Penginderaan Jauh

PENDAHULUAN

                Potret Udara adalah bagian dari bidang Penginderaan Jauh. Penginderaan Jauh dapat dikatakan sebagai ilmu dan seni untuk memperoleh informasi tentang obyek berdasarkan analisis data yang diperoleh dari alat yang tidak bersentuhan dengan obyek yang diamati tersebut. Sewaktu anda membaca kalimat ini, anda sudah menggunakan penginderaan jauh. Mata bertindak sebagai sensor yang menangkap cahaya yang dipantulkan dari halaman ini. Data yang diperoleh mata akan tergantung pada banyaknya cahaya yang dipantulkan bagian gelap dan terang halaman ini. Data tersebut kemudian di analisa, diinterpretasikan oleh otak sehingga anda dapat mengatakan bahwa bagian-bagian yang gelap dari halaman itu adalah kumpulan huruf-huruf yang membentuk kata-kata. Selanjutnya anda akan menyadari bahwa kata-kata tersebut membentuk kalimat dan anda akan menangkap makna dari kalimat tersebut.

                Penginderaan jauh serupa dengan kegiatan membaca tadi. Kita mengindera obyek yang diamati  dengan menggunakan berbagai sensor yang kemudian dianalisa untuk mendapatkan informasi tentang obyek tersebut. Dalam penginderaan jauh data yang dikumpulkan biasanya berbentuk sebaran enersi elektromagnetik. Dua kegiatan utama dalam bidang ini adalah memperoleh data dan menganalisa data. Elemen-elemen dari kegiatan memperoleh data adalah sumber-sumber enersi, perbanyakan enersi melalui atmosfir, interaksi enersi dengan permukaan bumi, transmisi-balik enersi ke atmosfir, sensor-sensor yang digunakan pesawat atau satelit, perolehan data dalam bentuk gambar atau digital.  Analisis data melibatkan berbagai peralatan untuk menganalisis data dalam bentuk gambar, juga komputer untuk menganalisa data dari sensor digital. Informasi-informasi yang diperoleh kemudian digabungkan dengan data lain yang mungkin sudah tersedia dalam bentuk peta-peta atau tabel-tabel. Informasi ini kemudian diteruskan pada para pengambil keputusan sebagai bahan-bahan pertimbangan.

                Sumber utama dari enersi dalam bentuk gelombang-gelombang elektromagnetik yang paling pokok adalah matahari. Dalam penginderaan jauh, gelombang ini dicirikan berdasarkan panjang gelombangnya yang biasanya dinyatakan dalam satuan  1 mikrometer. 1 mikrometer, dilambangkan dengan  1 mm, sama dengan  10^-6 m. Cahaya yang bisa terlihat (visible light) oleh mata kita berkisar dari 0,4 mm sampai 0.7 mm saja. Warna “biru” mempunyai panjang gelombang antara 0,4-0,5 mm ; “hijau” antara 0,5 – 0,6 mm dan “merah” antara 0,6 – 0,7 mm. Setelah warna merah, ada 3 warna infra merah, yaitu infra merah dekat dengan panjang gelombang 0,7 – 1,3 mm; infra merah tengah dengan panjang 1,3 – 3 mm dan infra merah thermal dengan panjang > 3 mm. Spektrum dengan gelombang yang lebih panjang lagi (1 mm – 1 m) masuk dlam bagian spektrum gelombang mikro.

                Apapun sumber enersinya, semua radiasi yang bisa tertangkap sensor harus melintasi jarak tertentu di atmosfir. Dalam menempuh jarak ini ada dua hal yang mempengaruhi radiasi yaitu pencaran (scattering) dan serapan (absorption). Pencaran berbanding terbalik dengan panjang gelombang berpangkat empat. Dengan demikian radiasi dengan panjang gelombang yang pendek cenderung akan dipencarkan daripada gelombang yang panjang. Sewaktu sinar matahari bertemu dengan atmosfir bumi, gelombang warna biru di pencarkan lebih banyak jika dibanding dengan warna lain. Akibatnya langit di atas kta terlihat biru. Pada waktu matahari terbenam atau terbit, sinar matahari melalui jarak yang lebih panjang untuk mencapai bumi, jika dibandingkan dengan waktu tengah hari.  Dalam kondisi demikian spektrum biru sebagian besar sudah dipencarkan (juga diserap), sehingga cahaya yang sampai ke bumi hanya warna oranye atau merah. Pencaran semacam ini disebut pencaran Rayleigh . Adalagi jenis-jenis pencaran lain, misalnya yang disebabkan oleh titik-titik air. Titik-titik air ini memencarkan semua gelombang cahaya dalam jumlah yang sama banyak, akibatnya kabut atau awan akan nampak berwarna putih. Sinar matahari juga bisa diserap. Penyerap yang terpenting adalah uap air, karbon dioksida dan ozon.

