6

BAB II

DASAR TEORI

2.1. Permasalahan Kenaikan Permukaan Air Laut

Fenomena kenaikan muka air laut mengemuka seiring dengan terjadinya pemanasan

global (global warming). Pemanasan global pada dasarnya merupakan fenomena

peningkatan temperatur global dari tahun ke tahun karena terjadinya efek rumah kaca

(greenhouse effect). Pemanasan global yang terjadi akan menyebabkan kenaikan suhu

permukaan laut yang kemudian mengakibatkan terjadinya pemuaian air laut.

Pemanasan global juga menyebabkan mencairnya es abadi. Pemuaian air laut dan

mencairnya salju-salju abadi, pada gilirannya akan menyebabkan naiknya permukaan

air laut.

Selain karena pemanasan global, kenaikan permukaan air laut juga disebabkan oleh

gelombang badai yang melanda daerah-daerah pesisir pantai. Gelombang badai

disebabkan oleh angin yang sangat kencang dan tekanan atmosfir yang rendah

sehingga menyebabkan air yang ada di laut masuk ke daratan. Gelombang badai akan

menyebabkan kenaikan permukaan laut yang sangat ekstrim jika kejadiannya

bertepatan dengan saat pasang laut tertinggi. Ilustrasi dari kenaikan permukaan air

laut dapat dilihat pada gambar di bawah ini.

Gambar 2.1. Kenaikan permukaan air laut dari waktu ke waktu [Mackinnon, 2004]

Dampak naiknya permukaan air laut adalah:

• Berkurangnya luas kawasan pesisir dan hilangnya pulau-pulau kecil yang

dapat mencapai angka 2000 hingga 4000 pulau (Gunawan, 2007), yang

kesemuanya tergantung dari kenaikan muka air laut yang terjadi.

7

• Gangguan terhadap kondisi sosial-ekonomi masyarakat, diantaranya: (a)

gangguan terhadap jaringan jalan lintas dan kereta api; (b) genangan terhadap

permukiman penduduk pada kota-kota pesisir; dan (c) hilangnya lahan-lahan

budidaya seperti sawah, payau, kolam ikan, dan mangrove.

• Kenaikan muka air laut selain mengakibatkan perubahan arus laut pada

wilayah pesisir juga mengakibatkan rusaknya ekosistem mangrove. Apabila

keberadaan mangrove tidak dapat dipertahankan lagi, maka: abrasi pantai akan

kerap terjadi karena tidak adanya penahan gelombang, dan pencemaran dari

sungai ke laut akan meningkat karena tidak adanya filter polutan.

Terjadinya perubahan lingkungan yang secara teoritis diakibatkan oleh naiknya

permukaan air laut, akan menimbulkan pengaruh yang sangat besar terhadap

masyarakat terutama yang bertempat tinggal di sekitar pantai. Ilustrasinya dapat di

lihat pada gambar 2.2. Pada kondisi tersebut, masyarakat harus segera memikirkan:

apa yang akan dan dapat dilakukan, dan bagaimana menyesuaikan atau

mengadaptasikan diri terhadap perubahan dan kondisi lingkungan yang baru.

Gambar 2.2. Dampak kenaikan permukaan air laur [Mackinnon, 2003]

2.2. Pemodelan dan Simulasi Secara 3D

2.2.1. Umum

Naiknya permukaan air laut akan memberikan dampak yang sangat besar, baik dalam

skala lokal maupun nasional. Oleh karena itu, dibutuhkan suatu cara untuk melakukan

pemodelan dan simulasi terhadap dampak kenaikan permukaan air laut tersebut. Salah

8

satu cara yang digunakan adalah dengan melakukan pemodelan dan simulasi secara

tiga dimensi (3D). Ilustrasinya dapat dilihat pada gambar 2.3. Pemodelan dan

simulasi secara 3D dilakukan untuk memberikan visulisasi secara detail terhadap

objek-objek yang belum dan akan terkena dampak naiknya permukaan air laut

tersebut. Pemodelan dan simulasi 3D tersebut merupakan sebuah kombinasi dari:

prosedur matematika, kejadian logis, dan berbagai kriteria lainnya yang berfungsi

untuk tujuan akhir dari pemodelan dan simulasi itu sendiri.

Gambar 2.3. Pemodelan dan simulasi banjir secara 3D [Mackinnon, 2004]

Pengertian pemodelan dan simulasi yang dikutip dari buku Hand book of simulation

(Banks, 1998) adalah sebagai berikut:

Pemodelan adalah suatu proses penyaringan dan penyeleksian terhadap berbagai data

sehingga diperoleh:

• Data atau komponen sistem yang dapat dimodelkan

• Data atau komponen sistem yang kurang penting atau tidak relevan, yang

dapat diasumsikan mampu mendukung tujuan yang ingin dicapai.

Sedangkan simulasi adalah:

• Program (software) komputer yang berfungsi untuk menirukan perilaku sistem

nyata.

