DETERMINATION OF WATER DEPTH WITH HIGH-RESOLUTION SATELLITE IMAGERY OVER VARIABLE BOTTOM TYPES

(PENENTUAN KEDALAMAN PERAIRAN DENGAN CITRA SATELIT BERESOLUSI TINGGI BERDASARKAN TIPE DASAR)

Richard P. Stumpf and Kristine Holderied (2003)

Disampaikan ulang : ULIL AMRI

C552130021

JURUSAN TEKNOLOGI KELAUTANSEKOLAH PASCASARJANA

INSTITUT PERTANIAN BOGORBOGOR

15 Januari 2014

We investigated the utility of quantifying percent coverage of benthic substrate constituents

from surface multi spectral reflectance measurements. Six substrates were considered: kelp,

eelgrass, clay, silt, mineralic sand from a temperate environment, and turtlegrass and

carbonate sand from a tropical environment. Each had a unique albedo spectrum that

contributes differently to the upward light field in an optically shallow environment.Simplifications to the radiative transfer equation yield an analytic solution for surface

reflectance in optically shallow environments. The objectives were to test the inverse model

to predict bottom albedo from measurements of surface reflectance, diffuse attenuation,

and water depth in the turbid water of eastern Long Island Sound, Connecticut, and clear

waters off Exuma, Bahamas. A linear mixing model was used to deconvolve the derived

albedo spectra into contributions by the six constituents. The inverse and deconvolution

models accurately identified the dominant substrate in the six homogeneous habitats (single

point determinations) and predicted the gradient in substrate composition along transects.

This approach has applications to benthic survey mapping, habitat assessment, and habitat

monitoring.

ABSTRACK

Sebuah algoritma standar untuk menentukan kedalaman perairandengan sensor pasif sudah ada, tetapi membutuhkan lima

parameter dan tidak melibatkan kedalaman dimana bagian

bawah/kolom air memiliki albedo (rasio (perbandingan) sinar

pantulan terhadap sinar dating) sangat rendah. Untuk mengatasi masalah ini, kami (Stumpf and Holderied)mengembangkan solusi empiris menggunakan rasio reflectances

yang hanya memiliki dua parameter dan dapat diterapkan pada

lapisan low-albedo. Dua Algoritma tersebut adalah The Standart Linier Transform andThe New Ratio Transform. Kedua Logaritma tersebut dibandingkan melalui analisis citrasatelit IKONOS terhadap LIDAR batimetry. Koefisien untuk rasio Algoritma disetel secara manual untukbeberapa kedalaman dari peta laut agar linier, dilakukan

menggunakan regresi linier berganda terhadap LIDAR tersebut.

Kedua algoritma mengkompensasi variable bawah jenis dan albedo(pasir, parttikel, alga, karang) pada kedalaman kurang dari 10-15

m. Namun, linear transform tidak bisa membedakan variable

tersebut jika kedalamananya > 15 m di seluruh wilayah studi atol. Rasio transformasi di perairan jernih pada kedalaman > 25 mmenunjukkan stabilitas yang lebih besar antara daerah yang

berbeda. Hal ini juga menunjukan sedikit lebih baik dalam

menggambarkan tingkat kekeruhan dari transformasi linear. Rasio algoritma sedikit rumit dan tidak selalu memadai dalammengatasi morfologi halus (struktur yang lebih kecil dari 4-5

piksel) dalam air kedalaman >15-20 m. Secara umum, ratio transform lebih unggul dari LinearTransform.

LATAR BELAKANG Sejak penggunaan pertama foto udara untuk perairan dangkal, telah diakui

bahwa kedalaman perairan bisa diestimasi dengan penginderaan jauh.

Teori yang dikembangkan oleh Lyzenga (1978, 1981) dan dikembangkanoleh Philpot (1989) dan Maritorena et al. (1994) menunjukkan adanya

validitas, dan beberapa masalah yang terlibat dengan menggunakan

penginderaan jauh pasif untuk penentuan kedalaman perairan.

Penggunaan dua atau lebih band memungkinkan dapat memisahkan variasikedalaman pada Albedo bawah, tapi kompensasi kekeruhan bisa

menimbulkan masalah. Meskipun optik sistem-sistem pasif terbatas dalam

penetrasi mendalam dan dibatasi oleh kekeruhan, penggunaan data satelit

tersebut mungkin menjadi satu-satunya cara yang layak untuk

mengkarakterisasi karang, baik luasan atau wilayah terumbu karang.

Selain kebutuhan yang jelas untuk Informasi batimetri di daerah terpencil,pemetaan terumbu karang dan karakterisasi potensi pemutihan (bleaching)

membutuhkan informasi pada kedalaman Perairan.

Terumbu karang menurut sifatnya sangat dipengaruhi oleh struktur fisik darilingkungan mereka, dan informasi kedalaman perairan merupakan hal

mendasar untuk mengetahui discriminating dan karakteristik habitat terumbu

karang, seperti patch reef, spur-and-groove, and seagrass beds.

