Penginderaan Jauh – Pengertian, Cara Kerja, Komponen, Manfaat, Kelebihan & Kekurangan

Untuk melakukan analisa pada wilayah yang luas dan sulit diakses, kita dapat menggunakan konsep penginderaan jauh atau yang juga dikenal dengan singkatan inderaja. Teknologi ini seringkali dipadukan dengan Sistem Informasi Geografis (SIG) agar menghasilkan informasi yang bermanfaat diberbagai bidang.

Inderaja biasanya dimanfaatkan di banyak sektor, sepertki kehutanan, kelautan, geologi, geografi, pengembangan wilayah sesuai dengan tujuannya. Pada kesempatan kali ini akan dijelaskan lebih rinci mengenai penginderaan jauh serta hal-hal yang terkait dengan teknologi ini.

Pengertian Penginderaan Jauh

Penginderaan jauh adalah ilmu dalam mengumpulkan informasi suatu objek tanpa menyentuh atau melakukan kontak fisik secara langsung terhadap objek tersebut. Secara umum, inderaja berkaitan dengan pengolahan citra dalam mengamati dan mengetahui suatu fenomena di bumi.

Menurut Lillesand dan Kiefer (2004) dalam Purwadhi et al. (2015), penginderaan jauh adalah ilmu dan seni untuk mendapat informasi dari suatu obyek, daerah, atau fenomena geofisik melalui analisis data, dimana untuk memperoleh data tersebut tidak perlu melakukan kontak langsung terhadap sumber obyek, daerah, atau fenomena geofisik.

Data yang diperoleh ini berupa citra satelit yang harus diolah agar menghasilkan informasi yang dikehendaki. Prinsip dasarnya adalah merekam interaksi antara gelombang elektronik dan objek di muka bumi oleh sensor penangkap gelombang. Sensor tersebut dapat berupa satelit, pesawat berawak maupun tanpa awak.

Penginderaan Jauh Menurut Para Ahli

Selain pengertian inderaja diatas, ada pula pengertian yang disampaikan oleh para ahli, antara lain:

  • Menurut Lillesand dan Kiefer (1979) – Penginderaan jauh adalah ilmu dan seni untuk mendapatkan informas objek, wilayah, atau gejala dengan menganalisa data yang diperoleh menggunakan alat tanpa kontak langsung terhadap objek, wilayah atau gejala yang dikaji.
  • Menurut Colwell (1984) – Inderaja adalah pengukuran atau perolehan data obyek di permukaan bumi dari satelit atau instrumen lain yang berada jauh dari objek yang diamati.
  • Menurut Curran (1985) – Penginderaan jaug merupakan pengunaan sensor radiasi elektromagnetik untuk merekam gambar lingkungan bumi yang diinterpretasikan sehingga menciptakan informasi yang berguna.
  • Menurut American Society of Photogrammetry (1983) – Inderaja merupakan pengukuran atau perolehan informasi dari obyek atau fenomena menggunakan alat perekam yang secara fisik tidak melakukan kontak langsung dengan obyek atau fenomena yang dikaji.
  • Menurut Avery (1985) – Inderaja adalah usaha memperoleh, mengidentifikasi dan menganalisis objek dengan sensor pada posisi pengamatan daerah kajian.
  • Menurut Lindgren (1985) – Penginderaan jauh adalah berbagai teknik yang dikembangkan untuk memperoleh dan menganalisa informasi tentang bumi.

Prinsip Kerja Penginderaan Jauh

Cara kerja inderaja dimulai saat melakukan proses perekaman objek yang ada di permukaan bumi. Penginderaan ini dihubungkan oleh tenaga yang membawa data menuju sensor, seperti bunyi, daya magnet, gaya berat, dan elektromagnetik. Akan tetapi energi yang digunakan dalam proses ini biasanya adalah tenaga elektromagnetik, misalnya cahaya matahari sebagai tenaga elektromagnetik bersistem pasif.

