PEMANFAATAN METODE INSAR UNTUK PEMANTAUAN AKTIVITAS GUNUNG ... · PDF filedilakukan di...

PEMANFAATAN METODE INSAR

UNTUK PEMANTAUAN AKTIVITAS GUNUNG SEMERU

TUGAS AKHIR

Karya ilmiah yang diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar

SARJANA TEKNIK

pada Program Studi Teknik Geodesi dan Geomatika

oleh

Nur Mujid Abdullah

15108044

PROGRAM STUDI TEKNIK GEODESI DAN GEOMATIKA

FAKULTAS ILMU DAN TEKNOLOGI KEBUMIAN

INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG

2012

LEMBAR PENGESAHAN

Tugas Akhir Sarjana

PEMANFAATAN METODE INSAR UNTUK PEMANTAUAN AKTIVITAS

GUNUNG SEMERU

Adalah benar dibuat oleh saya sendiri dan belum pernah dibuat dan diserahkan

sebelumnya baik sebagian atau seluruhnya, baik oleh saya maupun orang lain, baik

di ITB maupun institusi pendidikan lainnya.

Bandung, September 2012

Penulis,

Nur Mujid Abdullah

NIM 15108044

Diperiksa dan disetujui oleh

Pembimbing I,

Dr. Ir. Dina Anggreni Sarsito, MT.

NIP 19700512 199612 2 001

Pembimbing II,

Teguh Purnama Sidiq, ST., MT.

Disahkan oleh

Ketua Program Studi Teknik Geodesi dan Geomatika

Fakultas Ilmu dan Teknologi Kebumian

Institut Teknologi Bandung

Dr. Ir. Kosasih Prijatna, M. Sc.

NIP 19600702 198810 1 001

i

ABSTRAK

Indonesia terletak pada 6o LU hingga 11

o LS dan 95

o BT hingga 141

o BT yang

memiliki iklim tropis serta dilalui jalur “Ring of fire”(daerah yang memiliki banyak

gunungapi aktif). Hal itu terbukti dengan kepemilikan gunungapi aktif Indonesia

sebanyak 129 gunungapi. Hal ini berarti Indonesia berada di daerah yang rawan

bencana akibat letusan gunungapi. Untuk mengurangi dampak dari bencana yang

dapat terjadi kapan saja itu, perlu dilakukan mitigasi. Dalam rangka mitigasi tersebut

terdapat pokok bagian yang penting, yaitu pemantauan aktivitas gunungapi. Banyak

metode yang dapat digunakan untuk pemantauan gunungapi. Salah satunya adalah

secara geodetik menggunakan teknologi InSAR.

Penelitian ini menerapkan teknologi InSAR untuk memantau aktivitas Gunung

Semeru, Jawa Timur, Indonesia. Sebanyak 8 data ALOS PALSAR level 1.0 dari

Oktober 2009 hingga Februari 2011 digunakan dalam penelitian ini. Metode

pengolahannya dengan menggunakan metode two-pass dengan model tinggi

digitalnya dari SRTM3. Perangkat lunak yang digunakan untuk pengolahannya

adalah GMTSAR.

Setelah dilakukan pengolahan, diperoleh 7 interferogram dengan memasangkan data

yang memiliki interval data terpendek. Interferogram yang terbentuk ternyata masih

memiliki kesalahan yang besar dari fase orbit dan atmosfer sehingga tidak dapat

dianalisis hubungan antara aktivitas Gunung Semeru dengan hasil yang diperoleh.

Hal ini menunjukkan GMTSAR masih perlu dikembangkan agar dapat digunakan

untuk memantau aktivitas gunungapi dengan teknologi InSAR.

Kata kunci : InSAR, Gunung Semeru, GMTSAR

ii

ABSTRACT

Indonesia is located on 6o North to 11

o South and 95

oto 141

o East which in tropical

region as well as in the path of Ring of Fire (where the active volcanoes are). It is

proven by the number of volcanoes in Indonesia is 129 volcanoes. It means

Indonesia is vulnerable to volcano hazards. In order to minimalize the victims, there

have to be mitigation. In mitigation processes, monitoring volcanoes activities are

one of the most important things. There are many methods to monitor volcanoes

activities. One of them is geodetic method utilizing InSAR technology.