• Manipulasi sebuah model sedemikian rupa sehingga model tersebut bekerja

dalam ruang dan waktu

9

Pemodelan dan simulasi kenaikan permukaan air laut merupakan suatu model Sistem

Informasi Geografis (SIG). SIG berfungsi sebagai instumen untuk menghasilkan

berbagai macam informasi dengan berbagai kriteria dan prosedur yang harus

dilakukan. Dengan menggunakan instrumen SIG tersebut, pemodelan dan simulasi

kenaikan permukaan air laut dibuat sedemikian rupa sehingga dapat

merepresentasikan kejadian aktual dan prediksi terhadap bencana tersebut.

2.2.2. Pelaksanaan Pemodelan dan Simulasi Kenaikan Permukaan Air Laut

Secara 3D

Pelaksanaan pemodelan dan simulasi kenaikan permukaan air laut secara 3D terdiri

dari:

1. Penentuan level ketinggian banjir

Untuk melakukan pemodelan terhadap kenaikan muka air laut, dibutuhkan beberapa

level ketinggian. Level ketinggian tersebut antara lain: level air laut tertinggi yang

pernah terjadi disuatu wilayah, MSL, datum vertikal, dan level ketinggian air yang

diprediksi untuk masa mendatang. Semua level ketinggian tersebut mengacu kepada

datum vertikal. Pada pemodelan banjir, datum vertikal dijadikan sebagai titik referensi

nol. Ilustrasi level ketinggian yang diperlukan dalam pemodelan banjir dapat dilihat

pada gambar 2.4.

Gambar 2.4. Level banjir

Level banjir

Level air tertinggi

MSL

Datum vertikal

Kedalaman banjir

10

2. Penentuan kedalaman banjir

Ketika memperkirakan bahaya yang ditimbulkan dari efek banjir, maka Grid

kedalaman dari banjir harus diketahui. Grid kedalaman banjir ditentukan secara

matematis dari data ketinggian air banjir. Ketinggian dari datum vertikal dinyatakan

sebagai level ketinggian nol (grid baru). Nilai dari kedalaman banjir dinyatakan

sebagai tinggi antara datum vertikal dengan level ketinggian air banjir. Daerah yang

berada di atas datum vertikal akan bernilai positif dan sebaliknya akan bernilai negatif

jika berada di bawah datum vertikal. Ilustasinya dapat dilihat pada gambar 2.5. Hasil

akhir dari grid kedalaman banjir direpresentasikan oleh nilai kedalaman pada saat

berada di area perluasan banjir

Gambar 2.5. Kedalaman banjir 3. Penentuan Area Perluasan Banjir

Layer perluasan banjir menjelaskan seberapa jauh level ketinggian air akan meluas

dan masuk ke daratan. Layer tersebut diturunkan secara matematis menggunakan

beberapa level ketinggian. Layer perluasan banjir akan membagi DEM menjadi

daerah-daerah di atas dan di bawah permukaan level banjir. Pemilihan level

ketinggian yang dijadikan referensi awal dari perluasan banjir tergantung dari data

yang tersedia. Pada umumnya referensi awal dari perluasan banjir adalah Level Air

Tertinggi (LAT) yang pernah terjadi di suatu wilayah. Nilai LAT tersebut dapat

diperoleh dari data stasiun pasut.

Level Banjir

0 m (Datum vertikal) Bernilai -

Bernilai +

11

4. Pembuatan Animasi Banjir

Animasi adalah sebuah alat yang tepat untuk menvisualisasikan secara cepat seberapa

serius banjir bisa terjadi pada suatu wilayah. Animasi banjir secara tiga dimensi (3D)

diciptakan untuk membantu visualisasi arah pergerakan banjir tersebut. Untuk lebih

efektif maka animasi harus bisa menunjukan banyak detail.

Untuk melakukan pemodelan dan simulasi kenaikan permukaan air laut secara 3D,

maka dibutuhkan data topografi suatu daerah pesisir pantai tersebut. Data topografi

tersebut dapat diperoleh dengan mengunakan suatu teknologi laser yang mampu

menghasilkan informasi kedalaman dan topografi detail secara cepat dan akurat.

Teknologi tersebut dinamakan Light Detection and Ranging (LIDAR). Berikut ini

akan dibahas tentang penggunaan teknologi LIDAR.

2.3. Pengantar Teknologi LIDAR

2.3.1. Umum Pada sekitar tahun 1980-an, beberapa negara seperti: Kanada, Amerika Serikat,

Swedia, dan Australia mencoba mengembangkan metode optik dalam pengukuran

data topografi permukaan bumi dan kedalaman. Metode tersebut memanfaatkan sinar

laser dan prinsip-prinsip optik untuk melakukan pengukuran. Dalam menjalankan

operasinya, perangkat optik tersebut diangkut oleh suatu wahana terbang berupa

pesawat terbang atau helikopter. Teknologi tersebut dinamakan Airborne Laser

Scanning (ALS). Negara-negara seperti: Amerika, Kanada, dan Swedia menamakan

teknologi ALS tersebut dengan nama LIDAR (Light Detecting and Ranging). LIDAR

merupakan pengembangan terbaru dari RADAR (Radio Detection and Ranging).

