Analisa Data Raster Digital Elevation Model

Ehmm... ehmm... oke seperti pada judul pada postingan kali ini saya akan membahas tentang Analisa Data Raster Digital Elevation Model. apasih Digital Elevation Model? mungkin ada yang baru pertama kali dengar? nah akan dibahas secukupnya disini 😁.

Permukaan bumi tidaklah rata, terdapat banyak metode untuk memodelkan suatu ketinggian dari permukaan, misalnya seperti kontur, hillshading, dan visualisasi tiga dimensi. Sebelum masa serba digital seperti saat ini titik tinggi untuk mengukur ketinggian suatu titik menggunakan metode triangulasi.

Saat ini dikenal model elevasi yang dinamakan DEM (Digital Elevation Model), yang merupakan susunan data elevasi yang memiliki titik tinggi di setiap cell-nya, sehingga dianggap model permukaan bumi yang mendekati nyata.

DEM sendiri sebenarnya berdasarkan jenis datanya memiliki dua macam, yaitu DEM raster dan DEM vektor. DEM raster menggunakan grid ataupun piksel sebagai elevasinya, sedangkan DEM vektor menggunakan TIN (Triangulated Irregular Network). Faktanya DEM dan TIN tidak dapat digunakan secara bersamaan, namun DEM dapat diubah menjadi TIN dan begitupun sebaliknya TIN dapat diubah menjadi DEM. Pada DEM raster tersusun atas rangkaian piksel yang masing-masing memiliki nilai ketinggian, biasanya semakin cerah warnanya maka nilai DEM semakin tinggi nilai elevasinya.

DEM dapat diperoleh dari berbagai macam metode seperti menggunakan foto udara stereo dan hasil citra satelit. DEM hasil foto udara tentunya bergantung pada resolusi spasial foto udara itu sendiri. Seiring berjalannya waktu citra stereo yang dihasilkan citra satelit resolusi tinggi dapat menyamai hasil dari foto udara.

Penggunaan hasil olahan data DEM sangatlah banyak dan beragam bergantung pada kebutuhan masing-masing. Beberapa contoh hasilnya antara lain: surface length, volume, cut and fill, highest point, lowest point, line of sight, contour, long/cross section, visibility, 3D model, slope, aspect, hill shading, peta tiga dimensi, dan masih banyak lagi lainnya.

Digital Elevation Model

Menurut beberapa ahli, DEM adalah data digital yang menggambarkan geometri dari bentuk permukaan bumi atau bagiannya yang terdiri dari himpunan titik-titik koordinat hasil sampling dari permukaan dengan algoritma yang mendefinisikan permukaan tersebut menggunakan himpunan koordinat (Tempfli, 1991). DEM merupakan suatu sistem, model, metode, dan alat dalam mengumpulkan, prosessing, dan penyajian informasi medan. Susunan nilai-nilai digital yang mewakili distribusi spasial dari karakteristik medan, distribusi spasial di wakili oleh nilai sistem koordinat horisontal X Y dan karakteristik medan diwakili oleh ketinggian medan dalam sistem koordinat Z (Frederic J. Doyle, 1978) DEM khususnya digunakan untuk menggambarkan relief medan. Gambaran model relief rupabumi tiga dimensi (3 dimensi yang menyerupai keadaan sebenarnya di dunia nyata (real world) divisualisaikan dengan bantuan teknologi komputer grafis dan teknologi virtual reality (Mogal, 1993).

Data DEM dapat didapatkan dari berbagai sumber, antara lain:

• Foto udara stereo
• Citra satelit stereo
• Data pengukuran lapangan : GPS, Theodolith, EDM, Total Station, Echosounder
• Peta topografi
• Linier array image

Data DEM dapat memiliki struktur yang bermacam-macam, berikut penjelasannya.

• Grid

Grid atau Lattice menggunakan sebuah bidang segitiga teratur, segiempat, atau bujursangkar atau bentuk siku yang teratur grid. Perbedaan resolusi grid dapat digunakan, pemilihannya biasanya berhubungan dengan ukuran daerah penelitian dan kemampuan fasilitas komputer. Data dapat disimpan dengan berbagai cara, biasanya metode yang digunakan adalah koordinat Z berhubungan dengan rangkaian titik-titik sepanjang profil dengan titik awal dan spasi grid tertentu (Moore et al., 1991).

