Teknik Penurunan Digital Surface Model (DSM) dari Citra Satelit ALOSMenjadi Digital Elevation Model (DEM)

(Studi Kasus: Cilacap, Indonesia)

Atriyon Julzarika, Kustiyo dan Wawan K. Harsanugraha

Pusat Pengembangan Pemanfaatan dan Teknologi Penginderaan JauhLembaga Penerbangan dan Antariksa Nasional(LAPAN)

Ringkasan

Alos satellite is one of the natural resources satellite that could be used in 3D applications. Theproblems that be taken in generate 3D model with satellite imagery are the model always be formedas Digital Terrain Model (DSM), not Digital Terrain Model (DTM), Digitallen HheModellen (DHM),Digital Geoid Model (DGM) or Digital Elevation Model (DEM). The referention system of 3D modelthat are produced by Alos satellite image still as surface for z axis, for x axis and y axis has beenclosed to 2D referention system in some certain datum and system of map projection. In case, it needsaccuracy and precision of Alos satellite data using a least square adjustment of parameter methods.This result will be used to change DSM to be DEM. It creates DEM using range z (elevation) methods.keyword: DSM, DEM, Adjustment

1 Pendahuluan

Saat ini teknologi penginderaan jauh sudah mengalami kemajuan yang pesat. Perkembangan tersebutditandai dengan banyaknya satelit yang berada di angkasa. Pada beberapa aplikasi yang bersifat kebumi-an, kebanyakan menggunakan satelit sumberdaya alam, seperti ALOS, Landsat, Ikonos, SPOT, Beijing-1,CBERS, Quick Bird, Aster, dan lain-lain. Dari sejumlah satelit tersebut, yang dapat dibuat model 3dimensi (3D) adalah ALOS dan Aster. Pada penelitian ini lebih mengkaji pada satelit ALOS.

Ada beberapa hal penting yang berhubungan dengan model permukaan digital, diantaranya DSM, DEM,DTM, dan DGM. DSM merupakan model permukaan digital dengan referensi permukaan objek terhadapMean Sea Level (MSL) 18,61 tahun. DEM merupakan model permukaan digital yang mempunyai refe-rensi terhadap ellipsoid. DTM merupakan model permukaan digital yang mempunyai referensi terhadapkoordinat toposentrik dan telah dilakukan koreksi unsur-unsur geodetis terhadap model tersebut. DGMmerupakan model permukaan digital yang mempunyai referensi terhadap geoid/rata-rata ekuipotensialyang berimpit dengan MSL.

Penelitian ini merupakan kelanjutan dari penelitian sebelumnya yang membahas tentang koreksi geome-trik citra satelit Alos dengan hitung perataan kuadrat terkecil metode parameter. Penelitian sebelumnyasudah diperoleh besar akurasi dan presisi dan citra Alos secara 3D.

PIT MAPIN XVII, Bandung 10-12-2008

30

2 Diagram alir penelitian

Gambar 1: Diagram alir penelitian

3 Metodologi penelitian

Pada penelitian ini lebih melakukan cara mengubah DSM menjadi DEM dengan hitung perataan kuadratterkecil metode parameter. Hasil koreksi geometrik berupa akurasi dan presisi yang diperoleh dari pene-litian sebelumnya digunakan untuk penurunan DSM menjadi DEM (DSM2DEM). Hasil DEM tersebutkemudian akan digunakan sebagai referensi pada penelitian berikutnya, yaitu untuk menurunkan DEMmenjadi DTM.

4 Survei pendahuluan

Pada penelitian sebelumnya, dilakukan koreksi geometrik citra Alos yang masih berformat RAW data.Pengolahan citra tersebut pertama kali dilakukan untuk pemodelan 3D yaitu penggabungan citra Alosbackward, nadir, dan forward. Pada penelitian tersebut menggunakan delapan titik dari hasil ukuranGPS Geodetik yang berfungsi sebagai Ground Control Point (GCP). Sedangkan untuk penentuan akurasidan presisi citra Alos dengan hitung perataan kuadrat terkecil metode parameter hanya menggunakantujuh titik penelitian (titik ke-8 GCP tidak dipakai). Berikut ini posisi dan model citra Alos dengandelapan titik penelitian.

