1

UNIVERSITAS DIPONEGORO

ANALISIS PERUBAHAN KERAPATAN HUTAN MENGGUNAKAN

METODE NDVI DAN EVI PADA CITRA SATELIT LANDSAT 8

TAHUN 2013 DAN 2016

(STUDI KASUS :KABUPATEN SEMARANG)

TUGAS AKHIR

NANANG NOVIANTORO PRASETYO

21110112140073

FAKULTAS TEKNIK

PROGRAM STUDI TEKNIK GEODESI

SEMARANG

JUNI 2017

i

UNIVERSITAS DIPONEGORO

ANALISIS PERUBAHAN KERAPATAN HUTAN MENGGUNAKAN

METODE NDVI DAN EVI PADA CITRA SATELIT LANDSAT 8

TAHUN 2013 DAN 2016

(STUDI KASUS :KABUPATEN SEMARANG)

TUGAS AKHIR

NANANG NOVIANTORO PRASETYO

21110112140073

FAKULTAS TEKNIK

PROGRAM STUDI TEKNIK GEODESI

SEMARANG

JUNI 2017

ii

iii

iv

v

HALAMAN PERSEMBAHAN

“ Fainnama’al usriyusroo, Innama’al ‘usriyusroo – Maka sesungguhnya bersama

kesulitan ada kemudahan, sesungguhnya bersama kesulitan ada kemudahan. (Q.S Al-

Insyiroh: 5-6)”

Kupersembahkan Karya ini untuk :

Kedua Orang tua tercinta

Budi Prasetyo dan Nenik Sularmi yang telah memberikan segalanya,

terima kasih.

Adik Elsa Maulina Sari dan Uzma Hafidzah Ramadhani tersayang,

terima kasih.

Keluarga besarku yang selalu ada untuk mendukung, terima kasih

Bapak-ibu guru dan dosenku, yang dengan kemuliaan hati telah

memberikan pelita hidup kepada kami muridmu, terima kasih

Teman-teman seperjuanganku dalam menimba ilmu hingga saat ini.

Almamaterku, Universitas Diponegoro Semarang

vi

KATA PENGANTAR

Segala puji bagi Tuhan Yang Maha Esa, Pencipta dan Pemelihara alam

semesta, akhirnya Penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini, meskipun proses

belajar sesungguhnya tak akan pernah berhenti. Tugas akhir yang berjudul “

Analisis Perubahan Kerapatan Hutan Menggunakan Metode NDVI dan EVI Pada

Citra Satelit Landsat 8 Tahun 2013 dan 2016 (Studi Kasus : Kabupaten

Semarang)” ini sesungguhnya bukanlah sebuah kerja individual dan akan sulit

terlaksana tanpa bantuan banyak pihak yang tak mungkin Penulis sebutkan satu

persatu, namun dengan segala kerendahan hati, Penulis mengucapkan terima kasih

kepada:

1. Bapak Ir. Sawitri Subiyanto, M.Si selaku Ketua Jurusan Program Studi S1

Teknik Geodesi.

2. Bapak Moehammad Awaluddin, S.T., M.T selaku Sekretaris Jurusan Program

Studi Teknik Geodesi

3. Bapak Bandi Sasmito S.T., M.T dan Bapak DR.Yudo Prasetyo, S.T., M.T

selaku dosen Pembimbing I dan II yang telah membimbing dalam penyusunan

Tugas Akhir ini.

4. Kedua Orang tua, Bapak Budi Prasetyo dan Ibu Nenik Sularmi dan segenap

keluarga besar yang paling setia memberikan do’a, pengorbanan, dukungan,

dan semangat kepada penulis.

5. Seluruh Dosen Program Studi Teknik Geodesi yang tidak pernah lelah

memberikan bimbingan, saran, dan bantuannya dalam proses perkuliahan dan

pembuatan Tugas Akhir ini.

6. Seluruh Staf Tata Usaha Program Studi Teknik Geodesi Universitas

Diponegoro yang selalu membantu dalam proses administrasi pembuatan

surat-surat, pengurusan KRS, dan sebagainya.

7. Dian Asri Puspa Ratna sebagai penyemangat, penghibur, penolong, dan yang

setia menemani hingga Tugas Akhir ini dapat terselesaikan.

vii

viii

ABSTRAK

Hutan pada dasarnya memiliki peranan penting sebagai penyangga bagi

sistem kehidupan, beberapa diantaranya sebagai penyimpan cadangan air dan

oksigen. Dengan peningkatan yang pesat pada pembangunan menyebabkan

terdegradasinya areal hutan.Kerusakan hutan dalam jangka panjang akan

mengakibatkan terganggunya ekosistem hutan dan kehidupan yang ada di

sekitarnya.

