Digital Elevation Model (DEM)

1. Pengertian DEM

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, 1991)

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)

2. Data DEM

a. Sumber Data DEM

• FU stereo

• Citra satelit stereo

• Data pengukuran lapangan : GPS, Theodolith, EDM, Total Station, Echosounder

• Peta topografi

• Linier array image

b. Struktur Data DEM

• 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

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)

• Kontur

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.

3. 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.

4. Turunan DEM

1. Tampilan 3 Dimensi

a. Perspektif 3 Dimensi - (bird’s eye view)

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.

b. Tampilan 3D timbul dari atas

Drape permukaan membuat tampilan 3-Dimensi layer lain yang memiliki koordinat yang sama dengan TIN. Drape mengenakan titik dan garis.

2. Kontur

Kontur (isoline) adalah garis yang menggambarkan satu elevasi konstan pada suatu permukaan. Biasanya kontur digunakan untuk memvisualisasikan elevasi pada peta 2-Dimensi.

3. Kelas Elevasi

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

4. .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.

4. Garis penglihatan (line of sight)

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

5. Efek bayangan (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.

6. Kemiringan lereng (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.

7. Aspek (aspect)

Aspek permukaan adalah arah dari perubahan z yang maksimum ke arah bawah. Aspek dinyatakan dalam derajat positif dari 0 hingga 360, diukur searah jarum jam dari Utara.

8. Analisa volumetrik

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

9. Analisa visibilitas

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.

10. Titik Terendah (Find Lowest Point) dan Titik tertinggi (Find Highest Point)

11. Pengukuran Jarak (surface length) dan Posisi (Surface Point)

12. Penentuan Jarak dan arah (Geodesy Graphic Tools)

13. Cut/fill

14. Line of Sight (LOS)

5. Kualitas DEM

1. Ketelitian (accuracy)

ditunjukkan dengan Nilai RMSE, rata-rata absolut, atau standart deviasi

2. Ketelitian dalam erekaman (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

6. Aplikasi DEM

1. Analisis medan

Analisis medan meyangkut data ketinggian (topografi):

a. Geomorfologi

Geomorfologi secara quantitatif mengukur permukaan medan dan bentuk lahan :

- Kemiringan lereng

- Aspek

- Kecembungan dan kecekungan lereng

- Panjang lereng

Hal tersebut penting untuk kerekayasaan yang menayangkut data tinggi :

- Penggalian : volume

- Manajemen lahan : site selection

- Proses geomorfologi : erosi, landslide, aliran salju (modelling dan monitoring

b. Hidrologi

- Aliran runoff

- Estimasi volume reservoar

- Pemodelan banjir dan sedimentasi

- Batas DS

- Pola aliran : 90% DAS di New York ditentukan dengan DEM

c. 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

d. Pemetaan kontur

Pembuatan kontur dengan variasi CI

e. Komunikasi

- Lokasi Pemancar telepon seluler

- Pemancar TV

f. Keteknikan sipil

- Rute perpipaan

- Transmisi kabel listrik

- Desain, konstruksi, dan pemeliharaan Jalan, jalan KA, airport, pelabuhan, saluran air/kanal, DAM

g. Militer

- Sistem senjata pertahanan

- Pendaratan pasukan

h. Arsitektur

- Desain dan perencanaan Landscape kota

2. Koreksi data

DEM untuk koreksi citra satelit dan FU karena pengaruh topografi.

DEM untuk orthophoto FU

DEM untuk koreksi citra Radar karena pengaruh layover pada medan perbukitan

DEM baik untuk koreksi aeromagnetik, grafitasi, pengaruh ketinggian pada survey spektrometer

3. visualisasi

Visualisasi yang baik untuk menggambaran medan dengan pandangan perspektif dan blok diagram. Teknik dapat dengan mengkombinasikan data lain (integrasi dan registrasi SIG)

Contoh : visualisasi peta Penutup Lahan dengan peta shadow, colordrape peta-peta tematik.

Rujukan :

3D - ANALYST, D E M (Digital Elevation Model Model), Taufik Hery Purwanto, S.Si., M.Si.

DEM_SRTM Wilayah Gunung Langi Kec. Tellu LimpoE kabupaten Bone, CGIAR-CSI, 2010

Software MapInfo, Verical Mapper, Global Mapper, ArcView & Surfer

Shuttle Radar Topography Mission (SRTM)

Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) 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.