Pengetahuan tentang struktur rinci bagian bawah laut membantu dalampengelompokan peran dan kualitas terumbu karang sebagai lingkungan

hidup jenis ikan. Namun, daerah terumbu karang yang luas di lautan tersebut

memiliki sedikit data spasial batimetri (terbatas) karena kesulitan memperoleh

akurasi dan soundings di daerah terumbu terpencil.

Sampai saat ini, informasi tersebut hanya ada dua pilihan: pengukuran udaraditanggung (foto dan hyperspectral) dan citra satelit multispektral (biasanya

Landsat).

Meskipun Pesawat dapat menyediakan data resolusi tinggi, baik spasial atauspektral, biaya tinggi dan masalah penyebaran membatasi penggunaannya untuk

pemetaan regional yang komprehensif di daerah terpencil. Land-sat, khususnya

Landsat-7 ditingkatkan mapper tematik (ETM), menawarkan cakupan global

terumbu karang, tetapi hanya dengan lapangan 30-m pandang.

Metode estimasi batimetri langsung dari citra satelit pasif

Dengan peluncuran resolusi tinggi sensor IKONOS pada tahun 1999 danQuickBird pada tahun 2002, 4-m (atau lebih baik) bidang citra multispektral

menjadi tersedia dari luar angkasa, menyediakan sumber daya baru untuk

pengembangan pemetaan dan pemantauan program untuk terumbu karang

di lokasi pemantauan.

Sistem ini menyediakan data multispectral dengan tiga band terlihat (biru,hijau, merah), yang dapat menggambarkan foto udara, dan satu band near

Infra-Red (dekat-IR).

Penelitian ini memfokuskan pada citra IKONOS,

Metode Estimasi Kedalaman Yang Sama Dapat Diterapkan UntukCitra Landsat Karena Adanya Kesamaan Dalam Pita Spektral

Table 1. Perbandingan Band Spektral IKONOS Dengan Landsat-7 ETM

Warna spectralBand Spektral (nm)

IKONOS Landsat-7

Biru 445-515 450-520

Hijau 510-595 530-610

Red 630-700 630-690

Inframerah-dekat 760-850 780-900

TUJUAN

Menggambarkan kedalaman relative perairan dengan sensor satelitberseolusi tinggi.. (IKONOS)

Membandingkan Algotirma The Standart Linier Transform and The New Ratio Transform.

Metode

Lokasi Penelitian Daerah kajian dalam Penelitian ini mencakup dua atol terumbukarang di Barat Laut Pulau Hawaii. Gugusan pulau ini membentang lebih dari 1.800 km dari utara Pasifikdari Pulau Nihoa pada 1620W hingga atoll Kure di 178.50W. Kure Atoll merupakan sebuah pulau tempat adanya stasiun USCoast Guard Loran yang berfungsi untuk memantau laguna. Selain

itu, di luar pulau utama, banyak terumbu karang tidak terpetakan

karena data detail tidak mencukupi untuk menjamin kepercayaan

dalam navigasi. Di kawasan Pearl sepertiga dari laguna tidak memiliki informasibatimetri sama sekali, dan grafik hanya menampilkan bentuk umum.

Kepulauan Hawaii.

CANADA

USA

MEXICO

Lokasi Penelitian

Kepulau Hawai

Kedalaman Perairan

Linear Transform Ratio Transform

Citra satelit Ikonos Terhadap LIDAR Bathimetri

Informasi Data

Metode Estimasi Kedalaman

Metode estimasi kedalaman menggunakan refleksiuntuk setiap band citra satelit, dihitung dengansensor, dikalibrasi dan dikoreksi untuk efek atmosfer.Pantulan air, Rw, yang meliputi bagian bawahperairan dangkal (permukaan-kolom air)

Lw adalah pancaran cahaya meninggalkan air, Ed adalah downwelling radiasi memasuki air, is spektral pita. Lw dan Rw mengacu pada nilai-nilai di atas

permukaan airLT (total) cahaya diukur pada satelit,E0 adalah konstanta matahari,r adalah jarak bumi-matahari dalam satuan unit

astronomi,0 adalah sudut zenith matahari, danT0 dan T1 adalah koefisien masing-masing transmisi

untuk matahari-bumi dan bumi-satelit.

Koreksi atmosfer didasarkan pada algoritma yangdikembangkan oleh Gordon et al. (1983) untuk Coastal Zone

Color Scanner (CZCS) dan oleh Stumpf dan Pennock (1989)

untuk Advanced Very High Resolution Radiometer (AVHRR)

dan mirip dengan yang direkomendasikan untuk Landsat

(Chavez 1996; Zhang et al. 1999) Untuk IKONOS, asumsi koreksi atmosfer laut dengan variasispektral sama dengan reflektansi specular permukaan air.