This research applied InSAR technology to monitor the activities of Semeru volcano,

East Java, Indonesia. Eight ALOS PALSAR data level 1.0 from October 2009 till

February 2011 is used. Processing method is two-pass method which use SRTM3 as

digital elevation model. The processing software is GMTSAR.

After the processing, there are 7 interferograms from the shortest time interval data

pairs. The interferograms still contain some errors from orbit and atmosphere so the

correlation between volcano activities and the interferograms cannot be analyzed.

This means GMTSAR still need to be improved so that it can be used for volcano

activities monitoring using InSAR technology.

Key words: InSAR, Semeru Volcano, GMTSAR

iii

PRAKATA

Penulis senantiasa bersyukur kepada Allah Swt yang selalu memberikan

rahmat dan hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian tugas

akhir yang judul Pemanfaatan Metode InSAR untuk Pemantauan Aktifitas Gunung

Semeru. Tugas akhir ini merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana

(S1) Program Studi Teknik Geodesi dan Geomatika Institut Teknologi Bandung.

Penelitian dalam tugas akhir ini menjelaskan pengolahan data SAR (Synthetic

Aperture Radar) dari satelit ALOS PALSAR untuk mendapatkan peta deformasi

Gunung Semeru. Penelitian ini dilakukan karena ketertarikan penulis pada

pengolahan data SAR untuk kebutuhan deformasi yang masih belum banyak

dilakukan di Indonesia.

Pada kesempatan ini, penulis mengucapkan terima kasih kepada:

1. Dosen pembimbing I, Ibu Dr. Ir. Dina Anggreni Sarsito, M. Sc.. Terima kasih

atas bantuannya dimulai dari penyusunan proposal sampai penyelesaian tugas

akhir ini, serta terima kasih atas bimbingan dan perhatian yang ibu berikan

selama penulis mengerjakan penelitian tugas akhir ini.

2. Dosen pembimbing II, Bapak Teguh Purnama Sidiq, ST., MT.. Terima kasih

atas masukan yang bapak berikan untuk penyelesaian tugas akhir ini.

3. Dosen wali akademik, Bapak Dr. Ir. Irwan Meilano, M. Sc., yang telah

memberikan arahan dan semangat pada penulis untuk selalu melakukan yang

terbaik dengan tetap berpegang pada aturan yang berlaku dan menilai pada

kemampuan yang penulis miliki.

4. Dosen - dosen penguji dalam ujian tugas akhir, Bapak Irwan Meilano, Bapak

Irwan Gumilar, dan Ibu Estu Krisnawati atas koreksi-koreksi yang membangun

untuk kemajuan penulisan tugas akhir ini.

5. Bapak Ketua Program Studi Geodesi dan Geomatika ITB, Bapak Dr. Ir. Kosasih

Prijatna, M. Sc.

6. Seluruh dosen Program Studi Teknik Geodesi dan Geomatika ITB atas ilmu

yang engkau berikan.

7. Mr. David Sanwell yang bersedia menuntun saat penulis mendapati kebuntuan,

Pak Agustan yang telah menyelakan waktunya memberikan pelatihan perangkat

iv

lunak yang digunakan dalam penelitian ini, dan Bu Estu atas data SAR Gunung

Semeru serta rekan – rekan laboratorium GREAT, Pak Didik, Pak Zul, Bang

Rino, Pak Fajri, Bang Ruben, Bro Ardi, Bro Din, Bang Rian, Mbak Iktri, Pak

Bayu, Ajeng, The Rian, dan masih banyak lagi yang tidak dapat disebutkan satu

persatu.

8. Pak Dudung, Pak Dudi Sahrudin, Pak Ujum, Bu Siti, Pak Dudi Lab.

Surkad, Pak Ule, Pak Dadang, Pak Akmad, dan staf di Teknik Geodesi dan

Geomatika ITB yang tidak dapat disebutkan satu-persatu.

9. Dosen dan staff FITB dan ITB yang tidak dapat disebutkan satu persatu.

10. Wicak, Oma, Bad_ak, Fandi, Gebi, Legi, HenKur, Mail dan semua IMG 2008,

terimakasih telah menjadi teman yang bukan sekedar teman selama di IMG.