Bila Radar menggunakan emisi gelombang radio, maka LIDAR menggunakan emisi

gelombang cahaya. Jadi, LIDAR merupakan suatu sistem penginderaan jauh aktif

yang menggunakan sinar laser untuk menghasilkan informasi ketinggian dari suatu

objek. Ilustrasi dari LIDAR dapat dilihat pada gambar 2.6 di bawah ini.

12

Gambar 2.6. Ilustrasi penggunaan teknologi LIDAR [Miller, 2006]

2.3.2. Prinsip Kerja LIDAR 2.3.2.1. Prinsip Kerja LIDAR Secara Umum Prinsip kerja LIDAR secara umum adalah sensor memancarkan sinar laser kepada

sebuah target lalu sinar tersebut dipantulkan kembali ke sensor. Berkas sinar yang

kembali kemudian dianalisis oleh peralatan detektor. Perubahan komposisi cahaya

yang diterima dari sebuah target ditetapkan sebagai sebuah karakter objek. Waktu

perjalanan sinar saat dipancarkan dan diterima kembali diperlukan sebagai variabel

penentu perhitungan jarak dari benda ke sensor.

Ilustrasinya dapat dilihat pada gambar 2. 7 di bawah ini.

Gambar 2.7. Prinsip pengukuran jarak dengan laser [Lohani, 1996]

13

Gambar 2.8. Geometri sinar laser (Brenner, 2006)

Bentuk dari geometri sinar laser dapat dilihat pada gambar 2.8. Waktu tempuh sinar

laser diukur antara batas tepi awal antara sinar yang dipancarkan dan dipantulkan.

Ilustrasinya dapat kita lihat pada gambar 2.9 di bawah ini.

Gambar 2.9. Waktu tempuh pada saat pulsa di pancarkan dan diterima kembali (Brenner, 2006)

Jarak dihitung dengan menggunakan rumus: Kemudian resolusi jarak dan jarak maksimum dihitung dengan menggunakan rumus: Dapat disimpulkan bahwa resolusi jarak pengukuran sangat tergantung dari resolusi

pengukuran waktu tempuh yang sangat tergantung dari keakuratan jam yang ada pada

R = TL C

2

ΔR = C Δ TL 2

Rmax = C TLmax

2

14

sensor. Jarak maksimum yang dapat diukur tergantung dari waktu maksimum yang

dapat diukur dan energi dari sinar laser.

Tidak semua gelombang yang dipancarkan dan dipantulkan merupakan gelombang

garis lurus (gambar 2.10). Ada kalanya gelombang tersebut berbentuk seperti

gelombang berkelanjutan (continious wave ranging) yang ilustrasinya dapat dilihat

pada gambar di bawah ini.

Gambar 2.10. Tipe gelombang berkelanjutan [Lohani, 1996]

Gelombang berkelanjutan digunakan untuk mengukur jarak antara transmitter dan

reflektor. Pengukuran ini diaplikasikan jika terjadi perbedaan fase antara gelombang

yang dipancarkan dan yang diterima, waktu tempuh sinyal dapat ditulis dengan

rumus:

Dimana n adalah jumlah dari gelombang penuh yang dihasilkan, T adalah waktu

tempuh untuk satu gelombang sedangkan φ adalah beda fase.

2.3.2.2. Prinsip Survei Batimetri dengan LIDAR Pemetaan batimetri dengan wahana udara (ALH) bekerja berdasarkan transmisi sinar

laser secara vertikal ke bawah dari pesawat udara dan mengukur selisih waktu antara

sinar pantul dari permukaan laut dan dari dasar laut. Survei dilaksanakan oleh pesawat

terbang yang terbang dengan ketinggian dan kecepatan (ground speed) tertentu. Arah

TL = nT + φ T

2 π

15

penerbangan (track) atau pola perum berupa garis lurus menyilang jalur survei dengan

spasi interval tertentu.

Sinyal laser dengan bantuan pasangan optik, memecah output sinar laser menjadi dua

komponen sinar laser, yaitu: sinar infra merah, dan sinar hijau (lihat gambar 2.11).

Sinar hijau digunakan untuk melakukan scanning area secara menyilang jalur survei,

selanjutnya dipantulkan kembali oleh permukaan dan dasar perairan. Pulsa infra

merah berfungsi sebagai laser altimeter, ditransmisikan vertikal dari pesawat udara

dan dipantulkan oleh permukaan laut yang berfungsi sebagai referensi awal dari tinggi

pesawat.

