analisis hasil pengolahan data palsar ortho daerah

Analisis Hasil Pengolahan Data PALSAR....(Mohammad Natsir)

31

ANALISIS HASIL PENGOLAHAN DATA PALSAR ORTHO DAERAH

KALIMANTAN MENGGUNAKAN PIRANTI LUNAK GAMMA (THE ANALYSIS OF THE KALIMANTAN PALSAR DATA ORTHO

CORRECTION USING GAMMA SOFTWARE)

Mohammad Natsir

Peneliti PUSTEKDATA, Lapan

e-mail: [email protected]

ABSTRACT

It has been processed the K and C initiative PALSAR ALOS strips of Kalimantan

that consist of 22 path and 277 standard images (scene) by using Gamma software. The

aim of K and C initiative among others to track the carbon deposits in entire the world.

In the processing it is needed ancillary data such as meta data of the satellite, sensor

and SRTM DEM. The meta data can be extracted from the PALSAR data, whilst the

calibrated o is calculated in the radiometric calibration. The calibrated o and SRTM

DEM are needed to find coarse LUT and Simulated SAR very useful in fine geocoding to

get fine LUT and Geometric Terrain Correction. The radar Geometric Terrain Corrected

image is matched with ortho-rectified optical data.

Keywords: Radar, Back cross section, Polarization, ALOS

ABSTRAK

Telah dilakukan pengolahan lajur data PALSAR ALOS K and C Initiative

Kalimantan yang terdiri atas 22 jalur dan 277 citra standar menggunakan perangkat

lunak Gamma. Tujuan dari K and C initiative antara lain mengikuti kandungan karbon

di seluruh dunia. Dalam proses itu diperlukan data bantu seperti meta data satelit,

sensor dan DEM SRTM. Meta data dapat diperoleh dengan mengekstraksikan data

PALSAR, sedangkan o dihitung melalui proses kalibrasi radiometric. Nilai o hasil

kalibrasi dan DEM SRTM diperlukan untuk mendapatkan LUT kasar dan SAR simulasi

yang sangat berguna dalam memperoleh LUT halus dan koreksi geometric terrain atau

geometric terrain correction. Data radar terkoreksi geometric terrain cocok dengan data

optis yang terkoreksi ortho.

Kata Kunci: Radar, Tampang Hamburan Balik, Polarisasi, ALOS

1 PENDAHULUAN

Salah satu satelit pembawa sensor

Synthetic Aperture Radar (SAR) adalah

Advanced Land Observation Satellite

(ALOS) yang diluncurkan oleh Jepang

pada tanggal 24 Januari 2006 di JAXA’s

Tanegashima Space Center Jepang

menggunakan roket H-IIA. Satelit ini

berbobot 4000 kg, didesain untuk dapat

beroperasi selama 3 – 5 tahun. Satelit

ini mengorbit pada ketinggian sekitar

700 km di atas permukaan bumi. Misi

utama ALOS adalah mencari pemecahan

masalah ketahanan pangan (food security),

kelangkaan sumber air, mitigasi bencana,

dan konservasi keanekaragaman hayati

(biodiversity). Dalam menjalankan misi

itu ALOS membawa tiga sensor yaitu

Panchromatic Remote Sensing Instrument

for Stereo Mapping (PRISM), Advanced

Visible and Near Infrared Radiometer

(AVNIR-2) dan Phased Array type L-Band

Synthetic Aperture Radar (PALSAR), yang

masing-masing dirancang untuk pemetaan

digital elevasi (ketinggian) yang dapat

menghasilkan data ketinggian,

Majalah Sains dan Teknologi Dirgantara Vol. 8 No. 1 Maret 2013 :31-39

32

pengamatan lahan secara teliti dan

untuk menghasilkan data SAR atau

radar pada band-L.

Periode kunjungan ulang (re-

visiting period) dari satelit ALOS adalah

46 hari, akan tetapi untuk kepentingan

pemantauan bencana alam atau kondisi

darurat, satelit ALOS mampu melakukan

observasi dengan selang waktu 2 hari.