11. IMG 2005, IMG 2006, dan IMG 2007, terimakasih atas kesediaannya menerima

dan membimbing kami.

12. IMG 2009, IMG 2010, dan IMG 2011 terus berjuang, kalianlah kebanggaan

kami.

13. Gilang, Risa, Muti dan semua teman – teman FITB01, selamat berjuang kawan

sukse selalu.

14. Dan pastinya orang tua tercinta yang selalu mencintai dan menghargai dalam

suka maupun duka.

15. Penghuni dan mantan penghuni TH 181/56 RT 02 RW 08, ibu kos, dan tetangga

serta ibu yang punya warung.

16. Semua pihak telah membantu dan tidak dapat disebutkan satu persatu. Semoga

Allah Swt membalasnya dengan yang lebih baik. Amin.

Penulis berharap penulisan penelitian tugas akhir ini berguna bagi para

peminat keilmuan tentang InSAR, Gunungapi, Deformasi, pemrograman berbasis

open source serta untuk mitigasi bencana alam yang banyak terjadi di Indonesia.

Bandung, September 2012

Penulis

v

DAFTAR ISI

LEMBAR PENGESAHAN

ABSTRAK ............................................................................................................. i

ABSTRACT ............................................................................................................ ii

PRAKATA ........................................................................................................... iii

DAFTAR ISI .......................................................................................................... v

DAFTAR GAMBAR .......................................................................................... vii

DAFTAR TABEL ................................................................................................ ix

DAFTAR LAMPIRAN .......................................................................................... x

DAFTAR SINGKATAN DAN SIMBOL ............................................................ xi

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang .............................................................................................. 1

1.2 Maksud dan Tujuan ...................................................................................... 3

1.3 Ruang Lingkup ............................................................................................. 3

1.4 Manfaat Penelitian ........................................................................................ 3

1.5 Metodologi Penelitian ................................................................................... 4

1.6 Sistematika Penulisan ................................................................................... 6

BAB II TEORI DASAR

2.1 Synthetic Aperture Radar (SAR) ................................................................. 7

2.2 InSAR ........................................................................................................... 9

2.3 Differential InSAR ..................................................................................... 11

2.4 Metode InSAR untuk Pengamatan Deformasi Gunungapi ......................... 16

2.5 Gambaran Umum Lokasi Studi (Gunung Semeru) ..................................... 19

BAB III PENGOLAHAN DATA SAR DENGAN GMTSAR

3.1 Sekilas Tentang GMTSAR ........................................................................... 24

3.2 Strategi Pengolahan Data pada GMTSAR .................................................... 25

3.3 Tahapan Pengolahan Data pada GMTSAR .................................................. 26

3.3.1 Pemilihan data ...................................................................................... 26

3.3.2 Pra-pengolahan ..................................................................................... 27

3.3.3 Pembentukan citra (Image Formation) ................................................ 29

vi

3.3.4 Transformasi koordinat DEM ............................................................. 30

3.3.5 Pembentukan interferogram ................................................................. 31

3.3.6 Filtering dan phase unwrapping .......................................................... 31

3.3.7 Georeferencing ..................................................................................... 32

3.4 Hasil Pengolahan Data SAR Gunung Semeru .............................................. 32

3.4.1 Data ...................................................................................................... 33

3.4.2 Hasil pengolahan .................................................................................. 34

BAB IV ANALISIS

4.1 Data ............................................................................................................... 38

4.2 Hasil .............................................................................................................. 40

4.3 Hubungan Aktivitas Gunung Semeru dengan Hasil ..................................... 52

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan ................................................................................................... 54

5.2 Saran ............................................................................................................. 55

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

Lampiran E Instalasi GMTSAR

vii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 Foto Gunung Semeru dari arah tenggara........................................... 2

Gambar 1.2 Diagram alir metodologi penelitian .................................................. 5

Gambar 2.1 Geometri sistem InSAR ................................................................. 10

Gambar 2.2 Alur pemrosesan pada teknik DInSAR .......................................... 12

Gambar 2.3 Efek atmosfer pada interferogam ................................................... 15

