PENERAPAN METODE PENGINDERAAN JAUH DAN SISTEM INFORMASI GEOGRAFIS UNTUK ANALISA PERUBAHAN PENGGUNAAN LAHAN (Studi Kasus: Wilayah Kali Surabaya)

Abstrak

Penelitian analisis perubahan penggunaan lahan telah dilakukan menggunakan metode penginderaan jauh (inderaja) dan sistem informasi geografis (SIG). Identifikasi peta perubahan penggunaan lahan dilakukan dengan menggunakan proses tumpang susun peta penggunaan lahan tahun 1990 (hasil digitasi skala 1:50.000) dan peta penggunaan lahan tahun 1997 hasil interpretasi citra Landsat TM (Thematic Mapper) tahun 1997 dengan koordinat UTM (Universal Transverse Mercator). Perbaikan kontras citra melalui perataan histogram dilakukan dengan teknik klasifikasi terawasi yang terbagi menjadi 7 (tujuh) klas (sawah, perkampungan, tegalan, industri, tambak, lapangan olah raga dan semak). Analisis perubahan penggunaan lahan dan tingkat pencemaran air sungai BOD (Biological Oxygen Demand), COD (Chemical Oxygen Demand) dan TSS (Total Suspended Solid) dilakukan dalam sistim informasi geografis hingga diperoleh database dengan format link spasial dan tabular. Perubahan penggunaan lahan dianalisis berdasarkan pembagian segmen mengacu arah kontur sepanjang Kali Surabaya. Hasil analisis memperlihatkan perubahan penggunaan lahan pada tahun 1990-1997 yakni sawah berkurang 5,72 %, perkampungan bertambah 15,16 %, tegalan bertambah 0,54 %, tambak berkurang 9,67 %, industri bertambah 36,67 % dan semak berkurang 26,67 %. Hasil analisis tingkat pencemaran air dengan regresi linier berganda menunjukkan BOD (koefisien determinan 56 %) dan TSS (koefisien determinan 65 %) masih dipengaruhi oleh perubahan penggunaan lahan, tidak demikian halnya dengan COD (koefisien determinan 24 %).

Pendahuluan

Peningkatan berbagai aktivitas di wilayah Kali Surabay yang tidak memperhatikan penataan wilayah akan mengakibatkan dampak negatif berupa menurunnya kualitas air sungai. Degradasi lingkungan tersebut terkait dengan pola penggunaan lahan di sekitar yang tidak memperhatikan kaidah-kaidah penataan ruang, yang secara tidak langsung akan berpengaruh terhadap tingkat pencemaran di wilayah tersebut. Perubahan penggunaan lahan mempengaruhi keseimbangan lingkungan yang dapat memberi pengaruh positif maupun negatif, terutama pengaruh terhadap limpasan permukaan, erosi dan pencemaran.

Metode
Konsep penyusunan model hubungan antara dampak perubahan penggunaan lahan terhadap tingkat pencemaran di wilayah Kali Surabaya, dilakukan berdasarkan analisis terhadap perubahan penggunaan lahan dan tingkat pencemaran yang terjadi pada titiktitik pantau masing-masing segmen. Pada tahap awal dilakukan pemrosesan Citra Landsat TM (Thematic Mapper) tahun 1997 [3] dengan proses pengolahan data citra menggunakan software DIMPLE yang diinterpretasikan menjadi peta penggunaan lahan tahun 1997. Sedangkan peta penggunaan lahan (landuse) tahun 1990 diperoleh dengan cara digitasi terhadap peta penggunaan lahan skala 1:50.000. Pengolahan database SIG [4], pengolahan analisis spasial [5] dan statistik [6] dengan menggunakan software Arcview Spasial Analysis versi 1.0 untuk membuat model perubahan penggunaan lahan terhadap tingkat pencemaran yang dianalisis dari nilai kandungan BOD (Biological Oxygen Demand), COD (Chemical Oxygen Demand) dan TSS (Total Suspended Solid) pada tiap titik pantau dalam suatu segmen (area) Kali Surabaya.