PALSAR dioperasikan pada gelombang

mikro dengan frekuensi band-L dengan

sudut 35º off-nadir yang dapat menembus

awan, dapat melakukan pengamatan

siang maupun malam dalam kondisi

cuaca buruk sekalipun. PALSAR mem-

berikan data radar yang lebih baik

dibanding radar satelit generasi

sebelumnya.

PALSAR merupakan radar dengan

moda polarisasi penuh, dengan antena

yang dapat diprogram sehingga dapat

memancarkan dan menerima gelombang

terpolarisasi horisontal pula (HH), dapat

memancarkan dan menerima gelombang

terpolarisasi vertikal (VV), serta

memancarkan gelombang terpolarisasi

horisontal dan menerima gelombang

terpolarisasi vertikal (HV) atau sebaliknya

(VH). PALSAR juga dapat beroperasi

dengan moda polarisasi tunggal berkas

halus (fine beam single polarisation) (HH

atau VV), polarisasi ganda (HH + HV

atau VV + VH), atau polarisasi penuh

(HH + HV + VH + VV). Selain itu PALSAR

juga beroperasi dengan moda ScanSAR,

dengan polarisasi tunggal. Frekuensi

tengah (center band) dari radar adalah

1270 MHz dengan lebar pita (bandwidth)

28 MHz dalam moda polarisasi tunggal

berkas halus dan 14 MHz dalam moda

polarisasi empat ganda dan moda

ScanSAR. Sudut off-nadir bervariasi

antara 9,9° dan 50,8° (mid-swath),

berkaitan dengan variasi sudut datang

antara 7,9° dan 60,0°. Dalam moda

ScanSAR 5-berkas, rentang sudut

datang dari 18,0° hingga 43,0°.

Dalam rangka Kyoto and Carbon

Initiative ditetapkan bahwa untuk

memprediksi penyerapan karbon dunia

melalui hutan alam tropis, 20 institusi

internasional telah menjadikan hutan

tropis Amazon dan Indonesia sebagai

proyek percontohan. Sebagai tindak

lanjutnya, pemerintahan Belanda datang

ke Indonesia dan mengadakan data SAR

sebagai alternatif penghitungan luas

hutan di Indonesia. Data SAR yang

diperoleh adalah PALSAR ALOS dari

Jepang. LAPAN mengolah data ini

dengan bantuan Universitas Wegeningen

Belanda, Gamma Software House, dan

SARVision, menggunakan perangkat

lunak Gamma.

Gambar 1-1: Akuisisi data PALSAR ALOS (www.eorc.jaxa.jp)


33

Tujuan pembahasan ini adalah

membandingkan data radar terkoreksi

Geometric Terrain cocok dengan data

optis yang terkoreksi ortho. Sasarannya

adalah diperolehnya citra PALSAR ALOS

terkoreksi ortho dan terain.

2 PENGOLAHAN DATA PALSAR

Sebagian data SAR yang diterima

dari JAXA meliputi data daerah

Kalimantan yang diakuisisi tahun 2008,

2009 dan 2010 dengan jalur akuisisi

antara lain seperti pada Gambar 2-1.

Untuk meliput seluruh Kalimantan

diperlukan 22 lintasan yang dibagi

dalam 277 citra standar (Hoekman, 2012),

yang termasuk dalam peta Reference

System for Planning (RSP) ALOS, yakni

dari RSP410 sampai dengan RSP431.

Data yang diperoleh diakuisisi

dengan moda fine-beam single-polarization

(HH) dan moda fine-beam double-

polarization (HH dan HV). Karakteristik

data mentah seperti pada Tabel 2-1.

Tahapan pengolahan awal (Werner,

2012) meliputi estimasi angka keraguan

Doppler (Doppler ambiguity number) dan

titik berat (Centroid). Spektrum Doppler

di pusat sapuan merupakan kelipatan

frekuensi pengulangan pulsa/Pulse

Repetition Frequency (PRF) yang

diperlihatkan pada Gambar 2-2.