Berkas pantul sinar hijau diterima oleh lensa penjejak dan diteruskan ke teleskop

penerima sinar hijau. Sinar dideteksi oleh sensor hijau. Berkas pantul pulsa infra

merah diterima oleh sensor infra merah. Kedua berkas sinyal pantul yang telah

diterima oleh perangkat penerima selanjutnya diproses dan disimpan dalam bentuk

digital. Hasil proses pengolahan sinar tersebut yaitu berupa data kedalaman.

Gambar 2.11. Sinar hijau dan sinar infra merah [Miller, 2006]

16

2.3.3. Komponen LIDAR 2.3.3.1. Sensor

Gambar 2.12. Sensor LIDAR [www.airbornelasermapping.com]

Sensor LIDAR (gambar 2.12) berfungsi untuk memancarkan gelombang/sinar laser

ke objek dan merekam kembali gelombang pantulannya setelah mengenai objek. Pada

umumnya gelombang yang dipancarkan oleh sensor terdiri atas dua bagian, yaitu:

gelombang hijau, dan gelombang infra merah. Gelombang hijau berfungsi sebagai

gelombang penetrasi jika suatu sinar laser mengenai daerah perairan. Sinar hijau

berfungsi untuk mengukur data kedalaman atau batimetri, sedangkan sinar infra

merah berfungsi untuk mengukur data topografi daratan atau permukaan bumi.

Kekuatan sensor LIDAR sangat erat kaitannya dengan: kekuatan sinar laser yang

dihasilkan, cakupan dari pancaran sinar gelombang laser, dan jumlah sinar laser yang

dihasilkan tiap detiknya. Semua bagian dari sensor LIDAR tersebut sangat

mempengaruhi kualitas data yang dihasilkan.

Karakteristik sensor LIDAR secara umum dapat dilihat pada tabel 2.1 di bawah ini.

Parameter Besaran Min dan

Max

Besaran umumnya

Panjang gelombang (nm) 810-1500 1000-1200

Sudut scan (derajat) 14-75 20-40

Rate pulse (kHz) 5-83 5-15

Tinggi terbang (m) 20-6100 200-300 (Helicopter)

500-1000 (Pesawat terbang)

17

Lebar Swath (m) 0.25 h-1.5 h 0.3 h-0.7 h

GPS frekuensi (Hz) 1-10 1-2

IMU frekuensi (Hz) 40-200 50

Diameter tapak kaki (m) 0.05-2 0.25-1

Spasi antar garis scan (m) 0.1-10 0.5-2

Spasi antar titik (m) 0.06-10 0.3-1

Akurasi jarak (cm) 2-30 5-15

Akurasi ketinggian (cm) 10-60 15-20

Tabel 2.1. Karakteristik sensor LIDAR secara umum [Istarno, 2007]

Karakteristik sensor ALH dapat juga di lihat pada tabel 2.2 di bawah ini.

Kedalaman maksimum (m) 70 Ketinggian topografi maksimum (m) 50 meter Kemampuan sounding (sounding/ detik) 900 Pola sounding (m) Lebar swath (m) Kecepatan pesawat (knot)

5 X 5 ( lebar swath 240, kecepatan pesawat 175) 4 X 4 ( lebar swath 200, kecepatan pesawat 140) 3 X 3 ( lebar swath 100, kecepatan pesawat 150) 2 X 2 ( lebar swath 50, kecepatan pesawat 140)

Ketinggian pesawat (m) 366-670 Daya tahan pesawat (jam) 8 Akurasi horizontal (m) IHO orde-1 (2.5) Akurasi kedalaman (m) IHO orde-1 (0.25)

Tabel 2.2. Karakteristik sensor ALH [Fugro, 2006]

Sensor LIDAR juga memiliki kemampuan dalam hal pengukuran multiple return.

Multiple return digunakan untuk menentukan bentuk dari objek atau vegetasi yang

menutupi permukaan tanah. Gelombang yang dipancarkan dan dipantulkan tidak

hanya mengenai permukaan tanah, tetapi juga mengenai objek-objek yang ada di atas

permukaan tanah. Masing-masing pantulan yang dihasilkan diukur intensitasnya,

sehingga diperoleh gambaran atau bentuk dari objek yang menutupi permukaan tanah

tersebut. Pantulan pertama akan mengukur jarak dari objek pertama yg ditemui,

contohnya pohon. Pantulan terakhir akan mengukur jarak objek terakhir, contohnya

18

tanah. Dengan memperhatikan data pertama dan terakhir secara simultan, maka akan

diperoleh tinggi pohon dan topografi permukaan tanah. Multiple return biasanya

diaplikasikan untuk daerah-daerah yang vegetasinya sangat padat. Ilustrasi dan

prinsip Multiple return tersebut dapat dilihat pada gambar 2.13.