Pemantauan hutan secara berkala perlu dilakukan untuk menghindari

terjadinya degradasi hutan. Metode yang bisa dilakukan dalam pemantauan hutan

diantaranya dengan memanfaatkan teknologi pengindraan jauh. Teknologi

pengindraan jauh dapat memberi solusi untuk pemantauan hutan skala luas, salah

satunya dengan memanfaatkan sensor multispektral pada citra satelit Landsat 8

dengan berbagai macam algoritma pemrosesan indeks vegetasi.

Penelitian ini menggunakan algoritma NDVI (Normalize Difference

Vegetation Index) dan EVI (Enhanched Vegetation Index) untuk melakukan

pemantauan perubahan hutan di Kabupaten Semarang. Metode yang dilakukan

yaitu pemrosesan NDVI dan EVI pada citra Landsat 8, selanjutnya

mengklasifikasikan kawasan hutan yang ada di Kabupaten Semarang dengan

menggunakan metode supervised dengan algoritma maximum likelihood, langkah

selanjutnya yaitu mengoverlay antara kawasan hutan dengan hasil dari proses

NDVI dan EVI.

Dari hasil overlay tersebut didapatkan luasan kerapatan hutan tinggi di

Kabupaten Semarang pada tahun 2013 sebesar 25.418,4 Ha untuk NDVI dan

15149,3 Ha untuk EVI, lalu pada tahun 2016 sebesar 26.677,7 Ha untuk NDVI dan

23.431 Ha untuk EVI. Berdasarkan uji ketelitian yang dilakukan dengan

menggunakan metode survei ubinan didapatkan hasil ketelitian NDVI 53,33% dan

EVI 80%. Hasil akhir dari pengolahan didapatkan peta kerapatan Hutan NDVI dan

EVI yang dapat digunakan sebagai pemantauan areal hutan yang ada di Kabupaten

Semarang.

Kata Kunci : EVI, Hutan, NDVI, Pengindraan Jauh.

ix

ABSTRACT

Basically, forests play a vital role as the support of living systems. Some forests

have function to provide natural water and oxygen storage. The rapid escalation of

development leads to forest degradation, which if happens in a long term, will disturb the

forest ecosystems and the life around the forests itself.

Periodic monitoring of forests needs to be done to avoid forest degradation. One of

the methods that can be used in monitoring the forest is utilizing remote sensing technology.

Remote sensing technology can be a solution for monitoring forests in a large scale, such

as using multispectral sensors on Landsat 8 satellite images with a variety of algorithm in

vegetation index processing.

This research applies NDVI (Normalize Difference Vegetation Index) and EVI

(Enhanched Vegetation Index) algorithm to monitor the change of forest in Semarang

regency. The method used in this research is processing of NDVI and EVI in Landsat 8

image, then classifying the forest area in Semarang Regency by using supervised method

with maximum likelihood algorithm, followed by overlaying the forest area with the result

of NDVI and EVI process.

The results are as follow: in 2013, high forest density in Semarang regency is

25,418.4 Ha for NDVI and 15149.3 Ha for EVI. In 2016, it becomes 26,677.7 Ha for NDVI

and 23431 Ha for EVI. Based on the accuracy test conducted by using the ubinan survey

method, it turns out that the result of NDVI accuracy is 53.33%, while EVI accuracy is

80%. The final result of the processing itself generates density maps of Forest NDVI and

EVI that can be used in monitoring the existing forests in Semarang regency.

Keyword : EVI, Forest, NDVI, Remote Sensing.

x

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL .............................................................................................. i

HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS ................................................ ii

HALAMAN PENGESAHAN .............................................................................. iii

HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI......................... iv

HALAMAN PERSEMBAHAN ............................................................................ v

KATA PENGANTAR .......................................................................................... vi

ABSTRAK .......................................................................................................... viii

ABSTRACT ........................................................................................................... ix

DAFTAR ISI ........................................................................................................... x

DAFTAR TABEL .............................................................................................. xiii

DAFTAR GAMBAR ........................................................................................ xivv

DAFTAR LAMPIRAN ........................................................................................ xv

BAB I PENDAHULUAN .................................................................................... 1

I.1 Latar Belakang .......................................................................................... 1

I.2 Rumusan masalah ...................................................................................... 2

I.3 Batasan Penelitian ..................................................................................... 3

I.4 Tujuan dan Manfaat Penelitian .................................................................. 3

I.4.1 Tujuan Penelitian ................................................................................... 3

I.4.2 Manfaat Penelitian ................................................................................. 4

I.5 Sistematika Penulisan ................................................................................ 4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA .......................................................................... 6

II.1 Kajian Penelitian Terdahulu ...................................................................... 6

II.2 Kajian Geografis dan Topografis Kabupaten Semarang ........................... 8