Gambar 2-1: Sebagian jalur akuisisi PALSAR (Hoekman, 2012)

Tabel 2-1: KARAKTERISTIK DATA MENTAH PALSAR FINE BEAM

Polarisasi Single pol HH atau VV

Dual pol HH+HV atau VV+VH

Range Bandwidth 28 MHz (single pol), 14 MHz (dual pol)

Chirp Bandwidth 2.8 micro second

Range Sample Rate (IQ) 32.000 MHz

Number of Range Sample/ echo 10304

Number of echoes 32421

Number of bits per sample 5

Pulse Repetition Frequency (PRF) 2159.827 Hz


34

Estimasi angka keraguan Doppler

ditentukan menggunakan algoritma

frekuensi ketukan multi-look (Multi-look

beat frequency, MLBF) yang digambarkan

oleh Cumming dan Wong (2005). Pusat

berat Doppler sebagai fungsi range

diestimasikan menggunakan metode Cross

Correlation pada garis-garis yang

berdekatan (Gambar 2-2).

Sinyal kompleks Level-1 diproses

menggunakan Gamma MSP untuk

menghasilkan citra single-look complex

(SLC) dan multi-look intensity (MLI).

Dalam moda fine-beam chirp, sinyal

dipancarkan pada frekuensi 28 MHz

dalam waktu 27 mikro detik (Werner,

2012). Data mentah juga membawa

informasi parameter citra seperti Tabel

2-2.

Gambar 2-2: Spektrum Doppler di pusat sapuan kelipatan FRP SAR (Werner, 2012)

Gambar 2-3: Doppler vs jumlah Sample Slant Range (Werner, 2012)


35

Tabel 2-2: PARAMETER CITRA SLC PALSAR FINE-BEAM HH KALIMANTAN RSP422

Range samples: 9344

Azimuth samples:

Range_looks

Azimuth_looks

18432

1

1

Slant-range pixel spacing: 4.684257 m

Azimuth pixel spacing: 3.210105 m

Azimuth angle 90o

Incidence angle (center-swath) 38.8332 o

Near range 846.01431 km

Doppler centroid (center-

swath): -1871 Hz

Dalam rangka program K and C

initiative, LAPAN memperoleh data

dengan format SLC path oriented. Data

ini kemudian diolah dengan perangkat

lunak GAMMA yang terdiri atas 5

langkah yaitu: (i) impor data dan

ekstraksi meta data, (ii) kalibrasi

radiometrik, (iii) geocoding kasar, (iv)

geocoding halus, dan (v) koreksi terain

geometrik dan koreksi terrain radiometrik.

Langkah pertama menghasilkan

data mentah digital dan parameter data

PALSAR. Parameter itu digunakan untuk

mengkalibrasi data PALSAR pada langkah

ke-2, yaitu proses multilook yang

mengubah nilai digital menjadi bernilai

dB dan menghasilkan data yang sudah

terkalibrasi ° dan °. Geocoding kasar

(coarse geocoding) dilakukan dengan

masukan data yang sudah dikalibrasi

bersama-sama dengan data DEM SRTM

90m. Dalam proses ini dilakukan

penghitungan sudut datang lokal (local

incidence angle), ukuran pixel sebenarnya,

penutup rebah ke depan dan bayangan

(lay over and shadow mask), citra SAR

simulasi dan daftar pencarian kasar

atau Look Up Table (LUT) kasar, yang

nantinya digunakan untuk mencocokkan

citra SAR dengan citra SAR simulasi.

Kemudian dilakukan transformasi dari

pixel SAR ke koordinat peta.

Selanjutnya geocoding halus (fine

geocoding) dilakukan dengan mencocok-

kan data terkalibrasi dan simulasi SAR,

dengan menggunakan LUT kasar,

sehingga menghasilkan LUT halus. LUT

halus yang dijadikan masukan dalam

proses Geometric Terrain Correction (GTC)

bersama-sama dengan data terkalibrasi

radiometrik. Secara teoritis, koreksi

radiometrik adalah mengubah regangan

slant range ke ground range dengan

menghitung sudut datang i menggunakan

persamaan berikut (Elachi, 1988)

Si

iSii

Rd

RRd

2cos

222 (2-1)

Dengan Rs adalah jarak antara sensor

dan pusat planet bumi yang diperoleh

dari parameter orbit satelit; Ri menyatakan

jarak antara permukaan bumi dan

pusat planet yang biasanya diperoleh

dari ketinggian permukaan rata-rata;

dan di ialah jarak antara sensor dan

pixel i. Nilai-nilai ini diperoleh langsung

dari data yang belum dikoreksi.

