi, sedangkan gelombang emisif cocok untuk mengamati daratan yang membutuhkan penyerapan atmosfer rendah Steber, 2007; hal 8. Namun band atau saluran spektral MODIS 27 Moderate Resolution Imaging spectroradiometer yang dapat digunakan untuk mendeteksi kebakaran aktif terdapat pada tabel 2.3. Tabel 2.2 MODIS mempunyai 36 saluran spektral untuk memotret darat, laut, dan atmosfer dari jarak jauh Steber, 2007 Gelombang Reflektif Band Panjang Gelombang µm Penggunaan 1, 2 0.645, 0.865 Vegetasi darat atau batas awan 3, 4 0.470, 0.555 Darat atau properti awan 5 - 7 1.24, 1.64, 2.13 Darat atau properti awan 8 - 10 0.415, 0.443, 0.490 Warna laut atau klorofil 11 - 13 0.531, 0.565, 0.653 Warna laut atau klorofil 14 - 16 0.681, 0.75, 0.865 Warna laut atau klorofil 17 - 19 0.905, 0.936, 0.940 Penguapan air atmosfer 26 1.375 Awan cirrus Gelombang Emisif Band Panjang Gelombang µm Penggunaan 20 – 23 3.750, 3.9592, 4.050 Suhu permukaan atau awan 24, 25 4.465, 4.515 Suhu atmosfer 27, 28 6.715, 7.325 Uap air 29 8.550 Suhu permukaan atau awan 30 9.730 Ozon 31, 32 11.030, 12.020 Suhu permukaan atau awan 33 – 34 13.335, 13.635 Properti puncak awan 35 – 36 13.935, 14.235 Properti puncak awan 28 Tabel 2.3 Saluran MODIS dapat digunakan untuk mendeteksi kebakaran aktif Steber, 2007 Band Panjang Gelombang µm Kegunaan Saluran 1 0,620 – 0,670 Menolak sunglint, menolak tanda kebakaran palsu dan balutan awan 2 0,841 – 0,876 Menolak sunglint, menolak tanda kebakaran palsu dan balutan awan 7 2,105 – 2,155 Menolak sunglint dan menolak tanda kebakaran palsu 20 3,660 – 3,840 Saluran jangkauan untuk deteksi kebakaran aktif 330 Kelvin 21 3,929 – 3,989 Saluran jangkauan tinggi untuk deteksi kebakaran aktif 500 Kelvin 22 3,929 – 3,989 Saluran jangkauan rendah untuk deteksi kebakaran aktif 331 Kelvin 31 10,780 – 11,280 Latar belakang suhu untuk deteksi kebakaran tertentu dan balutan awan 340 Kelvin 32 11,770 – 12,270 Balutan awan 388 Kelvin Kurva pada gambar 2.6 menunjukkan adanya pergeseran puncak distribusi radiasi benda hitam ke arah panjang gelombang yang semakin pendek apabila suhunya naik Lillesand dan Kiefer, 1997; hal 7. Dapat diketahui bahwa panjang gelombang dengan pancaran maksimum berbanding terbalik terhadap suhu absolut benda pemancarnya. Contohnya apabila sebuah logam seperti sepotong besi dipanasi, ketika besi tersebut bertambah panas, benda tersebut mulai bersinar dan warnanya berubah 29 secara berurutan ke arah panjang gelombang yang pendek, yaitu dari warna merah bata ke arah oranye, kuning, dan kadang-kadang ke arah warna putih. Gambar 2.6 Panjang gelombang yang cocok untuk mendeteksi kebakaran Matahari memancarkan dengan cara yang sama seperti sebuah radiator benda hitam, kurva pancaran matahari dengan suhu 6000 Kelvin mencapai radiasi maksimum pada panjang gelombang 0,5 m Lillesand dan Kiefer, 1997; hal 9. Oleh karena itu penginderaan jauh yang menggunakan matahari sebagai sumber tenaganya pada umumnya menggunakan spektrum tampak di sekitar panjang gelombang 0,5 m dan perluasannya. Sebaliknya bagi suhu permukaan bumi yaitu suhu permukaan obyek seperti tanah, air, dan vegetasi yang suhu rata-ratanya 300 Kelvin, pancaran maksimum tercapai pada panjang gelombang 9,7 m. Oleh karena ini berkaitan dengan 30 panas obyek di bumi, maka disebut tenaga inframerah termal Lillesand dan Kiefer, 1997; hal 9. Suhu kobaran api pada kebakaran liar biasanya sekitar 1000 Kelvin, namun karena satelit hanya mengukur area dengan luas 1 Km 2 dan ada pula penyerapan atmosfer, maka rata-rata suhunya sekitar 300 Kelvin sampai 500 Kelvin. Dari gambar 2.6 diatas, dapat dilihat bahwa pancaran maksimum pada suhu tersebut terjadi pada gelombang 4 mikrometer, Gelombang ini terdapat pada sensor MODIS Moderate Resolution Imaging spectroradiometer dan AVHRR Advanced Very High Resolution radiometer yang dapat digunakan untuk mendeteksi kebakaran. Pancaran radiasi darat, awan dan permukaan air pada panjang gelombang 4 mikrometer adalah antara 0,8 sampai 0,9 artinya bahwa bagian matahari yang tidak memancar pada panjang gelombang ini akan direfleksikan dan mempengaruhi sensor dan dapat menyebabkan deteksi kebakaran palsu. Kesalahan seperti ini tidak terjadi pada malam hari. Algoritma otomatis dapat menghitung semua faktor tersebut.

