PENGUKURAN GROUND CONTROL POINT UNTUK CITRA SATELIT CITRA SATELIT RESOLUSI TINGGI DENGAN

METODE GPS PPP

Oleh

A. Suradji, GH Anto, Gunawan Jaya, Enda Latersia Br Pinem, dan Wulansih1

INTISARI

Untuk meningkatkan ketelitian horizontal citra satelit resolusi tinggi biasanya dilakukan rektifikasi dengan bantuan Ground Control Point (GCP). GCP yang bersumber dari peta rupabumi ini tidak bisa diaplikasikan untuk citra satelit resolusi tinggi seperti Quickbird resolusi 0,6 meter. Karena objek yang ditampilkan oleh citra satelit Quickbird lebih detail dari objek yang ditampilkan oleh peta rupabumi. Masalah ini bisa diatasi dengan melakukan pengukuran GCP dengan GPS (Global Positioning System) metode PPP (Precise Point Positioning) yang diintegrasikan dengan Laser Positioning System. Metode ini menawarkan penggunaan satu (1) receiver GPS di lokasi GCP, tanpa membutuhkan jaring kontrol (network) seperti halnya teknik pengukuran GCP konvensional dengan GPS. Sedangkan koreksi hasil pengukuran GPS bersumber dari post-mission satellite clock dan informasi yang disediakan oleh beberapa data analyst centers sebagai produk yang dikeluarkan oleh International GPS Services (IGS). Semua IGS analyst center telah memberikan layanan gratis menyediakan koreksi satellite clock dan informasi orbit yang tepat lewat internet.

Penggunaan Laser Positioning System adalah untuk mengatasi keterbatasan GPS dalam penentuan posisi koordinat GCP di mana satelit GPS sulit atau tidak dapat diamati dari lokasi GCP tersebut atau karena receiver sulit atau tidak dapat ditempatkan di lokasi GCP. Dalam hal ini GPS digunakan untuk menentukan posisi (koordinat) tempat berdiri receiver, dan Laser Positioning System digunakan untuk menentukan posisi (koordinat) yang diinginkan relatif terhadap tempat berdiri receiver.

Pengukuran GPS metode PPP yang diintegrasikan dengan Laser Positioning System sebagai sarana penyedia GCP untuk citra satelit Quickbird resolusi 0,6 meter. Metode ini dipilih karena murah, mudah dan cepat. Lokasi studi berada di area Jawa Timur dengan luas 4.711 km2 dan memiliki 134 buah titik GCP. Pengukuran GCP diselesaikan dengan menggunakan satu (1) receiver GPS dan satu (1) Laser Positioning System hanya dalam waktu satu (1) bulan.

Kata kunci: GPS PPP, dan Laser Positioning System

1 Para penulis adalah alumni Teknik Geodesi UGM, dan bisa dihubungi via email : dis001@cbn.net.id

Latar belakang

Ketelitian horisontal citra satelit tinggi bisa ditingkatkan dengan cara melakukan

rektifikasi citra satelit dengan Ground Control Point (GCP). Salah satu sumber GCP

yang tersedia dengan harga yang murah adalah dari peta rupabumi hardcopy skala

1:25.000 atau skala 1:50.000. Namun, GCP yang bersumber dari peta rupabumi ini tidak

bisa diaplikasikan untuk citra satelit resolusi tinggi seperti Quickbird resolusi 0,6 meter.

Karena objek yang ditampilkan oleh citra satelit Quickbird lebih detail dari objek yang

ditampilkan oleh peta rupabumi. Di samping itu, kesalahan posisi dari suatu titik dalam

peta topografi tersebut dapat lebih dari 1 mm disebabkan oleh ketidaktepatan posisi

titik, pergeseran posisi, generalisasi kartografi, peta hardcopy yang berkerut dan

seterusnya.