Proses terakhir adalah Terrain

Radiometric Correction (RTC) yang ber-

tujuan agar perbedaan penerangan akibat

permukaan terrain tidak mempengaruhi

nilai digital obyek permukaan bumi.

Citra diperoleh dengan cara mengalikan

nilai digital citra dengan faktor yang

mempunyai rumusan sebagai berikut:

tan

tan f (2-2)

Dengan adalah sudut datang gelombang

dan adalah kemiringan permukaan

yang diperoleh dari proses terdahulu,

sehingga tidak terlihat adanya kemiringan

permukaan yang bergelombang lagi.

Alur pengolahannya diperlihatkan pada

Gambar 2-3.


36

Gambar 2-3: Diagram alir pengolahan citra SAR Gamma (Verhoeven 2012)

Sebagai contoh instruksi dalam pengolahan data dengan input data PALSAR

RSP422 dan DEM SRTM resolusi 50 adalah sebagai berikut:

Palsar_ortho /data1/inputdata/PALSAR-

KC/RSP422_SLT20090226FBS343HH0_W1130422001-02_001/master/

RSP422_SLT20090226FBS343HH0_W1130422001-02_001_HDR /data1/

inputdata/SRTM/srtm4_borneo.bin 50

3 HASIL DAN PEMBAHASAN

Jalur data PALSAR ALOS format

path oriented sebagai masukan disajikan

dalam Gambar 3-1 (a), hasil pengolahan

GTC disajikan dalam Gambar 3-1 (b), dan

lokasi pencitraan pada Gambar 3-1 (c).

Data masukan yang path oriented

belum mengenal sistem koordinat.

Bentuknya matriks yang terdiri atas

kolom dan baris saja. Data berkode

RSP422_SLT20090226FBS343HH0_W113

0422001-02_001 dalam Gambar 3-1

memuat informasi permukaan bumi

yang membentang dari laut Jawa,

Impor Data dan Ekstraksi

Metadata

Data PALSAR

KALIBRASI RADIOMETRIK

CITRA BINER

MENTAH

DATA BANTU

(PARAMETER)

o atau

o

TERKALIBRASI

GEOCODING KASAR LUT Kasar

SAR

Simulasi

GEOCODING HALUS

LUT Halus

KOREKSI TERRAIN GEOMETRIK

KOREKSI TERRAIN RADIOMETRIK

DEM SRTM

CITRA GEOCODED

TERRAIN TERKOREKSI


37

Banjarmasin sampai dengan pantai

utara Sabah. Secara geometrik data

PALSAR yang path oriented belum

memuat informasi posisi-lokasi. Dalam

koreksi geometrik, dilakukan proses

geocoding yaitu pemberian label posisi-

lokasi, sehingga data PALSAR memuat

informasi posisi lokasi. Akibatnya posisi

gambarnya menjadi miring mengikuti

data lokasi yang termuat tersebut.

Pada data path oriented, posisi

Sabah berada persis di atas Banjarmasin

dan setelah dikoreksi citra menjadi

miring ke kiri, sehingga antara gambar

dan posisi menjadi sesuai. Kecerahan

data awal yang path oriented itu hanya

merupakan data yang memuat nilai

digital saja dan tidak mempunyai arti

apa-apa. Namun, setelah dilakukan

kalibrasi, maka nilai digital tersebut

memberikan nilai tampang hamburan

radar (radar cross section) o atau o

dalam dB. Setiap jenis obyek mempunyai

o berbeda sehingga memberikan

hamburan balik yang berbeda. Meskipun

demikian, tampang hamburan radar itu

bukan satu-satunya faktor yang mem-

pengaruhi besar hamburan balik. Hal

ini menimbulkan kesukaran dalam

menebak obyek sasaran hanya

berdasarkan tampang hamburan saja.

