PRINSIP DASAR PENGINDERAAN JAUH DAN PENGGUNAANNYA DI

BIDANG KEBUMIAN

1. PENGINDERAAN JAUH

Teknologi penginderaan jauh merupakan pengembangan dari teknologi

pemotretan udara yang mulai diperkenalkan pada akhir abad ke 19.

Manfaat potret udara dirasa sangat besar dalam perang dunia pertama dan

kedua, sehingga cara ini dipakai dalam eksplorasi ruang angkasa. Sejak saat

itu istilah penginderaan jauh (remote sensing) dikenal dan menjadi populer

dalam dunia pemetaan . Eksplorasi ruang angkasa yang berlangsung sejak

tahun 1960 an antara lain diwakili oleh satelit-satelit Gemini, Apollo,

Sputnik, Solyus. Kamera presisi tinggi mengambil gambar bumi dan

memberikan informasi berbagai gejala dipermukaan bumi seperti geologi,

kehutanan, kelautan dan sebagainya. Teknologi pemotretan dan perekaman

permukaan bumi berkembang lebih lanjut dengan menggunakan berbagai

sistim perekam data seperti kamera majemuk, multispectral scanner,

vidicon, radiometer, spectrometer yang berlangsung sampai sekarang.

Bahkan dalam waktu terakhir ini alat GPS (Global Positioning System)

dimanfaatkan pula untuk merekam peta ketinggian dalam bentuk DEM

(Digital Elevation Model). Pada tahun 1972 satelit Earth Resource

Technology Satellite - 1 (ERTS-1), sekarang dikenal dengan Landsat, untuk

pertama kali diorbitkan Amerika Serikat. Satelit ini dikenal sebagai satelit

sumber alam karena fungsinya adalah untuk memetakan potensi sumber

alam dan memantau kondisi lingkungan. Para praktisi dari berbagai bidang

ilmu mencoba memanfaatkan data Landsat untuk menunjang program

pemetaan, yang dalam waktu pendek disimpulkan bahwa data satelit

tersebut potensial untuk menunjang program pemetaan dalam lingkup area

yang sangat luas. Sukes program Landsat diikuti oleh negara-negara lain

dengan diorbitkannya berbagai satelit sejenis seperti SPOT oleh Perancis,

IRS oleh India, MOSS dan Adeos oleh Jepang, ERS-1 oleh MEE (Masyarakat

Ekonomi Eropa) dan Radarsat oleh Kanada. Pada sekitar tahun 2000 sensor

berketelitian tinggi yang semula merupakan jenis sensor untuk

mata-mata/intellegence telah pula dipakai untuk keperluan sipil dan

diorbitkan melalui satelit-satelit Quickbird, Ikonos, Orbimage-3, sehingga

obyek kecil di permukaan bumi dapat pula direkam. Penggunaan data

satelit penginderaan jauh di bidang kebumian telah banyak dilakukan di

negara maju untuk keperluan pemetaan geologi, eksplorasi mineral dan

energi, bencana alam dan sebagainya. Di Indonesia penggunaan dalam

bidang kebumian belum sebanyak di luar negeri karena berbagai kendala,

diantaranya data satelit cukup mahal, memerlukan software khusus dan

paling utama adalah ketersediaan sumberdaya manusia yang terampil

sangat terbatas. Dalam pembahasan kali ini akan lebih ditekankan pada

perkembangan teknologi penginderaan jauh tanpa membahas prinsip

dasarnya secara mendalam, selain itu membahas mengenai prospek

penggunaannya untuk bidang geologi secara umum.