                Sewaktu enersi elektromagnetik sampai ke bumi, sebagian cahaya akan diserap, sebagian dipantulkan dan sisanya ditransmisikan. Banyaknya enersi yang diserap, dipantulkan atau diteruskan tergantung pada karakter permukaan bumi (materi dan kondisi) dimana enersi itu sampai.  Dengan demikian kita akan bisa membedakan 2 karakter pada citra satelit. Selain itu bagi sebuah karakter , proporsi cahaya yang diserap dan dipantulkan itu berlain-lainan pada panjang gelombang yang berbeda. Hal ini mengakibatkan dua benda yang sukar dibedakan dalau dilihat pada satu spektrum, bisa nampak jelas perbedaannya kalau dilihat dengan spektrum yang lain. Untuk spektrum yang dapat terlihat, warna yang nampak bagi kita adalah pengaruh dari pantulan. Benda terlihat berwarna biru, kalau ia banyak memantulkan warna biru.

                Gambar berikut ini menampilkan kurva-kurva pantulan spektral untuk vegetasi hijau yang sehat, tanah terbuka dan air danau yang jernih. Kurva ini merupakan kurva rataan yang berasal dari banyak pengamatan. Pada tumbuhan, chlorophyl di daunnya akan menyerap enersi dengan panjang gelombang rataan 0,45 mm (warna biru) dan panjang  0,67mm (warna merah) sisanya (warna hijau) dipantulkan. Akibatnya nampak oleh kita tumbuhan berwarna hijau. Kalau tumbuhan tadi sakit atau mati, maka produksi chlorophyl di daun berkurang, maka jumlah enersi yang diserap pun akan berkurang dan daun tumbuhan akan nampak kekuningan (kombinasi warna merah dan hijau). Kalau kita perhatikan ke bagian Infra merah dekat, pantulan dari tumbuhan sehat melonjak tajam. Pada panjang gelombang antara 0,7 – 1,3 mm, daun tanaman memantulkan 40 – 50 % enersi yang jatuh padanya. Hal ini terpengaruh oleh struktur dalam bagian daun. Karena struktur ini berbeda-beda untuk jenis-jenis tanaman , maka kita dapat membedakan tanaman-tanaman berdasarkan nilai pantulan di spektrum ini, walaupun pada spektrum cahaya yang bisa dilihat tanaman-tanaman tadi tidak bisa dibedakan.

Gambar 1.

Sifat pantulan spektral oleh air yang sangat menyolok adalah besarnya penyerapan enersi pada panjang gelombang inra merah dekat. Baik itu sungai, atau air yang terkandung dalam tanah atau tumbuhan. Pantulan oleh air ini dipengaruhi oleh material-material yang ada di dalamnya seperti sedimen. Air yang bening akan banyak menyerap enersi sedang air yang keruh lebih sedikit penyerapannya. Jadi kalau dilihat dengan potret infra merah, air yang bening akan berwarna hitam. Sifat ini banyak digunakan untuk mendeteksi polusi pada perairan.

Pada bagian sebelumnya dibicarakan bagaimana sumber enersi elektromagnetik, perbanyakannya sewaktu menempuh atmosfir dan serapan serta pantulannya di permukaan bumi. Pada bagian ini kita membicarakan bagaimana sinyal-sinyal elektromagnetik ini dideteksi, direkam dan kemudian ditafsirkan. Pendekteksian sinyal dapat dilakukan secara fotografi atau secara elektronik. Secara fotografi, variasi enersi di suatu tempat dengan film yang peka dengan cahaya, setelah itu film diperlakukan secara kimia. Setelah perlakuan (“dicuci”), kita memperoleh rekaman sinyal-sinyal yang tertangkap. Jadi film berfungsi sebagai medium untuk mendeteksi dan merekam sinyal. Secara elektronik, sensor elektronik membuat sinyal-sinyal listrik yang menggambarkan variasi enersi di lokasi aslinya. Contoh alat perekam sinyal dengan prinsip seperti ini adalah video kamera. Di sini sinyal-sinyal listrik direkam dalam pita magnetik, kemudian sinyal-sinyal tadi dikonversikan menjadi gambar. Di sini pita magnetik hanya berfungsi sebagai perekam data dan dapat digunakan berulang kali

Data, berupa gambar atau data digital, yang diperoleh kemudian diinterpretasikan. Interpretasi visual memanfaatkan kemampuan fikiran manusia untuk menafsirkan dan mengevaluasi pola keruangan (spatial pattern). Agar dapat menginterpretasi secara visual, diperlukan pelatihan yang intensif dan banyak memerlukan tenaga. Di samping itu, tidak semua karakter spektral yang ada dapat ditafsirkan. Hal ini disebabkan keterbatasan mata dalam menangkap semua spektral. Karena itu pada aplikasi dimana pola spektral dipentingkan maka data yang dihasilkan sebaiknya dianalisis secara digital.