Gambar 2.4 Bentuk fringe pada deformasi gunungapi ...................................... 17

Gambar 2.5 Ilustrasi hubungan pergeseran LOS dengan inflasi deflasi

gunungapi ....................................................................................... 19

Gambar 2.6 Peta lokasi daerah studi (Gunung Semeru) .................................... 20

Gambar 2.7 Sejarah Aktivitas Gunung Semeru dari tahun 1818 hingga

2010 .......................................................................................... 22-23

Gambar 3.1 Strategi pengolahan data SAR dengan teknik DInSAR

pada GMTSAR ............................................................................... 25

Gambar 3.2 Plot waktu-baseline pada sekumpulan data SAR ........................... 27

Gambar 3.3 Contoh tampilan dari bagian citra .raw .......................................... 28

Gambar 3.4 Parameter hasil preprocessing dari citra IMG-HH-ALPSRP

197297020-H1.0__A ...................................................................... 29

Gambar 3.5 Ilustrasi fase relatif (a) menjadi fase mutlak (b) pada proses

unwrapping .................................................................................... 32

Gambar 3.6 Tampilan data DEM yang digunakan dalam penelitian ini ............ 34

Gambar 3.7 Hasil pengolahan citra SAR untuk pasangan

20091007_20091122 ................................................................ 36-37

Gambar 4.1 Hubungan data dengan aktivitas yang terekam .............................. 41

Gambar 4.2 Citra fase yang telah difilter pasangan 20091007-20091122 ......... 42

Gambar 4.3 Citra koherensi pasangan 20091007-20091122 ............................. 42

Gambar 4.4 Interferogram Gunung Semeru dan unwrap-nya pasangan

20091007-20091122 ...................................................................... 43

Gambar 4.5 Interferogram pasangan 20091122-20100722 ............................... 43



20091122-20100710 ...................................................................... 44

viii




20100710-20100825 ...................................................................... 46

Gambar 4.11 Interferogram pasangan 20100825-20101010 .............................. 46

Gambar 4.12 Citra koherensi pasangan 20100825-20101010 ............................ 47


20100825-20101010 ..................................................................... 47

Gambar 4.14 Citra koherensi pasangan 20101010-20101125 ............................ 48


Gambar 4.16 Potongan interferogram dan unwrap pasangan

20101010-20101125 ..................................................................... 49

Gambar 4.17 Interferogram pasangan 20101125-20110110 .............................. 49

Gambar 4.18 Citra unwrap yang belum dan telah di-detrend ............................ 50

Gambar 4.19 Citra unwrap bagian Gunung Semeru pasangan

20101125-20110110 ..................................................................... 50

Gambar 4.20 Interferogam pasangan 20110110-20110225 ................................ 51

Gambar 4.21 Hasil unwrap dan detrend pasangan 20110110-20110225 ........... 51

Gambar 4.22 Citra unwrap ter-detrend Gunung Semeru pasangan

20110110-20110225 ..................................................................... 52

Gambar 4.23 Hubungan aktivitas Gunung Semeru dengan hasil pengolahan .... 52

ix

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Rekaman aktivitas Gunung Semeru tahun 2009 hingga 2012 ........... 21

Tabel 3.1 Informasi data SAR Gunung Semeru ................................................. 33

Tabel 3.2 Panjang baseline dan beda waktu antar pasangan citra ...................... 35

Tabel 4.1 Perbandingan file PRM citra 20091007 dengan citra 20110110 . 39-40

x

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran A Karakteristik ALOS PALSAR dan PALSAR Data

A. 1 Karakteristik PALSAR

A. 2 Karakteristik Data PALSAR

Lampiran B Citra Beda Fase

B. 1 Pasangan 20091007-20091122

B. 2 Pasangan 20091122-20100710

B. 3 Pasangan 20100710-20100825

B. 4 Pasangan 20100825-20101010

B. 5 Pasangan 20101010-20101122

B. 6 Pasangan 20101122-20110110

B. 7 Pasangan 20110110-20110225

Lampiran C Citra Unwrap

C. 1 Pasangan 20091007-20091122

C. 2 Pasangan 20091122-20100710

C. 3 Pasangan 20100710-20100825

C. 4 Pasangan 20100825-20101010

C. 5 Pasangan 20101010-20101122

C. 6 Pasangan 20101122-20110110

C. 7 Pasangan 20110110-20110225

xi

DAFTAR SINGKATAN DAN SIMBOL

Dafar singkatan :