Sinar matahari yang mengenai objek permukaan bumi kemudian diserap dan dipancarkan sehingga sensor akan menangkap gelombang elektormagketik yang berasal dari permukaan bumi. Sensor elektromagnetik tersebut dapat dipasang pada satelit atau pesawat drone. Setelah sensor menangkap gelombang elektromagnetik, selanjutnya akan diolah menjadi sinyal digital yang tersimpan di ruang penyimpanan data.

Arah Orbit Satelit

Satelit adalah wahana yang sering dimanfaatkan untuk mendapat gambaran citra. Satelit dibekali dengan sensor inderaja dengan arah orbit yang disesuaikan dengan kebutuhan data.

satelit bumi Pixabay

Berdasarkan arah orbitnya, orbit satelit dibedakan menjadi dua jenis, yakni orbit polar dan stasioner.

  1. Orbit polar adalah arah orbit satelit secara vertikal dan hampir mendekati bidang utara dan selatan. Orbit ini membentuk sudut inklinasi sekitar 8 sampai 9 derajat. Jenis satelit yang mengorbit secara polar biasanya berada pada ketinggian 600 hingga 1.000 km. Arah orbit satelit diatur sedemikian rupa agar memotong ekuator pada waktu tetap. Orbit polar juga dapat dseibut sebagai orbit sinkron matahari (sun synchronous orbit).
  2. Orbit stasioner atau geostasioner juga dsiebut orbit sinkron bumi (geo-synchronous orbit). Satelit dengan orbit ini biasanya berada pada ketinggian 36.000 km dan digunakan untuk tujuan penginderaan jauh komunikasi, lingkungan dan cuaca. Satelit orbit stasioner diatur kecepatannya agar sama dengan gerak rotasi bumi, sehingga seolah-olah berada di tempat yang tidak berubah posisinya. Oleh karena itu, satelit ini mampu menangkap gelombang di tempat yang sama pada waktu yang berbeda atau disebut resolusi temporal.

Komponen Penginderaan Jauh

Teknologi indraja didukung dan dipengaruhi oleh berbagai komponen. Beberapa komponen penginderaan jauh adalah sumber tenaga, atmosfer, interaksi tenaga dan objek permukaan bumi, sensor, wahana, sistem pengolahan data, serta penggunaan data.

1. Sumber Tenaga

Untuk merekam obyek yang berada di permukaan bumi, mekanisme sensor dapat bekerja dengan adanya pasokan energi untuk mengenail obyek. Sumber tenaga inderaja dapat dibagi menjadi dua jenis, yaitu sumber tenaga alam dan sumber tenaga buatan.

Sumber tenaga alam contohnya adalah matahari yang digunakan pada sistem pasif. Sedangkan sumber tenaga buatan dalam penginderaan jauh sistem aktif adalah radar dan lidar.

Tenaga alam utama yang menjadi sumber energi ialah cahaya matahari, akan tetapi tidak semua energi elektromagentik dari matahari dapat digunakan dalam inderaja. Sebab radiasi matahari hanya dapat digunakan untuk perekaman data penginderaan jauh jika panjang gelombangnya sesuai.

Radiasi matahari yang sampai ke bumi sebagian akan diserap oleh permukaan bumi dan sebagian lainnya akan dipantulkan. Sensor inderaja yang ada di wahana satelit hanya dapat menerima gelombang elektromagnetik hasil pantulan radiasi matahari dari obyek di permukaan bumi. Mekanisme seperti ini disebut dengan sistem penginderaan jauh sistem pasif.

Radiasi matahari yang menuju bumi pun tidak semua spektrum gelombangnya mencapai permukaan, sehingga pantulan gelombang elektromagnetik pun tidak akan merata. Spektrum pantuan radiasi matahari yang bisa digunakan adalah gelombang tampak dan perluasannya, seperti ultraviolet, biru, hijau, merah dan inframerah pendek dengan panjang gelombang 0.3 sampai 1.3 mikrometer, panjang gelombang inframerah termal sekitar 3 sampai 5 mikrometer dan 8 sampai 14 mikrometer, serta panjang gelombang mikro antara 0.1 sampai 100 cm.

