## Aplikasi Data SAR-Mode Level 2 Satelit Cryosat-2 untuk Pengamatan Inland Water di Danau Towuti
Application of SAR-Mode Level 2 Satellite Cryosat-2 Data for Inland Water Monitoring In Lake Towuti
Ahmad Saifudin * , Eko Yuli Handoko Departemen Teknik Geomatika, FTSPK-ITS, Kampus ITS Sukolilo, Surabaya, 60111, Indonesia *Korespondensi penulis: saisupen@live.com
Diterima: 06082020; Diperbaiki: 01042022; Disetujui: 01042022; Dipublikasi: 10042022
Abstrak: Data  altimetri  biasanya  digunakan  untuk  penelitian  di  wilayah  laut.  Namun  seiring  berkembangnya teknologi, resolusi spasial satelit altimetri meningkat sehingga dapat digunakan untuk melakukan penelitian tentang perairan di wilayah darat. Pada penelitian ini bermaksud mengaplikasikan salah satu satelit altimetri yaitu CryoSat-2. Data  yang  digunakan  adalah  SAR Intermediate Level  2  untuk  menentukan water  level di  Danau  Towuti  dengan cakupan  waktu  pengukuran  tahun  2011  hingga  2018.  Metode  yang  digunakan  yaitu  membandingkan  data  satelit altimetri  dengan  data  in-situ.  Hasil  yang  diperoleh  menunjukkan  bahwa  data  satelit  altimetri  CryoSat-2  dapat digunakan untuk menentukan water level di Danau Towuti dengan menghilangkan data outliner.
Copyright © 2022 Geoid. All rights reserved.
Abstract: Altimetry data usually used for marine research. However, as technology develops, the spatial resolution of satellite altimetry increases so that it can be used to conduct inland water research. One of the satellite altimetry is CryoSat-2. The data used is Level 2 SAR Intermediate to determine water levels in Lake Towuti with measurement time coverage from 2011 to 2018. The method used is to compare altimetry data with in-situ data. The obtained results indicate  that  the  CryoSat-2  altimetry  satellite  data  can  be  used  to  determine  the  water  level  in  Lake  Towuti  by eliminating outliner data.
Kata kunci : Inland Water level , CryoSat-2, Danau Towuti
Cara  untuk  sitasi:  Saifudin,  A.,  Handoko,  E.Y.  (2022).  Aplikasi  Data  SAR-Mode  Level  2  Satelit  Cryosat-2  untuk Pengamatan Inland Water di Danau Towuti. Geoid, 17 (2), 201-207.

## Pendahuluan
Danau  merupakan  genangan  air  di  dalam  cekungan  di  atas  permukaan  tanah  yang  terbentuk  secara  alami maupun buatan. Danau dapat dimanfaatkan sebagai sumber daya untuk pembangkit listrik tenaga air. Oleh karena itu tinggi rendahnya muka air sangat berpengaruh terhadap pengoperasian pembangkit listrik tenaga air. Pengamatan terhadap kenaikan air dapat dilakukan dengan mengamati level muka air melalui rambu ukur. Namun  hal  ini  kurang  efisien  dikarenakan  perlunya  pengamatan  secara  langsung  di  lapangan  dan  biaya perawatan yang mahal. Bahkan beberapa tempat yang terdapat pengukur ketinggian muka air yang legal dan institusional terdapat pembatasan akses data untuk penelitian  (Alsdorf, Ernesto Rodrı´guez, & Lettenmaier, 2007).
Adanya  teknologi  penginderaan  jauh  meningkatkan  efisiensi  dalam  pengukuran  jarak  jauh,  salah  satunya dalam hal ini yaitu satelit altimetri. Satelit altimetri dikembangkan bertujuan untuk mengukur tinggi muka air laut terhadap suatu sistem referensi tinggi. Konsep pengukuran satelit altimetri dalam menentukan tinggi muka air sangat sederhana, dengan memanfaatkan waktu tempuh antara radar mentransmisikan gelombang mikro ke arah muka air laut hingga gelombang tersebut dipantulkan dan diterima kembali oleh receiver . Waktu tersebut dihitung menggunakan oscilator super presisi. Jarak antara satelit terhadap muka air dapat dihitung dengan menggunakan  konstanta  kecepatan  cahaya  terhadap  waktu.  Dalam  menentukan  tinggi  muka  air  tersebut,
didapatkan dengan cara pengurangan tinggi orbit satelit terhadap sistem referensi dengan jarak antara satelit terhadap muka air (Andersen & Scharroo, 2011).
Seiring dilakukannya penelitian, diketahui bahwa satelit altimeter tidak hanya mampu mengukur permukaan air laut tetapi juga dapat mengukur permukaan air darat, misalnya danau dan sungai  (Villadsen, Andersen, Stenseng,  Nielsen,  &  Knudsen,  2015).  Penggunaan  satelit  altimetri  untuk  pengukuran  muka  air  darat  bisa digunakan apabila tidak adanya stasiun pasut di danau atau sungai, area yang susah dijangkau atau data pasut yang bersifat rahasia.

