pengenalan penderiaan jauh

PENGENALAN PENDERIAAN JAUH

SHARIFAH MASTURA S.A. Jabatan Geografi Universiti Kebangsaan Malaysia 43600 UKM Bangi Selangor Darul Ehsan

PENGENALAN PENDERIAAN JAUH

SHARIFAH MASTURA S.A.

Ditaja Oleh

Hakcipta terpelihara Pesanan boleh dibuat terus kepada Pusat Pencerapan Bumi Jabatan Geografi UKM 43600 Bangi Selangor Tel : 603-8292684, Fax : 603-8293334 E-mail : [email protected]

KANDUNGAN Kata Pengantar Prakata

vi vii

BAB I PENGENALAN..................................................................................................................1 1.1 PERSPEKTIF SEJARAH ...........................................................................................1 1.2 DEFINISI PENDERIAAN JAUH................................................................................2 1.3 KEPERLUAN DATA PENDERIAAN JAUH ..............................................................2 1.4 PERKEMBANGAN SATELIT ANGKASA ................................................................2 GUNAAN DATA PENDERIAAN JAUH ....................................................................5 1.5 1.6 PENGGUNAAN SATELIT DI MALAYSIA ...............................................................7 BAB 2 PUNCA TENAGA ELEKTROMAGNET.....................................................................10 2.1 PENGENALAN .......................................................................................................10 2.2 PUNCA TENAGA ELEKTROMAGNET ..................................................................10 2.2.1 Spektrum Elektromagnet ...........................................................................10 2.2.2 Ciri Sinaran Elektromagnet........................................................................13 2.2.3 Punca Tenaga .............................................................................................14 2.3 INTERAKSI TENAGA DENGAN CIRI PERMUKAAN BUMI .................................20 2.4 INTERAKSI SINARAN ELEKTROMAGNET DI ATMOSFERA ..............................28 2.5 PENDERIA DAN PENTAS DERIA ..........................................................................32 BAB 3 RESOLUSI DATA 3.1 PENGENALAN .......................................................................................................37 3.2 RESOLUSI SPEKTRUM..........................................................................................37 3.3 RESOLUSI RUANG ................................................................................................40 3.4 RESOLUSI RADIOMETRIK ...................................................................................42 3.5 RESOLUSI TEMPORAL .........................................................................................43 BAB 4 PENDERIAAN GELOMBANG MIKRO 4.1 PENGENALAN .......................................................................................................44 4.2 CIRI-CIRI PENDERIAAN RADAR..........................................................................45 4.3 MENGIMEJ DARIPADA RADAR ...........................................................................47 4.4 MEMAHAMI IMEJ RADAR....................................................................................48 4.5 PENTAS PENDERIA RADAR .................................................................................49 4.6 JERS-1 DAN PENDERIA ........................................................................................52

BAB 5 SATELIT SUMBER BUMI ............................................................................................54 5.1 PENGENALAN .......................................................................................................54 5.2 PERUSAHAAN SAINS BUMI NASA ......................................................................54 5.3 SATELIT LANDSAT ...............................................................................................57 5.3.1 Penderia Landsat........................................................................................58 5.3.2 Kegunaan Landsat Dalam Kajian ..............................................................59 5.4 SATELIT SPOT .......................................................................................................63 5.5 PENDERIA SPOT....................................................................................................63 5.6 NATIONAL ATMOSPHERIC AND OCEAN ADMINISTRATION ( NOAA ) ...........66 5.7 GEOSTATIONARY OPERATIONAL ENVIRONMENTAL SATELLITE (GOES) .... 665.8 5.9 5.10 5.11 5.12 SATELIT EOS-AM 1 ....................................................................................................... 70 PENDERIA AM-1 ............................................................................................................ 71 PENDERIA ASTER ......................................................................................................... 72 PROGRAM MIKRO SATELIT MALAYSIA ................................................................. 73 SISTEM PENDERIAAN JAUH BERESOLUSI TINGGI............................................... 74

BAB 6 SISTEM PEMPROSESAN IMEJ ..................................................................................75 PENGENALAN .......................................................................................................75 6.1 6.2 TAFSIRAN IMEJ BERKOMPUTER ........................................................................75 6.3 ANALISIS DIGIT ....................................................................................................79 6.4 PROSEDUR MEMPROSES IMEJ ............................................................................80 6.4.1 Membaikpulih dan Membetulkan Imej......................................................81 6.4.2 Penjelasan Imej ..........................................................................................82 6.4.3 Manipulasi Ciri Ruang...............................................................................83 6.4.4 Manipulasi Pelbagai Imej ..........................................................................84 6.4.5 Komponen Utama ......................................................................................85 6.4.6 Indek Tumbuhan ........................................................................................85 6.4.7 Pengelasan Imej .........................................................................................87 6.4.8 Pengelasan Litupan Guna tanah.................................................................88 BACAAN ASAS ...............................................................................................................92 RUJUKAN INTERNET ..................................................................................................93 GLOSARI ....................................................................................................................93 APENDIKS 1 ....................................................................................................................97 APENDIKS 2 ................................................................................................................... 99

JADUAL Jadual 2.1 Jadual 2.2 Jadual 2.3 Jadual 2.4 Jadual 3.1 Jadual 3.2 Jadual 3.3 Jadual 3.4 Jadual 4.1 Jadual 4.2 Jadual 4.3 Jadual 4.4 Jadual 4.5 Jadual 5.1 Jadual 5.2 Jadual 5.3 Jadual 5.4 Jadual 5.5 Jadual 6.1 Jadual 6.2 Penjelasan Sinaran Elektromagnet.............................................................11 Ciri Utama Gelombang Elektromagnet .....................................................13 Kawasan Spektrum yang Dideriakan Secara Pasif dan Aktif....................20 Sistem Penderia dan Bahagian Spektrum yang Dikesani ..........................36 Penderia Satelit dari Resolusi Spektrum....................................................39 Penderia Satelit dan Resolusi Ruang .........................................................41 Penderia Satelit dan Resolusi Radiometrik................................................43 Penderia Satelit dan Resolusi Temporal ....................................................43 Jalur Panjang Gelombang Radar................................................................45 Panjang Gelombang Frekuensi dan Beberapa Contoh yang Digunakan dalam Penderian Jauh Gelombang Mikro..................................................50 Ciri Sistem SIR-C/X-SAR .........................................................................51 Perincian Parameter Sistem SIR-C/X-SAR ...............................................51 Ciri-Ciri Satelit Radar ................................................................................53 Objektif Sains EOS ....................................................................................55 Profil Missi EOS ........................................................................................56 Landsat : Ciri-Ciri Misi, Siri Satelit dan Penderia yang Berkaitan............62 Sistem Penderia SPOT-HRV .....................................................................64 Ciri-Ciri Misi Satelit NOAA-AVHRR (6-10) ...........................................67 Fungsi yang Diperlukan dalam Sistem Memproses Imej ..........................77 Prosedur Memproses Imej .........................................................................80

RAJAH Rajah 2.1 Rajah 2.2 Rajah 2.3 Rajah 2.4 Rajah 2.5 Rajah 2.6 Rajah 2.7 Rajah 2.8 Rajah 2.9 Rajah 2.10 Rajah 2.11 Rajah 2.12 Rajah 2.13 Rajah 6.1 Rajah 6.2 Rajah 6.3 Rajah 6.4 Rajah 6.5 Rajah 6.6 Spektrum Elektromagnet ...........................................................................12 Sebaran Spektrum Sinaran Tenaga daripada Matahari dan Bumi .............17 Ciri Spektrum yang Berhubung dengan Punca Tenaga, Transmisi Atmosfera dan Sistem Penderiaan Jauh ....................................................19 Interaksi Antara Tenaga Elektromagnet dengan Ciri-Ciri Permukaan Bumi..........................................................................................................21 Geometri Kepantulan Objek ......................................................................21 Keluk Pantulan Spektrum Tipikal untuk Tumbuhan, Tanih dan Air.........24 Kesan Penyakit Terhadap Pantulan Tumbuhan .........................................25 Ciri Pemantulan Spektrum bagi Tumbuhan Jenis Berdaun Luruh dan yang Berjenis Konifer ...............................................................................27 Ciri Pemantulan Spektrum Pada Air yang Mengandungi Perbezaan Kepekatan Fitoplankton ............................................................................27 Penyerapan Ketara Tiga Mineral Pada Panjang Gelombang 2.2 m ........28 Jalur Penyerapan di Atmosfera ..................................................................30 Kesan Sorekan Rayleigh ............................................................................33 Komponen Primer Dalam Sistem Penderiaan Jauh Elektro-Optik ............34 Imej Landsat TM Pantai Sungai Kelantan Mengikut Nisbah Jalur 4 5 3...................................................................................................90 Pengelasan Berselia Luar Pantai Pengkalan Datu, Kelantan .....................90 Pengelasan Tak Berselia Luar Pantai Pengkalan Datu, Kelantan..............90 Gunatanah Lembah Klang-Langat 1990....................................................91 Gunatanah Lembah Klang-Langat 1996....................................................91 Gunatanah Lembah Klang-Langat 1998....................................................91

Kata Pengantar

P

usat Pencerapan Bumi di Jabatan Geografi, Universiti Kebangsaan Malaysia telah melaksanakan projek tajaan International Geosphere-Biosphere Programme (IGBP) mengenai perubahan guna tanah dan litupan tanah (LUCC) di lembangan sungai KlangLangat pada 1994. Program ini di bawah naungan Kementerian Sains, Teknologi dan Alam Sekitar Malaysia. Projek LUCC telahpun selesai pada 1996 dan disambung dengan fasa kedua di bawah tajaan NASA dan START-SARCS. Antara matlamat kajian ini ialah penyebaran maklumat mengenai kajian LUCC dan segala teori serta teknik pengajaran yang berkaitan dengannya. Buku ini merupakan peringkat pertama dalam usaha mencapai matlamat LUCC ini. Diharapkan usaha ini akan memulakan penerbitan buku dan makalah ilmiah lain yang berkaitan dengan kaedah dan aplikasi penderiaan jauh. Buku ini perlu dilihat sebagai teras yang perlu difahami oleh pembaca yang berminat dengan kajian LUCC khususnya, dan para pelajar secara amnya yang mengambil kursus penderiaan jauh sebagai disiplin mereka. Saya yakin kedua-dua golongan penyelidik dan pelajar berkenaan akan dapat manfaat daripada buku yang menjadi bacaan asas bagi persediaan menceburkan diri dalam bidang penderiaan jauh dan juga dalam bidang lain yang berkaitan.

Dr. Lim Joo Teck Pengerusi Jawatankuasa Teknikal Kebangsaan IGBP/START Kementerian Sains, Teknologi dan Alam Sekitar

Prakata

B

uku ini bertujuan untuk menyediakan bacaan asas mengenai kajian penderiaan jauh yang banyak digunakan dalam pelbagai disiplin pengajaran dan penyelidikan

Bab 1 buku ini mengandungi pengenalan umum tentang perkembangan disiplin penderiaan jauh dan juga memuatkan maklumat mengenai perkembangan bidang ini di Malaysia. Bab 2, 3 dan 4 bertumpu kepada teori asas berkaitan dengan penderiaan jauh yang telah dipermudah penjelasannya sesuai bagi pembaca yang baru ingin menguasai bidang ini. Bab 5 membentangkan keterangan terkini mengenai hal-hal satelit sumber bumi utama.Data yang dijanakan oleh satelit ini mudah diperolehi dan diaplikasikan dalam penyelidikan. Bab 6 pula menjelaskan tentang kaedah memproses imej digit menggunakan perkakasan dan perisian yang sesuai. Aplikasi data juga diterangkan secara umum untuk membimbing penyelidik memilih bidang kajian yang bersesuaian. Bahagian glosori dimuatkan untuk menerangkan istilah yang kadang kala rumit untuk difahami oleh mereka yang baru berminat dalam bidang ini. Apendiks pula menyenaraikan beberapa pentas dan penderia satelit yang utama. Banyak lagi yang tidak dapat disenaraikan. Daripada apendiks ini, jelas bahawa disiplin penderiaan jauh kini adalah dinamik dan luas.