Panjang gelombang tampak dan perluasannay adalah hasil dari reflektansi obyek permukaan bumi. Panjang gelombang tersebut bisa digunakan untuk menganalisis kondisi visual di permukaan bumi.

Perekaman panjang gelombang termal dapat dimanfaatkan untuk mengetahui perbedaan pancara suhu objek permukaan bumi. Sedangkan perekaman panjang gelombang mikro dapat dibagi menjadi dua sistem peremakan, yaitu aktif dan pasif.

2. Sensor dan Wahana

Sensor adalah alat yang digunakan untuk merekam data dari gelombang elektromagnetik yang dipantulkan oleh permukaan bumi. Sensor ini dapat dipasang pada wahana berupa satelit, roket, pesawat, drone, balon stratosfer dan balon kaptif.

Sensor dan wahana untuk indraja mempunyai perbedaan karakteristik dengan sensor wahana lainnya. Karakteristik ini dibedakan menjadi karakteristik spasial, lebar sapuan, spektral, resolusi radimeterik dan resolusi temporal.

Adanya perkembangan teknologi ikut berpengaruh terhadap resolusi dan kepekaan sensor menjadi lebih detail dan akurat. Akan tetapi, data yang dihasilkan sensor tersebut hanya akan menjadi informasi yang bermanfaat jika pengguna data dapat memahami cara kerja sensor, mampu menginterpretasi citra dan menggunakannya secara tepat.

3. Interaksi Tenaga dan Objek

Diperlukan pembelajaran antara interaksi tenaga dan objek permukaan bumi agar menghasilkan informasi yang tidak bias atau salah. Kajian perlu dilakukan terkait tenaga dan objek karena validnya informasi dapat dipengaruhi oleh atmosfer yang membatasi bagian spektrum elektromagnetik.

Atsmosfer bisa menjadi hambatan dan menghamburkan spektrum sinar tampak serta serapan spektrum sinar inframerah. Hamburan yang dimaksud adalah sebaran radias matahari oleh partikel-partikel di atmosfer. Hamburan tersebut dapat mengganggu sistem penginderaan jauh, seperti hamburan rayleigh, hamburan mie dan hamburan non selektif.

  • Hamburan Reyleigh adalah hamburan yang terjadi saat cuaca cerah dan panjang gelombang pendek menjadi lebih kuat karena tenaga radiasi matahari beinteraksi dengan partikel mikro yang berukuran jauh lebih kecil daripada panjang gelombang yang melewati. Jika hamburan ini terjadi, maka citra digital harus dikoreksi oleh atmosfer.
  • Hamburan Mie berpengaruh terhadap panjang gelombang berukuran panjang. Hamburan ini dapat terjadi karena partikel-partikel di atmosfer lebih besar dari panjang gelombang pancaran matahari. Contoh partikel yang menyebabkan hamburan mie adalah uap air dan debu. Kondisi ini akan terjadi jika kondisi cuaca agak gelap.
  • Hamburan non-selektif merupakan hambatan yang terjadi jika gelombang menabrak partikel dengan diameter lebih besar dibandingkan dengan panjang gelombang. Hamburan ini akan mempengaruhi seluruh spektrum panjang gelombang, yaitu sinar tampak dan perluasannya. Kondisi in juga yang menjadikan awan dan kabut berwarna putih pada semua panjang gelombang.

Selain hamburan, ada pula fenomena serapan atmosfer. Serapan atmosfer adalah peristiwa yang menyebabkan hilangnya tenaga pada spektrum cahaya tertentu. Hambatan atau penyerapan ini biasanya terjadi karena uap air, karbondioksidan dan ozon.