Space Shuttle Endeavour

SRTM dihasilkan dari penyiaman gelombang radar dengan teknik interferometri. Teknik interferometri radar adalah sebuah cara penyiaman muka bumi dengan  dua posisi sensor radar yang berbeda tempat. Pada wahana pengambilan data SRTM  ini, jarak rentangan dua sensor radar ini sejauh 60 meter, dimana satu sensor berada  dalam wahana (main antenna), dan sensor lain berada pada ujung rentangan di luar wahana (outboard antenna).

 

 Proses penyiaman permukaan Bumi

Gelombang radar dimanfaatkan untuk pengambilan  data ini karena memiliki kelebihan, diantaranya adalah perekaman dapat dilakukan  pada siang ataupun malam hari. Disamping itu gelombang radar dapat menembus tutupan awan, Dengan demikian, perekaman data SRTM tidak terpengaruh oleh keadaan cuaca setempat.

 

 Cakupan SRTM (56 derajat LS - 60 derajat LU)

Wahana SRTM membawa dua panel dengan saluran C dan Saluran X. Peta topografi global dari bumi disebut dengan Digital Elevation Models (DEMs). DEMs ini terbuat dari data radar saluran C tersebut. Data ini diolah oleh Jet Propulsion Laboratory dan didistribusikan melalui USGS EROS Data Center. Data saluran X digunakan untuk menghasilkan DEMs dengan resolusi yang lebih tinggi. Data SRTM dari saluran X diolah dan didistribusikan oleh German Aerospace Center.

C-RADAR (Radar Saluaran-C):

C-RADAR (5,3 GHz, panjang gelombang = 5,6 cm, bandwidth = 10 MHz) yang disediakan oleh NASA / JPL, ia menawarkan kemampuan dual-polarisasi. Kekuatan puncak radiasi adalah 1,2 kW / polarisasi. Dalam modus ScanSAR, C-RADAR mempekerjakan dua pasang balok simultan, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 8, yang beralih dalam petak lebar penuh, menciptakan pola citra SAR bersebelahan dan tumpang tindih. Lebar petak total 225 km menyediakan ukuran pixel (resolusi) dari sekitar 30 m (data titik jarak dari satu arcsec).

Instrumen sumber data dikumpulkan pada 180 Mbit / s (di empat saluran) dan disimpan di on-board perekam. Instrumen data telemetri di 15,12 kbit / s adalah downlinked terus-menerus.

X-RADAR (Radar Saluran-X):

X-RADAR (9,6 GHz, 3,1 cm panjang gelombang =) disediakan oleh DLR dan ASI, ia menawarkan balok tetap (52 º sudut terlihat) polarisasi tunggal (VV dlm kapal dan V antena tempel). Kekuatan puncak radiasi adalah 1,7 kW pada FRP dari 1674 pulsa / s. X-RADAR beroperasi dalam mode wide-petak 50 km, resolusi pixel horizontal 30 mx 30 m dengan ketinggian vertikal resolusi relatif 6m dan 10 m mutlak. Petak X-SAR diposisikan di tengah-tengah dua subswaths luar C-RADAR.

Ilmu instrumen data rate adalah 90 Mbit / s dan disimpan pada perekam on-board. Instrumen data telemetri di 9,6 kbit / s adalah downlinked terus-menerus.