Sharifah Mastura S.A Jabatan Geografi Universiti Kebangsaan Malaysia 43600 Bangi Selangor

BAB 1PENGENALAN

1.1

PERSPEKTIF SEJARAH

Pengkajian penderiaan jauh sebagai satu pendekatan dalam kajian ilmiah bermula setelah Perang Dunia Kedua. Bagaimanapun prinsip fotograf telah dikemukakan lama sebelum kamera diperkenalkan. Perkataan fotografi itu sendiri berasal daripada perkataan Yunani yang diertikan sebagai menulis atau mencatat dengan sinar. Aristotle (384 - 322 SM), misalnya, mengemukakan prinsip sinar untuk pemotretan yang dikenal dengan nama camera obscura yang membawa maksud sinar yang dimasukkan ke lubang kecil di dalam ruang gelap dapat membentuk bayang-bayang atau gambaran. Seterusnya rekaan lensa pula membolehkan sesuatu pandangan itu dibesarkan melalui penggunaan teleskop. Ciptaan proses fotografi pula disumbangkan oleh ramai individu yang melakukan ujikaji ke atas pelbagai alat dan bahan kimia sejak tahun 1700 sehingga abad yang ke 19. Antara yang terlibat dalam kemajuan ini ialah William Henry Fox Talbot yang mengumumkan proses negatif-positif dalam tahun 1939. Ia merupakan proses asas yang digunakan untuk kajian penderiaan jauh. George Eastman dan Rochester NY membina proses piring kering pada tahun-tahun 1870an. Manakala pada 1888 beliau memperkenalkan Kodak No. 1, iaitu sebuah kamera yang boleh dipegang dan mudah alih. Pereka ini telah membuka laluan dalam bidang fotografi untuk kegunaan awam. Dalam abad yang ke-19 beberapa pengkaji mula memahami bahawa sinaran gelombang elektromagnet boleh dimanfaatkan melampaui cahaya nampak. Mereka ialah Hershel (inframerah), Ritter (ultralembayung) dan Hertz (gelombang radio). Dalam tahun 1863 Maxwell mengemukakan teori gelombang elektromagnet yang menjadi asas kepada pemahaman kajian penderiaan jauh.

Universiti Kebangsaan Malaysia

Pengenalan Penderiaan jauh

Pengambilan fotograf daripada ruang udara yang dihasilkan oleh Gaspand Fellix Tournachon pada 1859 mungkin merupakan jenis yang pertama dibina. Fotografi ini diambil daripada belon yang berada di ketinggian 80 m dari paras bumi. Ciptaan pesawat ini juga menghasilkan fotograf-fotograf yang direkodkan dalam tahun 1909. Fotografi udara diperkemaskan lagi aplikasinya pada perang dunia kedua yang memerlukan maklumat untuk tujuan risikan dan ketenteraan. Kegunaan meluas secara akademik hanya bermula selepas ini.

1.2

DEFINISI PENDERIAAN JAUH Pelbagai definisi dikemukakan bagi menjelaskan penderiaan jauh. Kini definisi

penderiaan jauh dikaitkan terus dengan disiplin yang berkaitan dengannya. Oleh itu, disiplin dalam rangkuman sains persekitaran biasanya merujuk kepada penggunaan penderia sinaran elektromagnet bagi merakam imej persekitaran yang digunakan untuk memberi tafsiran maklumat yang berguna. Definisi penderiaan jauh lain lebih umum, iaitu suatu sains yang mendapatkan maklumat mengenai sesuatu objek, kawasan atau fenomena melalui analisis data yang diperolehi daripada peralatan yang tidak menyentuh objek yang dikaji itu.

1.3

KEPERLUAN DATA PENDERIAAN JAUH Kini data yang diperolehi daripada satelit sumber bumi digunakan berleluasa oleh

penyelidik di institusi pengajian tinggi seluruh dunia. Data sedemikian membantu data empirik yang dikutip di lapangan dan sekaligus merangsangkan lagi penyelidikan. Banyak manfaat yang diperolehi daripada data satelit terutama yang memerlukan kawasan yang luas, pandangan menyeluruh secara global, perulangan data yang kerap dan sesuai, serta imej yang dideriakan melampaui spektrum cahaya nampak.

1.4

PERKEMBANGAN SATELIT ANGKASA

Satelit sumber bumi untuk kegunaan awam mula difikirkan oleh Jabatan Dalam Negeri Amerika Syarikat pada awal tahun 1960an. The National Aeronautics and SpaceUniversiti Kebangsaan Malaysia

2


Administration (NASA) memulakan inisiatif membina dan melancarkan satelit pertama pemonitoran bumi untuk kegunaan pengurus sumber dan para saintis secara umum. Pada tahun 1970an U.S. Geological Survey (USGS) dan NASA telah bekerjasama untuk mengambil tanggungjawab bagi mengurus arkib data serta menyebar produk data satelit yang berkaitan. Pada 23 July 1972, NASA melancarkan siri pertama satelit yang direkabentuk khas untuk memberi imej litupan permukaan bumi secara berulang-ulang. Pada mulanya, satelit ini, dikenali sebagai Satelit Teknologi Sumber Bumi atau Earth Resources Technology Satellite (ERTS-A). Satelit ini menggunakan pentas NIMBUS yang diubahsuai untuk membawa sistem penderia dan peralatan penyampaian data. Apabila satelit ini beroperasi ia dinamakan semula sebagai ERTS-1. Satelit ini terus berfungsi lebih lima tahun sehingga 6 Januari 1978. Sesi kedua satelit sumber bumi dikenali dengan nama ERTS-B yang kemudiannya dilancarkan pada 22 Januari 1975. Satelit ini diberi nama semula sebagai Landsat 2 oleh NASA dan ERTS-1 pula dinamakan semula sebagai Landsat 1. Sebanyak tiga lagi satelit sumber bumi dilancarkan pada 1978 (Landsat 3), 1982 (Landsat 4) dan 1984 (Landsat 5). Landsat 1 dan 2 mempunyai kadar pusingan 28 hari dan boleh mengesan empat spektrum warna, iaitu hijau, merah, dekat inframerah dan dekat inframerah. Landsat 4 dan 5 mempunyai satu lagi tambahan penderia yang dipanggil Thematic Mapper. Peranchis juga tidak ketinggalan dalam teknologi angkasa ini kerana pada Februari 1986 Sistem SPOT 1 dilancarkan dengan menggunakan dua penderia, iaitu Pengimbas Multispektrum dan Pankromat. SPOT 2 dilancarkan pada Februari 1990 dan SPOT 3 pada 1993 manakala SPOT 4 dan SPOT 5 dijangkakan beroperasi dengan ciri-ciri tambahan pada penderia. SPOT 2 juga menggunakan jalur cahaya nampak dan jalur hampir inframerah dengan Penderia High Resolution Visible (HRV). Resolusi temporal satelit ini ialah 18 hari dan resolusi ruang ialah 20 m pada mod multispekturm dan 10 m pada mod pankromat. SPOT 4 membawa jalur tambahan inframerah, penderia Vegetation Monitoring Instrument (VMI) dan memperluas jalur dua. SPOT 5 bercadang mengesani jalur multispektrum beresolusi ruang 10m x 10m dan data pankromat beresolusi ruang 5m x 5m. Kelebihan satelit ini berbanding dengan satelit lain ialah keupayaannya untuk mengubah kedudukan cermin pengimbas sehingga 27o dari paksi nadir sama ada ke kiri atau ke kanan orbit. Konsep ini dikenali sebagai sistem pandangan off-nadir dan boleh mengurangkan resolusi temporal kepada empat hingga limaUniversiti Kebangsaan Malaysia

3


hari. Keadaan ini membolehkan penglihatan 3 dimensi pada imej, satu lagi kelebihan yang diberikan oleh imej SPOT. Satelit Marine Observation (MOS-1) dilancarkan oleh Jepun pada 1987. Satelit ini mempunyai resolusi temporal 17 hari dan ia membawa 3 jenis penderia iaitu Multispectral Electronic Self-Scanning Radiometer (MESSR), Visible and Thermal Infrared Radiometer (VTIR) dan Microwaver Scanning Radiometer (MSR). Sistem penderia pada satelit ini memang direka khas untuk tujuan pengawasan di kawasan marin. MESSR mempunyai swath selebar 100 km manakala VTIR mempunyai swath selebar 1500 km dan swath untuk penderia MSR adalah selebar 320 km. Satelit ERS-1 adalah yang pertama dilancarkan oleh Agensi Angkasa Eropah (European Space Agency) pada 1991. Untuk tujuan mengkaji hal-hal berkaitan alam sekitar. Satelit ini menggunakan gelombang mikro aktif untuk membuat pengimbasan dan boleh membuat pengesanan tanpa bergantung kepada cahaya matahari ataupun keadaan cuaca. Keistimewaan satelit ini berbanding dengan penderia lain ialah keupayaannya untuk mengukur parameter seperti keadaan laut, kelajuan dan arah angin permukaan laut, arah arus lautan dan aras laut serta suhu permukaan laut dengan ketepatan yang lebih tinggi. Satelit ini mempunyai lebar swath 100 km, beresolusi ruang 20 meter lebar dan 15.9 meter panjang serta tempoh resolusi selama 35 hari. Sebanyak lima jenis penderia dipasang pada satelit ini, iaitu Active Microwave Instrument (AMI) yang beroperasi dengan tiga mod; Radar Altimeter (RA), Along Track Scanning Radiometer (ATSR), Precise Range and Range-rate Equipment (PRARE) dan Laser Retro-reflector (LRR). Data digit daripada satelit ini hanya boleh diterima secara terus menerus. ERS-2 dilancarkan pada 1995 untuk mengambil alih ERS-1. Satelit alam sekitar ini boleh mengukur kandungan ozon di atmosfera dan memantau perubahan litupan tumbuhan lebih berkesan. Penderia yang dibawa adalah AMI dan RA untuk mengukur jarak dari permukaan lautan dan ketinggian ombak. Penderia ATSR beroperasi pada jalur inframerah dan cahaya nampak. Sistem penderia lain termasuklah GOME, MS, PRARE, LRR dan IDHT (ESA, ESRIN 1998) Satelit Jepun MOS-1 (Marine Observation Satellite) dilancarkan pada 1987 dan MOS-1b pada 1990. Penderianya ialah MESSR, VTIR, MSR. Satelit NOAA pula adalah 4



satelit

meteorologi

yang

dioperasikan

oleh

National

Oceanic

and

Atmospheric

Administration

(NOAA) USA.

GMS atau Geostationary Meteorological Satellite

dilancarkan oleh WWW (World Weather Watch) menerusi projek WMO. Lima lagi satelit meteorologi geopugun adalah METEOSAT (ESA), INSAT (India), GMS (Jepun), GOES-E (USA) dan GOES-W (USA). Amerika Syarikat mungkin akan mendahului program pelancaran satelit sumber bumi masa hadapan. Instrument The Moderate Resolution Imaging Spectrometer (MODIS) telah direka bentuk untuk memperbaiki lagi kaedah pemonitoran daratan, lautan dan atmosfera dari angkasa. Rekabentuk komponen pengimej bumi ini mempunyai percantuman ciri-ciri Advance Very High Resolution Radiameter (AVHRR) dengan penderia Thematic Mapper Landsat. MODIS mempunyai pertambahan jalur spektrum Inframerah tengah dan Inframerah panjang (IR) manakala resolusi ruang pula adalah pada 250m, 500 m dan 1 km. MODIS pertama akan dilancarkan atas pentas pagi EOS (AM1). MODIS berupaya menyediakan imej sedunia hampir setiap hari dan menjadi pelengkap dari segi litupan spektrum, ruang dan tempoh pusingan. Instrumen penyelidikan lain yang dibawa di atas pentas AM1 termasukalah seperti Advance Spaceborne Thermal Emission and Reflectance Radiometer (ASTER); Multiangle Imaging Spectro Radiometer (MISR) dan Cloud and Earth's Radiant Energy System (CERES). Pengguna imej beresolusi kasar untuk penyelidikan perubahan global semakin diminati kini dan MODIS berupaya mengesani perubahan global sebegini. Pentas satelit EOS-AM1 yang membawa penderia MODIS dan ASTER bersama Landsat 7 menyediakan sistem menyampel pelbagai skala untuk kegunaan pemonitoran permukaan bumi yang paling komprehensif dan canggih.