Pembesaran (zoom) daerah yang

ada dalam kotak merah disajikan dalam

Gambar 3-2. Gunung yang tampak adalah

Gunung Raya (2278m) di Kalimantan

Tengah. Pada data awal penampakan

gunung ini mengalami layover.

Pemancaran gelombang radar dari kiri

diperlihatkan dengan kecerahan puncak

gunung di sebelah kiri atau arah barat

dengan sangat terang dan membentuk

bayangan di sebelah kanan berintensitas

rendah (hitam). Pada umumnya relief

permukaan yang tidak rata terlihat dari

adanya kecerahan di sebelah kiri dan

bayangan di sebelah kanan.

(a) (b) (c)

Gambar 3-1: (a) Data mentah, (b) citra terkoreksi geometrik, (c) Lokasi citra


38

Agar dapat digunakan untuk

keperluan lebih lanjut, semua bayangan

yang menutupi sebagian permukaan

citra harus hilang. Untuk itu dilakukan

pemrosesan sehingga seolah-olah seluruh

permukaan disinari oleh cahaya yang

sama, dilakukan koreksi radiometrik

dengan mengalikan semua nilai digital

citra dengan faktor f yang diperoleh dari

persamaan 2-2. Hasil pemrosesan GTC

dan RTC masing-masing disajikan pada

Gambar 3-3(a) dan Gambar 3-3(b).

Hasil GTC maupun RTC di atas

kemudian di-overlay dengan citra Landsat

ortho INCAS daerah Kalimantan Selatan

dan ternyata cocok (match) dengan citra

Landsat Ortho. Namun citra overlay

tidak dapat ditampilkan di sini. Hasil

seluruh pulau Kalimantan telah dijadikan

satu mozaik oleh Dirk Hoekman

(Hoekman, 2011) seperti Gambar 3-4.

Gambar 3-2: Pembesaran (zoom) bagian citra daerah gunung Raya (2278 m) di Provinsi Kalimantan

Tengah

(a)

(b)

Gambar 3-3: Hasil pengolahan (a) GTC dan, (b) RTC


39

Gambar 3-4: Mosaik citra seluruh pulau Kalimantan (Hoekman, 2012)

4 KESIMPULAN

Dengan perangkat lunak gamma

dan tanpa citra hasil antara, dapat

dilakukan pengolahan data PALSAR

ALOS yang hasilnya sesuai dengan peta

citra ortho. Masukan harus berupa data

SAR dengan format path oriented dan

memerlukan data sekunder DEM SRTM.

DAFTAR RUJUKAN

Cumming, I. G. dan F. H. Wong, 2005.

Digital Signal Processing of Synthetic

Aperture Radar Data Algorithms

and Implementation, Artech House,

Norwood, MA.

Elachi, C., 1988. Spaceborne Radar Remote

Sensing: Application and

Techniques, IEEE Geoscience and

Remote Sensing Society, 345 East

47th Street, New York.

Hoekman, D., 2011. Introduction to

Remote Sensing Physic and Radar,

Environmental Science-

Wegeningen University.

Hoekman, D., 2012. Radar Processing

Resultsr, Presentasi.

http://www.eorc.jaxa.jp/ALOS/en/kc_

mosaic/kc_mosaic.htm, Juli 2012

http://www.members.chello.nl/~r.sugar

diman/html/GEO_example_geoco

ding.html.

Verhoeven, R., 2011. Gamma Image

Processing Chain, SARVision,

Bahan Workshop SARVision,

Universitas Wegeningen.

Werner, C., 2012. PALSAR Processing”

http://www.opengis.co.jp/htm/

gamma/.

http://www.eorc.jaxa.jp/ALOS/en/kc_mosaic/kc_mosaic.htm

http://www.eorc.jaxa.jp/ALOS/en/kc_mosaic/kc_mosaic.htm

http://www.members.chello.nl/~r.sugardiman/html/GEO_example_geocoding.html



http://www.opengis.co.jp/htm/gamma/PALSAR_Processing_060502.pdf

http://www.opengis.co.jp/htm/gamma/PALSAR_Processing_060502.pdf

analisis hasil pengolahan data palsar ortho daerah

Documents