Metode pendekatan dalam pengumpulan data adalah teknologi penginderaan jauh yang digunakan untuk inventarisasi data, meliputi identifikasi dan alokasi penyebaran secara spasial dan ditunjang dengan survey lapangan [7].

Analisis dan bagan alir proses penelitian dilakukan melalui tahap (a) pemrosesan citra meliputi proses pengolahan data satelit Landsat TM, pengolahan peta landuse dengan metoda SIG, pengolahan analisis spasial dan analisis statistik, dilanjutkan dengan tahap (b) proses analisis citra secara berjenjang yang ditujukan untuk mendapatkan informasi variabel-variabel yang dapat digunakan untuk menentukan jenis tutupan lahan hasil analisis citra.

Tahap pemrosesan citra dilakukan sebagai berikut [8] (a) perbaikan geometrik dan spasial citra yang meliputi seluruh band yang digunakan; (b) pembuatan composite warna untuk band 3 warna merah (R), untuk band 2 warna hijau (G) dan untuk band 1 warna biru (B); (c) interpretasi citra penggunaan lahan dengan pendekatan liputan lahan; (d) klasifikasi pengelompokkan piksel ke dalam kelas-kelas obyek yang akan diklasifikasikan, yang dilanjutkan dengan pengecekan lapangan untuk mengetahui kebenaran lokasi dan penentuan titik-titik sampel; (e) deliniasi terhadap citra yang dihasilkan berdasarkan hasil pengecekan lapangan, dengan demikian diperoleh peta penggunaan lahan skala 1:50.000 tahun 1997 dari citra satelit.

Tahap pembuatan database SIG dilakukan melalui tahap-tahap berikut: (a) pengelolaan data sekunder yang berasal dari peta penggunaan lahan tahun 1990, peta topografi, dan data lapangan mengenai kondisi kualitas air di Kali Surabaya serta penentuan lokasi titik pantau; (b) digitalisasi peta penggunaan lahan (landuse) berikut penyesuaian sistem proyeksinya dari koordinat meja ke koordinat UTM (Universal Transverse Mercator), penyuntingan peta dan memasukkan data atribut; (c) tumpang susun (overlay) peta penggunaan lahan tahun 1997 dengan peta penggunaan lahan tahun 1990. Kemudian dengan memanfaatkan fasilitas sofware yang ada dilakukan analisis dan penyusunan data atribut, sehingga diperoleh format data perubahan penggunaan lahan dalam SIG.

Gambar 1. Diagram alir proses pembuatan model

Perubahan penggunaan lahan dibagi menjadi 9 segmen (area titik pantau) sesuai dengan unit lahan titik pantau pencemarannya. Tahap analisis spasial dan analisis statistik dilakukan melalui beberapa perhitungan terhadap perubahan penggunaan lahan. Perhitungan perubahan penggunaan lahan (tahun 1990 dan 1997) dilakukan dengan metode SIG [9] dan Indraja. Metode Indraja dilakukan untuk memperoleh klasifikasi landuse sedangkan SIG untuk menghitung perubahannya. Perubahan pencemaran yang diamati pada titik pantau dihitung mulai tahun 1990 sampai dengan 1997 demikianpula dengan perubahan polusi dari hasil uji analisis laboratorium, kemudian model statistik dengan analisis regresi linier disusun untuk mengetahui hubungan antara perubahan lahan (landuse) dengan tingkat pencemaran yang diasumsikan berakumulasi sedangkan faktor yang mengurangi pencemaran seperti curah hujan dan lain lain diabaikan.

Hasil dan Pembahasan

Daerah penelitian meliputi wilayah Kali Surabaya yang terdiri atas wilayah Kabupaten Mojokerto, Gresik, Sidoarjo dan Kotamadya Surabaya. Pada peta citra tahun 1997 daerah penelitian dibatasi oleh grid UTM zona 49 Selatan, dengan elevasi permukaan tanah sebesar 0 - 20 meter di atas permukaan laut dan batasbatasnya sebagai berikut :
- E minimum = 655765.98 meter
- E maksimum = 720326.86 meter
- N minimum = 9170681.95 meter
- N maksimum = 9225929.43 meter
mencakup 9 titik pantau di sepanjang Kali Surabaya.