Lokasi Saluran-C, Saluran-X dan Saluran-L pada main antenna dan outboard antenna

 Table  Perbandingan Saluran-C, Saluran-X dan Saluran-L

Parameter	L-band Antenna	C-band Antenna	X-band Antenna
Frequency	1.25 GHz	5.3 GHz	9.6 GHz
Bandwidth		10 MHz	9.5 MHz
Inboard antenna: Aperture length x width	12.0 m x 2.9 m	transmit/receive 12.0 m x 0.75 m	transmit/receive 12.0 m x 0.4 m
Outboard antenna: Aperture length x width		receive only 8.0 m x 0.75 m	receive only 6.0 m x 0.4 m
Architecture	Active Phased Array Patch-type planar antenna with 2-D steering		Slotted waveguide array
Phase control	4 bit	4 bit	N/A
Polarization	4 subswaths transmit/receive H,V,V,H, inboard 4 subswaths receive only H,V,V, H, outboard		VV inboard antenna, (V outboard antenna)
Polarization isolation	25 dB	25 dB	39 dB
Antenna gain	36.4 dB	42.7 dB	44.5 dB
Mechanical steering range	N/A	N/A	±23º, fixed at 7º SRTM
Electronic steering range	±20º	±20º	±0.9º
Elevation beamwidth	5-16º	5-16º	5.5º
Azimuth beamwidth	1.0º	0.25º	0.14º (0.28º)
Transmit pulse width		34µs	40 µs
Look angle (adjustable off-nadir angle)	15º - 55º	15º - 55º	52º, 17º - 60º possible
Peak radiated power	4400 W	1.2 kW/polarization	1.7 kW
System noise temperature	450 K	550 K	551 K
PRF		1344-1550 Hz	1440-1674 Hz
Swath width		225 km	50 km
Ground resolution		30 m x 30 m	30 m x 30 m
Height resolution relative		10 m	6 m
Quantization		8 bit (equivalent)	6 bit I and 6 bit Q
Data rate		180 Mbit/s(4 x 45 Mbit/s)	90 Mbit/s (2 x 45 Mbit/s)

Catatan: Sementara radar L-band / antena diterbangkan sebagai bagian dari struktur secara keseluruhan, tidak ada kemampuan L-band interferometric karena dimensi antena besar diperlukan di lokasi tempel. Radar L-band tidak dioperasikan, namun, beberapa kemampuan elektronik yang digunakan untuk C-RADAR

 

 

Bagian-bagian dari SRTM 

(terdiri dari radar yang dimodifikasi secara khusus yang terbang bersama Space Shuttle Endeavour)

Cara signal Radal ditrasmisi dan diterima pada SRTM

SRTM digunakan untuk modeling elevasi yang berasal dari data SRTM yang digunakan dalam Sistem Informasi Geografis. Data SRTM dapat didownload secara gratis melalui Internetdi www, dan format file mereka (*. HGT, *.ascii, dan *.tiff) didukung oleh perkembangan beberapa softwareseperti global mapper, arcgis, arcview dll.

 

Hasil dari SRTM berupa data DEM

Hasil dari data ekstraksi  SRTM dapat berupa kontur, kelerengan(slope), hillshade(model permukaan tanah, dll). Secara umum data SRTM ini dapat dimanfaatkan untuk berbagai tujuan seperti kepentingan militer, sipil 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 gunung api, penelitian gempa dan pengawasan gerakan es.

Beberapa Aplikasi/turunan DEM-SRTM

Adapun cara kerja Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) yaitu:
1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

Sumber :
3D - ANALYST, D E M (Digital Elevation Model Model), Taufik Hery Purwanto, S.Si., M.Si.
http://spaceflight.nasa.gov/shuttle/archives/sts-99/srtm_work.html
http://events.eoportal.org/presentations/129/8271.html
http://geosurveying.wordpress.com/2011/08/07/shuttle-radar-topografi-misi-srtm/
www.wikipedia.co.id
Google Image.

SIG

Pengertian Sistem Informasi Geografis

Dalam dunia sistem informasi terdapat banyak model sistem informasi yang bertujuan akhir memberi banyak inspirasi terhadap pembuat model untuk merencanakan sistem-sistem yang mendekati dunia nyata dengan hasil sedekat mungkin dengan aslinya. Model informasi juga diharapkan dapat digunakan sebagai alat prediksi kejadian dimasa depan dengan mendasarkan pada data yang ada pada masa lalu dan sekarang. Dari sekian banyak sistem informasi, Sistem Informasi Geografis (SIG) merupakan salah satu model sistem informasi yang banyak digunakan untuk membuat berbagai keputusan, perencanaan dan analisis.

SIG atau yang lebih populer dengan nama GIS (geographical information system) adalah sebuah sistem untuk pengelolaan, penyimpanan, pemrosesan atau manipulasi, analisis dan penayangan data; yang mana data tersebut secara spasial (keruangan) terkait dengan muka bumi. Untuk dapat mengoperasikan sistem ini dibutuhkan perangkat lunak dan keras. Perangkat lunak dalam hal ini adalah program komputer agar sesuai untuk tujuan tersebut di atas, sedangkan perangkat keras adalah peralatan komputer yang sesuai untuk pengoperasian perangkat lunaknya (Linden, 1987 dalam Budiyanto, 2004).