1.5

GUNAAN DATA PENDERIAAN JAUH Kesemua data daripada satelit sumber bumi mendapat pasaran akademik yang sangat

memuaskan dan telah merangsangkan lagi

penyelidikan.

Banyak faedah yang boleh

diperoleh daripada data satelit ini terutama penyelidikan yang meliputi kawasan kajian yang luas dan menangani isu secara global serta memerlukan tempoh perulangan data yang kerap. Penggunaan kaedah penderiaan jauh juga boleh membantu data yang dikumpul daripada lapangan.


5


Antara pengguna utama kaedah penderiaan jauh ini adalah para penyelidik perubahan global International Geosphere-Biosphere Program (IGBP). United Nation Environment Program (UNEP) telah memainkan peranan penting dalam memperkembangkan pengetahuan mengenai masalah alam sekitar dan cara-cara menanganinya. UNEP juga aktif memajukan sistem pemonitoran persekitaran global atau GEMS yang menyediakan asas data alam sekitar untuk kegunaan antarabangsa. IGBP pula penaja projek yang besar dan dipertanggungjawabkan untuk mengintegrasi pelbagai disiplin kajian mengenai persekitaran secara global. Penekanan IGBP adalah untuk mengumpul data sistem maklumat dunia supaya boleh dijadikan teras untuk membuat keputusan mengenai penyelenggaraan alam sekitar dunia. Dalam mengumpul dan menyediakan data ini IGBP menggunakan kaedah penderiaan jauh dengan meluas sekali. Dalam tahun 1980an beberapa masalah alam sekitar yang lebih komplek dan menyeluruh telah dikenalpasti. Kaedah penderiaan jauh sangat sesuai digunakan untuk membantu kajian sebegini dan antara kajian yang dijalankan adalah seperti berikut: i. Perubahan Iklim: Kajian kini menunjukkan perubahan iklim berlaku disebabkan oleh pertambahan kandungan gas rumah hujan di atmosfera. perindustrian.o

Penyebab utama

pertambahan ini dikaitkan dengan aktiviti pembakaran bahan api fosil, pertanian dan Dijangkakan bahawa penambahan suhu permukaan bumi berlaku antara 1.5 C ke 4.5oC dan ini boleh mencairkan kawasan salji dan kepingan ais polar dan membawa pada kenaikan paras laut sedunia. Kesan kenaikan paras laut pula akan mempergiatkan lagi hakisan pantai dan kejadian bencana banjir terutama di kawasan rendah. Kajian untuk melihat perubahan suhu ini dapat dibuat melalui kajian perubahan pada litupan tumbuhan dan guna tanah dunia dan kaitannya dengan punca dan benam karbon dioksia. Kajian perubahan guna tanah secara global banyak dilakukan menerusi kaedah penderiaan jauh. ii. Pengurangan dan Kehabisan Lapisan Ozon : Masalah ini berlaku apabila kloroflurokarbon buatan manusia dibebaskan ke udara dan gas ini memusnahkan lapisan ozon di stratosfera. Ini juga menjadi penyebab utama berlakunya 'lubang ozon' yang telah dikesani melalui imej satelit di kawasan polar pada masa-masa tertentu. Pengurangan ozon dianggap serius oleh para saintis kerana lubang ozon


6


memberi laluan pada sinaran ultra lembayung untuk sampai ke permukaan bumi dan memberi kesan negatif pada kesihatan manusia. iii. Hujan Asid. Kejadian hujan asid semakin kerap berlaku dan memudaratkan kerana pemendapan asid boleh merosakkan bangunan, tasik, tumbuhan dan tanih. Hujan asid berlaku apabila sebatian sulphur yang terkandung dalam pembakaran bahan api fosil di udara dimendapkan melalui hujan. iv. Pengurangan Hutan : Pembangunan pertanian, perbandaran dan aktiviti pembalakan yang berleluasa telah mengurangkan kawasan hutan dunia secara keseluruhan. Ini boleh mengganggu keseimbangan ekologi dan pemantulan sinaran di permukaan bumi yang boleh mengakibatkan gangguan kepada putaran hidrologi dan perseimbangan karbon dioksida. v. Kajian Plum: Kajian plum daripada sungai utama mudah dikesan daripada imej satelit terutama pada jalur hijau. Kajian plum selalunya untuk melihat pergerakan sedimen permukaan, kadar hakisan dan pencemaran bahan terampai. Kesemua kajian tentang masalah global di atas memanfaatkan kaedah penderiaan jauh. Kerja pemantauan jangka panjang juga kerap dilakukan menerusi penderiaan jauh. Data pemonitoran dapat digunakan untuk mengambil langkah tebatan yang sesuai bagi mengawal atau mengurangi impak persekitaran.

1.6

PENGGUNAAN SATELIT DI MALAYSIA Satu mesyuarat telah diadakan oleh Pengarah Pemetaan Nasional pada 1 Ogos 1977

bertujuan untuk mewujudkan satu agensi koordinasi khas untuk penderiaan jauh di Malaysia. Hasil daripada mesyuarat tersebut, jawatankuasa Penderiaan Jauh Nasional dibentuk. Jawatankuasa ini bertanggungjawab ke atas penyelidikan dan program-program pengembangan dalam bidang teknologi penderiaan jauh dan penerapannya.


7


Aktiviti utama jawatankuasa ini ialah memperkenalkan pelbagai aspek penggunaan penderiaan jauh termasuk penyelidikan yang menggunakan data daripada pelbagai pentas seperti menerusi helikopter, pesawat udara dan satelit angkasa. Di Malaysia, pesawat udara sebagai pentas penderia telah menghasilkan fotograf udara hitam putih. Pengambilan fotograf udara dari semasa ke semasa oleh Bahagian Pemetaan Nasional bertujuan untuk mengemaskini imej terbaharu untuk keperluan beberapa jabatan kerajaan dan institusi pengajian tinggi. Fotograf udara berskala 1:25,000 meliputi seluruh Malaysia, manakala kawasan terpilih seperti kawasan bandar dan pinggir bandar diambil dengan fotograf udara berskala 1:10,000. Peta guna tanah Malaysia pada 1966, 1974 dan 1990 kesemuanya menggunakan fotograf udara. Mulai 1990, semua urusan penderiaan jauh di Malaysia diuruskan oleh Pusat Remote Sensing Negara (MACRES). Rancangan Malaysia Kelima (1985-1990), MACRES telah menubuhkan MACRES di bawah kendalian Kementerian Sains, Teknologi dan Alam Sekitar. Pusat ini terletak di Jalan Tun Ismail, Kuala Lumpur dan dirasmikan pada 6 September 1990. Objektif am program Remote Sensing Negara ialah untuk:

i)

pertingkatkan kemudahan, perkukuhkan keupayaan dan menyelaras aktiviti-aktiviti penderiaan jauh dan teknologi yang bekaitan di dalam negara; dan

ii)

mempromosi penggunaan penderiaan jauh dan teknologi berkaitan secara meluas bagi tujuan pengurusan sumber perlindungan alam sekitar dan perancangan strategik negara (MACRES, 1991). Stesen penerimaan bumi di National Research Council of Thailand (NRCT),

merupakan sumber utama bagi MACRES mendapat data untuk kawasan Malaysia. Data yang diedarkan adalah dalam bentuk pelbagai format. Data baru yang diperoleh dari NRCT termasuk juga data TM Landsat dari Amerika Syarikat yang meliputi seluruh Malaysia dan data SPOT-1 dari Perancis bagi negeri-negeri di utara Semenanjung Malaysia. MACRES juga memperoleh data MOS-1 dari pusat Remote Sensing Technology Centre of Japan (RESTEC). Data MESSR dibawa oleh MOS-1 dengan resolusi ruang 50 m dan merangkumi kira-kira 90 peratus kawasan pantai Malaysia. MACRES sedang berusaha mendapatkan data satelit beresolusi tinggi menerusi SPOT IMAGE (MACRES, 1991).Universiti Kebangsaan Malaysia

8


Pada awal 1996 kerajaan Malaysia telah mengumumkan pembinaan mikrosatelit hasil daripada usahasama antara ahli saintis Malaysia dengan luar negara. Mikrosatelit yang dipanggil Tiongsat akan dilancarkan ke angkasa sebelum akhir abad ini. Keupayaan mikrosatelit ini ialah melakukan kerja-kerja penderiaan jauh secara luas seperti mengesan kebakaran hutan, pencemaran minyak, telekomunikasi dan frekuensi radiometer. RM100 million sebelum 2002. Selain mikrosatelit, Malaysia merancang pelancaran minisatelit yang beratnya 100 kg dan berharga


9

BAB 2PUNCA TENAGA ELEKTROMAGNET

2.1

PENGENALAN Daripada banyak segi, kajian penderiaan jauh boleh dianggap sebagai suatu proses

pembacaan dan penafsiran imej. Dengan menggunakan berbagai-bagai penderia secara jauh data boleh dikumpulkan dan kemudian dianalisis untuk memperoleh maklumat yang digunakan dalam menyelesaikan masalah penyelidikan. Data penderiaan jauh diperoleh dengan mengumpul sinaran elektromagnet yang meninggalkan objek pada panjang gelombang tertentu mengikut intensiti tertentu. Maklumat yang ditafsirkan terkandung dalam sinaran yang dipancarkan, dibalikkan, diserakkan atau dialirkan oleh suatu objek itu. Dalam usaha mengenal dan memahami objek yang dikaji menggunakan kaedah penderiaan jauh, perlu difahami terlebih dahulu beberapa komponen penting, iaitu punca tenaga elektromagnet, interaksi dan laluan pemancaran di atmosfera, interakasi objek yang dikaji, dan penderia yang mengimej objek serta pentas pembawanya. 2.2 2.2.1 PUNCA TENAGA ELEKTROMAGNET Spektrum Elektromagnet Tenaga elektromagnet adalah suatu cara maklumat dipancarkan daripada objek atau sasaran ke penderia untuk diimejkan. Tenaga elektromagnet lebih difahami dari segi cahaya matahari yang membekalkan tenaga yang dideriakan sebagai cahaya. Tenaga ini juga lebih difahami dalam bentuk: gelombang radio, gelombang mikro, gelombang ultra lembayung dan sinar-x. Kesemua ini menjelaskan tenaga dalam lengkungan kawasan spektrum elektromagnet yang spesifik. Spektrum ini mewakili tenaga elektromagnet dalam bentuk kontinum dari panjang gelombang yang paling pendek seperti sinar kosmik kegamma ke panjang gelombang yang sangat panjang seperti gelombang radio dan televisyen.Universiti Kebangsaan Malaysia

10

Pengenalan Penderiaan Jauh

Jadual 2.1 dan rajah 2.1 juga menunjukkan pengelasan spektrum elektromagnet yang digunakan untuk memudahkan perbincangan. Bagaimanapun, had sepadan bagi nama ini tidak begitu jelas. Bahagian cahaya nampak dan inframerah dalam spektrum elektromagnet biasanya diukur dengan unit mikrometer (m). Bahagian gelombang mikro dan radio yang telalu panjang unit meter (m) digunakan. Bahagian yang telalu pendek seperti sinar gamma dan x unit angstrom () pula digunakan. Kajian penderiaan jauh memanfaatkan kawasan spektrum cahaya nampak, seluruh bahagian inframerah dan gelombang mikro. Jadual 2.1: Penjelasan Sinaran Elektromagnet

Kelas spektrum Cahaya nampak Dekat inframerah Gelombang pendek inframerah (SWIR)

Panjang gelombang (m, mm, m) 0.4 0.7 m 0.7 1.1 m 1.1 1.35 m 1.4 1.80 m 20 2.50 m

Gelombang tengah inframerah (MWIR) Inframerah terma Gelombang mikro radar Kelas bahagian gelombang mikro Ka K Ku X C S L P

3.0 4.00 m 4.5 5.00 m 8.0 9.50 m 10.0 14.0 m 1 mm 1m Panjang gelombang (cm) (frekuensi GHZ) 0.8 1.1 cm (26.5 40) 1.1 1.7 cm (18 26.5) 1.7 2.4 cm (12.5 18) 2.4 3.8 cm (8 12.5) 3.8 7.5 cm (4 8) 7.5 15 cm (2 4) 15 30 cm (1 2) 30 100 cm (0.3 1)