Pengolahan citra dimaksudkan untuk mengekstrak informasi-informasi yang terdapat pada citra baik yang bersifat informasi spasial maupun informasi deskriptik, dimana semua proses pengolahan dilakukan secara digital dengan bantuan komputer. Pengolahan citra dilakukan dalam 3 (tiga) tahapan, yaitu : (a) pemulihan citra; (b) penajaman citra; (c) klasifikasi citra.

Proses pemulihan citra dilakukan melalui koreksi geometrik yang disebabkan oleh pergeseran posisi terhadap sistem koordinat referensi dengan menggunakan data titik kontrol tanah (Tabel 1), yang prosesnya disebut “resampling”, koreksi radiometrik tidak dilakukan karena telah dikoreksi oleh pemasok citra. Koreksi radiometrik dilakukan untuk kesalahan yang disebabkan waktu perekaman maupun kesalahan yang diakibatkan oleh perjalanan sinar matahari dari suatu obyek ke kamera perekam melalui media atmosfer. Resampling adalah suatu proses transformasi citra diskrit dari suatu sistem koordinat ke sistem kordinat lain yang merupakan fungsi pemetaan transformasi spasial (Tabel 2). Proses transformasi tersebut menggunakan titik kontrol tanah untuk menentukan fungsi pemetaan. Data dan hasil proses resampling adalah sebagai berikut:
Koreksi Geometrik : Linier (6 titik kontrol)
Resampling : Linier
Referensi : Universal Transverse Mercator
(UTM) Zona 49 Selatan.

Karakteristik data Citra Landsat TM diuraikan sesuai band-nya sebagaimana Tabel 3.

Penajaman kontras dilakukan dengan memodifikasi nilai citra masing-masing band, agar diperoleh informasi yang lebih jelas. Proses penajaman citra dilakukan dengan membuat paduan citra komposit untuk band 3, 1, 2 yang dipilih berdasarkan diskriminasi warna yang paling representatif untuk mendapatkan obyek yang terbaik.

Tabel 1. Data Koordinat Citra dan Koordinat Titik Kontrol Tanah.

 Tabel. 2. Data Koordinat Resampling

 Tabel 3. Resolusi Spectral Landsat TM

 Tabel 4. Matrik Korelasi Citra Landsat TM

Tabel 5. Data Training Sample

Berdasarkan analisis komponen utama (Principle Component Analysis/PCA) untuk keenam band tersebut, diperoleh hasil sebagaimana Tabel 4.

Berdasarkan hasil analisis komponen PCA, dilakukan sampel latihan (training sample), dengan membuat citra gabungan (composite) RGB PCA band 3, 1, 2. Diskriminasi obyek yang heterogen diperoleh dengan melakukan perbaikan kontras citra (image stretching) melalui perataan histogram (histogram equalization). Nilai frekuensi terbesar dari histogram yang memiliki puncak tertinggi dapat dipilih sesuai kombinasi gabungan citranya. Selanjutnya dari citra komposit yang dihasilkan dapat dilakukan interpretasi secara visual pada layar monitor, sehingga dapat dideteksi pembagian kelas dengan proses klasifikasi.

Proses klasifikasi citra dilakukan melalui training set dengan membuat deliniasi vektor yang mengelilingi obyek yang dituju untuk dinilai representatif dan dijadikan suatu kelas. Deliniasi dilakukan dengan memberikan identitas (ID) numerik berdasarkan angka keabuannya. Hasil delianiasi tersebut berupa sekumpulan poligon pembatas terhadap sekumpulan feature-feature terseleksi. Setelah proses deliniasi vektor dinilai cukup mewakili lalu dilanjutkan proses pembuatan signature. Hasil dari proses ini berupa harga jumlah piksel dalam suatu training set, harga maksimum, harga minimum, dan harga rata-rata dari angka digital (digital number grey scale) serta harga deviasi standar yang dinyatakan dalam persen.