Komponen-komponen Sistem Informasi Geografi

Sistem informasi adalah adalah suatu sistem yang terdiri dari komponen waktu, logika, matematis dan program yang berkaitan dengan komponen, tehnis, manusia dan komponen informasi, semua komponen ini saling membentuk hubungan di dalam satu sistem, untuk lebih jelasnya yaitu sebagai berikut:

a. Software atau program komputer adalah software SIG yang sesuai dengan tujuan organisasinya. Untuk organisasi yang memerlukan analisis jaringan dan perlu keakuratan data, maka software SIG berbasis vektor lebih sesuai. Sedangkan bagi organisasi yang banyak melakukan pemodelan spasial, maka software SIG berbasis raster lebih cocok, adapun beberapa macam software SIG misalnya: Arc View, Arc Info, MapInfo, ERMapper, Idrisi, Auto Cad, Surfer, Erdas, Envi dan Elwis.

b. Hardware, Personal Komputer (PC) dan peripheral lainnya yang dapat dioperasikan untuk menjalankan perangkat lunak, sebagai fungsi dari input, proses ataupun data. Pada saat ini peripheral input yang paling banyak dimanfaatkan adalah meja digitizer. Sedangkan untuk peripheral output pada umumnya memanfaatkan alat plotter dan printer warna.

c. Brainware atau Sumber daya manusia merupakan salah satu komponen yang sangat penting menentukan keberhasilan pemanfaatan SIG. secara sederhana terdapat tiga tingkatan yang sebaiknya tersedia untuk mengelola SIG, yaitu : manager SIG, analisis SIG dan operator SIG.

d. Data merupakan salah satu aset atau modal organisasi untuk dapat menjalankan SIG, karena tanpa dukungan dengan data yang mempunyai validitas yang baik, maka hasil pengolahan dalam SIG nantinya tidak akan bermanfaat (Anonim, 2003).

Tahapan Sistem Informasi Geografis

Fasilitas perangkat lunak SIG digital pada dasarnya dapat dirinci menjadi 3 (tiga) sub-sistem yang saling terkait, yaitu

a. Input data, Proses input data pada SIG pada dasarnya adalah menyiapkan informasi muka bumi dalam format digital, baik yang berupa data garfis (titik, garis, dan poligon) maupun data atribut (keterangan). Data grafis atau data spasial adalah data digital yang menggambarkan fenomena permukaan bumi, yang diwujudkan dalam simbol titik, garis, dan poligon. Masing-masing fenomena tersebut mewakili fenomena khas di permukaan bumi. Data atribut atau data tabuler adalah tabel yang menggambarkan karatekteristik, kualitas, atau hubungan kenampakan peta dan lokasi geografis.

b. Pemrosesan data, pengeloalan data pada dasarnya dapat dimanfaatkan untuk menimbung dan menarik kembali dari arsip data dasar. Berbagai cara yang dapat digunakan dalam mengelola data pengelolaan data ini akan sejalan dengan struktur data yang digunakan. Perbaikan data dasar dengan cara menambah, mengurangi dan memperbaharui dapat dilakukan.

c. Output data, Output dari hasil pengolahan di dalam SIG dapat berupa digital yang dapat ditayangkan pada monitor, maupun dalam bentuk cetak kertas. Kedua output tersebut diperoleh dari konversi data analog, ataupun hasil pemrosesan (overlay, klasifikasi maupun hasil modeling). Selain data yang berupa grafis (peta), dimungkinkan pula diperoleh data atributnya dalam bentuk tabel. Hasil pemrosesan yang akan diwujudkan dalam cetak kertas atau cetak warna, yang berupa peta garis dengan menggunakan plotter maupun peta biasa dengan menggunakan printer (Anonim, 2003).

Rujukan :

Anonim, 2003. Aplikasi Arc View dalam Pengelolaan DAS di BP DAS Jeneberang-Walanae. Laporan KKA. Jurusan Geografi FMIPA UNM. Makassar

Budiyanto. 2002. Sistem Informasi Geografis menggunakan Arc View GIS, Andi Yogya. Yogyakarta.