11


04 Uv Biru

05 Hijau

06 Merah

07 Dekat inframerah

Nampak Panjang gelombang (um)-6 - 5 -4 -3 -2 -1 2 3 4 5 6 7 8 9

Panjang gelombang (um)

10

10

10

10

10

10

1

10

10

10

10

10

10

10

10

10

n ra na Si

a rm te IR t ka de IR k pa ng am yu N ba m le

n ra na Si

ng ba om el G

0.8 - 1.1

1.1 - 1.7

1.7 - 2.4

2.4 - 3.8

3.8 - 7.5

7.5 - 15

Rajah 2.1 : Spektrum Elektromagnet

30 - 100

15 - 30

cm


n ra na Si

a ltr U

Tv & o di Ra

x

y

ik sm ko

ro ik m

Ka

K Ku X C

S

L

P

13


2.2.2

Ciri Sinaran Elektromagnet Ciri perlakuan tenaga elektromagnet ditentukan oleh teori asas gelombang yang

dijelaskan oleh rumus Maxwell. Rumus ini menjelaskan sinaran elektromagnet bergerak pada halaju [c] bersamaan dengan 3 x 108 m/s dan secara sinusoid dan harmoni. Rambatan gelombang elektromagnet mengarah tegak lurus dengan medan elektrik dan magnet. Gelombang elektromagnet ini dicirikan dengan amplitud, panjang gelombang, tempoh, frekuensi dan halaju. Jadual 2.2 memberikan penjelasan lanjut mengenai lima ciri penting ini. Jadual 2.2 : Ciri Utama Gelombang Elektromagnet

Ciri utama Amplitud

Simbol

Penjelasan Jarak daripada titik tengah gelombang ke puncak atau jurang

Panjang gelombang Tempoh

T

Jarak antara puncak Masa yang diambil oleh dua puncak yang berturutan melalui titik yang ditentukan

Frekuensi

f

Jumlah puncak melalui titik yang ditentukan dalam satu saat. Frekuensi adalah tebalikan tempoh (f=1/T; T=0.1 sesaat, f = 10 per saat) bergerak pada tempoh masa yang diberikan

Halaju

v

Jarak perjalanan pada jangka masa tertentu V = jarak/masa

Dalam kajian penderiaan jauh dua parameter gelombang yang selalu digunakan ialah panjang gelombang dan frekuensi. Oleh kerana definisi frekuensi itu terbalik daripada tempoh maka halaju boleh dilahirkan dalam bentuk frekuensi dan panjang gelombang seperti rumus berikut:


14


Jarak v= Tempoh =

= f T

Oleh itu halaju adalah bersamaan dengan frekuensi yang didarab dengan panjang gelombang. Tenaga elektromagnet bergerak pada kelajuan cahaya iaitu 8 x 108 m persaat atau 168,000 batu persaat dalam vakum. Oleh kerana kelajuan cahaya itu konstan, hubungan negatif antara frekuensi dan panjang gelombang dapat dilihat sebagai pertambahan frekuensi diikuti dengan pengurangan pada panjang gelombang. 2.2.3 Punca Tenaga Gelombang elektromagnet disinarkan ke ruang dari puncanya. Tenaga yang dipancarkan ke suatu objek itu akan beraksi dengan tiga cara, iaitu dipantulkan, diserapkan atau ditransmisikan. Jumlah sinaran tenaga yang terkena suatu objek itu dipanggil sebagai sinaran insiden dan ia pula bersamaan dengan seluruh jumlah daripada sinaran yang dipindahkan, diserapkan dan ditransmisikan. Matahari merupakan punca tenaga elektromagnet yang digunakan dalam penderiaan jauh. Kesemua bahan yang mempunyai suhu atas dari paras sifar (O kelvin) memancarkan sinaran elektromagnet berterusan. Semakin tinggi suhu sesuatu bahan itu, semakin tinggi pancaran sinarannya. Penderiaan jauh memanfaatkan tenaga daripada punca asli matahari ataupun dipanggil punca tenaga pasif. Tenaga solar matahari meliputi sinaran gamma dan x, ultra lembayung, cahaya nampak dan inframerah, gelombang mikro, radio dan televisyen. Manakala tenaga buatan manusia dipanggil punca tenaga aktif seperti punca yang dijanakan oleh pengimbas mikro, radar dan laser. Matahari bukan jasad hitam tetapi sinarannya menyerupai jasad hitam pada suhu lebih kurang 6000oK dan intensiti kemuncaknya adalah pada spektrum yang dikesani sebagai cahaya nampak. Sinaran solar tersebar apabila ia memancar dari matahari ke bumi. Jarak dan sebaran ini mengurangkan paras tenaga yang sampai ke bumi. Bumi juga bukan jasad hitam


15


tetapi memancarkan sinaran menyerupai jasad hitam pada 3000oK. Suhu ini terhasil daripada beberapa interaksi antara permukaan bumi dengan atmosfera dan suhu ini juga bertindak dengan proses bumi yang mengeluarkan haba sinaran terma bumi. Suhu ambien bumi, iaitu suhu permukaan bahan seperti tanih, air dan tumbuhan adalah sekitar 300oK (27o C). Berdasarkan Wien's Displacement Law, ini bermakna bahawa sinaran spektrum maksimum yang keluar daripada ciri-ciri bumi berlaku pada panjang gelombang lebih kurang 9.7 m. Oleh kerana sinaran ini berkaitan dengan haba daratan bumi maka ia didefinisikan sebagai tenaga inframerah terma. Tenaga ini tidak kelihatan dan tidak boleh difotografkan tetapi boleh dideria menggunakan peralatan sensitif terma seperti radiometer atau pengimbas. Matahari pula mempunyai puncak tenaga yang lebih tinggi dan puncaknya berlaku pada sekitar panjang gelombang 0.5 m. Bahagian ini dipanggil cahaya nampak seperti yang ditunjukkan pada rajah 2.2. Mata manusia dan filem fotograf juga sensitif kepada tenaga sekitar magnitud yang sama, iaitu 0.5m. Dengan itu ciri-ciri bumi boleh dicerapi melalui tenaga solar yang dipantulkan. Begitu juga dengan tenaga pada gelombang yang lebih panjang yang diemisikan oleh ciri-ciri bumi. Ia boleh juga dicerapi menggunakan alat pengimbas. Secara umum, pembahagi antara tenaga pantulan dengan tenaga yang diemisikan oleh bumi adalah di sekitar panjang gelombang 3m. Kurang daripada panjang gelombang ini tenaga yang dipantulkan menjadi lebih dominan, manakala panjang gelombang lebih daripada 3 m tenaga yang diemisikan pula menjadi lebih dominan. Memahami beberapa ciri penting mengenai gelombang elektromagnet membolehkan kita memahami tiga jenis penderiaan jauh yang digunakan, iaitu: pantulan tenaga pada cahaya nampak, tenaga emisi dan tenaga aktif pada gelombang mikro. Rajah 2.3 menunjukkan hubungan ciri-ciri spektrum berhubungan dengan punca tenaga, kesan atmosfera dan sistem penderia yang digunakan untuk mendapatkan imej. Dua lengkok menjelaskan sebaran tenaga spektrum yang diemisikan oleh matahari dan cir-ciri bumi. Puncak lengkok (a) adalah pada bahagian sinaran spektrum sekitar 0.4 m 0.7m. Bahagian panjang gelombang ini memberi transmisi yang tinggi (rajah 2.3a) dan dikesani oleh sistem penderia kamera dan pengimbas multispektrum. Pada lengkok (b) puncak tenaga emisi bumi berlaku pada panjang gelombang 10 m. Di bahagian ini juga gangguan atmosfera adalah rendah dan boleh dikesan oleh


16


pengimbas terma dan juga pengimbas multispektrum. Penggunaan tenaga aktif pula dikesani oleh penderia gelombang mikro radar. Pada panjang gelombang antara 1 mm - 1 m.


17


109

Jalur tenaga yang nampak

108

6000 K

Suhu matahari

Pengemisian sinaran spektrum, M (Wm-2 um -1 )

107

4000 K106

3000 K105

2000 K

104

1000 KSuhu bumi

103

102

500 K

101

300 K 200 K

1 0.1 0.2 0.5 1 2 5 10 20 50 100

Sumber: Lillesand (1987)


Rajah 2.2 : Sebaran Spektrum Sinaran Tenaga Matahari dan Bumi


18


Rajah 2.3c juga mengaitkan julat sensitiviti spektrum pada mata manusia (cahaya nampak) letaknya di bahagian jendela atmosfera yang sama dengan puncak paras tenaga dari matahari. Manakala tenaga bahang yang diemisikan dari bumi yang ditunjukkan pada lengkok itu dideriakan melalui jendela atmosfera pada panjang gelombang 3 m ke 5 m dan 8 m ke 14 m. Penderiaan boleh dilakukan menggunakan pengimbas terma. Pengimbas multispektrum pula boleh menderiakan serentak melalui beberapa jalur panjang gelombang yang sempit pada bahagian yang dikehendaki sama ada pada cahaya nampak hingga ke kawasan spektrum terma. Radar dan sistem gelombang mikro pasif beroperasi pada kawasan panjang gelombang antara 1 mm ke 1 m. Tiga jenis penderiaan jauh yang sudah dijelaskan itu adalah asas bagi kajian penderiaan jauh. Jadual 2.3 menunjukkan kawasan spektrum yang dideriakan secara pasif dan aktif. Bahagian cahaya nampak dekat inframerah dan gelombang pendek inframerah, punca sinaran datang dari tenaga solar dan dikesan melalui sifat permukaan objek. Manakala bahagian spektrum lainnya punca sinaran adalah daripada tenaga solar atau tenaga aktif. Seterusnya beberapa perkara lain yang juga perlu difahami termasuklah: interaksi tenaga dengan ciri permukaan bumi interaksi sinaran elektromagnet di atmosfera yang meliputi jendela atmosfera yang mentransmisikan sumber tenaga ke bumi dan dari bumi sensitiviti penderia yang sedia ada untuk mengesan dan merakam tenaga serta pentas penderia pemilihan jalur spektrum suatu penderia yang berhubung terus dengan interaksi tenaga itu dengan objek/ciri bumi yang dikaji. Kesemua ini dibincangkan dalam bahagian bab ini dengan lebih lanjut.


19


Ultra Lembayung

Cahaya Nampak

Tenaga

Tenaga matahari (pada 6000 K)Inframerah

Tenaga bumi (pada 300 K) Panjang Gelombang

0.3 um

1um

10 um

100 um

1 mm

1m

a) Punca tenaga100%

Transmision

Ultra Lembayung

halangan tenaga oleh gas di atmosferaCahaya Nampak Inframerah

0%

0.3 um

1um

10 um

100 um

1 mm

1m

b) Transmisi atmosferamata fotograf pengimbas terma

Panjang Gelombang

radar dan gelombang mikro pasif pengimbas multispektrum

0.3 um

1um

10 um

100 um

1 mm

1m

c) Sistem penderiaan jauh

Panjang Gelombang

Rajah 2.3 : Ciri Spektrum yang Berhubung dengan Punca Tenaga, Transmisi Atmosfera dan Sistem Penderiaan Jauh


20


Jadual 2.3 : Kawasan Spektrum yang Dideriakan Secara Pasif dan Aktif.

Kawasan spektrum

Punca sinaran

Ciri permukaan yang diminati

Cahaya nampak Dekat inframerah Gelombang pendek inframerah (SWIR) Gelombang tengah inframerah (MWIR) inframerah terma (TIR) Gelombang mikro radar

Solar Solar Solar

Kepantulan Kepantulan Kepantulan

Solar , terma

Kepantulan, suhu

Terma (pasif) Buatan (aktif)

Suhu (pasif) Kekasaran (aktif)

2.3

INTERAKSI TENAGA DENGAN CIRI PERMUKAAN BUMI

Apabila tenaga elektromagnet menyinari permukaan bumi tiga interaksi asas boleh berlaku seperti yang ditunjukkan oleh rajah 2.4. Sebahagian kecil daripada tenaga insiden ini akan dipantulkan, diserapkan dan/atau ditransmisikan. Hubungan antara ketiga-tiga interaksi tenaga ini boleh dirumuskan sebagai: EI () = ER () + EA () + ET () EI = tenaga insiden

ER = tenaga yang dipantulkan EA = tenaga yang diserapkan ET = tenaga yang ditransmisikan = kesemua komponen tenaga adalah fungsi panjang gelombang


21


EI ( ) = tenaga insiden

EI ( ) = tenaga insiden EI ( ) = ER( ) + EA( ) = ET( )

EA( ) = tenaga yang di serapkan

ET( ) = tenaga yang di transmisikan

Sumber : disesuaikan daripada Lillesand & Kiefer (1987)

Rajah 2.4: Interaksi Antara Tenaga Elektromagnet dengan Ciri-Ciri Permukaan Bumi.