Dari hasil penelitian diperoleh kesimpulan bahwa nilai koordinat pada arah sumbu x memiliki akurasitinggi sebesar X0±σx atau 0.671857454108123± 0.6529571338124070 m sehingga akan mengurangi biasyang ditimbulkan terhadap pola dan model akurasi dan presisi terhadap tujuh titik penelitian (Julzarika,2007).

Nilai koordinat pada arah sumbu y memiliki akurasi sangat tinggi sebesar Y 0±σy atau 0.233028981951454±0.6529552888307150 m sehingga akan mengurangi bias yang ditimbulkan terhadap pola dan model akurasidan presisi terhadap tujuh titik penelitian (Julzarika, 2007).

Nilai koordinat pada arah sumbu z memiliki akurasi lebih rendah sebesar Z0±σz atau 2.52733193815344±0.7378906512590360 m sehingga bias yang ditimbulkan terhadap pola dan model akurasi dan presisiterhadap tujuh titik penelitian akan lebih besar. Hal ini akan berpengaruh terhadap besar bias yangterjadi pada arah sumbu x dan sumbu y (Julzarika, 2007).

31

Gambar 2: Koreksi geometrik citra satelit Alos

Dari hasil penelitian diperoleh kesimpulan bahwa nilai koordinat pada arah sumbu x mempunyai presisikurang seksama. Hal ini ditandai dengan beberapa nilai —wi— memiliki nilai lebih besar sehingga akanmempengaruhi pola dan model tujuh titik penelitian terhadap tujuh titik penelitian.

Nilai koordinat pada arah sumbu y mempunyai presisi seksama. Hal ini ditandai dengan beberapa nilai—wi— memiliki nilai kecil sehingga akan mempengaruhi pola dan model tujuh titik penelitian terhadaptujuh titik penelitian.

Nilai koordinat pada arah sumbu z mempunyai presisi lebih seksama. Hal ini ditandai dengan beberapanilai —wi— memiliki nilai lebih kecil sehingga akan mempengaruhi pola dan model tujuh titik penelitianterhadap tujuh titik penelitian.

Pada penelitian ini akan mengkaji penurunan DSM menjadi DEM pada wilayah penelitian titik ke-3.Berikut ini merupakan tampilan DSM pada wilayah titik penelitian ke-3.

Gambar 3: DSM wilayah penelitian titik ke-3

Pada DSM tersebut masih terdapat tutupan awan, sedangkan pada bagian lain terdapat objek berupahutan dan sungai. Berikut ini adalah tampilan 3D dari wilayah titik penelitian ke-3.

32

Gambar 4: View DSM wilayah penelitian titik ke-3

5 Hasil dan pembahasan

5.1 Koreksi DSM

Hasil penelitian sebelumnya berupa akurasi masing-masing titik terutama titik ke-3, akan digunakanuntuk penurunan DSM menjadi DEM. Berikut ini nilai akurasi pada titik penelitian ke-3.

1. Tinggi titik penelitian ke-3 adalah 9,79 meter

2. Akurasi sumbu x adalah X0± σx atau 0.671857454108123± 0.6529571338124070 m

3. Akurasi sumbu y adalah Y 0± σy atau 0.233028981951454± 0.6529552888307150 m

4. Akurasi sumbu z adalah Z0± σz atau 2.52733193815344± 0.7378906512590360 m

5. Range arah sumbu x : X-dxi s/d X+dxi

Maka range X = X (pada penelitian ini lebih mengutamakan elevasi/sumbu z)

6. Range arah sumbu y : Y-dyi s/d Y+dyi

Maka range Y = Y (pada penelitian ini lebih mengutamakan elevasi/sumbu z)

7. Range arah sumbu z : Z-dzi s/d Z+dzi

Maka range Z adalah [9,79-(2.52733193815344 + 0.7378906512590360)] meter s/d [[9,79+(2.52733193815344+ 0.7378906512590360)] meter

8. Range Z adalah 6.525 -13.055 meter

5.2 Uji range DSM

Penurunan DEM dari DSM pada wilayah penelitian ke-3 mempunyai syarat mutlak, yaitu nilai DEMdari DSM hanya terdapat pada Range Z (6.525 -13.055 meter), sedangkan nilai yang berada diluar rangemerupakan Bull Eyes. Istilah ini sering digunakan dalam interpolasi kontur.

