Karakteristik dan Spesifikasi Satelit LANDSAT (Bagian-1)

 Oleh : Ronny Loppies

Landsat (Land Satellites) merupakan satelit sumberdaya bumi yang paling sering digunakan.  Pada mulanya bernama ERTS-1 (Earth Resources Technology Satellite). Pertama kali diluncurkan pada tanggal 23 Juli 1972 yang mengorbit hanya sampai dengan tanggal 6 Januari 1978.  Satelit Landsat mengorbit bumi selaras matahari (sunsynchronous). Bersamaan dengan waktu peluncuran ERTS-B tanggal 22 Juli 1975, NASA (National Aeronautic and Space Administration) secara resmi mengubah program ERTS menjadi program Landsat (untuk membedakan dengan program satelit oseanografi ”Seasat” yang telah direncanakan) sehingga ERTS-1 dan ERTS-B menjadi Landsat -1 dan Landsat-2.  Peluncuran Landsat -3 dilakukan pada tanggal 5 Maret 1978.

            Konfigurasi dasar satelit Landsat 1, 2, dan 3 adalah berbentuk kupu-kupu dengan tinggi kurang lebih 3 (tiga) meter, bergaris tengah 1,5 meter dengan panel matahari yang melintang kurang lebih 4 meter.  Berat satelit Landsat kurang lebih 815 kg dan diluncurkan dengan orbit lingkarnya pada ketinggian 920 km. Orbit satelit melalui 9⁰ Kutub Utara dan Kutub Selatan, mengelilingi bumi satu kali dalam 103 menit pada jarak 2.760 km di equator sehingga menghasilkan 14 kali orbit dalam sehari.  Landsat 1, 2, dan 3 diluncurkan ke orbit, melintasi equator pada jam 9.42’ siang hari waktu setempat.  Sensor Landsat meliput lebar rekaman 185 km.  Landsat 1 dan 2  membawa 2 sensor, yaitu RBV (Return Beam Vidicon) dan MSS (Multispectral Scanner).  Pada Landsat-3, memiliki rancang bangun yang berbeda, yaitu ada tambahan saluran termal (10,4 – 12,6) mm pada sensor MSS dan resolusi spasial sistem RBV ditingkatkan dengan menggunakan sistem 2 kamera lebar (bukan multispektral).  Namun saluran termal pada Landsat-3 MSS mengalami masalah dalam pengoperasiannya, menyebabkan kegagalan, sehingga hanya empat saluran yang dapat meyajikan data dan resolusinya 79 m.  Sensor RBV pada Landsat-3 ini membuahkan citra berspektrum lebar dengan faktor peningkatan medan sebesar 2,6 dibandingkan RBV multispektral pada Landsat-1 dan Landsat-2.

Selanjutnya diorbitkan Landsat-4 dan Landsat-5, yang merupakan pengembangan daripada Landsat-1, 2 dan 3.  Ada beberapa kelebihan daripada Landsat-4 dan 5 dibandingkan dengan Landsat-1, 2 dan 3, antara lain : 

• stabilitas  yang semakin baik,
• peningkatan sensor spasial,
• kepekaan radiometrik,
• laju pengiriman datanya lebih cepat,
• fokus penginderaan informasi pada vegetasi dan
• pengembangan sistem sensor. 

Sensor pada Landsat-4 dan 5 disamping memiliki 4 sensor MSS ditambah juga dengan sensor TM (Thematic Mapper), dan ETM (Enhanced Thematic Mapper). Landsat-4 diluncurkan pada  Juli 1982, sedangkan Landsat-5 pada Maret 1984. 

Pada bulan Februari 1993, Landsat-6 diluncurkan namun mengalami kegagalan, karena tidak mencapai orbit dan akhirnya jatuh ke laut.  Landsat-6 ini telah mengalami peningkatan pada kemampuan sensornya.   Selain memiliki sensor TM dan ETM, juga ditambahkan saluran termal (10,4-12,6 µm).

Pada Landsat-4, 5 dan 6, terjadi perubahan-perubahan mendasar dibandingkan dengan Landsat sebelumnya antara lain :

• perubahan waktu lintas equator dari jam 9.42 menjadi jam 11.00,
• ketinggian orbit dari 920 km menjadi 705 km,
• menggunakan GPS (Global Positioning System) canggih untuk menghasilkan rekaman letak ketinggian satelit yang tepat,
• menggunakan sistem pengirim data lintas TDRSS (Tracking Data Relay Satellite System).  Sistem ini menggunakan 2 satelit komunikasi untuk melakukan pengiriman data dari Landsat ke stasiun bumi di seluruh dunia,
• Interval waktu pemotretan daerah yang sama yaitu 16 hari.