2. PRINSIP DASAR

Penginderaan jauh didefinisikan sebagai suatu metoda untuk mengenal

dan menentukan obyek dipermukaan bumi tanpa melalui kontak langsung

dengan obyek tersebut. Banyak pakar memberi batasan, penginderaan jauh

hanya mencakup pemanfaatan gelombang elektromaknetik saja, sedangkan

penginderaan yang memanfaatkan sifat fisik bumi seperti kemaknitan, gaya

berat dan seismik tidak termasuk dalam klasifikasi ini. Namun sebagian

pakar memasukkan pengukuran sifat fisik bumi ke dalam lingkup

penginderaan jauh. Pada dasarnya teknologi pemotretan udara dan

penginderaan jauh adalah suatu teknologi yang merekam interaksi

sinar/berkas cahaya yang berasal dari sinar matahari dan benda/obyek di

permukaan bumi. Pantulan sinar matahari dari benda/obyek di permukaan

bumi ditangkap oleh kamera/sensor, tiap benda/obyek memberikan nilai

pantul yang berbeda sesuai dengan sifatnya. Pada pemotretan udara

rekaman dilakukan dengan media seluloid/film, sedangkan penginderaan

jauh melalui media pita magnetik dalam bentuk sinyal-sinyal digital. Dalam

perkembangannya batasan tersebut menjadi tidak  jelas karena rekaman

potret udarapun seringkali dilakukan dalam bentuk digital pula. Sejarah

pemotretan udara telah berjalan cukup lama sejak awal abad 19 tetapi pada

pertengahan sampai akhir abad penggunaan semakin meningkat. Awal

tahun 2000 satelit –satelit dengan resolusi tinggi ( 1 – 5 meter) telah masuk

ke dalam pasar untuk kepentingan sipil.

A. Gelombang Elektromagnetik

Di dalam pemotretan udara dan penginderaan jauh sinar matahari

dijadikan sumber energi yang dimanfaatkan dalam “pemotretan” muka

bumi. Sinar matahari yang dipancarkan ke permukaan bumi sebagian

dipantulkan kembali ke angkasa, besarnya nilai pantul ditangkap/direkam

oleh kamera/scanner/alat perekam lain dalam bentuk sinyal energi. Benda –

benda di permukaan bumi yang berbeda sifatnya akan memantulkan nilai

(prosentase) pantulan yang berbeda dan direkam dalam bentuk sinyal

analog (potret) dan sinyal digital (angka) yang selanjutnya divisualisasikan

dalam bentuk gambar (citra). Perbedaan nilai pantul ini yang antara lain

digunakan untuk membedakan satu benda dengan benda lain pada

potret/citra.

Gambar 1. Skema umum penginderaan jauh

Sinar matahari disusun oleh berbagai berkas cahaya (gelombang

elektromaknit) mulai dari berkas cahaya gamma yang mempunyai panjang

gelombang pendek sampai gelombang radio yang mempunyai panjang

gelombang panjang seperti dapat dilihat pada gambar berikut:

Gambar 2. Selang panjang gelombang elektromagnet

Hanya sebagian kecil dari berkas cahaya dapat dilihat oleh mata

manusia, yaitu yang dikenal sebagai gelombang tampak (visible spectrum )

yang dapat dilihat pada warna pelangi. Berkas cahaya lain tidak kasat mata

tapi dapat direkam dalam bentuk citra. Perjalanan berkas cahaya matahari

ke permukaan bumi juga tidak mulus semua karena diganggu oleh gas – gas

yang terdapat di atmosfera. Sebagian berkas cahaya akan dipantulkan

kembali, sebagian diserap sehingga tidak sampai ke bumi. Berkas cahaya

yang ditransmisi menembus atmosfera dan sampai ke bumi hanya terdapat

pada selang cahaya tertentu, zona ini disebut sebagai jendela atmosfera

(atmospheric windows ). Zona inilah yang dimanfaatkan dalam teknologi

pemotretan dan penginderaan jauh.

B. Pemotretan Udara

Pemotretan udara pada umumnya menggunakan kamera dan film, dan

menghasilkan potret (data analog). Secara garis besar, pemotretan udara

dan hasil ikutannya dalam bentuk peta merupakan bidang kegiatan ilmu

geodesi yang dikenal dengan bidang fotogrametri. Bidang ini meliputi : (1).

Perencanaan pemotretan yang meliputi pemilihan kamera udara, disain

pemotretan, pemilihan film dan cara pemotretan. (2). Pemrosesan

laboratorium, meliputi pencetakan, penyusunan, pengarsipan potret. (3).

Pengolahan dan pemanfaatan seperti penggabungan potret (mosaik),

pembuatan peta topografi. Potret udara tidak seperti potret terestris biasa

tetapi harus memenuhi persyaratan khusus dan baku, antara lain : (1).