Sudut insiden Sudut pantulan

Pembalikan sempurna

Pembalikan hampir sempurna

Pembalikan berbaur hampir sempurna

Pembalikan berbaur sempurna

Sumber : disesuaikan daripada Lillesand & Kiefer (1987)

Rajah 2.5 : Geometri Pantulan Objek


22


Rumus di atas melahirkan hubungkait antara mekanisma pantulan, penyerapan dan pentransmian. Dua perkara yang penting mengenai hubungkait interaksi ini adalah: Perkadaran tenaga yang dipantul, diserap dan ditransmisikan itu berbeza-beza untuk ciriciri muka bumi yang juga berbeza-beza kerana ia bergantung kepada jenis dan keadaan ciri itu. Perkadaran tenaga inilah yang membolehkan pengkaji mengenali ciri bumi pada imej yang dideriakan. Pergantungan terhadap panjang gelombang, iaitu walaupun ciri permukaan bumi mempunyai jenis dan keadaan yang serupa tetapi perkadaran tenaga boleh berbeza apabila panjang gelombang itu berbeza. Dengan itu dua objek yang mudah diperbezakan pada satu jalur panjang gelombang boleh menjadi sukar dikenalpasti pada jalur panjang gelombang yang lain. Sistem penderiaan jauh banyak beroperasi di kawasan tenaga pantulan. Oleh itu sifat pantulan ciri-ciri bumi sangat penting untuk tujuan pemahaman dan penganalisaan sesuatu imej. sebagai: ER () = EI () - [EA () + ET ()] iaitu tenaga yang dipantulkan adalah bersamaan dengan tenaga insiden yang berlaku terhadap suatu objek itu setelah menolak tenaga yang diserapkan atau yang ditransmisikan oleh objek itu. Cara sesuatu objek itu memantul tenaga juga penting dan bergantung kepada kekasaran permukaan objek itu. Permukaan yang licin dan rata memberi pantulan secara sempurna seperti pada cermin dan ini dipanggil pantulan spekular. Sudut pantulan begini bersamaan dengan sudut pantulan insiden. Pantulan bebaur (atau Lambertian) pula berlaku pada permukaan yang keseluruhannya kasar. Objek di bumi tidak memantul sempurna seperti pada kedua ekstrim ini tetapi berlaku pada perantaraannya. Rajah 2.5 memberikan beberapa geometri pantulan objek. Pantulan objek bergantung kepada kekasaran permukaan objek dan bergantung terus pada panjang gelombang tenaga insiden itu. Pada panjang gelombang radio, misalnya, permukaan yang lengkok berbatu boleh kelihatan licin, manakala pada bahagian gelombang cahaya nampak, permukaan pasir sudah kelihatan kasar. Secara am, sekiranya panjang gelombang tenaga insiden itu lebih Hubungan keseimbangan tenaga boleh dilahirkan


23


kecil daripada variasi ketinggian permukaan atau kekasaran pada saiz zarah di permukaan, maka pantulan menjadi berbaur. Pantulan berbaur memberi maklumat spektrum mengenai sesuatu permukaan, manakala pantulan spekular pula tidak begitu. Dalam kajian penderiaan jauh kita berminat untuk mengukur sifat-sifat pantulan berbaur objek pada muka bumi. Sifat pantulan pada permukaan bumi boleh dikira dengan mengukur bahagian tenaga insiden yang dipantulkan. Ia diukur sebagai fungsi panjang gelombang dan dalam istilah kajian ini dipanggil pantulan spektrum (P) dan definisikan sebagai: ER () = tenaga panjang gelombang yang dipantulkan dari suatu objek P = --------------------------------------------------------------------------------------- x 100 EI () = tenaga panjang gelombang insiden ke atas suatu objek P = dijelaskan sebagai peratus. Keluk pantulan spektrum suatu objek sebagai fungsi panjang gelombang didefinisikan sebagai keluk pantulan spektrum. Konfigurasi keluk pantulan spektrum memberi maklumat mengenai ciri-ciri spektrum suatu objek yang dikaji dan oleh itu sangat mempengaruhi pengkaji dalam memilih kawasan panjang gelombang yang sesuai untuk kajianya. Rajah 2.6 berikut memberikan keluk pantulan spektrum yang tipikal untuk tumbuhan hijau, tanih yang terdedah dan kering, serta badan air yang jernih. Keluk pantulan purata ini dikumpul daripada pengukuran persampelan yang meluas. Tiga objek biasa bumi ini menunjukkan keluk yang jauh berbeza dari segi pantulan spektrum masing-masing. Keluk tumbuhan hijau yang sihat memperlihatkan beberapa puncak dan lembah dalam julat panjang gelombang antara 0.4 m - 2.6 m. Pada bahagian spektrum cahaya nampak penentuan pencerapan ditentukan oleh kandungan pigmen dalam daun. Klorofil menyerap dengan tingginya tenaga pada panjang gelombang 0.45 m hingga 0.67 m. tumbuhan adalah pada bahagian tenaga biru dan merah. Mata manusia melihat tumbuhan berwarna hijau kerana jalur spektrum ini dipantulkan, manakala bahagian yang diserapi oleh


24


Tumbuhan yang layu dan mengalami tekanan kurang zat sehingga tumbuhan itu terencat produktivitinya maka pengeluaran klorofil juga berkurangan atau terhenti terus. Hasilnya menyebabkan tumbuhan itu kekurangan klorofil dan kurang daya penyerapan pada jalur biru dan merah seperti yang ditunjukkan dalam rajah 2.7. Ini membolehkan pertambahan pada pantulan bahagian merah sehingga tumbuhan kelihatan berwarna kuning iaitu kombinasi warna hijau dan merah.

70 60

Tanih terdedah dan kering Tumbuhan hijau Air jernih

Pemantulan (%)

50 40 30 20 10 0

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2


1.4

1.6

1.8

2.0

2.2

2.4

2.6

Sumber : Lillesand, T.M. & R.W. Kiefer (1987)

Rajah 2.6 : Keluk Pantulan Spektrum Tipikal untuk Tumbuhan, Tanih dan Air


25


tum buhan sihat

60

satelah diserang penyakit satelah lam a diserang penyakit

Pemantulan (%)

40

20

0

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9


Rajah 2.7 : Kesan Penyakit Terhadap Pantulan Tumbuhan Di bahagian spektrum dekat inframerah (0.7 m) pemantulan tumbuhan meningkat dengan tingginya. Pada panjang gelombang 0.7 m ke 1.3 m sekeping daun secara tipikal memantul tenaga insiden sebanyak 40% hingga 50%. Baki tenaga yang lebihnya ditransmisikan dan hanya 5% sahaja tenaga yang diserapkan. Kebanyakan tenaga insiden ke atas tumbuhan pada panjang gelombang melebihi 1.3 m diserapkan atau dipantulkan dan sedikit sahaja yang ditransmisikan. Kekurangan pantulan tenaga berlaku pada panjang gelombang 1.4, m 1.9 m dan 2.7 m kerana pada jalur-jalur ini penyerapan air adalah tinggi. Jalur pada panjang gelombang ini juga dirujuk sebagai jalur-jalur pencerapan air. Pantulan tenaga bertambah pada panjang gelombang 1.6 m dan 2.2 m. Secara amnya panjang gelombang lebih daripada 1.3 m pantulan tenaga pada daun berhubung terus dengan kandungan air di dalamnya secara songsang. kandungan kelembapan dan ketebalan daun. Keluk tanih tidak mempunyai variasi puncak pantulan tenaga yang lebih ketara. Ini menunjukkan bahawa faktor yang mempengaruhi pantulan tanih bertindak kurang spesifik terhadap jalur spektrum. Faktor yang mempengaruhi pantulan tenaga pada tanih adalah kandungan kelembapan, tekstur, kekasaran permukaan, kandungan oxida besi dan kandungan Jumlah pantulan adalah fungsi


26


bahan organan. Pertambahan kelembapan dalam tanih akan mengurangkan pantulan tenaga dan paling ketara pada jalur 1.4 m, 1.9 m dan 2.7 m. Tanih berpasir kasar mempunyai saliran yang baik dan oleh itu kurang kandungan air di dalamnya serta menghasilkan pantulan tenaga yang tinggi. Air mempunyai pantulan yang paling jelas. Ciri utama pada air adalah tenaga yang diserapi pada panjang gelombang dekat inframerah. Semua badan air seperti laut, air tanih, sungai, tasik atau objek yang mengandungi banyak air menyerap tenaga pada jalur dekat inframerah. Untuk kajian penyelidikan yang perlu menentukan sempadan air jalur penyerapan ini sangat membantu. Tetapi ada beberapa parameter mengenai air yang lebih berguna dikaji pada jalur cahaya nampak. Misalnya pantulan pada badan air boleh berlaku sekiranya air itu mengandungi banyak bahan terampai di dalamnya. Begitu juga dengan kedalaman suatu badan air itu. Badan air yang jernih menyerap sedikit tenaga pada panjang gelombang yang kurang daripada 0.6 m. Transmisi tenaga yang tinggi berlaku pada jalur spektrum biru-hijau. Dengan kandungan bahan terampai yang tinggi pantulan pada bahagian ini juga lebih tinggi daripada air yang berkeadaan jernih. Rajah 2.8 memberikan ciri pemantulan spektrum pada dua jenis tumbuhan, iaitu tumbuhan berdaun luruh dan konifer. Pemantulan jenis daun luruh lebih tinggi dikesani pada panjang gelombang dekat infra merah. Rajah 2.9 menunjukkan air yang bersih memantul pada kawasan panjang gelombang biru (0.45 m) sekiranya air tersebut mengandungi banyak plankton di dalamnya. Sifat sedemikian membolehkan pemetaan kandungan klorofil dalam air dilaksanakan dengan berkesan. Rajah 2.9 ini juga menunjukkan pemantulan air jernih adalah sedikit sahaja pada semua panjang gelombang, manakala pemantulan akan meningkat apabila air mengandungi bahan ampaian atau klorofil di dalamnya. Rajah 2.10 menunjukkan pencerapan yang ketara (2.2 m) pada tiga jenis mineral, iaitu kaolinit, montmorilonit dan muskovit. Bahagian panjang gelombang ini boleh membezakan ketiga-tiga mineral yang penting dalam kajian luluhawa.