Kegagalan Landsat-6, menyebabkan EOSAT (Earth Observation Satellite) sebagai operator teknis mulai mengambil langkah-langkah teknis dengan jalan mengembangkan kemampuan Landsat-5 (seoptimal mungkin) sebelum meluncurkan Landsat-7.  Langkah-langkah yang diambil antara meliputi :

• mempertahankan orbit satelit selaras matahari (sun syncronous)
• penempatan saat lintas satelit di khatulistiwa (equator) pada “descending node” yang dimulai pada pukul 09.00 waktu setempat (awal pengoperasiannya pada pukul 09.30) sampai bulan Mei 1996.

EOSAT mengharapkan Landsat-5 ini dapat dipertahankan sampai dengan tahun 1997/1998. Sistem Landsat milik Amerika Serikat ini mempunyai 5 (lima) instrumen pencitraan (imaging instrument) atau sensor, yaitu 1) Return Beam Vidicon (RBV);    2) Multispectral Scanner (MSS); 3) Thematic Mapper (TM), dan 4) Enhanced Thematic Mapper (ETM).

1). Sensor Return Beam Vidicon (RBV)

Sistem Return Beam Vidicon (RBV) adalah instrumen semacam televisi yang mengambil citra “snapshot” dari permukaan bumi di sepanjang track lapangan satelit yang berukuran 185 km x 185 km pada setiap interval waktu tertentu.  Pada Landsat-1 dan 2, multispektral RBV mempunyai resolusi 80 m, sementara pada Landsat-3, RBV menggunakan band Pankromatik dan resolusi  40 m. 

Sistem RBV ini menggunakan tiga kamera televisi, dengan kepekaan spektral masing-masing kamera sama dengan satu lapis film inframerah berwarna dengan komposisi sebagai berikut :

·           Saluran 1 peka terhadap gelombang hijau (0,475 – 0,575 µm)

·           Saluran 2 peka terhadap gelombang merah (0,580 – 0,680 µm)

·           Saluran 3 peka terhadap gelombang inframerah (0,690 – 0,890 µm)

           Kamera pada RBV tidak memiliki film, dan sebagai gantinya dipasang alat penutup (shutter) dan disimpan pada permukaan yang peka terhadap sinar didalam setiap kamera.  Permukaan tersebut kemudian disiami (scanning) dalam bentuk data raster oleh suatu sinar elektron internal guna menghasilkan suatu sinyal video (sama dengan televisi biasa).  RBV pada Landsat-1 hanya menghasilkan 1.690 citra yang direkam antara 23 Juli – 5 Agustus 1972 (Lillesand dan Kiefer, 1979).  Sistem ini kemudian tidak dapat digunakan setelah terjadi kerusakan pada tombol pita perekamannya. 

           RBV pada Landsat-2 dioperasikan tidak kontinyu, hanya untuk kepentingan eveluasi teknik bagi daerah-daerah yang secara kartografis sulit dijangkau.  Terdapat sedikit perubahan RBV pada Landsat-3 untuk resolusi medan nominal menjadi 30 m, yang diperoleh dengan jalan memperpanjang fokus lensa kamera sebesar dua kali, dan memperkecil waktu bukaan lensa (aperture) guna mengurangi gerakan citra pada saat perekaman, dan menghilangkan filter spektral yang digunakan oleh RBV sebelumnya.  Kepekaan spektral sistem berkisar antara 0,505 mm – 0,750 mm (hijau sampai inframerah dekat).  Dua kamera disejajarkan untuk mengamati daerah yang berdekatan dan berbentuk bujur sangkar seluas 98 km x 98 km.  Sepasang citra yang berdekatan tersebut secara nominal sama dengan ukuran satu citra MSS (empat citra RBV mengisi setiap citra MSS).

2) Sensor Multispectral Scanner (MSS)

MSS merupakan sensor utama yang dipergunakan pada Landsat-1 ~ 5.  Pada Landsat-3 ada penambahan saluran termal (seluruhnya menjadi 5 saluran, sebelumnya berjumlah  4 saluran).  MSS merupakan suatu alat scanning mekanik yang merekam data dengan cara menyiami (scanning) permukaan bumi dalam jalur-jalur (baris).  Sensor MSS ini menyiami 6 baris secara simultan (six-line scan).  Oleh karena lebar setiap baris adalah 79 m, maka 6 baris setara dengan 474 m. 