• TIN (Triangulated Irregular Network)

TIN adalah rangkaian segitiga yang tidak tumpang tindih pada ruang tak beraturan dengan koordinat x, y, dan nilai z yang menyajikan data elevasi. Model TIN disimpan dalam topologi berhubungan antara segitiga dengan segitiga didekatnya, tiap bidang segitiga digabungkan dengan tiga titik segitiga yang dikenal sebagai facet. Titik tak teratur pada TIN biasanya merupakan hasil sampel permukaan titik khusus, seperti lembah, igir, dan perubahan lereng (Mark, 1975)

• Interpolasi

Interpolasi adalah proses penentuan dari nilai pendekatan dari variabel f(P) pada titik antara P, bila f(P) merupakan variabel yang mungkin skalar atau vektor yang dibentuk oleh harga f(P1) pada suatu titik P1 dalam ruang yang berdimensi r (Tempfli, 1977). Penentuan nilai suatu besaran berdasarkan besaran lain yang sudah diketahui nilainya, dimana letak dari besaran yang akan ditentukan tersebut di antara besaran yang sudah diketahui. Besaran yang sudah diketahui tersebut disebut sebagai acuan, sedangkan besaran yang ditentukan disebut sebagi besaran antara (intermediate value). Dalam interpolasi hubungan antara titik-titik acuan tersebut didekati dengan menggunakan fungsi yang disebut fungsi interpolasi.

DEM juga memiliki beberapa turunan, diantaranya:

• Prespektif 3D

Tampilan 3-D juga dapat menghasilkan penyajian permukaan dan informasi terrain. Pada bird’s eye view, azimuth dan attitude (tinggi) pengamat yang berkaitan dengan permukaan dapat ditentukan. Pada gambar 3-D di permukaan, lokasi pengamat dan titik target biasanya ditentukan.

• Kontur

Kontur (isoline) adalah garis yang menggambarkan satu elevasi konstan pada suatu permukaan. Biasanya kontur digunakan untuk memvisualisasikan elevasi pada peta 2-Dimensi.. Kontur dibuat dari digitasi garis kontur yang disimpan dalam format seperti DLGs (Digital Line Graphs koordinat (x, y) sepanjang tiap garis kontur yang menunjukkan elevasi khusus. Kontur paling banyak digunakan untuk menyajikan permukaan bumi dengan simbol garis.

• Kelas Elevasi

Hampir sama dengan kontur, tetapi data yang digunakan berupa polygon dengan tampilan gradasi warna untuk perbedaan tinggi.

• Profil

Profil adalah irisan penampang 2-Dimensi dari suatu permukaan. Berdasarkan profil dapat dipergunakaan untuk analisa morfologi permukaan seperti : kecekungan permukaan, perubahan permukaan, kecembungan permukaan, dan ketinggian maksimum permukaan lokal.

• Line of Sigth

Merupakan garis antara 2 titik yang menunjukkan bagian-bagian dari permukaan sepanjang garis yang tampak (visible) atau tidak tampak (hidden) dari pengamat.

• Hillshading

Efek bayangan suatu permukaan berdasarkan harga reflektansi dari features permukaan sekitarnya, sehingga merupakan suatu metode yang sangat berguna untuk mempertajam visualisasi suatu permukaan. Efek bayangan dihasilkan dari intensitas yang berkaitan dengan sumber cahaya yang diberikan. Sumber pencahayaan yang dianggap pada jarak tak berhingga daripada permukaan, dapat diposisikan pada azimuth dan altitude (ketinggian) yang telah ditentukan relatif terhadap permukaan.

• Slope

Kemiringan lereng adalah suatu permukaan yang mengacu pada perubahan harga-harga z yang melewati suatu daerah permukaan. Dua metode yang paling umum untuk menyatakan kemiringan lereng adalah dengan pengukuran sudut dalam derajat atau dengan persentase. Contohnya, kenaikan 2 meter pada jarak 100 meter dapat dinyatakan sebagai kemiringan 1,15 derajat atau 2 persen.