Bull Eyes merupakan titik, garis, atau area yang mempunyai nilai ketinggian, akan tetapi nilai tersebuttidak merepresentasikan keadaan sebenarnya di lapangan. Bull Eyes bisa disebabkan oleh interpolasikontur yang salah akibat penyebaran titik tinggi yang tidak merata atau bisa juga disebabkan oleh nilaititik tinggi yang tidak sesuai dengan yang sebenarnya. Berikut ini merupakan hasil penurunan DSMmenjadi DEM yang telah sesuai dengan range Z.

5.3 Pembuatan DEM

Pada tampilan awal terlebih dahulu ditentukan kontur berupa garis dan area pada wilayah titik penelitianke-3. Setelah itu, kontur dibuat menjadi Triangular Irregular Network (TIN) yang akan digunakan untukpembuatan grid kontur.Nilai titik elevasi sepanjang garis kontur merupakan nilai elevasi sesuai denganrange Z.

Berikut ini merupakan tampilan TIN wilayah titik penelitian ke-3. Dari gambar tersebut terlihat DEMtersebut tidak mencerminkan topografi yang signifikan, hanya berupa daerah datar. Warna hijau muda

33

Gambar 5: Kontur range z hasil DSM2DEM

merepresentasikan wilayah dengan nilai 9,75-13,055 meter, sedangkan warna hijau tua merepresentasikanwilayah dengan nilai 6,525-9,75 meter.

Gambar 6: TIN range z hasil DSM2DEM

Proses selanjutnya TIN yang diubah menjadi Grid kemudian ditampilkan hasil akhir berupa DEM. Ber-ikut ini merupakan tampilan 3D DEM wilayah penelitian titik ke-3. Warna biru merepresentasikan nilaielevasi titik penelitian ke-3 sebesar 9,75 meter. Warna kuning sampai merah bata merepresentasikan nilaielevasi 9,75-13,055 meter. Nilai elevasi 6,525-9,75 meter terletak dibawah warna biru. Sedangkan MeanSea Level (MSL) direpresentasikan oleh warna ungu.

Kenampakan hutan maupun sungai sekarang sudah berupa DEM atau bare bald. Kenampakan tajukpohon (hutan sudah dihilangkan berdasarkan range z).

Gambar 7: 3D View DSM2DEM

Gambar di bawah ini juga memiliki representasi yang sama dengan gambar sebelumnya. Wilayah titi

34

penelitian ke-3 sudah merepresentasikan DEM. Warna hijau samapi dengan cyan merepresentasika nilaielevasi 6,525-9,75 meter. Sedangkan nilai elevasi 9,75-13,055 meter direpresentasikan dengan warna cyansampai merah bata. Selain itu metode dengan range z ini juga bisa merepresentasikan hydrology flowseperti kenampakan sungai, thalweg, aliran sungai, breakline, flow direction, dan kenampakan hydrologyflow yang lainnya.

Gambar 8: DEM wilayah penelitian titik ke-3

5.4 Analisis DEM secara profil melintang

Profil merupakan kenampakan objek baik secara topografi maupun non topografi. Profil terbagi atasdua macam, yaitu profil memanjang dan profil melintang. Profil memanjang merupakan kenampakanobjek memanjang mengikuti sumbu objek tersebut, misal profil as jalan, breakline, garis antar thalwegsungai. Sedangkan profil melintang merupakan kenampakan objek secara melintang secara tegak lurusterhadap sumbu objek tersebut. Contoh profil melintang adalah kenampakan melintang dari jalan, profilmelintang sungai, continental shelf, pegunungan, perbukitan, dan lain-lain.