II.2.1 Kondisi Geografis Kabupaten Semarang ........................................... 8

II.2.2 Kondisi Topografi Kabupaten Semarang ......................................... 10

II.3 Definisi Hutan dan Kawasan Hutan ........................................................ 11

II.3.1 Hutan ................................................................................................ 11

II.3.2 Kawasan Hutan ................................................................................ 12

II.4 Koreksi Radiometrik ............................................................................... 13

II.5 Koreksi Geometrik .................................................................................. 15

xi

II.6 Landsat 8 ................................................................................................. 17

II.6.1 Sistem Pengindraan Jauh Satelit LDCM .......................................... 17

II.6.2 Subsistem Pendukung Satelit LDCM (Landsat-8) ........................... 19

II.6.3 Sensor Pencitra Pada Satelit LDCM (Landsat-8)............................. 20

II.7 Teori Algoritma Indeks Vegetasi ............................................................ 21

II.7.1 Normalize Difference Vegetation Index (NDVI) ............................. 21

II.7.2 Enhanched Vegetation Index (EVI) ................................................. 22

II.8 Klasifikasi Tutupan Lahan ...................................................................... 24

II.8.1 Klasifikasi Tak Terbimbing ............................................................. 24

II.8.2 Klasifikasi Terbimbing..................................................................... 25

II.9 Metode Uji Akurasi Klasifikasi Menggunakan Matriks Konfusi............ 26

BAB III TAHAPAN PENGOLAHAN DATA ................................................... 29

III.1 Ruang Lingkup Penelitian ....................................................................... 29

III.2 Data dan Alat Penelitian .......................................................................... 29

1. Data Penelitian ........................................................................................ 30

2. Alat Penelitian ......................................................................................... 30

III.3 Metodologi Penelitian ............................................................................. 30

III.3.1 Deskripsi umum metodologi ............................................................ 30

III.3.2 Diagram Alir Penelitian ................................................................... 31

III.4 Koreksi Radiometrik ............................................................................... 31

III.5 Koreksi Geometri .................................................................................... 34

III.6 Pemotongan Citra .................................................................................... 37

III.7 Transformasi NDVI ................................................................................. 38

III.8 Transformasi EVI .................................................................................... 40

III.9 Klasifikasi Lahan Hutan .......................................................................... 41

III.9.1 Supervised Classsification ............................................................... 42

III.9.2 Overlay Kawasan Hutan .................................................................. 43

III.9.3 Reklasifikasi Kawasan hutan ........................................................... 43

III.10 Validasi Ubinan ................................................................................... 44

BAB IV HASIL DAN ANALISIS ....................................................................... 46

IV.1 Koreksi Citra Landsat .............................................................................. 46

IV.1.1 Hasil Koreksi Radiometri ................................................................. 46

xii

IV.1.2 Hasil Koreksi Geometri.................................................................... 47

IV.2 Analisis Klasifikasi Tutupan Lahan ........................................................ 49

IV.2.1 Ketelitian Hasil Klasifikasi Terbimbing .......................................... 51

IV.2.2 Validasi Lapangan ............................................................................ 52

IV.3 Analisis Transformasi Indeks Vegetasi ................................................... 53

IV.4 Analisis Kerapatan Hutan ........................................................................ 55

IV.5 Analisis Validasi Lapangan (Survei Ubinan) .......................................... 59

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................. 61

V.1 Kesimpulan .............................................................................................. 61

V.2 Saran ........................................................................................................ 62

DAFTAR PUSTAKA ......................................................................................... xvi

LAMPIRAN ......................................................................................................... L1

xiii

DAFTAR TABEL

Tabel II.1 Parameter-Parameter Orbit Satelit Landsat 8 ........................................ 19

Tabel II.2 Spesifikasi Kanal-Kanal LDCM (Landsat-8) ........................................ 20

Tabel II.3 Bentuk Matriks Kesalahan .................................................................... 27

Tabel III.1 Rentang Nilai Vegetasi Departemen Kehutanan ................................. 43

Tabel III.2 Kriteria Kerapatan Hutan ..................................................................... 44

Tabel III.3 Kriteria Kerapatan Hutan (Hasil Konversi) ......................................... 45

Tabel IV.1 Nilai Statistik Citra Landsat 8 tahun 2013 ........................................... 46

Tabel IV.2 Nilai Statistik Citra Landsat 8 Tahun 2016 ......................................... 47

Tabel IV.3 Nilai RMS Citra Landsat 8 Tahun 2013 .............................................. 47

Tabel IV.4 Nilai RMS Citra Landsat 8 Tahun 2016 .............................................. 48

Tabel IV.5 Luas Tutupan Lahan Tahun 2013 ........................................................ 50

Tabel IV.6 Luas Tutupan Lahan Tahun 2016 ........................................................ 50