Pada gambar yang diperoleh secara digital, walaupun tampaknya gambar tersebut “tone” nya bersambungan, tetapi sebenarnya gambar itu terdiri dari sel-sel yang membentuk baris dan kolom. Sel-sel ini disebut pixel (picture element) . Intensitas setiap pixel berhubungan dengan kecerahan (brightness) rataan dari daerah yang di wakilinya. Kecerahan rataan ini diukur secara elektronik. Kalau citra diperbesar maka pixel-pixel tadi akan nampak . Intensitas pixel ini kemudian dinyatakan dalam angka digital (digital number) yang menggambarkan kecerahan, angka-angka ini merupakan bilangan-bilangan intreger (bilangan bulat). Angka digital ini merupakan angka yang berkisar dari  0 – 63, 0 – 127, 0 – 255, 0 – 511, atau 0- 1023. Kisaran-kisaran ini disengaja agar bilangan-bilangan tersebut dapat di tampilkan dalam bentuk data biner (data yang terdiri dari hanya angka 0 dan 1, misalnya 1001101). Dalam format semacam ini, citra yangd ihasilkan bisa dianalisa dengan komputer. Interpretasi dengan komputer akan memerlukan waktu yang singkat. Walaupun demikian, komputer juga tidak dapat sepenuhnya menginterpretasikan pola keruangan yang ada seperti halnya manusia, karena itu penafsiran secara visual dan numerik harus saling melengkapi.

Data penafsiran harus diuji keabsahannya dengan data lapangan, data lapangan ini disebut juga dengan data acuan. Data acuan diperoleh melalui pengukuran atau pengamatan terhadap obyek-obyek yang dipotret atau dicitra. Data ini bisa dalam berbagai bentuk dan dapat diperoleh dari berbagai sumber. Misalnya data yang diperlukan untuk sebuah analisis bersumber dari peta tanah, atau checking lapangan tentang jenis tanaman dan keadaannya. Data acuan ini kadang disebut juga dengan “ground truth”. Istilah ini tidak sebenarnya tepat karena data ini tidak semuanya diambil di lapangan. Ia bisa berupa peta, pengamatan dari helikopter dan lainnya. Salah satu bentuk data lapangan adalah data pantulan cahaya dari tumbuhan yang diukur di lapangan, data semacam ini dikumpulkan dengan alat yang disebut spektrometer.

DASAR-DASAR PENAFSIRAN

                Kalau kita melihar sebuah potret udara, kita melihat berbagai obyek dalam berbagai bentuk  dan ukuran. Beberapa obyek sudah bisa ditentukan, misalnya jalan raya, pohon atau bangunan. Beberapa obyek lainnya belum dapat ditentukan, tergantung pengalaman dan persepsi masing-masing individu yang melihat gambar. Kalau kita dapat mengidentifikasikan obyek yang nampak di potret dan dan dapat membicarakan informasi tersebut dengan orang lain, kita sudah mempraktekkan penafsiran potret udara. Potret udara berisi data potret, data ini kemudian diproses oleh otak manusia dan menjadi informasi.

                Penafsiran terdiri dari berbagai level. Level yang paling sederhana adalah mengenali obyek-obyek yang nampak di potret. Level yang tinggi adalah memperoleh informasi-informasi detail dari interaksi kompleks antar berbagai obyek yang nampak dan yang tidak nampak di permukaan bumi. Keberhasilan penafsiran tergantung pada pengalaman si penafsir, keadaan obyek-obyek yang dipelajari dan kualitas potret yang digunakan.

                Dalam mempelajari penafsiran, kita mengkombinasikan beberapa karakter dari obyek-obyek yang nampak di potret. Karakter-karakter penting dari poter adalah : bentuk, ukuran, pola, tone, tekstur, bayangan, tapak (site) dan assosiasi.

                Bentuk merupakan konfigurasi atau outline dari obyek. Jalan raya selalu berbentuk jalur yang kontinyu, sama lebar dengan belokan-belokan yang relatif sedikit dan tidak terlalu tajam. Sungai juga berbentuk jalur kontinyu tetapi dengan lebar yang berlain-lainan juga selalu berbelok-belok. Obyek-obyek hasil buatan manusia biasanya mempunyai batas-batas yang teratur.

                Pola berhubungan dengan susunan keruangan dari obyek. Pengulangan beberapa bentuk umum dapat memberikan pola yang mudah dikenali. Perumahan bisa dikenali dengan berjajarnya bentuk-bentuk kotak kecil pada sebuah lokasi. Kebun kelapa sawit yang muda mudah dikenali dari bentuknya yang berupa titik-titik dan tersusun dalam bentuk-bentuk bujur sangkar. Ladang bisa dibedakan dengan padang rumput dari bentuk dan ukurannya yang khas.