ALOS : Advanced Land Observing Satellite

BNPB : Badan Nasional Penanganan Bencana

BT : Bujur Timur

CEOS : Committee on Earth Observation Satellites

DEM : Digital Elevation Model

DInSAR : Differential Interferometric Synthetic Aperture Radar

DORIS : Delft Object-oriented Radar Interferometric Software

dpl : di atas permukaan air laut

EDM : Electronic Distance Measurement

EOS : Earth Observing Systems

ERS : European Remote Sensing Satellite

ESA : European Space Agency

ESDM : Energi dan Sumber Daya Mineral

FBD : Fine Beam Double Polarizations

FBS : Fine Beam Single Polarization

FFT : Fast Fourier Transform

GCP : Ground Control Point

GMT : Generic Mapping Tools

GMTSAR : Generic Mapping Tools Synthetic Aperture Radar

GPS : Global Positioning Systems

InSAR : Interferometric Synthetic Aperture Radar

I/Q : In-phase (real), Quadrature (imaginary)

LOS : Line of Sight

LS : Lintang Selatan

LU : Lintang Utara

MODIS : Moderate Resolution Imaging Spectradiometer

NASA : National Aeronautics and Spaces Administration

NetCDF : Network Common Data Form

NGA : National Geospatial-Intelligence Agency

OS : Operating System

PALSAR : Phase Array L-band Synthetic Aperture Radar

PC : Personal Computer

PRF : Pulse Repetition Frequency

PVMBG : Pusat Vulkanologi dan Mitigasi Bencana Geologi

Radar : Radio detection and ranging

SAR : Synthetic Aperture Radar

SLC : Single Look Complex

SNAPHU : Statistical-cost Network flow Algorithm for Phase Unwrapping

SRTM : Shuttle Radar Topography Mission

SW : South West

SWST : Sampling Window Start Time

USGS : United States Geological Survey

VAAC : Volcanic Ash Advisory Centre

WGS84 : World Geodetic Survey 1984

xii

Daftar Simbol :

ΔR : resolusi arah miring (m)

c : cepat rambat gelombang elektromagnetik di ruang hampa (m/s)

τ : panjang pulsa (s)

Δx : resolusi arah melintang (m)

θ : incidence angle (sudut pancaran)

: resolusi searah lintasan dengan antena sintetis

λ : panjang gelombang sinyal radar

r : jarak miring satelit ke target

d : panjang antena

y : besarnya medan listrik pada bidang elektromagnetik yang terekam

dalam SLC

A : amplitudo SLC

: fase SLC AM : amplitudo SLC master

AS : amplitudo SLC slave

: fase SLC master

: fase SLC slave

: beda fase antar SLC master dan slave pada titik G I : imajiner

R : riil

RM : jarak miring satelit ke target pada SLC master

RS : jarak miring satelit ke target pada SLC slave

B : panjang baseline

B|| : baseline sejajar

: baseline tegaklurus

: tinggi titik G di atas suatu referensi

: look angle pada titik G

α : sudut baseline satelit

: beda fase

: baseline tegaklurus untuk titik G

hG : tinggi ambiguitas titik G

: fase pada interferogram akibat topografi

: fase pada interferogam akibat kesalahan orbit

: fase pada interferogam akibat deformasi permukaan bumi

: fase pada interferogam akibat penundaan atmosfer

: fase pada interferogam akibat noise

DG : pergeseran titik G pada arah LOS

Vdisp : pergeseran titik arah vertikal

LOS : pergeseran LOS

: fase yang telah di-unwrap

PEMANFAATAN METODE INSAR UNTUK PEMANTAUAN AKTIVITAS GUNUNG ... · PDF filedilakukan di...

Documents

Transcript of PEMANFAATAN METODE INSAR UNTUK PEMANTAUAN AKTIVITAS GUNUNG ... · PDF filedilakukan di...