Pada penelitian ini, hasil penurunan DSM2DEM akan diuji menurut profil melintang objek pada wilayahtitik penelitian ke-3.

Pada proses ini dipilih objek sampel dengan membuat garis lurus secara melintang dari hutan sebelahbarat melewati sungai menuju hutan sebelah timur. Dari kenampakan tersebut dapat dianalisa secaravisual dan spasial bahwa pada wilayah hutan (daratan) masih terlihat kenampakan tajuk pohon/hutan.Kenampakan hutan tersebut masih berupa hutan yang lebat. Selain itu nilai ketinggian dari tajuk pohontersebut hampir semuanya berada diluar nilai maksimal (13,055 meter) range z. Pada wilayah titikpenelitian ke-3 tersebut dilakukan pendekatan dengan nilai elevasi pendekatan 90 meter.

Berikut ini adalah profil melintang wilayah penelitian titik ke-3 dalam bentuk DSM.Selanjutnya pada wilayah sungai, terlihat kenampakan objek yang tidak merata, yang disebabkan olehkenampakan aliran air sungai, semak belukar serta kenampakan pohon di sekitar sungai. Proses pe-nurunan DSM menjadi DEM akan mengubah profil melintang dari objek wilayah penelitian titik ke-3.Nilai elevasi pada DEM sudah direferensikan pada ellipsoid. Analisa DEM secara profil melintang jugadilakukan pada area yang sama dengan DSM sebelumnya. Sebagai contoh, diambil profil melintang diwilayah hutan (daratan). Pada profil melintang tersebut sudah terlihat penurunan DSM menjadi DEM.Pada profil melintang DEM ini akurasi elevasi bisa mencapai 0,05 meter sehingga bisa digunakan un-tuk aplikasi tsunami modeling, burned forestry, hydrology flow, pergeseran tanah, pergerakan lempeng,maupun aplikasi pemodelan yang lain.Kemudian dilanjutkan terhadap profil melintang sungai dari hasil penurunan DSM menjadi DEM. Darihasil DEM tersebut terlihat morfologi sungai yang sudah direferensikan terhadap ellipsoid.

35

Gambar 9: Profil melintang DSM (hutan dan sungai)

Gambar 10: Profil melintang DEM (hutan)

Gambar 11: Profil melintang DEM (sungai)

6 Kesimpulan

Penelitian tentang penurunan DSM menjadi DEM dengan hitung perataan kuadrat terkecil metode pa-rameter mempunyai beberapa kesimpulan sebagai berikut.

1. DSM dapat diubah menjadi DEM dengan menggunakan metode hitung perataan kuadrat terkecil.

2. DEM yang dibuat merupakan hasil range z sebesar (Z-dzi s/d Z+dzi) sedangkan nilai titik tinggidi luar range z merupakan Bull Eyes.

3. Pembuatan DEM dilakukan dengan cara pembuatan kontur range z kemudian diubah jadi TIN danselanjutnya dijadikan Grid. Pada akhirnya ditampilkan menjadi DEM.

36

Daftar pustaka

Arsana, I.M.A., dan Julzarika, A., 2006, Liscad-Surveying & Engineering Software, Geodesy and Geo-matics Engineering, University of Gadjah Mada and PT. Leica/Almega Geosystem, Yogyakarta.

Arsana, I.M.A, dan Julzarika, A., 2007, the usefull of Google fitures/Memanfaatkan Fitur-Fitur Google,1st printed, PT. Elexmedia Komputindo, Jakarta.

Hadiman., 1999, Adjustment computation/Hitung Perataan, Geodesy and Geomatics Engineering, Uni-versity of Gadjah Mada, Yogyakarta.

Hadiman., 2005, System and coordinate transformation/Sistem dan Transformasi Koordinat, Geodesyand Geomatics Engineering, University of Gadjah Mada, Yogyakarta.