Gambar 2.13. Konsep multiple return [Gaynor, 2007] 2.3.3.2. Inertial Measurement Units (IMU) Untuk mendapatkan hasil pengukuran yang optimal dengan tingkat kesalahan

seminimum mungkin, maka pada wahana udara diberi perlengkapan tambahan untuk

dapat merekam posisi pesawat saat melakukan scanning area. IMU akan memonitor

akselerasi (menggunakan ‘accelerometer’) dan rotasi (menggunakan ‘gyroscopes’)

dari pesawat (sensor). IMU akan menghasilkan nilai dari 3 sumbu utama, yaitu

sumbu: X (roll), Y (pitch), dan Z (yaw atau heading). Ilustrasinya dapat dilihat pada

gambar 2.14. Sistem IMU ini nantinya akan memberikan atau menentukan orientasi

3D setiap pusat proyeksi LIDAR.

Gambar 2.14. Koreksi Posisi Pesawat [Bobby, 2004]

19

2.3.3.3. Global Positioning System (GPS) GPS merupakan sistem penentuan posisi secara tiga dimensi (3D) yang berguna untuk

menentukan posisi pusat proyeksi setiap citra LIDAR. Penentuan posisi pusat

proyeksi LIDAR dapat dilakukan secara differensial. Penentuan posisi secara

differensial dapat digunakan untuk penentuan posisi obyek-obyek yang diam maupun

bergerak. Syarat penentuan posisi secara differensial adalah:

- Memerlukan minimal 2 buah receiver, satu ditempatkan pada titik yang telah

diketahui koordinatnya (monitor station) dan satunya lagi ditempatkan pada

titik yang akan ditentukan posisinya.

- Posisi titik ditentukan relatif terhadap monitor station.

Data GPS yang telah dihasilkan kemudian diolah secara post processing dan

kemudian digabungkan dengan data IMU sehingga diperoleh koordinat yang

terdefenisi secara geografis. GPS dipasang pada wahana pesawat dan di tanah

(ground). Ilustrasinya dapat dilihat pada gambar 2.15 di bawah ini.

Gambar 2.15. GPS untuk pengukuran LIDAR [Burtch, 2002]

2.3.4. Prosedur Pelaksanaan Pengukuran LIDAR

2.3.4.1. Prosedur Pelaksanaan Pengambilan Data LIDAR Ada beberapa hal yang harus diperhatikan sebelum pengambilan data LIDAR, antara

lain: penentuan atau survei pendahuluan terhadap daerah proyek, dan penyediaan titik

kontrol.

20

A. Survei Pendahuluan

Koordinat-koordinat batas dari area proyek terlebih dahulu harus diketahui, hal

tersebut merupakan permasalahan yang sangat penting untuk penyediaan titik kontrol

dan pengaturan jalur terbang ketika melakukan misi pengambilan data. Tipe dari area

proyek harus disurvei terlebih dahulu, hal tersebut dilakukan untuk memperhitungkan:

vegetasi, pohon, bangunan, dan hal-hal lainnya yang berpengaruh terhadap

pengambilan data. Contohnya, jika model topografi tanah merupakan produk akhir

yang dihasilkan dan harus ada beberapa jarak yang cukup diantara vegetasi yang

memungkinkan sinar laser masuk dan menghasilkan model topografi tanah, maka

mengharuskan penggunaan sistem yang memiliki kemampuan seperti: kecepatan

dalam melakukan scanning yang tinggi, kecepatan terbang yang rendah, dan sudut

pancar (small beam) yang kecil. Kesemuanya berfungsi untuk menghasilkan spasi

titik yang rapat dan memungkinkan pulsa laser sampai ke tanah.

B. Titik Kontrol Tanah

Pelaksanaan titik kontrol tanah terdiri dari: base stasiun, kontrol kalibrasi, dan kontrol

area proyek. Semua titik kontrol tersebut harus mengacu ke suatu jaring titik kontrol

geodesi yang berguna untuk konsistensi, dan pemeriksaan kesalahan yang diakibatkan

oleh sistem LIDAR.

B.1. Base Station (Stasiun Titik Kontrol)

Stasiun titik kontrol harus terletak pada jarak 30 sampai 40 km dari area proyek.

penentuan tersebut sangat penting, mengingat jarak antara area proyek dengan base

stasion sangat berpengaruh terhadap akurasi vertikal dan horizontal. Akurasi vertikal

dan horizontal dari titik kontrol harus sesuai dengan yang telah ditetapkan, sehingga

akurasi dari hasil akhir akan dapat terpenuhi. Untuk memenuhi kriteria jarak yang

diinginkan, maka base stasion harus diletakkan berdekatan dengan tempat pesawat

pada saat melakukan take-off dan landing.

B.2. Kontrol Kalibrasi Sistem LIDAR

Dalam rangka untuk meyakinkan bahwa sistem LIDAR bekerja dengan baik,

sejumlah titik kalibrasi harus didirikan dekat dengan area proyek. Pesawat akan

melakukan take off dan akan terbang di sekitar bandara, tujuannya adalah untuk

melakukan kalibrasi dari sistem yang digunakan. Biasanya titik kalibrasi tersebut

21

didirikan di bandara dimana pesawat mulai melakukan misi pengambilan data.