2.6.3 Resolusi Temporal

MODIS Moderate Resolution Imaging spectroradiometer mampu mendatangi lokasi yang sama sebanyak 1 sampai 2 kali setiap harinya dipermukaan bumi Anonim, 2007. Untuk sebuah satelit pemantau global, hal ini merupakan tingkat kunjungan dengan frekuensi tinggi atau dikenal dengan resolusi temporal yang tinggi. Karena itu kita bisa mendapatkan informasi penyebaran titik panas hotspot setiap hari. Hal 31 inilah yang menjadi salah satu alasan penting digunakannya citra satelit dengan resoulsi temporal harian di dalam pemantauan kebakaran secara global.

2.6.4 Resolusi Radiometrik

Data yang terkirim dari satelit Terra adalah dengan kecepatan 11 Mega bytes setiap detik dengan resolusi radiometrik 12 bit Mustafa, 2004. Artinya obyek dapat dideteksi dan dibedakan sampai 2 12 4.096 derajat keabuan grey levels. Peluang pemanfaatan data satelit generasi EOS Earth Observing System LAPAN, 2005: 1. Data satelit EOS Earth Observing System bersifat publik dan ditransmisikan tanpa bayar ke semua stasiun di dunia. 2. Software akusisi dan pengolahan datanya bersifat “open source” dan tersedia di berbagai website. Pengembangan modul aplikasinya di sesuaikan dengan minat : institusi, universitas atau kelompok peneliti di berbagai negara. 3. Sebagian algoritma dan software pengolahannya belum tervalidasi. Sehingga update terus berlangsung baik karena revisi algoritma, validasi software maupun karena standarisasi format. 4. Modul pengolahan data dengan algoritma yang telah di validasi dan bersifat “standalone” di publikasi melalui “Direct Broadcast”, dan untuk yang dalam proses pengembangan atau validasi, softwarenya di publikasi melalui “Institutional Algorithm”. 32 5. Hingga level tertentu, cukup ideal mengikuti perkembangan yang ada melalui proses integrasi dan adaptasi yang disesuaikan dengan kebutuhan. Produk level 1B MODIS Moderate Resolution Imaging spectroradiometer memiliki informasi geolokasi yang ditempatkan pada file terpisah, sehingga tampilan citra akan ”tidak benar” bila menggunakan modul penampil yang tidak mampu mengintegrasikan data citra dan informasi geometrik secara bersamaan LAPAN, 2005.

2.7 KARAKTERISTIK TITIK PANAS

Titik panas merupakan indikasi terjadinya kebakaran WWF Indonesia, 2007. Titik panas menunjukkan bahwa daerah tersebut mengeluarkan panas melebihi ambang batas yang sudah ditentukan sehingga tertangkap sensor panas satelit. Titik panas mempunyai nilai confidence yang dimaksudkan untuk membantu para pemakai mengukur mutu masing-masing nilai piksel api Giglio, 2007. Nilai confidence yang terkandung dalam MODIS Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer merupakan tingkatan-tingkatan rendah, sedang, dan tinggi suatu nilai piksel api Giglio, 2007. Nilai confidence ini mencakup antara 0 sampai dengan 100, dimana tingkatan rendah bernilai 0 sampai 30, tingkatan sedang bernilai 30 sampai 80, dan tingkatan tinggi bernilai 80 sampai dengan 100. 33 Tb k = __ _ β k ____ ln L k i, j- α k Dapat digambarkan pola pikir pengolahan titik panas dengan menggunakan beberapa persamaan seperti yang terlihat pada gambar 2.7 berikut. Karena data yang dipancarkan satelit dalam bentuk digital yang disebut radiometer count DN k , maka konversi radiansi L k dari radiometer count DN k dapat dilakukan melalui persamaan linier sebagai berikut: L k i, j = G k DN k i, j + I k . Sedangkan persamaan untuk konversi temperatur kecerahan dari radiansi adalah sebagai berikut: .Dimana nilai koefisien Gain, Intercept, α k dan β k didapat dari satelit. 34 Gambar 2.7 Pola pikir pengolahan 35 Keterangan: k = kanal atau band DN k i, j = radiometer count latitude, longitude L k i, j = radiansi latitude, longitude G k = koefisien Gain I k = Intercept Tb k = suhu kecerahan brightness temprorary α k dan β k = konstanta Setelah didapat nilai suhu kecerahan Tb k , selanjutnya adalah menentukan lokasi dan distribusi titik panas harian menggunakan data MODIS Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer dengan memanfaatkan data suhu kenampakan band 21 atau band 22 T 4 dan band 31 T 11 . Adapun kriteria penentuan titik panas yang digunakan adalah sebagai berikut: • Bukan titik panas, apabila: – T 4 315° Kelvin 305° Kelvin pada malam hari atau – Δ T 41 5° Kelvin 3° Kelvin pada malam hari • Titik panas, apabila satu dari lima kombinasi berikut dipenuhi: – { [T 4 T 4b + 4 δ T 4b atau T 4 320° Kelvin 315° Kelvin pada malam hari ] dan [ Δ T 41 Δ T 41b + 4 δΔT 4 1 b atau ΔT 41 20° Kelvin 10° Kelvin pada malam hari] } atau – {T 4 360° Kelvin 330° Kelvin pada malam hari } 36 Dimana: Δ T 41 = T 4 – T 11 T 4b = suhu kenampakan latar belakang background temperature band 4 µm, ................ yaitu suhu kenampakan dari piksel-piksel sekitarnya 21 x 21 piksel δ T 4b = standard deviasi suhu kenampakan latar belakang band 4 µ m Δ T 41b = T 4b – T 11b

2.8 KLASIFIKASI PENUTUPAN LAHAN