• Volumetrik

Volume menghitung luas dan ruang volumetrik antara permukaan dan harga datum yang ditetapkan. Volume parsial dapat dihitung dengan mengatur datum.

• Visibility

Visibility mengidentifikasi pencahayaan (exposure) visual dan melakukan analisa pandangan menyeluruh pada suatu permukaan. Titik-titik pengamatan didefinisikan oleh feature titik dan garis dari satu coverage dan bisa menunjukkan lokasi menara pengamatan di tempat-tempat yang menguntungkan. Visibility mempunyai banyak pilihan atas kontrol parameter-parameter yang diamati: Spot, offseta, offsetb, azimuth1, azimuth2, vert1, vert2, radius1, dan radius2.

Adapun kualitas dari data DEM dapat ditunjukkan dari beberapa hal berikut ini.

1. Ketelitian (accuracy): ditunjukkan dengan Nilai RMSE, rata-rata absolut, atau standart deviasi.
2. Ketelitian dalam perekaman (fidelity): terkait dengan konsep generalisasi dan resolusi, ditentukan oleh :
   -Perubahan medan yang tidak mendadak : ukuran grid atau CI, spasi titik dan akurasi planimetris.
   -Breakpoint dan breaklines – perubahan minimum lereng, panjang minimum garis
3. Tingkat kepercayaan (confidence): pengukuran untuk kualitas semantik data.
4. Kelengkapan (completeness): tipe kenampakaan yang disajikan (igir, pola drainage, puncak, lubang, permukaan air, dsb).
5. Validitas (validity): tanggal sumber data, verifikasi data seperti, cek lapangan, perubahan bentuk di lapangan.
6. Tampilan grafis (apperance of graphics): varisasi warna, simbol, dan anotasi.

Berikut fungsi dari DEM

1. Analisis medan
   Analisis medan meyangkut data ketinggian (topografi):
   -Geomorfologi
   Geomorfologi secara kuantitatif mengukur permukaan medan dan bentuk lahan : Kemiringan lereng, aspek, kecembungan dan kecekungan lereng. panjang lereng. Hal tersebut penting untuk kerekayasaan yang menayangkut data tinggi antara lain penggalian : volume, manajemen lahan : site selection dan proses geomorfologi : erosi, landslide, aliran salju (modelling dan monitoring).
   -Hidrologi: Aliran runoff, estimasi volume reservoir, pemodelan banjir dan sedimentasi, batas DAS.
2. Klasifikasi penggunaan lahan
   DEM membantu klasifikasi penutup lahan dengan mengkaitkan data kemiringan dan aspek yang dilakukan pada data LANDSAT MSS. Akurasi pengenalan meningkat dari 46% menjadi 75% dengan kombinasi citra LNDSAT MSS dan DEM. Penentuan penutup lahan (jenis tanaman) berdasarkan ketinggian, serta membuat rekayasa pembuatan sawah terasering pada lahan yang berlereng miring sampai curam.
3. Pemetaan kontur
4. Komunikasi: Lokasi pemancar telepon seluler, pemancar TV
5. Keteknikan sipil: rute perpipaan, transmisi kabel listrik, desain, konstruksi, dan pemeliharaan jalan, jalan KA, airport, pelabuhan, saluran air/kanal, DAM
6. Militer: sistem senjata pertahanan, pendaratan pasukan
7. Arsitektur: desain dan perencanaan landscape kota

Shuttle Radar Topography Mission (SRTM)