Analisis statistik masing-masing signature menghasilkan nilai deviasi standar yang memenuhi syarat, yakni < 3 %. Nilai terkecil terdapat pada kombinasi band 2,1,3 sebagaimana citra komposit. Hasil contoh latihan ditampilkan dalam Dimple Training Set (Tabel 5.).

Dalam proses klasifikasi citra digunakan teknik Maximum Likelihood (Keserupaan Maksimum). Hasil citra terklasifikasi berupa penggunaan lahan yang terdiri atas sembilan jenis penggunaan. Selanjutnya dilakukan interpretasi terhadap obyek untuk masing-masing klas sesuai dengan karakteristik dan grafik reflektan pada modul signature comparation.

Berdasarkan hasil interpretasi tersebut, selanjutnya dilakukan ground truth dan verifikasi lapangan untuk mendapatkan informasi yang sesuai dengan keadaan lapangan. Ground truth adalah proses pencocokan hasil klasifikasi citra yang telah diinterpretasi dengan keadaan tutupan lahan di lapangan, sedangkan verifikasi lapangan adalah suatu tahapan untuk mendapatkan kepastian obyek-obyek yang diklasifikasikan berdasarkan data-data sekunder maupun diskripsi/hasil pengamatan.

Penggunaan lahan di wilayah Kali Surabaya tahun 1990 diperoleh dari peta penggunaan lahan skala 1 : 50.000 yang didigitasi dengan menggunakan software Arc View untuk analisis spasial. Perhitungan analisis penggunaan lahan terhadap tingkat pencemaran dikaji berdasarkan luas perubahan penggunaan lahan pada tiap-tiap segmen. Sedangkan data tentang jenis dan luas penggunaan lahan keseluruhan untuk wilayah Kali Surabaya tahun 1990 dan 1997 dapat dilihat pada Tabel 6, 7 dan 8.

Berdasarkan data penggunaan lahan tahun 1990 dan tahun 1997 dapat dihitung perubahan penggunaan lahan rata-rata yang terjadi pada masing-masing segmen, sedangkan perubahan penggunaan lahan rata-rata secara keseluruhan di wilayah Kali Surabaya, diuraikan sebagai berikut (Tabel 9):

• Sawah adalah areal pertanian basah atau sering digenangi air secara periodik atau terus menerus. Perubahan lahan sawah berkurang sebesar 5,72 %.
• Perkampungan adalah kelompok bangunan tempat tinggal penduduk yang terdiri atas kampung, perumahan, kuburan dan emplasemen. Perubahan lahan perkampungan bertambah sebesar 23,31%.
• Tegalan adalah usaha pertanian tanah kering yang penggarapannya dilakukan secara permanen. Perubahan penggunaan lahan tegalan bertambah sebesar 0,15%.
• Industri adalah bidang tanah yang digunakan untuk kegiatan usaha produktif. Perubahan lahan industri bertambah sebesar 36,67%.
• Semak adalah areal terbuka yang ditumbuhi tumbuhan rendah seperti rumput dan semak belukar. Perubahan lahan semak berkurang sebesar 26,67%.

Tabel 6. Hasil interpretasi dari citra terklasifikasi

Tabel 7. Data penggunaan lahan tahun 1990

Tabel 8. Data penggunaan lahan tahun 1997

Pencemaran lingkungan khususnya pencemaran air wilayah Kali Surabaya diasumsikan terjadi karena penurunan kualitas air sungai yang meliputi parameter kunci BOD, COD, TSS. Data kualitas air Kali Surabaya diperoleh berdasarkan hasil pemantauan kualitas air pada 9 titik pantau secara kontinu. Pengambilan data kualitas air dilakukan setiap bulan baik musim kemarau maupun musim hujan. Pengaruh perubahan lahan diasumsikan terjadi sesuai dengan pembagian segmen berdasarkan arah konturnya seperti digambarkan pada peta Gambar 2.

Data kualitas air rata-rata pada tahun 1990 dan 1997 diperlihatkan pada Tabel 10.