LINEAR TRANSFORM

Setiap Analisis Cahaya Dengan Kedalaman Harus Memperhitungkan FungsiExponensial Penurunan Cahaya Dengan Kedalaman

LYZENGA (1978) MENUNJUKKAN BAHWA HUBUNGAN REFLEKTANSI YANGDIAMATI (ATAU RADIANCE) UNTUK KEDALAMAN DAN ALBEDO BAWAH DAPAT

DIGAMBARKAN SEBAGAI :

R Adalah Reflektansi Kolom Air, Ad Adalah Albedo Bawah,

Z Adalah Kedalaman,

G Adalah Fungsi Dari Koefisien Atenuasi penyebaran cahaya

RASIO TRANSFORM

Dengan Meningkatnya Kedalaman, Sementara Reflektansi Dari Kedua BandMenurun, Ln (Rw) Dari Band Dengan Tinggi Penyerapan (Hijau) Akan Menurun

Secara Proporsional Lebih Cepat Dari Ln (Rw) Dari Band Dengan Penyerapan

Rendah (Biru). Jadi, Rasio Biru Ke Hijau Akan Meningkat. Perubahan Rasio Juga

Akan Memberikan Kompensasi Secara Implisit Untuk Variabel Jenis Kedalaman.

Penyerapan cahaya oleh perairan berbeda pada setiap masing-masing band.Setiap Band Akan Memiliki Nilai Deret Hitung Lebih Rendah dari Yang Lain.

Jika Nilai-nilai Logaritma Berubah karena Kedalaman, Rasio akan ikut Berubah

M1 = adalah nilai konstan untuk skala rasiokedalaman,

n = adalah konstanta tetap untuk semua bidang,dan m0 adalah offset untuk kedalaman 0 m(Z=0), analog dengan a0

Rw Adalah Reflektansi Kolom Air

(A) Kure 1 : profil struktur spur-dan-alur padaforereef.

(B) Kure 2 : profil alga yang tertutup oleh karang mati(C) Pearl 1 : profil karang yang didominasi oleh

karang mati dan partikel terlarut.(D) Pearl 1 : profil campuran pasir dan terumbu

karang

beberapa daerah dangkal memiliki reflektansi lebihrendah dalam menerima cahaya

HASIL

Gambar. 8. Perbandingansemua kedalaman sepanjangKure 1 (perairan jernih) Gambar. 10. Perbandingan semua

kedalaman di sepanjang Pearl 1 perairankeruh

Gambar. 9. Perbandingan semuakedalaman sepanjang Kure 2 pasirdan terumbu karang

KENAPA ADA PERBEDAAN PADA MASING-MASING GRAFIK

PENGARUH KEDALAMAN TINGKAT KECERAHAN/KEKERUHAN PERAIRAN TINGKAT REFLECTANCE CAHAYA PADA MASING-MASING BAND

Kedalaman dari tiga metode dan'' true-color'' pantulan air untuk pusat Kure:(A) Ratio Transform (B) Linear Transform, (C) Warna Asli Citra Satelit Ikonos(D) LIDAR.

HASIL YANG DITAMPILKAN DI SINI MENUNJUKKAN BAHWA METODE RASIO PENETRASI

KEDALAMAN PERAIRAN LEBIH UNGGUL DARI METODE LINEAR UNTUK WILAYAH SAMUDERA PASIFIK.

RASIO TRANSFORMASI MEMILIKI KETERBATASAN RELATIF TERHADAP GARIS KOLOM AIR, TERUTAMA

DALAM PENINGKATAN TINGKAT KEBISINGAN (NOISE).

PENGGUNAAN PERTAMA CITRA IKONOS (PULAU BAKER DI PASIFIK TENGAH) MENUNJUKKANREFLEKTANSI DAERAH PERAIRAN DANGKAL LEBIH RENDAH DARI PERAIRAN DALAM, SEHINGGA

LINEAR TRANSFORM TIDAK BISA DIIMPLEMENTASIKAN.

KESIMPULAN

KESESUAIAN ANTARA TUJUAN DAN HASIL

TUJUAN

MENENTUKAN KEDALAMAN PERAIRAN

DENGAN SENSOR PASIF

ABSTRAK

SECARA UMUM, RATIO TRANSFORM LEBIHUNGGUL DARI LINEAR TRANSFORM.

Sinkron

NOVELTY/KEBARUAN

SELAIN MENERAPKAN METODE RASIO TRANSFORMASI LEBIH MAKSIMAL PADA TERUMBUKARANG PENELITIAN INI MENYELIDIKI CARA-CARA IMPROVISASI ALGORITMA KHUSUSNYA

METODE UNTUK MENGATASI KEKERUHAN DALAM MEMETAKAN KEDALAMAN PERAIRAN PADA

AREA TERUMBU KARANG YANG LUAS .