Dampak dari partikel terhadap serapan gelombang tergantung dari fungsi panjang gelombang dalam kisaran spektral tertentu. Oleh sebab itu, dalam menyusun sensor inderaja harus memperhatikan hal-hal berikut ini:

  • Kepekaan spektral sensor
  • Adanya spektral pada jendela atmosfer
  • Sumber dan besar tenaga pada kisaran spektral jendela atmosfer

Pemilihan range spektral pada sensor dapat didasrkan pada cara tenaga berinteraksi dengan obyek permukaan bumi. Suatu obyek saat menerima gelombang kemudian akan menyerap, memantulkan dan meneruskan dengan tenaga berbeda-beda sesuai karakteristik gelombangnya. Berdasarkan hal ini, benda yang tidak terlihat pada spektral tertentu akan terlihat pada range spektral lainnya.

4. Atmosfer

Atmosfer adalah lapsian gas atau udara yang melingkupi bumi. Atmosfer terdiri dari berbagai senyawa kimia seperti oksigen, karbondioksida, nitrogen, hidrogen dan helium. Senyawa tersebu mempunya peranan dalam menerima, menyerap, melanjutkan dan memantulkan gelombang elektromagnetik.

Dalam struktur atmosfer dikenal adanya istilah jendela atmosfer, yaitu bagian dari atmosfer yang meloloskan sepktralt ertentu dari gelombang elektromagnetik.

5. Pengumpulan Data

Penginderaan jauh menggunakan sensor yang ditempatkan pada wahana akan menghasilkan data manual serta numerik. Data manual merupakan data hasil interpretasi citra (contohnya foto udara) menggunakan stereoskop. Stereoskop adalah alat untuk mengambil gambar dari udara dengan kesan tiga dimensi.

Sedangkan data numer atau digital didapatkan dari penggunaan software inderaja. Contoh software yang digunakan adalah Erdas Imagine dan Envi.

6. Pengguna Data

Hasil dari perolahan data inderaja tersebut kemudian digunakan oleh pengguna sebagai komponen akhir dalam sistem penginderaan jauh. Penguna data adalah perseorangan atau lembaga yang menggunakan data yang telah diperoleh untuk kepentingan tertentu.

Contoh sektor lembaga yang memanfaatkan data dari sistem penginderaan jauh adalah:

  • Kehutanan
  • Kependudukan
  • Pemetaan
  • Militer
  • Meteorologi dan Klimatologi

Kelebihan dan Kekurangan Penginderaan Jauh

Meski terlihat sebagai sistem canggih dengan kemampuan mendapatkan kondisi permukaan bumi, namun inderaja juga memiliki keungguan dan kekurangan.

Berikut ini adalah kelemahan sistem inderaja, yaitu:

  1. Penginderaan jauh harus dilakukan oleh orang atau operator yang ahli dalam bidang inderaja
  2. Alat dan perlengkapan yang digunakan mahal, misalnya penggunaan wahana satelit, drone, serta pesawat
  3. Tidak semua citra satelit dioperasikan secara mudah, sebab beberapa citra digital harus bersifat berbayat dan tidak dipublikasikan secara umum, contohnya citra dgital beresolusi spasial tinggi

Selain kelemahan tersebut, inderaja juga mempunyai keunggulan yaitu:

  1. Mampu melakukan analisa wilayah luas dalam waktu singakt
  2. Menggambarkan kontur permukaan bumi secara akurat
  3. Dapat menghasilkan gambaran tiga dimensi melalui stereoskop meski berasal dari foto udara dua dimensi
  4. Beberapa citra digital dapat dimanfaatkan secara gratis, contohnya Landsat 8
  5. Menghasilkan data dimensi hutan, meliputi diameter tajuk, biomassa, luas tutupan lahan hutan dan sebagainya
  6. Pengolahan data citra digital dengan menggunakan aplikasi komputer, contohnya Envi dan Erdas Imagine

Jenis-Jenis Citra

Pencitraan satelit yang juga disebut fotografi angkasa adalah citra bumi atau planet yang dikumpulkan oleh satelit pengamat. Citra dibagi menjadi dua jenis, yaitu citra digital dan citra konvensional. Sedangkan berdasarkan cara pengambilan data, citra dibekdakan menjadi citra dari atmosfer dan dari luar atmosfer.