27


50

40

Tumbuhan berdaun luruh Perbezaan nilai spektrum

30 Pemantulan (%) Tumbuhan konifer

20

10

0 0.4

Biru 0.5

Hijau

Merah Dekat inframerah 0.6 0.7 0.8 0.9 Panjang Gelombang (um)

Sumber: Lillisand & Kiefer (1987)

Rajah 2.8 : Ciri Pemantulan Spektrum bagi Tumbuhan Jenis Berdaun Luruh dan yang Berjenis Konifer

10.0 7.0 5.0 4.0 3.0

Pemantulan (%)

2.0

1.0 0.7 0.5 0.4 0.3 0.2

Fitoplankton0.010 0.030 0.100 0.300 0.5 0.6 0.7

0.1 0.4

Panjang Gelombang (um)Sumber: Vincent (1997)

Rajah 2.9 : Ciri Pemantulan Spektrum pada Air yang Mengandungi Perbezaan Kepekatan Fitoplankton


28


kaolinit

Montmorilonit Pemantulan (%)H2O

muskovit

Panjang Gelombang (um) Sumber Vincent (1997)

1.0

1.5

2.0

2.5

Rajah 2.10 : Penyerapan Ketara Tiga Mineral pada Panjang Gelombang 2.2 m

2.4

INTERAKSI SINARAN ELEKTROMAGNET DI ATMOSFERA Semua sinaran elektromagnet yang dikesani dalam penderiaan jauh menghadapi

rintangan di atmosfera. Imej yang dideria di angkasa perlu menembusi seluruh ketebalan atmosfera. Imej yang dideriakan melalui penderia termas hanya mengesani tenaga terus dari objek di bumi dan merentangi laluan yang lebih pendek. Pengaruh keseluruhan komponen atmosfera terhadap imej yang dideriakan berbeza-beza mengikut jarak laluan yang terlibat, syarat dan kekuatan tenaga yang dideriakan, keadaan atmosfera ketika itu dan panjang gelombang yang dipilih. Penyerapan tenaga oleh molekul-molekul di atmosfera boleh meresap seluruh tenaga itu. Penyerap sinaran solar yang paling efisien ialah wap air, karbon dioksida, ozon dan oksigen. Penyerapan tenaga berlaku pada panjang gelombang ultra lembayung dan bahagian inframerah yang dipantulkan. Bahagian spektrum elektromagnet yang diserapi oleh gas di atmosfera tidak boleh digunakan untuk penderiaan jauh manakala kawasan spektrum elektromagnet yang tidak dipengaruhi atau diserapi oleh atmosfera atau yang hanya sedikit sahaja diserapi didefinisikan sebagai jendela atmosfera. Data penderiaan jauh permukaan bumi hanya diperoleh daripada


29


sistem yang beroperasi dalam lengkungan ini. Jendela atmosfera memberi laluan kepada tenaga pantulan solar yang boleh dikesani seperti di bahagian cahaya nampak dan inframerah. Bahagian lain yang boleh dikesani termasuklah pada panjang gelombang inframerah terma dan gelombang mikro. Rajah 2.11 memberikan bahagian-bahagian jendela atmosfera yang digunakan dalam kajian penderiaan jauh. Di atmosfera cuaca seperti jerebu, kabus dan litupan awan boleh mengganggu transmisi tenaga yang hendak dideriakan. Gangguan ini adalah dalam bentuk penghamburan gelombang elektromagnet oleh zarah di atmosfera. Terdapat dua jenis kumpulan zarah yang mengganggu pentransmisian di atmosfera. Pertama molekul atmosfera yang lebih kecil daripada panjang gelombang sinaran seperti gas karbon dioksida, ozon dan nitrogen. Kedua aerosol yang bersaiz lebih besar daripada panjang gelombang seperti titisan air, jerebu, habuk dan kabut.


30


(a)Ultra Lembayung Nampak Inframerah Dekat dan tengah inframerah 100 Transmisi atmosfera (%) 03 H2 O H2 O 03 Inframerah terma

0 0.5 1.0 1.5 2 3 4 5 Panjang gelombang (um) 10 15 20 30

(b)Inframerah jauh Gelombang mikro

100 80 60 40 20 10 0300 500 1000 0.5 1 5 10 50 80

Transmisi (%)


Rajah 2.11 : Jalur Penyerapan di Atmosfera (a) pada Bahagian Cahaya Nampak, Dekat Infamerah dan Infamerah Terma (b) Bahagian Infamerah Jauh dan Gelombang Mikro


31


Pergerakan molekul di atmosfera yang bersaiz lebih kecil daripada panjang gelombang sinar matahari dipanggil penyerakan Rayleigh (molekul gas (d) < ). Penyerakan ini berkadar songsang dengan panjang gelombang, iaitu berkadar kuasa empat panjang gelombang: -4. Panjang gelombang yang pendek lebih mudah tersebar begini daripada gelombang yang panjang. Rayleigh. Sinar matahari Warna biru pada langit adalah hasil daripada penyerakan berinteraksi dengan atmosfera dan menyerakkan bahagian

gelombang yang pendek, iaitu biru sehingga langit kelihatan berwarna biru. Pada waktu terbit matahari dan maghrib matahari menyinari atmosfera pada jarak yang lebih jauh jika dibanding pada kedudukan matahari waktu tengah hari. Dengan laluan yang lebih jauh ini menyebabkan gelombang pendek habis terserak sehingga kelihatan hanya serakan gelombang yang lebih panjang, iaitu oren dan merah yang mewarnai langit masa itu. Penyerakan Rayleigh ialah penyebab utama menjadikan imej berjerebu dan tidak jelas. Imej begini menghilangkan ketajaman dan kontras pada imej. Meletakkan pelapis di depan lensa yang tidak mengtransmisikan gelombang pendek boleh mengurangkan gangguan kejerebuan pada fotograf. Perhatian mengenai serekan Rayleigh adalah perlu dalam mengkaji imej satelit pelbagai spektrum. Penyerakan atmosfera pada jalur hijau (0.5 m 0.6 m) boleh berlaku empat kali ganda daripada jalur dekat inframerah (0.7 m 0.8 m) seperti yang ditunjukkan pada rajah 2.12a. Pembetulan radiometrik pada imej ini membantu mengwangkan gangguan serekan itu. Penyerakan Mie pula boleh berlaku sekiranya zarah-zarah di atmosfera itu mempunyai diameter yang sama dengan panjang gelombang sinaran (d=). Wap air dan habuk ialah penyebab utama penyerakan Mie. Penyerakan ini mempengaruhi gelombang yang lebih panjang jika dibanding dengan penyerakan Rayleigh. Penyerakan Rayleigh lebih dominan berlaku di atmosfera manakala pergerakan Mie pula berlaku pada ketika atmosfera berawan penuh dan bercuaca mendung. Rajah 2.12b memberikan kesan peyerakan aerosal (Mie) dan sudut matahari terhadap sinaran yang ditransmisikan kepermukaan bumi. Penyerakan tidak memilih terjadi apabila diameter zarah di atmosfera lebih besar daripada gelombang sinaran tenaga. Titisan air pada atmosfera menyebabkan pernyerakan tidak memilih berlaku kerana zarah air bersaiz antara 5-100 m dan penyerakkan yang


32


berlaku pada cahaya nampak dan dekat/mid inframerah adalah serupa. Oleh itu penyerakan dipanggil tidak memilih. Pada panjang gelombang cahaya nampak kuantiti yang diserakkan pada cahaya biru, hijau dan merah adalah sama dan ini yang menyebabkan kabus dan awan di langit kelihatan putih. Penyerakan di atmosfera menambahkan kecerahan dan keterangan manakala penyerapan pula mengurangkan kecerahan pada pengukuran spektrum dan ciri-ciri imej bumi yang dikaji. 2.5 PENDERIA DAN PENTAS DERIA Bahagian awal bab 2 membincangkan hal mengenai punca tenaga untuk penderiaan jauh, interaksi punca tenaga dengan molekul atmosfera dan interaksi tenaga dengan ciri-ciri di mukabumu seperti tumbuhan, tanih, air dan bahan mineral. Berikut dibincangkan pula mengenai alat penderia satelit yang digunakan untuk mengimej objek dibumi dan pentas penderia yang membawa alat penderia itu. Penderia satelit boleh didefinisikan sebagai sebuah instrumen untuk mengesan dan merakam tenaga elektromagnet yang berhubung dengan objek atau fenomena yang dikaji. Kajian penderiaan jauh kebanyakanya menggunakan penderia pengimbas optik yang boleh mengesani spektrum yang lebih lebar dari jalur cahaya nampak hingga ke kawasan jalur terma. Sifat penderia optik ditentukan oleh eleman spektrum, radiomatrik dan geomatrik. Secara umum penderia elektro-optik yang digunakan dalam sistem penderiaan jauh mempunyai beberapa komponen penting seperti yang ditunjukkan dalam rajah 2.13 : Sinaran yang membawa isyarat yang dideriakan berciri optik hingga ke peringkat pengesan di mana alat ini ditransdusikan ke isyarat elektronik. Operasi pengimbas juga menukarkan maklumat ruang ke isyarat temporal yang bersambungan dan diproses lagi hingga ke alat penukar analog/digit. Di sini ia dikuantisasikan ke nilai diskret nombor digit (DN) yang mewakili piksel imej.


33


1.00

1.00

0.90

0.8 - 1.1 um

0.90

0.7 - 0.7 um 0.80

Transmisi

0.80

0.8 - 1.1 um 0.7 - 0.8 um

Rayleigh0.70

Transmisi

0.6 - 0.7 um

Mie0.70

0.6 - 0.7 um 0.5 - 0.6 um

0.60

0.60

0.5 - 0.6 um 0.50 900 0 0 0 0 0 0 0 0

80

70

60

50

40

30

20

10

0.50

0

0

0

0

0

0

0

0

0

90

80

70

60

50

40

30

20

10

Sudut dongakan matahari

Sudut dongakan matahari

(a)

(b)

Rajah 2.12 (a) & (b) : Kesan Serakan Rayleigh (a) dan Mie (b) dan Matahari Terhadap Tenaga Insiden yang di Transmisikan ke Bumi.


34


Penapis spektrum atau elemen serakan

SISTEM PENDERIA

Sinaran Penderia

Pengimbas

Pengimej optik

Pengesan

Elektronik

A/D

DN

Ketinggian pentas deria Gerakan pentas deria

Rajah 2.13 : Komponen Primer Dalam Sistem Penderiaan Jauh Elektro-Optik Sumber : Schowengerdt 1997


35


Secara umumnya teknologi penderiaan jauh menggunakan tiga jenis pengimej multispektrum untuk menderia imej bumi. Jenis pertama ialah pengesan diskret dan cermin pengimbas. Jenis penderia begini digunakan oleh Landsat Multispektrum Scanner (MSS); Landsat Thematic Mapper (TM); NOAA Advance Very High Resolution Radiometer (AVHRR) dan Pesawat Udara Pengimbas (AMS). Jenis kedua ialah ikatan linear (Linear Arrays) yang digunakan oleh Penderia SPOT, High Resolution Visible (HRV). Jenis ketiga dinamakan Pengimej Spektrometri yang menggunakan ikatan linear dan kumpulan ikatan keluasan. Penderia utama yang menggunakanya ialah Compact Airborn Spectrographic Image CASI; Multispectral Electro-Optical Imaging System (MEIS) dan Moderate Resolution Imaging Spectrometer (MODIS). Jadual 2.4 memberikan sistem penderia yang kerap digunakan dan bahagian spektrum yang dikesannya. Kini terlalu banyak sistem penderia yang digunakan oleh pelbagai negara dengan kebolehan untuk mengesan bahagian jalur yang khusus. Senarai nama penderia ini diberikan dalam appendik 1. Pentas penderia yang mengangkut alat penderia ini juga ditentukan dari segi jenis pesawat dan ketinggian pentas itu ketika mengimej permukaan bumi. Rajah 2.4 memberikan perincian mengenai pengkelasan penderia mengikut jenis dan ketinggian manakala Appendik 2 juga memberikan perincian senarai mengenai pentas penderia kini dan yang dicadangkan buat masa hadapan. Perbincangan mengenai satelit sumber bumi dilanjutkan lagi pada bab 5 dengan perbincangan mengenai satelit Landsat dan SPOT dari segi penggunaan dan penafsirannya.


35


Jadual 2.4 Sistem Penderia dan Bahagian Spektrum yang Dikesani

Sistem Penderia MSS TM

Bahagian spektrum yang dikesani Cahaya nampak dan dekat inframerah Cahaya nampak, dekat inframerah, gelombang pendek

inframerah, inframerah terma ETM+ Cahaya nampak, dekat inframerah, gelombang pendek

inframerah, inframerah terma dan penkromat. HRV AVHRR Pankromat, cahaya nampak,dekat inframerah Cahaya nampak, dekat inframerah, gelombang pendek

inframerah, inframerah terma MODIS Cahaya nampak, dekat inframerah, gelombang pendek

inframerah ASTER MISR IRS-IC Gelombang pendek inframerah, inframerah terma Cahaya nampak dan dekat inframerah pankromat


35

BAB 3RESOLUSI DATA

3.1

PENGENALAN

Data daripada penderiaan jauh menyediakan pandangan sinoptik muka bumi yang meliputi kawasan yang luas. Dari pandangan itu, tumpuan dapat diberikan kepada ciri yang hendak dikaji. Resolusi data merujuk kepada kebolehan sistem penderiaan jauh membezakan suatu objek itu dari suatu tempat. Ia merupakan parameter yang sangat penting untuk menjelaskan prestasi sistem penderiaan jauh yang dipilih. Resolusi data penting dalam kajian mengesan perubahan dan kualiti analisisnya bergantung kepada sistem penderia yang digunakan dan ciri-ciri persekitaran ketika pengesanan dilakukan. Terdapat empat jenis resolusi untuk mengesan perubahan ciri bumi, iaitu resolusi spektrum, resolusi radiometrik, resolusi ruang dan resolusi temporal. Perolehan data melalui penderiaan jauh khusus untuk menyelesaikan masalah penyelidikan mempunyai kekangan tertentu. Perolehan data bagi mengukur dan menentukan litupan tumbuhan misalnya, memerlukan pengetahuan tentang parameter yang boleh diukur dan yang tidak boleh diukur menerusi penderiaan jauh. Pemetaan hutan dan perubahan gunatanah mudah dikesan tetapi penentuan spesis spesifik pada tumbuhan tidak mudah dikenal pasti.