Untuk satu scene ada sekitar 360 six-line scans yang meliputi areal seluas 185 km x 185 km. Dalam satu baris, terdapat  overlap  sekitar  23 meter (10%) antar pixelnya, sehingga pixel yang berukuran 79 m x 79 m (pixel aktual) disampel kembali dengan jarak titik pusat pixel 56 m (Gambar 1.).   

Saluran MSS memiliki tujuh saluran, namun yang digunakan hanya saluran  4 (0,5 – 0,6 µm) sampai dengan saluran 7 (0,8 – 1,1 µm).  Saluran 1 ~ 3 digunakan  oleh sensor RBV.  Panjang gelombang yang digunakan pada setiap saluran Landsat MSS adalah :

·           Saluran 4 gelombang hijau (0, 5 – 0,6 µm)

·           Saluran 5 gelombang merah (0,6 – 0,7 µm)

·           Saluran 6 gelombang inframerah dekat (0,7 – 0,8 µm)

·           Saluran 7 gelombang inframerah dekat (0,8 – 1,1 µm)

Perekaman MSS dirancang untuk penginderaan energi dalam medan pandang total 100^o dan bidang pandang sesaat atau IFOV (Instantaneous Field of View) 2,5 miliradian, sedangkan medan pandang total dari objek yang disiam sekitar 11,56⁰, sudut ini sangat kecil bila dibandingkan dengan wahana udara yang besarnya 90⁰-120⁰.  Sistem scanning biasanya berbentuk bujur sangkar dan menghasilkan resolusi spasial atau resolusi medan sekitar 79 meter.  IFOV atau bidang pandang yang semakin kecil bertujuan untuk mengotimalkan resolusi spasialnya, sedangkan saluran panjang gelombang sempit  untuk  mengoptimalkan resolusi spektralnya.  Detektor yang digunakan sangat peka untuk mengeluarkan sinyal yang jauh lebih kuat dari tingkat gangguan (noise) pada sistemnya.   Proses penyiaman menggunakan cermin ulang alik (bukan cermin berputar) berjumlah 6 detektor sehingga total untuk empat saluran menjadi 24 detektor.  Cermin ulang alik tersebut menyiami sekali dalam 33 milidetik, dan satu gerakan cermin dapat menyiam enam garis yang berdekatan secara serentak karena pada setiap saluran menggunakan 6 detektor.

Sinyal yang bersifat analog (nilai pantulan) dari setiap detektor diubah kedalam bentuk digital dengan bantuan sistem pengubah sinyal di satelit.  Skala digital yang digunakan pada pengubahan ini sebesar 6 bit (0-63).  Data tersebut pada pemrosesan di stasiun bumi diskalakan dengan nilai digital 0-127 untuk saluran 4, 5 dan 6, sedangkan untuk saluran 7 dengan nilai digital 0-63.  Sistem pengubah sinyal berfungsi untuk mengambil sinyal keluaran dari detektor dengan kecepatan 100.000 kali per detik.  Kecepatan perubahan ini tidak sama dengan kecepatan perekamannya, sehingga menghasilkan jarak nominal di lapangan 56 meter. Perbedaan waktu ini menyebabkan nilai pantulan citra tidak berbentuk bujur sangkar tetapi berbentuk empat persegi panjang dengan ukuran 56 x 76 meter.  Dengan demikian maka jumlah pixel sepanjang garis penyiaman MSS berjumlah 3.240 pixels, sedangkan yang searah dengan orbit sebanyak 2.340 pixels.  Jadi, kurang lebih sekitar 7.581.600 pixel pada setiap saluran. Dengan demikian maka untuk empat saluran menghasilkan 30.326.400 nilai pantulan.  Selanjutnya nilai kecerahan dari setiap pixel yang diperoleh berasal dari sel resolusi berukuran penuh 79 x 79 meter dan bukan dari ukuran resolusi 56 x 79 meter.  Bentuk pixek berukuran 56 x 79 meter disebut sebagai pixel nominal sedangkan 79 x 79 meter disebutkan sebagai pixel aktual. 

 

Gambar 2.  Komponen-Komponen Utama dari Sensor Multispectral Scanner  (MSS) pada Landsat  1,2,3,4, dan 5 (Landsat-3 juga memiliki saluran inframerah termal). Sumber : Jensen John R.    