Tabel IV.7 Ketelitian Klasifikasi Citra Landsat 8 Tahun 2013 ............................. 51

Tabel IV.8 Ketelitian Klasifikasi Citra Landsat 8 Tahun 2016 ............................. 52

Tabel IV.9 Validasi Lapangan dari Hasil Klasifikasi Terbimbing ........................ 53

Tabel IV.10 Luas Kerapatan Hutan Metode NDVI dan EVI ................................ 56

Tabel IV.11 Luas Kerapatan Hutan Metode NDVI dan EVI ............................... 58

Tabel IV.12 Hasil Validasi Kesesuaian Kerapatan Hutan ..................................... 59

xiv

DAFTAR GAMBAR

Gambar II-1 Kenampakan di kabupaten Semarang ................................................. 9

Gambar II-2 Peta Topografi Kabupaten Semarang ................................................ 10

Gambar II-3 Kenampakan Hutan Kabupaten Semarang ........................................ 11

Gambar II-4 Transformasi Koordinat Citra ke Koordinat Peta ............................. 16

Gambar II-5 Gambaran Pencitraan Permukaan Bumi Dengan Satelit LDCM ..... 18

Gambar II-6 Reflektansi Sinar Matahari Dari Empat Jenis ................................... 21

Gambar III-1 Peta Tutupan Lahan Kabupaten Semarang ...................................... 29

Gambar III-2 Hasil statistik Citra Landsat 8 tahun 2013 ....................................... 33

Gambar III-3 Hasil statistik Citra Landsat 8 tahun 2016 ....................................... 34

Gambar III-4 Gambar Persebaran titik GCP Citra 2013 ........................................ 35

Gambar III-5 Hasil koreksi Geometrik Citra Landsat 8 tahun 2013 ...................... 36

Gambar III-6 Gambar Persebaran Titik GCP citra 2016 ....................................... 36

Gambar III-7 Hasil Koreksi Geometrik Citra Landsat 8 tahun 2016 ..................... 37

Gambar III-8 Citra Sebelum Dilakukan Pemotongan (Kiri) ................................. 38

Gambar III-9 Kotak dialog Band Math dengan algoritma NDVI .......................... 39

Gambar III-10 Hasil Transformasi NDVI Citra Landsat 8 Tahun 2013 ................ 39

Gambar III-11 Hasil Transformasi NDVI Citra Landsat Tahun 2016 ................... 40

Gambar III-12 Kotak Dialog Band Math dengan Algoritma EVI ......................... 40

Gambar III-13 Hasil Transformasi EVI Citra Landsat 8 Tahun 2013 ................... 41

Gambar III-14 Hasil Transformasi EVI Citra Landsat 8 Tahun 2016 ................... 41

Gambar III-15 Pengukuran Areal Ubinan (Kiri) dan Penentuan .......................... 44

Gambar IV-1 Peta Penggunaan Lahan di Kabupaten Semarang Tahun 2013 ...... 49

Gambar IV-2 Peta Penggunaan Lahan di Kabupaten Semarang Tahun 2016 ....... 50

Gambar IV-3 Transformasi NDVI (Kiri) dan EVI (Kanan) ................................. 54

Gambar IV-4 Transformasi NDVI (Kiri) dan EVI (Kanan) .................................. 54

Gambar IV-5 Hasil Overlay NDVI (Kiri) dan EVI (Kanan) ................................ 56

Gambar IV-6 Nilai Perbandingan Luas Kerapatan Hutan ..................................... 56

Gambar IV-7 Hasil Overlay NDVI (Kiri) dan EVI (Kanan) ................................. 57

Gambar IV-8 Nilai Perbandingan Luas Kerapatan Hutan ..................................... 58

xv

DAFTAR LAMPIRAN

LEMBAR ASISTENSI ......................................................................................... L1

PETA PERSEBARAN NILAI NDVI TAHUN 2013 ........................................... L2

PETA PERSEBARAN NILAI NDVI TAHUN 2016 ........................................... L3

PETA PERSEBARAN NILAI EVI TAHUN 2013 .............................................. L4

PETA PERSEBARAN NILAI EVI TAHUN 2016 .............................................. L5

PETA KLASIFIKASI TUTUPAN LAHAN TAHUN 2013 ................................ L6

PETA KLASIFIKASI TUTUPAN LAHAN TAHUN 2016 ................................ L7

PETA KERAPATAN HUTAN NDVI TAHUN 2013 ......................................... L8

PETA KERAPATAN HUTAN NDVI TAHUN 2016 ......................................... L9

PETA KERAPATAN HUTAN EVI TAHUN 2013 ...........................................L10

PETA KERAPATAN HUTAN EVI TAHUN 2016 .......................................... .L11

xvi