3.2

RESOLUSI SPEKTRUM

Resolusi spektrum berkait dengan kelebaran jalur panjang gelombang yang dideriakan. Liputan spektrum pula menerangkan jumlah dan julat spektrum saluran pada imej. Bahan muka bumi yang berbeza bertindak balas terhadap sinaran elektromagnet dengan


37


cara yang berbeza juga. Dari itu, keluk spesifik tindak balas spektrum atau signatur spektrum (spectural signature) boleh ditentukan bagi tiap-tiap jenis bahan. Bahan asas seperti mineral yang spesifik boleh dikenal pasti hanya dengan mengikuti asas signatur spektrum bagi bahan ini.Tetapi bahan komposit seperti tanih (yang mengandungi pasir, kelodak, lempung dan bahan organan) sukar untuk dikenal pasti kerana adanya pelbagai bahan ini yang tidak memberikan tanih pengenalan spektrum yang unik. Penderia pada umumnya menyampel spektrum elektromagnet dengan mengesan sinaran yang bergabung pada beberapa julat panjang gelombang. Sebagai contoh, sesuatu penderia yang peka pada panjang gelombang julat antara 0.4 m-0.5 m menderia cahaya biru. Julat ini merujuk kepada jalur spektrum atau saluran data pada spektrum itu. Alat pengimbas pada pesawat udara biasa digunakan untuk memberi pertambahan pada maklumat resolusi spektrum jika dibanding dengan pengimbas yang dibawa oleh satelit. Spektrometer boleh digunakan di makmal dan lapangan untuk mengenal pasti jenis mineral yang spesifik dengan tepatnya. Satelit yang membawa High Resolution Imaging Spectometer (HIRIS ) mempunyai lebar jalur lebih kurang 10 m untuk membolehkannya mengenal pasti hampir semua mineral. Sistem penderia yang berbeza-beza merakamkan pantulan tenaga elektromagnet pada bahagian jalur yang berbeza-beza. Landsat MSS misalnya merakam tenaga dalam empat jalur multispektrum manakala Spot HVR pula merakam tiga jalur multispektrum dan satu jalur pankromat. Landsat TM merakamkan enam jalur optik yang sempit dan satu jalur terma. Pengkaji perlu memilih jalur yang paling baik untuk kajian masing-masing. Jadual 3.1 memberikan penjelasan mengenai beberapa jalur yang dideriakan oleh penderia satelit SPOT, Landsat TM dan MSS, NOAA-AVHRR dan AM1-MODIS. Bagaimanapun, kajian mengenai pengesanan perubahan pada suatu kawasan itu tidak boleh menggunakan jalur yang tidak sesuai. Contohnya, jalur 1 (biru) pada Landsat TM tidak boleh disamakan dengan mana-mana jalur daripada SPOT atau Landsat MSS kerana kedudukan jalur yang berbeza. Algoritma yang digunakan juga tidak membolehkan penggunaan jalur yang tidak sesuai ini. Instrumen terkini MODIS memberikan pengesanan yang begitu meluas melibatkan sebanyak 36 jalur yang merentasi jalur biru hingga ke inframerah terma.


38


Jadual 3.1 : Penderia Satelit dan Resolusi Spektrum

Penderia Satelit

Resolusi Spektrum Jalur Spektrum dalam m

Landsat MSS

L:0.5 0.6 (Hijau) 4:0.8 1.1 (Dekat Inframerah)

2:0.6-0.7 (Merah)

3:0.7-0.8 (Dekat Inframerah)

Landsat TM

1:0.45 0.52 (Biru) 4:0.76 0.90 (Dekat Inframerah) 7:1.08 2.35 (Inframerah Tengah)

2:0.52 0.60 (Hijau) 5:1.55 1.75 (Inframerah Tengah)

3:0.63 0.69 (Merah) 6:10.4 12.5 (Terma)

SPOT HRV

1:0.50 0.59 (Hijau) 4:0.51 0.73 (Pankromat)

2:0.61 0.68 (Merah)

3:0.79 0.89 (Dekat Inframerah)

NOAAAVHRR AM1-MODIS

1:0.58 0.68 (Merah) 4:10.3 11.3 (Pankromat) 1:0.620 0.67 (Merah) 4:0.545 0.565 (Hijau) 7:2.105 2.155 (Inframerah Tengah) 10:0.483 0.493 (Biru) 13:0.662 0.672 (Merah) 15:0.862 0.877 (Dekat Inframerah) 19:0.915 0.965 (Dekat Inframerah) 22:3.929 3.989 (Inframerah Tengah) 25:4.482 4.549 (Inframerah Tengah) 28:7.175 7.475 (Inframerah Tengah) 31:10.780 11.280 (Terma) 34:13.485 13.785 (Terma)

2:0.72 1.10 (Dekat Inframerah) 5:11.5 12.5 (Terma) 2:0.841 0.876 (Dekat Inframerah) 5:1.230 1.250 (Inframerah Tengah) 8:0.405 0.420 (Biru) 11:0.526 0.536 (Hijau) 14:0.673 0.683 (Merah) 17:0.90 0.92 (Dekat Inframerah) 20:3.660 3.840 (Inframerah Tengah) 23:4.020 4.080 (Inframerah Tengah) 26: 1.360 1.390 (Inframerah Tengah) 29:8.400 8.700 (Inframerah Tengah) 32:11.770 12.270 (Terma) 35:13.785 14.085 (Terma)

3:3.55 3.93 (Inframerah Tengah)

3:0.459 0.479 (Biru) 6:1.628 1.652 (Inframerah Tengah) 9:0.438 0.448 (Biru) 12:0.546 0.556 (Hijau) 15:0.743 0.753 (Dekat Inframerah) 18:0.931 0.941 (Dekat Inframerah) 21:3.929 3.989 (Inframerah Tengah) 24:4.433 4.498 (Inframerah Tengah) 27:6.535 6.895 (Inframerah Tengah) 30 : 9.580 9.880 (Inframerah Tengah) 33: 13.185 13.485 (Terma) 36:14.085 14.385 (Terma)


39


3.3

RESOLUSI RUANG

Resolusi ruang dijelaskan sebagai peringkat pemilihan kawasan ruang yang dipamerkan oleh sesuatu imej. Ini boleh dijelaskan dengan ukuran objek yang paling kecil yang boleh dicam sebagai satu entiti yang berasingan pada suatu imej itu ataupun dilambangkan dengan satu piksel. Resolusi ruang berkait terus dengan piksel pada imej. Contohnya satu piksel pada imej satelit bersamaan dengan satu saiz butiran pada fotograf. Manakala resolusi ruang pada imej satelit bersamaan dengan skala fotograf. Mengenal pasti sesuatu objek pada imej melibatkan pertimbangan dari segi kontras imej resolusi ruang. Bentuk objek juga penting untuk membantu penentuan sesuatu objek itu. Contohnya objek yang linear, berjajar dan bersambung lebih mudah dikenal pasti pada imej satelit daripada objek yang bulat atau bujur. Oleh itu, jalan raya, sungai, transmisi tiang elektrik mudah dicam dalam imej. Saiz suatu piksel pula adalah fungsi pentas dan penderia satelit. Manakala pengecaman sesuatu objek boleh berubah mengikut tempat ke tempat dan dari semasa ke semasa. Piksel yang mempunyai pemantulan yang kontrasnya jelas daripada persekitaran akan memberi pengecaman yang mudah melalui 2-4 piksel sahaja. Sering juga imej memberi kombinasi sinaran bagi piksel secara berlonggok. Kelicinan permukaan juga memainkan peranan dari segi memberi kesan kepada kekuatan dan arah sinaran yang kemudian menentukan kontras imej itu. Saiz suatu piksel pada pengimbas pesawat udara atau satelit adalah fungsi penderia (optik dan kadar persampelan) serta pentas penderia (ketinggian dan halaju). Landsat MSS mempunyai saiz piksel yang nominal iaitu 60m x 80m dan mengeluarkan imej yang berterusan dengan skala 1 : 100,000. Oleh itu, CZCS mempunyai saiz piksel 800m x 800 m dan memberi skala 1 : 1,000,000. CZCS mempunyai ruang liputan yang sangat luas tetapi tidak dapat memberikan perincian pada ciri-ciri individu objek tertentu berbanding dengan Landsat MSS. Satelit yang dilancarkan kemudian seperti Landsat, TM atau SPOT, HRV mempunyai piksel yang lebih baik, iaitu TM 30m dan SPOT 10/20 m. Saiz piksel ini boleh memberikan perincian pada suatu ciri yang spesifik dan boleh menjanakan data yang sangat banyak bagi kajian yang mempunyai liputan kawasan yang luas.


40


Pengukuran pada imej yang dideriakan diperoleh daripada sampel permukaan bumi menggunakan sudut penglihatan yang tetap (constant view angle).Sudut ini dikenali sebagai medan pandangan serta merta atau Instantaneous Field Of View (IFOV) dan memerlukan kawasan permukaan bumi yang dipandang untuk membina satu piksel. Jadual 3.2 memberikan beberapa penderia setelit yang biasa digunakan dan resolusi ruang yang berkaitan dengannya.

Jadual 3.2 : Penderia Satelit dan Resolusi Ruang

Penderia Satelit

Resolusi ruang yang merujuk pada IFOV dalam (m/km)

Landsat MSS Landsat TM

Jalur (4-7/1-4) 80m Jalur 1,2,3,4,5,&7 : 30m Jalur 6:120m

SPOT HRV

Jalur 1-3 : 20m Jalur 4 : 10m

NOAA-AVHRR AM1-MODIS

Jalur 1-5 : 1.1km Jalur 1-2 : 250m Jalur 3-7 : 500m Jalur 8-36 : 1km

Satu lagi aspek ruang pada imej adalah keluasan liputan bagi satu pandangan imej. Ini dipanggil kelebaran swath yang menyeberangi orbit satelit atau laluan pesawat udara. Kelebaran swath ini berbeza mengikut ketinggian pentas deria dan jumlah sudut pengimbas. Sesuatu penderia yang menggunakan sudut pengimbas imej yang lebar akan mengeluarkan imej yang mempunyai banyak herotan hasil daripada pengaruh lengkungan bumi dan panorama. Bagi kes ini saiz piksel ditentukan pada nadir.