Masalah ini dapat diatasi dengan melakukan pengukuran GPS. Secara umum

penentuan koordinat terdiri dari dua (2) yaitu penentuan posisi absolut dan penentuan

posisi relatif. Penentuan posisi absolut atau yang lebih dikenal dengan single point

positioning adalah pengukuran koordinat absolut satu titik dalam suatu sistem koordinat

seperti WGS 1984. Penentuan posisi relatif atau yang lebih dikenal dengan differential

positioning technique, membutuhkan penggunaan dua (2) receiver, satu sebagai

referensi dan yang lain adalah posisi yang akan ditentukan koordinatnya.

Karena teknik penentuan posisi relatif menggunakan dua (2) receiver yang

melakukan pengukuran secara simultan, maka bias (seperti bias orbit satelit, ionosfer,

dan troposfer) bisa dikurangi dengan melakukan metode pengurangan data hasil

pengamatan antara kedua titik pengukuran. Oleh sebab itu, penentuan posisi relatif

biasanya digunakan untuk penetuan posisi yang membutuhkan akurasi tinggi. Sehingga

metode penentuan posisi relatif bisa diaplikasikan sebagai sumber data GCP.

Permasalahan

Pengukuran GCP dengan GPS metode relatif hanya efektif untuk jaring

pengamatan dengan baseline yang pendek. Jika jarak anatartitik pengamatan bertambah

panjang maka residual error akan bertambah besar yang mengakibatkan kualitas

koordinat hasil pengamatan kurang baik (Satirapod and Kriengkraiwasin 2006). Di

samping itu, dalam penentuan posisi koordinat GCP dengan GPS juga ditemukan

kesulitan jika satelit GPS sulit atau tidak dapat diamati dari lokasi GCP tersebut atau

karena receiver sulit atau tidak dapat ditempatkan di lokasi GCP.

Keharusan mengoperasikan dua (2) receiver GPS dalam satu jaring pengamatan

mengakibatkan penggunaan GPS sebagai sumber GCP citra satelit resolusi tinggi,

kurang diminati penggunaannya oleh user citra satelit resolusi tinggi. Karena dana

untuk pengadaan dua (2) receiver GPS dual frekuensi masih sangat mahal dibandingkan

dengan receiver GPS single frekuensi.

Landasan Teori

1. Citra Satelit Quickbird Citra satelit Quickbird adalah hasil perekaman dari satelit Quickbird yang dikelola

oleh, perusahaan penyedian citra satelit komersial dengan resolusi tertinggi di di dunia,

yaitu DigitalGlobe. Pada tahun 2001 Digitalglobe telah meluncurkan satelit Quickbird,

yang mengorbit secara sunsynchronous pada ketinggian 450 kilometer. Citra Satelit

QuickBird mempunyai resolusi spasial hingga 60 cm, sehingga memungkinkan obyek

sebesar 60 cm di permukaan bumi dapat teridentifikasi.

Tabel 1: Spesifikasi Citra Satelit QuickBird (Standart Product)

Resolusi spasial dan spektral Tipe produk Resolusi

piksel Hitam

dan putih

Biru Hijau Merah Inframerah dekat

Pankromatik 60 cm 70 cm X

Multispektral 2,4 m 2,8 m X X X X

Natural color 60 cm 70 cm X X X X

Color infrared 60 cm 70 cm X X X X

Pansharpened (4 band)

60 cm 70 cm X X X X X

Sistem koordinat citra Quickbird dalam datum WGS 84, dengan sistem proyeksi

UTM (Universal Transverse Mercator), dengan format data yang tersedia adalah data

GeoTiff dan NITF.

2. Rektifikasi Kesalahan geometri adalah ketidaksempurnaan geometri citra yang terekam pada

saat pencitraannya, hal ini menyebabkan ukuran, posisi dan bentuk citra menjadi tidak

sesuai dengan kondisi yang sebenarnya. Ditinjau dari sumber kesalahannya, distorsi

geometri disebabkan oleh kesalahan internal dan kesalahan eksternal (JARS, dalam

Yuwono, et al, 2008).