Ilustrasi dari kontrol kalibrasi sistem LIDAR dapat dilihat pada gambar Gambar 2.16.

B.3. Kontrol Area Proyek

Kontrol area proyek digunakan untuk melakukan pengujian terhadap akurasi dari

sistem yang digunakan dan produk akhir yang dihasilkan. Jumlah titik kontrol yang

dibutuhkan sangat tergantung dari jenis proyek yang akan dilakukan dan harus

mempertimbangkan vegetasi dan tipe topografi daerah proyek.

Gambar 2.16. Gambar titik kontrol di bandara [www.airbornelasermapping.com]

Serangkaian titik kontrol geodesi yang terletak di lokasi kalibrasi bandara dan

sepanjang area proyek merupakan syarat yang harus dipenuhi guna mendapatkan nilai

kontrol kualitas yang lengkap. Walaupun LIDAR sangat konsisten untuk pengukuran

individual, tetapi LIDAR merupakan sistem yang berentang dua arah sehingga

mempengaruhi terjadinya bias. Untuk mendeteksi dan menghilangkan kesalahan dari

bias yaitu dengan melakukan cek data secara keseluruhan dengan mendirikan

serangkain titik kontrol pada area bandara (seperti yang terlihat pada gambar 16),

serangkaian titik kontrol tersebut juga harus diletakkan di sepanjang lokasi proyek.

Setelah semua sistem telah disusun dan garis penerbangan dibuat, selanjutnya

operator akan memonitor perkembangan dari pengumpulan data dan memastikan

bahwa data telah dikirim kembali ke sensor. Operator akan mengetahui apakah sistem

tersebut bekerja dengan baik atau tidak antara lain dengan melakukan cek terhadap:

sinar laser yang dipancarkan (apakah laser bekerja dengan baik atau tidak), komponen

IMU dan GPS (apakah data yang dihasilkan oleh komponen IMU dan GPS

22

konsisten). Secara umum garis penerbangan yang sebelum dengan sesudahnya

disusun sedemikian rupa sehingga bisa memenuhi sidelap sebanyak 30%, yang dapat

dilihat pada gambar 2.17.

Gambar 2.17. Overlap pada misi penerbangan LIDAR [Burtch, 2002]

2.3.4.2. Pola Scanning (Penyiaman) LIDAR

Pola scanning (penyiaman) yang dihasilkan sangat tergantung dari sensor yang

digunakan. Pola yang dihasilkan juga sangat tergantung dari jenis terrain, dan tingkah

laku pesawat pada saat terbang sepanjang jalur proyek.

1. Pola zig-zag

Pada pola ini sebuah kaca osilasi akan mengarahkan sinyal laser sepanjang swath.

Dengan menggunakan galvanometer maka pola ini dapat dibuat lebih seragam. Data

titik-titik akan terus menerus dihasilkan dari dua arah penyiaman.

Gambar 2.18. Pola zig-zag [Lohani, 1996]

2. Pola Garis Pararel

Sebuah kaca mengarahkan sinyal laser sepanjang garis pararel di sepanjang daerah

swath. Data titik-titik dihasilkan dari hasil scanning satu arah. Keuntungannya adalah

penyebarann titik-titik pada tanah akan lebih seragam.

23

Gambar 2.19. Pola garis pararel [Lohani, 1996]

3. Pola Ellips

Pola ellips dihasilkan melalui kaca nutasi yang berotasi sepanjang sumbunya.

Permukaan dari kaca akan berinklinasi pada sumbu rotasi sehingga titik-titik yang

dihasilkan akan berbentuk pola ellips.

Gambar 2.20. Pola ellips [Lohani, 1996]

4. Pola Garis Pararel –Toposys

Sinar laser ditembakkan melalui susunan dari serat optik kemudian pulsa yang

dipantulkan dikumpulkan melalui sistem yang sama. Susunan serat optik memastikan

garis-garis penyiaman adalah pararel dan secara seragam terpetakan.

Gambar 2.21. Pola garis pararel –toposys [Lohani, 1996]

2.2.5.3. Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Kekuatan Sinar Laser LIDAR Di

Darat dan Di Perairan

Kemampuan penetrasi LIDAR sangat tergantung pada medium yang

dilewatinya,apakah itu udara atau wilayah perairan. Beberapa faktor yang

mempengaruhi kekuatan pulsa LIDAR di darat dan di perairan adalah:

24

A. Di Perairan

1. Turbiditas

Suatu energi sinar yang melalui air intensitasnya akan dipengaruhi dua proses, yaitu:

• Penyerapan (absorsi) dan konveksi kebentuk energi lain

• Penghamburan energi ke segala arah

Akibat adanya kedua komponen ini akan mengurangi intensitas berbanding lurus

dengan jarak/kedalaman yang telah ditempuh. Pengurangan intensitas yang

diakibatkan oleh kedua proses di atas disebut dengan turbiditas.