41


3.4

RESOLUSI RADIOMETRIK

Resolusi radiometrik didefinisikan sebagai jumlah tenaga yang diperlukan untuk menambah satu nilai piksel dengan satu kuantisasi atau kiraan keterangan. Keluasan radiometrik adalah julat dinamik atau jumlah peringkat keterangan yang maksimum yang boleh dirakam oleh sesuatu sistem penderia itu. Kebanyakan imej penderiaan jauh direkodkan dengan peringkat keterangan antara 0-255. Peringkat sinaran yang minimum yang boleh dicam atau diketahui dirakamkan sebagai 0 dan sinaran maksimum sebagai 255. Nilai terang pada setiap lokasi piksel itu diwakili dengan nombor digit dari 0-255. Nilai keterangan bersamaan sifar dilihat sebagai warna hitam manakala putih mewakili yang paling terang iaitu 253. Julat angka ini juga dipanggil sebagai resolusi lapan bits kerana semua nilai dalam julat ini diwakili oleh lapan bits dalam komputer. Resolusi radiometrik pada imej digit sama dengan jumlah ton pada imej fotograf udara kerana kedua-dua berkait terus dengan kontras pada imej. Dalam memproses imej peringkat keterangan dirujuk sebagai nombor digit (digital number) atau DN. Mata manusia boleh mempersepsikan sebanyak 20-30 perbezaan pada pemeringkatan julat kelabu dalam imej. Walau bagaimanapun, penambahan resolusi yang mempunyai lebih daripada 30 peringkat sukar untuk dibezakan dengan mata kasar. Penggunaan teknik mentafsir imej menerusi digit diperlukan untuk memanfaatkan resolusi radiometrik yang lebih banyak ini. Penyerakan sinaran oleh atomsfera dan kesan penyerapan boleh mengurangkan ketelusan radiometrik pada imej dengan mengurangkan diskriminasi antara sinaran yang berbeza ( terutama pada panjang gelombang yang pendek). Kaedah memperbaiki kontras pada imej untuk tujuan tafsiran dan persembahan boleh dilakukan melalui proses penjelasan imej. Bagaimanapun, teknik penjelasan imej secara digit ini tidak boleh memperbaiki resolusi radiometrik pada data itu, kerana resolusi radiometrik bergantung kepada alat penderia yang digunakan dan juga kontras visual pada sesuatu imej itu. berkaitan dengannya. Jadual 3.3 memberikan beberapa penderia satelit yang biasa digunakan dan resolusi radiometrik yang


42


Jadual 3.3 : Penderia Satelit dan Resolusi Radiometrik

Penderia Satelit Landsat 1,2 & 3; MSS Landsat 4 & 5 TM NOAA-AVHRR EOS-MODIS

Resolusi Radiometrik 6-Bit (64 peringkat) 8 Bit (256 peringkat) 10 Bit (1024 Peringkat) 12 Bit, (4096 peringkat)

3.5

RESOLUSI TEMPORAL

Resolusi temporal bagi data yang dideriakan merujuk kepada pusingan ulangan atau sela antara perolehan imej yang berturutan. Pusingan ini ditetapkan untuk pentas pesawat angkasa oleh sifat-sifat orbit. Satelit memberikan liputan yang berulang dengan kos yang kurang. Tetapi kelemahan penetapan masa pada pesawat angkasa ini selalu juga bertembung dengan liputan awan yang tebal dan cuaca yang buruk dan boleh merendahkan kualiti imej yang dideriakan. Bertambah sukar lagi bila kerja lapangan perlu dibuat serentak dengan perolehan imej yang dideriakan. Jadual 3.4 memberikan beberapa penderia satelit dan resolusi tempoh yang kerap digunakan oleh pengkaji penderiaan jauh.

Jadual 3.4 : Penderia Satelit dan Resolusi Temporal Penderia Satelit Landsat 1,2 & 3; MSS Landsat 4 & 5 TM SPOT HRV NOAA-AVHRR EOS-MODIS Resolusi Temporal 18 hari (setiap 251 orbit) 16 hari (setiap 233 orbit) 26 hari 12 jam 2 hari


43

BAB 4PENDERIAAN GELOMBANG MIKRO

4.1

PENGENALAN Sistem penderiaan jauh yang menggunakan gelombang mikro telah dilancarkan awal

1950an untuk tujuan yang berkaitan dengan angkatan tentera. Radar adalah penderiaan gelombang mikro yang dibawa oleh satelit sumber bumi masa kini untuk mengimej permukaan bumi. Penderiaan boleh dilakukan pada waktu siang dan malam dalam semua keadaan cuaca kerana sistem ini tidak bergantung kepada tenaga electromagnet sepertimana sistem optik lain. Kegunaan imej radar oleh sektor awam bermula dalam tahun 1960an menerusi pemetaan beberapa kawasan di Panama, Venezuela dan Brazil yang menggunakan Side Looking Airborne Radar (SLAR). Imej dari SLAR juga digunakan untuk tujuan pemantauan permukaan lautan bagi menentukan keadaan angin, ombak dan ais. Penderiaan jauh gelombang mikro dari angkasa bermula dengan pelancaran SEASAT pada 1978 dan disambung oleh Shuttle Imaging Radar (SIR) dalam tahun 1980an. Seterusnya, ia diikuti oleh satelit ERS-1, ERS-2 kepunyaan Agensi Angkasa Eropah atau European Space Agency dan juga Japanese Earth Resources Satellite (JERS-1) kepunyaan Jepun. Secara umumnya, penggunaan imej daripada sistem optik melebihi penggunaan data radar. Ini kerana data radar sukar diperoleh jika dibandingkan dengan data Landsat ataupun SPOT. Begitu juga dengan pengguna yang kurang didedahkan dengan kaedah kegunaan radar dalam menjalankan penyelidikan mereka. Penyelidikan oleh kumpulan kerja radar, yang sebahagian besarnya berpunca daripada Pusat Data Radar, Jet Propulsion Laboratory di Pasadena dan Goddard Space Centre Greenbelt Amerika Syarikat, telah mendedahkan kepada pengkaji yang berminat mengenai pelbagai kegunaan penyelidikan yang boleh memanfaatkan imej radar ini. Kini pengedaran


44


imej yang lebih meluas dengan harga yang berpatutan, memudahkan lagi perolehan dan penyebaran data ke seluruh dunia akademik. Jenis penyelidikan kini yang menggunakan data radar termasuklah: Pemetaan dan pembinaan carta Pengurusan dan pemantauan sumber Ancaman pencemaran dan bahan buangan Bencana alam dan amaran Hal-hal mengenai ais lautan Penguatkuasaan dan pengawasan

4.2

CIRI-CIRI PENDERIAAN RADAR Terdapat dua faktor utama yang mempengaruhi pentransmisian isyarat daripada

sistem radar, iaitu panjang gelombang dan polarisasi denyutan tenaga yang diperlukan. Jadual 4.2 menyenaraikan jalur panjang gelombang radar yang biasa digunakan untuk tujuan pentransmisian denyutan. Jadual 4.1 : Jalur Panjang Gelombang Radar Nama Jalur Ka K Ku X C S L P Sumber : Schowengerdt (1997) Panjang gelombang (cm) 0.75 1.1 1.1 1.67 1.67 2.4 2.4 3.75 3.75 7.5 7.5 15 15 30 30 100 26.5 - 40 18 26.5 12.5 - 18 8 12.5 4-8 2-4 1-2 0.3 - 1 Frekuansi (GHz)


45


Panjang gelombang isyarat radar menentukan gangguan-gangguan atenuasi atmosfera. Pengaruh atenuasi atmosfera terhadap imej yang dideria oleh isyarat radar terhad pada panjang gelombang yang lebih pendek, iaitu kurang daripada 3 cm. Secara amnya atenuasi atmosfera bertambah pada gelombang yang lebih pendek dan berkurangan pada gelombang yang lebih panjang. Secara keseluruhan, imej yang dideriakan melalui sistem radar mempunyai kelebihan berikut jika dibanding dengan imej yang diperoleh daripada sistem optik. Boleh diambil pada masa siang dan malam Boleh diambil untuk semua keadaan cuaca (sedikit gangguan semasa hujan ribut yang kuat) Tidak bergantung pada sinaran solar kerana menyediakan sinaran keterangan secara aktif Sinaran yang diterangi boleh menembusi awan, kabus dan asap.

Oleh itu, imej radar sangat berguna untuk kawasan tropika dan khatulistiwa yang sukar memperoleh imej satelit yang berkualiti tinggi kerana gangguan cuaca, kabus dan awan. Isyarat radar boleh ditransmisi dan diterima dalam pelbagai mod polarisasi. Oleh itu, isyarat boleh ditapis sebegitu cara sehingga getaran gelombang elektrik dihad pada satu satah tegak lurus ke arah pergerakan gelombang. Isyarat radar ditransmisikan sama ada pada satah mendatar (H) atau satah menegak (V). Penerimaan isyarat juga boleh pada satah mendatar dan menegak. Dengan itu, terdapat empat isyarat pentransmisian radar iaitu: Pentransmisian mendatar, penerimaan mendatar (HH) Pentransmisian menegak, penerimaan menegak (VV) Pentransmisian mendatar, penerimaan menegak (HV) Pentransmisian menegak, penerimaan mendatar (VH) Mod HH

Mod polarisasi penting untuk menentukan jenis imej yang diterima.

memberikan imej sasaran yang berbeza daripada yang dibalikkan menerusi mod HV. Begitu juga dengan mod VV, VS, VH. Selalunya mod HH, HV memberikan jalur yang lebih cerah. Biasa juga berlaku gangguan pada jalur HV dalam bentuk penjaluran (banding). Penjaluran


46


memberikan rupa imej sebagai banjaran atau aluran yang selari dan boleh disalah tafsirkan. Hal ini perlu disedari oleh pengkaji yang meneliti kawasan yang beralun. Kepastian perlu dibuat sama ada tafsiran itu benar-benar banjaran bukit dan tidak daripada kesan penjaluran imej ini. 4.3 MENGIMEJ DARIPADA RADAR Imej radar diperoleh daripada cahaya sinaran yang ditransmisikan sendiri oleh radar untuk menerangi permukaan yang disasari pada bahagian panjang gelombang radio. Sebuah kamera menggunakan lampu untuk mengeluarkan sinaran cahaya kesasaran dan merakam difilem cahaya yang dipantulkan semula menerusi lensa kamera. Radar juga menggunakan kaedah yang sama, cuma lensa dan filem pada kamera digantikan dengan antena dan pita komputer berdigit untuk merakam objek sasaran radar. Radar adalah singkatan untuk Radio Detection and Ranging atau Julatan dan Pengesanan Radio. Radar mengukur kekuatan tenaga dan masa yang diambil bagi sesuatu isyarat gelombang mikro yang diemisikan oleh antena radar ke objek yang disasarinya di bumi. Antena radar berselang-selang mentransmisi dan menerima denyutan pada sesuatu bahagian panjang gelombang mikro dan polarisasinya. Biasanya panjang gelombang ini adalah pada 1 cm ke 1mm dan frekuansi radar pada julat 300 MHz ke 30 GHz. Polarisasi radar merujuk sama ada pada satah menegak atau mendatar. Mengimej objek mengikut sistem radar memerlukan pentransmisian lebih kurang 1500 denyutan kuasa tinggi sesaat terhadap sesuatu objek dengan setiap denyutan itu mempunyai jangkamasa 10 - 50 mikrosaat (s). Denyutan ini biasanya mengikuti jalur frekuensi yang sempit yang dipilih oleh sistem radar itu. Permukaan bumi yang menerima tenaga denyutan radar diserak pada seluruh arah dengan sebahagian daripadanya dipantulkan semula ke arah antena sebagai serak balik atau backscatter. Serak balik radar diterima sebagai gema (echo) radar yang lemah dan diterima oleh antena dalam polarisasi yang spesifik sama ada menegak atau mendatar. Gema ini ditukar ke data digit dan dimasukkan ke dalam perakam data untuk diproses dan dipaparkan kemudiannya sebagai imej. Denyutan radar bergerak pada halaju cahaya. Oleh itu, pengukuran masa bagi denyutan dihantar dan diterima boleh dikira untuk mendapatkan jarak


47


atau julat sesuatu pantulan objek sasaran. Pilihan panjang jalur denyutan (dalam s) itu menentukan resolusi imej. Semakin tinggi panjang gelombang yang digunakan semakin kecil resolusi imej itu. Semasa pentas dan penderia radar bergerak pada laluan penerbangannya kawasan yang diterangi (footprint) juga bergerak bersama pada permukaan swath itu dan sekaligus membina imej bersamanya. Panjang antena radar menentukan resolusi pada arah azimut imej itu. Semakin panjang antena, semakin halus resolusi ini. Antena yang terlalu panjang pula menyukarkan penerbangan dan tidak praktikal. Synthetic Aperture Radar (SAR) ialah satu teknik untuk mengsintesis antena yang panjang ini dengan mengkombinasikan isyarat gema yang diterima oleh radar ketika ia bergerak sepanjang laluan penerbangan. Aperture pada kamera ialah laluan yang digunakan untuk mengutip te

pengenalan penderiaan jauh

Documents