Kesalahan internal disebabkan oleh geometrik sensor dan bersifat sistematik

sedangkan kesalahan eksternal disebabkan oleh bentuk dan karakter obyek data

tersebut. Distorsi yang bersifat sistematik dapat dimodelkan sedangkan yang bersifat

tidak sistematik tidak dapat dimodelkan Distorsi geometrik yang bersifat sistematik

disebabkan oleh banyak faktor dan harus dikoreksi sebelum citra digunakan. Distorsi

geometrik yang bersifat sistematik biasanya telah dikoreksi oleh pengelola satelit,

karena hanya pemilik satelit yang mengetahui parameter-parameter koreksinya

(Yuwono, et al, 2008).

Distorsi geometrik yang bersifat tidak sistematik dapat dikoreksi menggunakan GCP

yang cukup dan terdistribusi merata di seluruh citra (Jensen, 1996 dalam Yuwono, et al,

2008). GCP dibutuhkan untuk mentransformasikan sistem koordinat citra yang masih

sembarang ke peta, kegiatan ini disebut rektifikasi. Rektifikasi citra dapat menggunakan

persamaan affine 2D (Jensen, dalam Yuwono, et al, 2008) atau polinomial orde satu

(Toutin dalam Pohl dalam Yuwono, et al, 2008) seperti tertulis dalam persamaan (1).

Dalam hal ini

: Posisi obyek dalam system koordinat citra

: Posisi obyek dalam system koordinat peta

: Parameter transformasi

Tingkat ketelitian hasil rektifikasi diukur dengan besar kesalahan menengah rata-rata

atau Root Mean Square Error (RMSE). Semakin kecil nilai RMSE maka semakin teliti

hasil rektifikasi. Persamaan (2) untuk menghitung nilai RMSE menurut Jensen, (1996):

dalam hal ini :

x,y : koordinat titik yang dianggap benar

x, y : koordinat titik hasil hitungan

Metode

1. Pengukuran GPS metode PPP Pengukuran GPS metode PPP menggunakan satu (1) receiver GPS di lokasi

GCP, tanpa membutuhkan jaring kontrol (network) seperti halnya teknik pengukuran

GCP konvensional dengan GPS. Sedangkan koreksi hasil pengukuran GPS bersumber

dari post-mission satellite clock dan informasi yang disediakan oleh beberapa data

analyst centers sebagai produk yang dikeluarkan oleh International GPS Services (IGS).

Semua IGS analyst center telah memberikan layanan gratis menyediakan koreksi

satellite clock dan informasi orbit yang tepat lewat internet. Metode ini pertama kali

diperkenalkan oleh Zumberge (Satirapod dan Kriengkraiwasin, 2006). Dan pada tahun

2006, Satirapod dan Phakphong mengembangkan perangkat lunak PPP sederhana yang

dapat memberikan akurasi yang lebih baik dari 1 meter, dengan waktu pengamatan

selama 15 menit menggunakan frekuensi dual-GPS.

Metode pengukuran GPS metode PPP cocok untuk user yang bukan GPS

spesialis dan tentu saja sangat cocok untuk user citra satelit resolusi tinggi, dengan

alasan sebagai berikut;

Tidak memerlukan dua (2) receiver GPS Koreksi informasi orbit dan jam satelit untuk data hasil pengamatan tersedia di

internet secara online

Akurasi penentuan posisi absolute bisa mencapai 20 centimeter untuk data single frekuensi. Bandingkan dengan data pengamatan GPS konvensional metode

penentuan posisi absolut, hanya sampai 10 meter.