Turbiditas mempunyai nilai besar pada area perairan dimana dasar suspensi padat,

klorofil, dan material organik tak terurai yang memiliki konsentrasi tinggi. Dapat

disimpulkan bahwa perairan yang jernih akan memiliki kemampuan penetrasi energi

laser yang lebih baik.

2. Komposisi Dasar Perairan

Kemampuan penetrasi juga tergantung kepada komposisi dasar perairan daerah

survei. Vegetasi dasar laut akan mempengaruhi reflektifitas dasar perairan dan

mengurangi kemampuan penetrasi kedalaman.

3. Kondisi Cuaca

Kondisi cuaca di daerah survei seperti kabut, asap, dan hujan dapat mempengaruhi

kemampuan penetrasi sinar laser. Pada pengukuran kedalaman, pengaruh angin yang

terlalu kencang dan pasang surut yang terlalu tinggi juga menyebabkan adanya

pergerakan massa air atau arus yang membawa sedimen dasar perairan ke dalam

kolom air dan menyebabkan berkurangnya kejernihan air. Angin juga dapat

menimbulkan busa pada permukaan air, yang menyebabkan berkurangnya

kemampuan penetrasi kedalaman. Selain itu, gelombang laut juga menyebabkan

bertambahnya kesalahan penentuan tinggi pesawat dan efek pembelokan arah sudut

pancar (beam).

25

4. Backround noise

Teknik ALH sangat tergantung pada nilai SNR (Signal to Noise Ratio) yang diterima

oleh receiver. Untuk menghilangkan/mengurangi efek sinyal pantulan matahari, maka

sistem ini harus dilengkapi oleh fiber optis.

B. Di Darat

1. Komposisi Dasar Permukaan Topografi

Kemampuan penetrasi juga tergantung kepada komposisi dari permukaan topografi

daerah survei. Vegetasi atau objek-objek di atas permukaan topografi akan

mempengaruhi reflektifitas dan mengurangi kemampuan penetrasi.

2. Kondisi Cuaca

Kondisi cuaca di daerah survei seperti kabut, asap, dan hujan dapat mempengaruhi

kemampuan penetrasi sinar laser.

3. Backround noise

Untuk menghilangkan/mengurangi efek sinyal pantulan matahari, maka sistem ini

harus dilengkapi oleh fiber optis.

Sedangkan faktor-faktor yang juga sangat berpengaruh terhadap pengukuran di darat

maupun di perairan adalah kemampuan dari sistem LIDAR tersebut, seperti:

• Besarnya sudut penjejak (θ)

• Panjang gelombang sinar laser

• Karakteristik receiver yang digunakan

• Banyaknya gelombng sinar laser yang dipancarkan

• Tinggi terbang pesawat

2.3.5. Georeferensi Data LIDAR

2.3.5.1.Umum

Sebelum melakukan pengolahan data LIDAR, hal pertama yang harus dilakukan

adalah menentukan kerangka referensi dari data LIDAR tersebut.

26

Besaran-besaran yang harus ditentukan atau diukur untuk menentukan georeferensi

dari data LIDAR.

• Pengukuran jarak laser yang diperoleh dengan menggunakan waktu tempuh

dari masing-masing pulsa laser.

• Sudut scanning

• Akselerasi Pesawat

• Roll, pitch, dan yaw.

• Penentuan koordinat antena GPS.

Sistem LIDAR terdiri atas tiga sensor utama, yaitu: Laser Scanner, INS (IMU), dan

GPS (lihat gambar 2.22). Ketiga sensor tersebut bekerja pada frekuensi masing-

masing. Hal pertama yang harus diperhatikan adalah mengetahui berbagai macam

sistem koordinat yang terlibat dan hubungannya antar sistem koordinat tersebut.

3.3.5.2. Sistem Referensi LIDAR

1. Sistem referensi instrumen

Sistem ini berada pada pusat kaca dari instrumen. Dimana sumbu Z berada

sepanjang sinar laser yang berada pada pusat atau tengah-tengah dari area swath.

Sumbu X searah dengan hidung pesawat dan sumbu Y dapat ditentukan sesuai

dengan prinsip tangan kanan.

2. Sistem referensi Scanning

Garis merah yang ada pada gambar 2.22 mengindikasikan pulsa laser dengan

sumbu Z menjadi arah dari perjalanan sinar laser. Sumbu X dan Y searah atau

sama dengan sumbu X dan Y instrumen. Sumbu Z akan sangat bergantung

terhadap besarnya sudut scan.

3. Sistem referensi INS INS merupakan gambaran dari keadaan gravitasi lokal dan sumbu utara sebenarnya

ketika pesawat mengalami pergerakan. INS bekerja dengan cara melakukan deteksi

terhadap rotasi dari bumi dan gravitasi. Sistem referensi INS terdiri dari koordinat

27

X,Y,Z yang didefenisikan oleh roll, pitch, dan yaw. INS nantinya akan

menghasilkan nilai dari roll, pitch, dan yaw tersebut.