Shuttle Radar Topography Mission adalah sebuah penelitian internasional yang dipelopori oleh US National Geospatial-Intelligence Agency (NGA) dan US National Aeronautics and Space Administration (NASA). Bertujuan mendapatkan model elevasi digital pada skala global kecil dari 56 derajat Lintang Selatan hingga 60 derajat Lintang Utara untuk menghasilkan database bumi dalam bentuk topografi digital yang memiliki resolusi tinggi yang paling lengkap. SRTM terdiri dari radar yang dimodifikasi secara khusus yang terbang bersama Space Shuttle Endeavour selama sebelas hari pada misi Februari 2000. SRTM digunakan untuk modeling elevasi yang berasal dari data SRTM yang digunakan dalam Sistem Informasi Geografis. Data SRTM dapat didownload secara gratis melalui internet, dengan berbagai format file (*.HGT, *.ASCII, dan *.tiff) didukung oleh perkembangan beberapa software seperti Global Mapper, ArcGIS, Arcview dan lainnya. Hasil dari data ekstraksi SRTM dapat berupa kontur, kelerengan (slope), hillshade, (model permukaan tanah), dan lain-lain. Secara umum data SRTM ini dapat dimanfaatkan untuk berbagai tujuan seperti kepentingan militer dan sipil seperti pemodelan drainase, simulasi penerbangan, penentuan letak tower selular, keamanan navigasi, dan lain-lain. Dalam bidang lingkungan, data SRTM ini dapat dimanfaatkan pula untuk pemodelan banjir, konservasi tanah, perencanaan penghijauan, pengawasan gunungapi, penelitian gempa dan pengawasan gerakan es.

Berikut beberapa contoh cara mengolah data DEM menjadi beberapa hasil, perangkat lunak yang digunakan adalah ArcMap 10.6.1

• Unduh data DEM (disini data yang digunakan adalah data DEM Kabupaten Probolinggo)
• Unduh data vektor (disini data yang digunakan adalah data batas Kabupaten Probolinggo) untuk melakukan subset
• Apabila terdiri dari beberapa data DEM lakukan mosaicking menggunakan tool mosaic to new raster.
• Lakukan subset data menggunakan extraction by mask tool
• Untuk membuat kontur dapat menggunakan Contour tool pada 3D analyst tool>raster surface
• Untuk membuat grid dapat menggunakan create fishnet tool pada data management tools>sampling.
• Untuk membuat slope dapat menggunakan slope tool pada 3D analyst tool>raster surface

Hasil

Mosaic data DEM (digunakan 4 buah untuk melengkapi Kabupaten Probolinggo)

Subset data DEM

Kontur

Sampling Grid

Slope

Analisa

Data Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) merupakan suatu bentuk data yang menyediakan informasi tentang tinggi tempat atau biasa disebut DSM (Digital Surface Model). SRTM merupakan hasil kerjasama antara NASA (National Aeronautics and Space Administration) dan NGA (National Geospatial-Intelligence Agency) untuk membuat peta Digital Elevation Model (DEM) secara global menggunakan interferometri. SRTM diterbangkan kapal pesawat ulang-alik Endeavour 11-22 Februari 2000 dengan ketinggian 233 km, kemiringan 57 derajat, dan misi selama 11 hari. Endeavour mengorbit bumi 16 kali setiap hari selama misi 11 hari, menyelesaikan 176 orbit. SRTM berhasil mengumpulkan data radar lebih dari 80% dari permukaan daratan bumi antara 60 ° Lintang Utara dan 56 ° Lintang Selatan dengan titik data diposting setiap 1 arc-second (sekitar 30 meter). Akurasi vertikal dari SRTM mencapai 16 meter dengan tingkat kepercayaan 90% (USGS, 2015). SRTM memanfaatkan teknik yang disebut interferometri RADAR untuk memperoleh informasi topografi. Ada dua jenis panel antena pada SRTM yaitu CBand dan X-Band. Data RADAR C-band diproses di Jet Propulsion Laboratory (JPL) yang menyediakan Digital Elevation Model (DEM) global. DEM resolusi yang lebih tinggi (tapi tidak dengan cakupan global) yang dihasilkan dari data RADAR X-Band, diolah dan didistribusikan oleh German Aerospace Center, DLR (Rodriguez, 2006).

Berikut spesifikasi data DEM yang digunakan yaitu produk dari SRTM

Spesifikasi produk SRTM yang dijelaskan pada tabel adalah misi perekaman data, lama misi, ketinggian orbit satelit pembawa (Endeavour), Inklinasi orbit, petak yang diperoleh, lama waktu akuisisi data. Tabel di atas juga menjelaskan mengenai sistem proyeksi, datum horizontal, datum vertikal, unit vertikal, resolusi spasial, ukuran raster, dan panjang gelombang C-band yang digunakan.