Tabel 9. Data perubahan penggunaan lahan rata-rata

Tabel 10. Data kualitas air rata-rata

Tabel 11. Data perubahan parameter kualitas air

Gambar 2. Hasil Klasifikasi Citra Kali Surabaya Tahun 1997

 Gambar 3. Peta Pencemaran Wilayah Kali Surabaya

Berdasarkan data hasil pemantauan kualitas air secara kontinu tahun 1990 dan 1997 dapat dihitung rata-rata perubahan kadar BOD, COD dan TSS yang disajikan pada Tabel 11.
Berdasarkan data perubahan kualitas air tersebut diperoleh hasil kecenderungan meningkatnya nilai parameter BOD, COD dan TSS yang hampir merata pada tiap segmen, dengan kenaikan BOD, COD dan TSS rata-rata 50-70 % untuk tahun 1990 – 1997.

Selanjutnya dilakukan pembuatan model Sistem Informasi Geografis, yang memadukan overlay data perubahan penggunaan lahan hasil data citra terklasifikasi dan peta penggunaan lahan. Kemudian dibuat coverage dengan menggunakan Software ArcView Spasial Analysis dan ditambahkan atribut khusus untuk tingkat pencemaran (BOD, COD, TSS) pada titik pantau masing-masing segmen. Proses pembuatan basis data tersebut setiap saat dapat diakses sesuai keperluan.

Adapun tahapan pembuatan model SIG, sebagai berikut:

• Proses digitasi peta penggunaan lahan hasil citra terklasifikasi skala 1:50.000 untuk wilayah Kali Surabaya, dengan menggunakan digitizer yang kemudian dilakukan transformasi dari raster ke vektor dengan hasil coverage penggunaan lahan;
• Overlay geometrik antara layer lahan dan sungai, lokasi industri dan titik-titik pantau dengan input data skala 1 : 50.000 dan hasil overlay skala 1 : 250.000
• Pembuatan Sistem Informasi Geografiss (SIG) dilakukan dengan menambahkan basis data BOD, COD, TSS dan data-data atribut seperti jenis industri, kode titik pantau dan jenis parameter.

Kesimpulan
Dari penelitian yang dilakukan ini, maka dapat disimpulkan bahwa metode Penginderaan Jauh dan Sistem Informasi Geografiss dapat digunakan sebagai alat bantu dalam melakukan analisis perubahan penggunaan lahan. Hasil analisis menentukan terjadinya perubahan lahan di wilayah Kali Surabaya yakni sawah berkurang sebesar 53.701.225,48 m2 (5,72%), perkampungan bertambah sebesar 117.426.679,73 m2 (23,31%), tegalan bertambah 835.352,40 m2 (0,54%) dan industri bertambah 1.312.696,62 m2 (36,67%). Pengetahuan tentang perubahan lahan dapat digunakan untuk mengetahui kualitas lingkungan berdasarkan data perubahan kualitas air yang diperoleh dari hasil kecenderungan nilai parameter BOD, COD dan TSS yang hampir merata pada tiap segmen, dengan kenaikan BOD, COD dan TSS rata-rata 50-70 % untuk tahun 1990 – 1997.
Daftar Acuan
[1] Sutanto, Penginderaan Jauh Jilid II, Edisi 2, Gajah Mada University Press, Yogyakarta, 1994.
[2] P.A. Burrough, Principles of Geographic Information for Land Resource Assesment, Oxford Univercity Press, New York, 1986.
[3] D.P. Shrestha, Remote Sensing Techniques And Digital Image Processing, International Institute for Aerospace Survey and Earth Sciences, 1994.
[4] S. Aranof, Geographic Information System: A Management Perspective, WDL Plubications, Ottawa, 1989.
[5] R.J. Schalkoff, Digital Image Processing and Computer Vision, Jonh Wiley and Sons, New York, 1989.
[6] A. Murni, Pengantar Pengolahan Citra, Elex Media Komputindo, Jakarta, 1992.
[7] R.C. Gonzales, P. Wintz, Digital Image Processing, Addison Wesly Publishing Co. Massachusetts, 1987.
[8] T.M. Lillesand, R.W. Kiefer, Remote sensing and Image Interpretation, Jonh Wiley and Sons, New York, 1979.
[9] R. Mastra, Konsep Sistem Informasi Geografis, Toturial Workshop, Bandung, 1993.