3) Sensor Thematic Mapper (TM)

Sensor TM (Thematic Mapper) merupakan sensor yang dipasang pada satelit Landsat-4 dan Landsat-5.  Sistem sensor TM pertama dioperasikan pada tanggal 16 Juli 1982 dan yang kedua pada tanggal 1 Maret 1984.  Lebar sapuan (scanning) dari sistem Landsat TM sebesar 185 km, yang direkam pada tujuh saluran panjang gelombang dengan rincian;  3 saluran panjang gelombang tampak, 3 saluran panjang gelombang inframerah dekat, dan 1 saluran panjang gelombang termal (panas).   Sensor TM memiliki kemampuan untuk menghasilkan citra multispektral dengan resolusi spasial, spektral dan radiometrik yang  lebih tinggi daripada sensor MSS.

Tabel 1.  Nama dan Panjang Gelombang pada Landsat TM

Saluran	Nama Gelombang	Panjang Gelombang (µm)
1	Biru	0,45 – 0,52
2	Hijau	0,52 – 0,60
3	Merah	0,63 – 0,69
4	Inframerah Dekat	0,76 – 0,90
5	Inframerah Tengah	1,55 – 1,75
6	Inframerah Termal	10,40 – 12,50
7	Inframerah Tengah	2,08 – 2,35

Tabel 2.  Karakteristik Saluran pada Landsat TM

Saluran	Panjang Gelombang (µm)	Resolusi Spasial (meter)	A p l i k a s i
1	0,45 – 0,52	30 x 30	Penetrasi tubuh air, analisis penggunaan lahan, tanah, dan vegetasi. Pembedaan vegetasi dan lahan.
2	0,52 – 0,60	30 x 30	Pengamatan puncak pantulan vegetasi pada saluran hijau yang terletak di antara dua saluran penyerapan.  Pengamatan ini dimaksudkan untuk membedakan tanaman sehat terhadap tanaman yang tidak sehat.
3	0,63 – 0,69	30 x 30	Saluran terpenting untuk membedakan jenis vegetasi.  Saluran ini terletak pada salah satu daerah penyerapan klorofil dan memudahkan pembedaan antara lahan terbuka terhadap lahan bervegetasi.
4	0,76 – 0,90	30 x 30	Saluran yang peka terhadap biomasa vegetasi.  Juga untuk identifikasi jenis tanaman, memudahkan pembedaan tanah dan tanaman serta lahan dan air.
5	1,55 – 1,75	30 x 30	Saluran penting untuk pembedaan jenis tanaman, kandungan air pada tanaman, kondisi kelembaban tanah.
6	2,08 – 2,35	120 x 120	Untuk membedakan formasi batuan dan untuk pemetaan hidrotermal.
7	10,40 – 12,50	30 x 30	Klasifikasi vegetasi, analisis gangguan vegetasi, pembedaan kelembaban tanah, dan keperluan lain yang berhubungan deengan gejala termal.

Sumber : Lillesand dan Kiefer (1979) dalam Sutanto (1994).

          

           Perekaman sensor TM dirancang untuk  menyiam energi dengan medan pandang total 100^o dan bidang pandang total atau IFOV dari objek yang disiam sekitar 15,4^o (±7,7o dari nadir).  Sistem penyiangan berupa bujur sangkar dan menghasilkan sel resolusi medan berukuran 30 meter. 

           Detektor yang digunakan pada TM sangat peka untuk menghasilkan sinyal yang jauh lebih kuat dari tingkat gangguan (noise) pada sistemnya.  Kalau pada penyiaman pada MSS menggunakan enam detektor pada setiap salurannya sehingga total empat saluran terdiri dari 24 detektor dan menggunakan cermin ulang alik (bukan cermin berputar), maka  sensor TM menggunakan cermin berputar (oscillating mirror) setiap saluran non-termal menggunakan 16 detektor, jadi empat saluran (saluran 1 hingga 4 total 100 detektor).  Detektor saluran 5 dan 7 (gelombang inframerah tengah) menggunakan detektor indium antiminide (InSb), sedangkan saluran 6 (gelombang inframerah termal) menggunakan detektor mercury cadmium telluride (HgCdTe).  Disamping itu Landsat TM dapat diterima melalui satelit komunikasi TDRS (Tracking and Data Relay Satellites).