Hubungan Skala, Resolusi dan Banyak Kertas

Banyaknya kertas yang dibutuhkan untuk mencetak sebuah peta bergantung pada besarnya skala yang digunakan dan juga besarnya resolusi yang akan di hasilkan dari peta tersebut. Pada praktikum ini pembuatan Peta Kontur, Sampling Grid, serta Slope menginginkan agar memiliki resolusi spasial yang bagus serta banyaknya kertas yang dibutuhkan juga minimal, sehingga dalam pembuatan peta kali ini menggunakan skala 1:300000, hal ini dimaksudkan agar peta tersebut pas dengan ukuran kertas yang akan digunakan yakni kertas A4. Selain itu sesuai rentang skala peta yang diperbolehkan untuk dibuat dengan data SRTM yang punya ketelitian 30m tidak boleh melebihi 1:60000 hal ini akan menyebabkan informasi yang diberikan tidak akurat karena banyaknya informasi yang hilang.

Kesimpulan

Dari hasil dan analisa di atas maka dapat disimpulkan:

1. DEM SRTM merupakan hasil kerjasama antara NASA (National Aeronautics and Space Administration) dan NGA (National Geospatial-Intelligence Agency) untuk membuat peta Digital Elevation Model (DEM) secara global menggunakan interferometri. SRTM diterbangkan kapal pesawat ulang-alik Endeavour 11-22 Februari 2000 dengan ketinggian 233 km, kemiringan 57 derajat, dan misi selama 11 hari. Endeavour mengorbit bumi 16 kali setiap hari selama misi 11 hari, menyelesaikan 176 orbit. SRTM berhasil mengumpulkan data radar lebih dari 80% dari permukaan daratan bumi antara 60 ° Lintang Utara dan 56 ° Lintang Selatan dengan titik data diposting setiap 1 arc-second (sekitar 30 meter). Akurasi vertikal dari SRTM mencapai 16 meter dengan tingkat kepercayaan 90%. SRTM memanfaatkan teknik yang disebut interferometri RADAR untuk memperoleh informasi topografi dengan proses akuisisi data >80 jam. Sistem proyeksi yang digunakan adalah sistem proyeksi geografis dengan datum referensi horisontal WGS84 dan datum vertikal EGM 1996.
2. Pada proses pengolahan dari data DEM menjadi data kontur diperlukan beberapa langkah pengerjaan mulai dari penggabungan data (Mosaick), Subset peta sesuai dengan batas wilayah. Setelah itu baru melakukan proses pembuatan kontur. Interval kontur yang diberikan sebanyak 2 jenis yaitu dengan interval 30m dan 15m. Sedangkan ada tahap pembuatan sampling grid dan slope, data yang digunakan bukanlah data awal atau data asli hasil download melainkan menggunakan data kontur yang telah dibuat dengan melalui proses penggabungan data dan subset data sehingga akan menjadi data kontur. Untuk pembuatan sampling grid digunakan ukuran sebesar 50 x 50 m dimana setiap titik dari data sampling grid tersebut memiliki nilai elevasi. Sedangkan hasil yang diberikan pada pembuatan slope menampilkan data ketinggian dengan sistem gradasi warna, dimana untuk daerah yang berwarna merah memiliki tingkat kecuraman yang relatif landai dibandingkan dengan daerah yang berwarna biru.
3. Pada saat proses layouting peta, skala peta yang digunakan sebesar 1:300000 yang telah disesuaikan dengan ukuran kertas A4 dan juga untuk menghindari hilangnya informasi karena terlalu kecil maupun terlalu besarnya skala yang digunakan. Oleh karena itu sesuai dengan aturan yang ada, untuk pengolahan data SRTM besarnya skala yang digunakan tidak boleh lebih besar dari 1:60000 namun skala tersebut boleh di perkecil dengan prinsip generalisasi.

Nah sekian dulu penjelasan tentang Analisa Data Raster Digital Elevation Model semoga dapat dipahami dan bermanfaat.

Sampai jumpa lagi dan Salam CMIIW (Correct Me If I'm Wrong)~