Cara koreksi data pengamatan

Koreksi data pengamatan dapat dilakukan secara sederhana yaitu dengan log in ke

CSRS Online Database (http://www.geod.nrcan.gc.ca/online_data_e.php). Setiap

user diwajibkan untuk registrasi dahulu sebelum submit data RINEX. Setelah data

pengamatan didownload, dan dikonversi ke dalam format RINEX, selanjutnya data

RINEX tersebut disubmit secara online seperti dijelaskan dalam gambar 1.

Gambar 1: Ilustrasi pengiriman data

Setelah data disubmit, pihak IGS akan mengirimkan koordinat terkoreksi via email.

Koordinat terkoreksi ada dalam sistem ITRF 2000. Bagi user yang biasanya

menggunakan datum WGS 1984, dapat melakukan transformasi koordinat sebelum

koordinat tersebut digunakan untuk proses rektifikasi citra.

2. Laser Positioning System Integrasi GPS dan Laser Positioning System adalah untuk menghasilkan GCP

dengan ketelitian horizontal yang tinggi. Laser Positioning System digunakan untuk

area yang banyak obstruksi seperti di lokasi pemukiman yang padat, receiver GPS

tidak bisa ditempatkan atau sinyal GPS tidak bisa diterima oleh receiver. Titik-titik

TS1, TS2, TS3, dan TS4 seperti terlihat di gambar 2 adalah titik-titik dimaksud.

Gambar 2: Ilustrasi penempatan GPS dan titik sekutu

Di titik GCP ditempatkan receiver GPS. Setelah pengukuran GPS selesai

dilaksanakan maka di titik tersebut ditempatkan alat Laser Positioning System. Titik

TS1, TS2, TS3, dan TS4 dinamakan dengan titik sekutu. Laser Positioning System

digunakan untuk mengukur bearing dan jarak dari GCP ke Titik Sekutu. Berdasarkan

data bearing dan jarak yang diperoleh dari laser, maka dapat diketahui jarak searah

sumbu X dan sumbu Y. Dengan mengikatkan jarak tersebut terhadap koordinat GCP,

maka koordinat dari Titik Sekutu dapat diketahui.

Aplikasi

Metode ini sudah diterapkan dalam penentuan GCP untuk citra satelit Quickbird

resolusi 0.6 meter dan World view resolusi 0.5 meter area Jawa Timur dengan luas

4.711 km2. Penempatan GCP mengacu pada kriteria berikut:

- Mudah diakses dan diidentifikasi - Tidak menganggu fasilitas umum

GCPTS1

TS2

TS3

TS4

- Obstruksi maksimum 15 ke semua arah - Bebas dari efek multipath

Berdasarkan kriteria di atas maka diperoleh 134 buah titik GCP seperti terlihat di

gambar 3. Pengukuran GCP diselesaikan dengan menggunakan satu (1) receiver GPS

dan satu (1) Laser Positioning System hanya dalam waktu satu (1) bulan.

Gambar 3: Ilustrasi sebaran GCP

Kesimpulan

Integrasi GPS dan Laser Positioning System merupakan metode yang sangat mudah,

murah, cepat dan efektif dalam rangka pengukuran GCP untuk citra satelit resolusi

tinggi seperti Quickbird, World View, IKONOS, dan GeoEye1. Aplikasi untuk masing-

masing citra bisa dijadikan studi lebih lanjut dalam rangka meningkatkan ketelitian

horizontal citra satelit resolusi tinggi.

Foto-foto lapangan

Daftar Pustaka

Satirapod, C. dan Kriengkraiwasin, S. (2006) Performance of Single-frequency

GPS Precise Point Positioning avalaible from

http://www.gisdevelopment.net/technology/gps/ma06_19pf.htm

R. Agus Tri Yuwono, Harintaka, Aryono Prihandito, 2008, Penyatuan Bidang-

Bidang Tanah Melayang Menggunakan Citra Quickbird Untuk Pembuatan

Peta Pendaftaran Tanah, Media Teknik, Edisi November, Fakultas Teknik,

Universitas Gadjah Mada

http://www.geod.nrcan.gc.ca/