Dibuat dalam bentuk potret tegak (vertikal). Dalam hal tertentu pemotretan

kadang dibuat dalam posisi pada gambar miring (oblique), namun demikian

pada umumnya potret udara dibuat dalam bentuk potret tegak (vertikal)

seperti pada gambar:

Gambar 3. Bentuk potret vertikal

Potret udara pada umumnya digunakan untuk dua hal : (1). Untuk

membuat peta topografi dengan menggunakan peralatan yang khusus

dibuat untuk itu. Pekerjaan ini termasuk dalam bidang fotogrametri, yang

tidak dibahas dalam makalah ini. (2). Untuk pemetaan sumberdaya alam

seperti geologi, kehutanan, pertanian, sumberdaya air, bencana alam dan

sebagainya (peta-peta tematik). Peta tematik dibuat dengan cara

menafsirkan kenampakan pada potret udara sesuai dengan tujuannya

melalui pengenalan tanda-tanda yang khas dari obyek yang diamati. Ilmu ini

dikenal dengan penafsiran/interpretasi potret udara. Orang yang dapat

menafsirkan potret udara disebut sebagai penafsir potret udara atau photo

interpreter. Sebagai contoh kita bisa mengenal gunungapi karena

bentuknya yang seperti kerucut, adanya kepundan dipuncaknya, torehan

air/sungai berbentuk radial dan sebagainya. Kriteria penafsiran yang umum

terhadap obyek/gejala alam antara lain : (1). Bentuk dan ukuran obyek, (2).

Pola dan susunan obyek, (3). Tekstur dari obyek, (4). Hubungan/asosiasi

dengan obyek disampingnya, (4). Struktur dari obyek, (5). Warna, derajat

keabuan (grey level) akibat nilai pantul yang berbeda, (6). Kaitannya

dengan ulah kegiatan manusia dan sebagainya.

3. TEKNOLOGI PENGINDERAAN JAUH

Sistim penginderaan jauh mencakup beberapa komponen utama yaitu

(1). Cahaya sebagai sumber energi, (2). Sensor sebagai alat perekam data,

(3). Stasiun bumi sebagai pengendali dan penyimpan data, (4). Fasilitas

pemrosesan data, (5). Pengguna data. Secara diagramatik diperlihatkan

pada gambar berikut;

Gambar 4. Sistem penginderaan jauh

Di dalam teknologi penginderaan jauh dikenal dua sistim yaitu

penginderaan  jauh dengan sistim pasif (passive sensing) dan sistim aktif

(active sensing). Penginderaan dengan sistim pasif adalah suatu sistim yang

memanfaatkan energi almiah, khususnya energi (baca cahaya) matahari,

sedangkan sistim aktif menggunakan energi buatan yang dibangkitkan

untuk berinteraksi dengan benda/obyek. Sebagian besar data penginderaan

jauh didasarkan pada energi matahari. Alat perekam adalah sistim

multispectral scanner yang bekerja dalam selang cahaya tampak sampai

inframerah termal. Sistim ini sebagian besar adalah menggunakan sistim

optik. Jumlah saluran (channel atau band) berbeda dari satu sistim ke sistim

yang lain. Landsat 7 misalnya mempunyai 7 bands, SPOT 4 bands, ASTER 14

bands. Pada sistim hiperspektral jumlah saluran bahkan dapat mencapai

lebih dari 100.

Selain sistim pasif penginderaan dengan sistim aktif menggunakan

sumber energi buatan yang dipancarkan ke permukaan bumi dan direkam

nilai pantulnya oleh sensor. Sistim aktif ini biasanya menggunakan

gelombang mikro (micro wave) yang mempunyai panjang gelombang lebih

panjang dan dikenal dengan pencitraan radar (radar imaging). Sistim aktif

pada umumnya berupa saluran tunggal (single channel). Ia mempunyai

kelebihan dibandingkan dengan sistim optik dalam hal mampu menembus

awan dan dapat dioperasikan pada malam hari karena tidak tergantung

pada sinar matahari. Sistim aktif antara lain diterapkan pada Radarsat

(Kanada), ERS-1 (Eropa) dan JERS (Jepang).

3.1. Perekeman Data

Sensor yang dapat digunakan untuk perekam data dapat berupa

multispectral scanner, vidicon atau multispectral camera. Rekaman data

pada umumnya disimpan sementara di dalam alat perekam yang

ditempatkan di satelit kemudian dikirimkan secara telemetri ke stasiun

penerima bumi sebagai data mentah (raw data). Di stasiun bumi data

mengalami pemrosesan awal (pre-processing) seperti proses kalibrasi

radiometri, koreksi geometri sebelum dikemas dalam bentuk format baku

yang siap untuk dipakai pengguna (users).