Gambar 2.22. Hubungan berbagai macam sistem referensi pada LIDAR

[Lohani,1996]

4. Sistem referensi Earth Tangential (ET)

Sistem ini bersumber dari sistem koordinat antena GPS (lihat gambar 2.22). Sumbu

X dinyatakan sebagai arah dari sumbu utara yang sebenarnya, dan sumbu Z berada

sepanjang pusat massa bumi. Sistem referensi ET berhubungan dengan INS yang

direalisasikan melalui roll, pitch, dan yaw yang menghasilkan koordinat X, Y, dan

Z berurutan sepanjang waktu pengambilan. ET juga dihubungkan dengan sistem

instrumen yang dinyatakan oleh vektor GPS. ET juga bisa dihubungkan dengan

WGS 84 yang dinyatakan oleh lokasi dari antena GPS pada setiap pengambilan

data. Ilustrasinya dapat dilihat pada gambar di bawah ini.

Gambar 2.23. Hubungan antara ET dengan WGS 84 [Lohani, 1996]

28

2.3.6. Data dan Aplikasi LIDAR

2.3.6.1. Kepadatan Data LIDAR

Kepadatan dari suatu data LIDAR merupakan parameter penting dalam pengukuran

LIDAR. Kepadatan sebuah data tergantung dari aplikasi dari data yang diinginkan.

Kepadatan sebuah data LIDAR tergantung dari:

• Ketinggian pesawat

• Kecepatan pesawat

• Frekuensi scan

• Pola scanning

• Kekuatan pulsa

• Geometri tanah dan reflektivitas dari objek yang dipantulkan

Jika ketinggian dari pesawat H, sudut scan θ, maka lebar swath S (Gambar 2.24)

dapat dihitung dengan menggunakan rumus:

S = 2 H tan (θ /2) (Lihat gambar 2.24)

Gambar 2.24. Kepadatan data LIDAR

Jika banyaknya titik yang dihasilkan dalam satu kali scan adalah N, banyaknya garis

yang diperoleh dalam waktu satu detik adalah K, lebar swath adalah S, dan kecepatan

pesawat adalah V, maka dapat ditentukan:

Si

Ji Ji

Si

Garis scan

Leba

r Sw

ath

29

1. Kepadatan data (titik per panjang unit) dapat ditulis dengan rumus:

2. Spasi antar titik diperoleh dengan rumus:

3. Spasi antar garis scan diperoleh dengan rumus:

2.3.6.2. Pengklasifikasian Data LIDAR

Pengklasifikasian data LIDAR dilakukan secara otomatis menggunakan analisis

morphological filter. Analisis ini akan menggolongkan data dalam titik-titik ‘tanah’

dan ‘non-tanah’. Klasifikasi selanjutnya dapat didefinisikan sebagai titik kanopi.

Ilustrasinya dapat dilihat pada gambar di bawah ini.

Gambar 2.25. Pengklasifikasian data LIDAR [Karvak, 2007]

2.2.6.3. Format Data LIDAR dan Aplikasinya

Format data LIDAR pada umumnya berisi informasi tentang:

• Return Number

• Nilai X,Y, Z

• Arah scan

• Besar sudut scan

• Ketinggian

ds = N S

x,y,z x,y,z

x,y,z x,y,z

x,y,z

x,y,z

x,y,z

x,y,z

x,y,z

Si = S N

Ji = V K

30

• Waktu GPS

• Jarak sinar laser

Format data LIDAR pada umumnya adalah ASCII dan LAS. Dari berbagai format

data LIDAR tersebut dapat dilakukan proses konversi ke format data lain. Proses

konversi tersebut dapat dilakukan dengan menggunakan berbagai software, seperti:

ArcGIS, Global Mapper, dan software-software pendukung lainnya. Proses konversi

tersebut akan mempermudah pembentukan dan analisis Digital Terrain Model (DEM)

dan bentuk-bentuk detail lainnya yang dihasilkan dari data LIDAR tersebut. Data

LIDAR yang telah diolah dapat digunakan untuk berbagai aplikasi, seperti:

1. Pemodelan Banjir.

2. Pemodelan Kota 3D

3. Kehutanan

4. Perencanaan tower transmisi

5. Pengembangan kawasan Real Estate

6. Survei konstruksi

7. Survei eksplorasi minyak dan gas

8. Pemetaan batimetri, dan lain sebagainya.

Ilustrasi dari berbagai aplikasi data LIDAR dapat dilihat pada gambar di bawah ini.

Gambar 2.26. Contoh berbagai aplikasi data LIDAR [Karvak, 2007]

Pemodelan kota 3D Batimetri

kehutanan

DEM

Tower transmisi

Survei konstruksi