         

Karakteristik dan Spesifikasi Satelit LANDSAT (Bagian-2)

Resolusi radiometrik pada citra landsat TM lebih baik dari citra landsat MSS.  Terdapat perbaikan pada sinyal analog (nilai pantulan) dari setiap detektor yang diubah kedalam bentuk digital dengan bantuan sistem pengubah sinyal di satelit.  Perbaikan ketelitian radiometrik ini nampak pada skala nilai digital dari 6 bit menjadi 8 bit sehingga menghasilkan pelebaran julat (range) nilai digital dari 64 (0-63) menjadi 256 (0-255).  Resolusi spasial  pada citra Landsat TM non termal adalah 30 meter.  Namun, dalam posisi geometrik yang menggunakan proyeksi SOM (Space Oblique Mercator) ukuran pixelnya adalah 28,5 x 28,5 meter.  Data Landsat TM di stasiun bumi menggunakan proyeksi UTM (Universal Transverse Mercator) atau proyeksi PS (Polar Stereographic) maka yang digunakan adalah resolusi pixel 30 x 30 meter untuk data non termal sedangkan bagi data termal mempunyai resolusi 120 meter.
                                      

 

Gambar 3.  Sistem Sensor TM pada Landsat-4 dan 5

 

4). Sensor Enhanced Thematic Mapper (ETM)

           Sensor ETM (Enhanced Thematic Mapper) merupakan pengembangan dari sensor TM (Thematic Mapper).  Pengembangan tersebut antara lain berupa :

1.         Penambahan saluran pankromatik  dengan panjang gelombang 0,50 – 0,90 µm.  Saluran pankromatik ini mempunyai resolusi spasial sebesar 15 x 15 meter.

2.        Perbaikan resolusi saluran termal menjadi 60 meter.  Sedangkan desain untuk 6 saluran yang lain sama seperti pada sensor TM.

            Citra ETM seharusnya diperoleh dari Landsat-6, namun satelit tersebut gagal mencapai orbit. 

Tabel 3.  Nama dan Panjang Gelombang pada Landsat ETM⁺

Saluran	Nama Gelombang	Panjang Gelombang (µm)
1	Biru	0,45 – 0,52
2	Hijau	0,52 – 0,60
3	Merah	0,63 – 0,69
4	Inframerah Dekat	0,76 – 0,90
5	Inframerah Pendek	1,55 – 1,75
6	Inframerah Termal	10,40 – 12,50
7	Inframerah Pendek	2,09 – 2,35
8	Pankromatik	0,50 – 0,90

       Sumber : Humaidi (2005)

5) Sensor Enhanced Thematic Mapper Plus (ETM⁺)

           Desain dan operasi Landsat 7 direncanakan akan  membawa dua sensor, yaitu Enhanced Thematic Mapper Plus (ETM⁺) dan High Resolution Multispectral Stereo Imager (HRMSI). ETM⁺ didesain untuk keberlanjutan dari program Landsat-4 dan 5, dimana sampai saat ini datanya masih dapat diakses atau direkam.  Pola orbitnya juga dibuat sama dengan Landsat-4, 5 dan 6, yaitu dengan lebar sapuan/liputan sebesar 185 km.   Desain daripada ETM⁺ sama seperti ETM pada Landsat-6 namun ditambah dengan dua sistem model kalibrasi untuk mengeliminasi gangguan radiasi matahari (dual mode solar callibrator systems) dengan penambahan lampu kalibrasi untuk fasilitas koreksi radiometrik (lihat Gambar 3 dan 4).

 

 

 

Gambar 3.  Spacecraft Landsat-7

 

Gambar 4.  Scanner ETM⁺

Transmisi data ke stasiun penerima di bumi dapat dilakukan dengan 3 (tiga) cara yaitu :

(1)   Dikirim menggunakan gelombang radio secara langsung ke stasiun penerima di bumi,

(2)  Melalui relay satelit komunikasi TDRSS (Tracking and Data Relay Satellites System) yang akan merekam dan kemudian mengirimkan ke stasiun penerima di bumi,

(3)  Data objek permukaan bumi direkam/disimpan lebih dahulu dalam suatu panel (storage on board) atau tipe (wideband tipe recorder), baru kemudian dikirim ke stasiun penerima di bumi.

Satelit Landsat-7 juga akan dilengkapi dengan fasilitas penerima sistem posisi lokasi (Global Positioning System/GPS reciever) untuk meningkatkan ketelitian posisi atau letak satelit di dalam jalur orbitnya.