Dalam penggunaannya, citra digital lebih populer digunakan karena dukungan perkembangan teknologi. Berikut ini adalah contoh satelit yang menghasilkan citra digital, antara lain:

  1. Satelit Landsat
  2. Satelit SPOT
  3. Satelit IKONOS
  4. Satelit GeoEye
  5. Satelit Pleiades
  6. Satelit Resourcesat-1 (IRS-P6)
  7. Satelit ALOS
  8. Satelit Terra Aster
  9. Satelit Quickbird
  10. Satelit ERS-SAR
  11. Satelit Worldview
  12. Satelit NOAA
  13. Satelit HCMM
  14. Satelit GMS/ Satelit HIMAWARI
  15. Satelit Terra-Aqua MODIS
  16. Satelit JERS-1

Manfaat Penginderaan Jauh

Inderaja dapat diinterpretasikan oleh siapapun, akan tetapi hanya beberapa sektor yang memanfaatkan data penginderaan jauh untuk kepentingan tertentu. Adanya sistem indraja sangat membantu mempercepat pengukuran secra valid tanpa turun ke lapangan.

peta deforestasi kalimantan CIFOR

Beberapa manfaat penginderaan jarak jauh di berbagai bidang, yaitu:

1. Kehutanan

Sekitar 60% kawasan daratan Indonesia merupakan kawasan hutan. Pada sektor ini, teknologi inderaja sangat membantu dalam mengawasi luasan hutan di Indonesia.

Contohnya adalah FWI (Forest Watch Indonesia), sebuah LSM / Lembaga Swadaya Masyarakat Kehutanan yang fokus mengontrol tutupan lahan hutan di Indonesia dengan memanfaatkan inderaja.

Berikut ini adalah peran penginderaan jauh pada sektor kehutanan, yaitu:

  • Mengukur luasan tutupan lahan hutan
  • Mengukur laju deforestasi dan reforestasi
  • Mengukur potensi suatu kawasan hutan produksi
  • Mengukur besarnya stok karbon kawasan hutan
  • Menganalisis jenis tutupan lahan hutan

2. Geodesi

Di bidang geodesi, penginderaan jauh biasanya dipadukan dengan Sistem Informasi Geografis agar menghasilkan data dan informasi akurat. Teknologi inderaja di sektor ini dimanfaatkan untuk berbagai macam survei dan berperan sebagai berikut:

  • Analisa citra digital untuk berbagai kepentingan
  • Pembuatan data kontur wilayah permukaan bumi
  • Perencanaan pembangunan
  • Fotogrametri atau aerial surveying

3. Hidrologi

Upaya antisipasi bencana alam hidrometeorologis membutuhkan analisis spasial yang bisa didapatkan dari teknologi inderaja. Sistem ini dapat membantu pemodelan hidrologi dalam skala DAS.

4. Perencanaan Wilayah

Inderaja dalam sektor perencanaan wilayah digunakan untuk mengetahui informasi awal kawasan yang akan direncanakan. Contohnya adalah analisa tutupan lahan untuk menentukan jenis perencanaan yang tepat pada wilayah tertentu.

5. Meteorologi dan Klimatologi

Selain permukaan bumi, teknologi penginderaan jauh dapat digunakan untuk mengamati benda-benda lain di atmosfer. Kemampuan tersebut bermanfaat dalam bidang meteorologi dan klimatologi untuk kepentingan sebagai berikut:

  • Prakiraan cuaca
  • Peringatan dini potensi dan bahaya bencana alam
  • Analisis iklim suatu kawasan
  • Analisis sebaran awan di suatu wilayah

6. Kelautan

Di sektor kelautan, inderaja dimanfaakan untuk mengamati fisis air laut, arus laut, kadar garam, suhu permukaan, pasang surut air laut, gelombang laut, serta pemetaan perubahan pantai, abrasi, sedimentasi dan lainnya.