Pengguna data pada umumnya adalah masyarakat umum dengan

tidak ada pengecualian apakah militer, sipil, instansi pemerintah atau

swasta. Pemesanan dapat dilakukan langsung kepada stasiun penerima

(user service) atau melalui agen/distributor lain.

3.2. Data Penginderaan Jauh

Data penginderaan jauh pada umumnya berbentuk data digital yang

merekam unit terkecil dari permukaan bumi dalam sistim perekam data.

Unit terkecil ini dikenal dangan nama pixel (picture element) yang berupa

koordinat 3 dimensi (x,y,z). Koordinat x,y menunjukkan lokasi unit tersebut

dalam koordinat geografi x, y dan z menunjukkan nilai intensitas pantul dari

tiap pixel dalam tiap selang panjang gelombang yang dipakai. Nilai

intensitas pantul dibagi menjadi 256 tingkat berkisar antara 0 – 255 dimana

0 merupakan intensitas terrendah (hitam) dan 255 intensitas tertinggi

(putih). Dengan data citra asli (raw data) tidak lain adalah kumpulan dari

sejumlah pixel yang bernilai antara 0 -255. Ukuran pixel berbeda tergantung

pada sistim yang dipakai, menunjukkan ketajaman/ketelitian dari data

penginderaan jauh, atau yang dikenal dengan resolusi spasial. Makin besar

nilai resolusi spasial suatu data makin kurang detail data tersebut

dihasilkan, sebaliknya makin kecil nilai resolusi spasial makin detail data

tersebut dihasilkan.

3.3. Pemrosesan dan Analisis Data

Karena data penginderaan jauh berupa data digital maka

penggunaan data memerlukan suatu perangkat keras dan lunak khusus

untuk pemrosesannya. Komputer PC dan berbagai software seperti

ERMapper, ILWIS, IDRISI, ERDAS, PCI, ENVI dsb dapat dipergunakan sebagai

pilihan. Untuk keperluan analisis dan interpretasi dapat dilakukan dengan

dua cara : (1). Pemrosesan dan analisis digital dan (2). Analisis dan

interpretasi visual. Kedua metoda ini mempunyai keunggulan dan

kekurangan, seyogyanya kedua metoda dipergunakan bersama-sama untuk

saling melengkapi. Pemrosesan digital berfungsi untuk membaca data,

menampilkan data, memodifikasi dan memproses, ekstraksi data secara

otomatik, menyimpan, mendesain format peta dan mencetak. Sedangkan

analisis dan interpretasi visual dipergunakan apabila pemrosesan data

secara digital tidak dapat dilakukan dan kurang berfungsi baik.

3.4. Pemrosesan Data Digital

Pemrosesan data secara digital dilakukan dengan menggunakan

perangkat lunak (software) yang khusus dibuat untuk keperluan tersebut.

Berbagai algoritma tersedia di dalam perangkat lunak tersebut yang

memungkinkan data penginderaan jauh diproses secara otomatik. Salah

satu contoh misalnya adalah menggabungkan data (3 -4 band) dalam citra

gabungan dengan menggunakan filter merah, hijau dan biru (RGB) yang

menghasilkan citra komposit (color composite image). Masing-masing band

diberi filter yang berbeda dan menghasilkan berbagai tampilan seperti

terlihat pada gambar berikut.

Gambar 5. Beberapa data Color Composite data landsat

3.5. Analisis Visual

Berbeda dengan pemrosesan digital dimana hampir seluruh

pekerjaan dilakukan oleh komputer, analisis visual sebagian besar dilakukan

oleh manusia. Dengan analisis digital komputer hanya dapat mengenal dan

mengolah nilai spektralnya saja, sedangkan analisis visual manusia dapat

memperkirakan dan menentukan suatu obyek berdasarkan sifat fisiknya

seperti membedakan antara gajah dan kucing disamping berdasarkan nilai

spektralnya. Ciri pengenal yang biasa dipakai dalam penafsiran potret udara

secara utuh dapat diterapkan pada data citra penginderaan jauh.

Pada data potret udara, yang berupa data analog, penafsiran dalam

bentuk penarikan garis dan penandaan dilakukan pada lembar potretnya

(hard copy), sedangkan pada data digital selain dilakukan pada hard copy

dapat juga dilakukan langsung dari layar monitor dan hasilnya langsung

disimpan dalam bentuk data digital. Analisis visual hanya dapat dilakukan

oleh manusia yang terlatih dalam bidang pekerjaannya.