Hanselman, D., dan Littlefield, B., 1997, Matlab, 9th printed, PT. Andi offset, Yogyakarta.

Julzarika, A., 2008, 3D Modelling Technical of Lapan Tubsat Satellite Imagery Using Videogrammetryand Its Statistical Test (Study of Case: Merapi Volcano, Yogyakarta, Indonesia), ASAIHL SCOPUSYoung Scientist Award 2008 (Nominee), Thailand.

Julzarika, A., 2008, 3D Modelling Technical of Lapan Tubsat Satellite Imagery Using Videogrammetryand Its Statistical Test (Study of Case: Merapi Volcano, Yogyakarta, Indonesia), Khwarizmi InternationalAward 2008, Iran.

Julzarika, A., 2007, Analysis of coordinates changing caused by the changing of map file types in develo-ping internet based geographic information system/Analisa Perubahan Koordinat Akibat Proses Perubah-an Format Tampilan Peta pada Pembuatan Sistem Informasi Geografis Berbasis Internet, Undergraduatethesis, Geodesy and Geomatics Engineering, University of Gadjah Mada, Yogyakarta.

Julzarika, A., 2007, AutoCad Map, Geodetic Engineering, University of Diponegoro, Semarang.

Julzarika, A., 2007, AutoCad Land Development, Geodetic Engineering, University of Diponegoro, Se-marang.

Julzarika, A, 2008, Differential of Digital Surface Model (DSM) to be Digital Elevation Model (DEM)from ALOS Satellite Imagery Using Least Square Adjustment Computation (Study of Case: Cilacap,Indonesia), ASAIHL SCOPUS Young Scientist Award 2008 (Nominee), Thailand.

Julzarika, A, 2008, Differential of Digital Surface Model (DSM) to be Digital Elevation Model (DEM)from ALOS Satellite Imagery Using Least Square Adjustment Computation (Study of Case: Cilacap,Indonesia), Khwarizmi International Award 2008, Iran.

Julzarika, A., 2007, Hidrography surveying I (Videogrammetry, Underwater Photogrammetry, Under-water Archeology)/(Bahan Kuliah Survei Hidrografi I (Videogrammetry, Underwater Photogrammetry,Underwater Archeology), Geodetic Engineering, University of Diponegoro, Semarang.

Julzarika, A., 2008, Optimization of differential DSM2DEM using optical and radar data according to Ge-odesy and Geomatis Engineering.Optimasi penurunan DSM2DEM dengan menggunakan data optis dandata radar menurut Teknik Geodesi dan Geomatika. General Stadium, Geodetic Engineering, Universityof Diponegoro, Semarang.

Konecny dan Lehmann, 1984, Photogrammetrie, Walter de Gruyter & Co., Berlin, Jerman.

Soetaat., 1996, Least square adjustment/Hitung kuadrat terkecil lanjut, Geodesy and Geomatics Engi-neering, University of Gadjah Mada, Yogyakarta.

Soetaat., 2001, System and coordinate transformation/Sistem dan Transformasi Koordinat, Geodesy andGeomatics Engineering, University of Gadjah Mada, Yogyakarta.

Spiegel, M.R., 1975, Theory and Problems of Probability and Statistics, Mc Grow-Hill book company,USA.

37

Uotila, U.A., 1985, Adjustment Computations Notes, Department of Geodetic Science and SurveyingThe Ohio State University, Ohio.

Widjajanti, N., 1997, Adjustment computation/Diktat Hitung Perataan, Geodesy and Geomatics Engi-neering, University of Gadjah Mada, Yogyakarta.

Widjajanti, N.,dan Sutanta, H. 2006: Digital Terrain Model/Model Permukaan Digital, Geodesy andGeomatics Engineering, University of Gadjah Mada, Yogyakarta.

Wolf, P.R., 1981, Adjustment Computations: (practical least square for surveyors), 2nd edition, InstituteTechnology of Bandung, Bandung.

38