Dalam prakteknya tidak semua informasi di permukaan bumi dapat

diperoleh melalui pemrosesan digital maupun analisis visual. Untuk

mendapatkan hasil maksimak kedua cara harus digabungkan yang akan

saling melengkapi.

4. SATELIT PENGINDERAAN JAUH

Khayalan akan adanya bentuk satelit oleh Jules Verne pada tahun 1865,

Arthur Clark tahun 1951 diwujudkan oleh satelit Sputnik yang diorbitkan

Rusia pada tahun 1957. Amerika Serikat tidak mau kalah dengan

meluncurkan satelit cuaca TIROS-1 pada tahun 1960. Sejak itu kedua

negara adidaya saling berlomba dalam ruang angkasa dengan berbagai

jenis satelitnya. Dari gambar-gambar yang diperoleh satelit Apollo, Gemini

di sekitar 1970 an, Amerika membuat kejutan dengan meluncurkan satelit

pemetaan sumberdaya alam ERTS-1 (sekarang dikenal dengan LANDSAT).

Sukses yang peroleh Amerika dengan Landsatnya membuat negara-

negara maju seperti Perancis, Kanada, Jepang, India, Masyarakat Ekonomi

Eropa (MEE) menyusul ikut meluncurkan satelit sumberalam sejenis. Sampai

saat ini dan 2007 an akan ada 25 satelit komersial mengorbit di ruang

angkasa yang datanya dapat diakses di seluruh dunia. Kita lacak salah satu

satelit yang paling lama umurnya, Landsat yang sampai sekarang

berkembang pada generasi ke 7.

Satelit penginderaan jauh pada umumnya mempunyai berbagai

keunggulan, antara lain : (1). Cakupannya sangat luas memberikan

gambaran sinoptik yang baik. (2). Memberikan liputan ulang pendek

(repetitive coverage). (3). Memeberikan sensitifitas spektral yang besar

dibanding potret udara. (4). Format digital. (5). Kompatibel dengan GIS. (6).

Data berbentuk elektronik yang mudah disebar luaskan. Profil dari satelit

yang spektakuler munculnya diuraikan di bawah ini.

4.1. Satelit Landsat

Landsat adalah satelit Amerika Serikat yang pertama kali diorbitkan

pada tahun 1972 sebagai satelit sumberdaya alam. Sampai sekarang telah

diorbitkan generasi ke 7 dari satelit sejenis. Satelit lain seperti SPOT, JERS,

IRS, ADEOS tidak akan diuraikan dalam uraian ini. Salah satu generasi

satelit Landsat adalah seperti pada gambar berikut.

Gambar 6. Satelit penginderaan jauh dalam orbit mengelilingi bumi

Orbit Landsat adalah dari kutub ke kutub (orbit polar) pada ketinggian

sekitar 700 Km dengan inklinasi 98.2 derajat dengan waktu orbit ulang

untuk daerah tertentu (revisit time) 16 hari, artinya setiap 16 hari sekali

satelit itu melewati daerah yang sama.

Gambar 7. Spesifikasi satelit landsat

Gambar 8. Orbit Polar Satelit Landsat

Data Landsat merupakan salah satu yang paling banyak dipakai

dalam pemetaan pada umumnya karena mempunyai cakupan yang sangat

luas, 180 x 180 km2 dengan resolusi spasial cukup baik (30 meter) Landsat

7 ETM+ mempunyai 8 band, 6 band pada selang cahaya tampak dan

inframerah dekat dengan resolusi spasial 30 meter, 1 band pada selang

cahaya inframerah termal dengan resolusi spasial 120 meter dan 1 band

pada selang pankromatik dengan resolusi spasial 15 meter.

4.2. Satelit Lain

Seperti telah disinggung sebelumnya berbagai data penginderaan

jauh telah ada di pasaran dan dapat dipesan untuk berbagai penggunaan.

Data tersebut berbeda spesifikasinya antara lain dalam hal : (1). Jumlah

band dan selang panjang gelombang yang dipakai, (2). Luas cukupan data

(coverage), (3). Resolusi spasial yang berbeda, (4) harga. Dalam hal resolusi

spasial, dua golongan dapat dibedakan yaitu ; (1) data yang mempunyai

resulosi menengan seperti Landsat TM, SPOT Xs, JERS, ASTER dan (2)

resolusi tinggi seperti IKONOS, QUICKBIRD, ORIMAGE-3, SPOT-5.