## Data dan Metode
Penelitian  ini  mengambil  studi  kasus  di  Danau  Towuti,  Sulawesi  Selatan  dengan  koordinat  geografis 2°45′0″LS dan 121°30′0″BT. Danau Towuti memiliki kedalaman maksimum 206 mdpl dengan luas sekitar 562 km 2 (Sulistioadi et al., 2015). Danau Towuti terhubung dengan hulu Danau Matano dan Danau Mahalona melalui Sungai Mahalona, yang merupakan inlet air terbesar ke danau (Vogel et al., 2015). Gambar berikut menunjukkan lokasi dari Danau Towuti beserta along-track CryoSat-2:
Metode pengolahan data dalam penelitian ini dapat dilihat pada Gambar 2 berikut ini:
Data Cryosat- 2 SARI 2 Data Cryosat- 2 SARI 2 Seleksi Data Perbandingan Data Data DEMNAS Time-series water level Data In-situ Water level Danau Towuti Subset Data Ekstraksi Kontur Shapefile Danau Towuti Ekstraksi Data Data Cryosat- 2 SARI 2
Gambar 2. Metodologi Penelitian
Gambar 1. Lokasi Penelitian (OpenTopoMap, 2020)
Dalam  penelitian  ini,  tahap  pengolahan  dimulai  dengan  mengekstraksi  data  CryoSat-2  dengan  tujuan mendapatkan  parameter  yang  diperlukan  dalam  perhitungan water  level .  Setelah  didapatkan  beberapa parameter  tersebut  kemudian  dilakukan  subset  data  yang  dilakukan  dalam  tiga  tahapan.  Tahap  pertama dilakukan dengan cara pencarian data berdasarkan nilai koordinat lintang dan bujur dalam rentang minimum- maksimum yang telah ditentukan. Nilai minimum-maksimum didapatkan dari data vektor Danau Towuti yang diturunkan dari data DEM.
Selanjutnya, subset dilakukan dengan cara pemilihan data berdasarkan indikator pengukuran. Indikator data merujuk pada tipe permukaan yang diidentifikasi oleh CryoSat-2 dan telah tersedia. Pemililan tipe permukaan yang dipilih adalah perairan tertutup atau danau. Karena hasil plot data subset kurang mewakili Danau Towuti (adanya  data  yang  bukan  mewakili  wilayah  perairan),  subset  dilakukan  kembali  dengan  cara masking menggunakan data vektor Danau Towuti yang diturunkan dari data DEM.
Setelah  dilakukan  subset  data,  kemudian  dilakukan  seleksi  data  dengan  cara  menghilangkan  data  outliner melalui perhitungan Root Mean Square Error (RMSE) terhadap nilai rata-rata water level tiap along-track . Data yang memiliki selisih cukup tinggi (lebih dari 1 meter) sekitar terhadap nilai rata-rata dihapus, kemudian dilakukan  iterasi  perhitungan  nilai  rata-rata water  level hingga  RMSE  yang  dihasilkan  lebih  kecil  dari  0,4 meter.
Data  CryoSat-2  yang  bersih  dari  outliner  selanjutnya  dilakukan  perbandingan  data  terhadap  data  in-situ. Perbandingan data bertujuan mencari kesalahan bias data CryoSat-2 terhadap data in-situ. Dalam perbandingan data perlu transformasi referensi tinggi yang sama apabila kedua data memiliki referensi tinggi yang berbeda. Setelah  didapatkan  kesalahan  bias,  nilai  rata-rata water  level yang  dihasilkan  dari  data  CryoSat-2  perlu dikoreksi  terhadap  kesalahan  tersebut.  Kemudian  data  CryoSat-2  yang  telah  melalui  pemrosesan  tersebut disajikan dalam bentuk grafik time-series water level Danau Towuti tahun 2011-2018.

## Hasil dan Pembahasan
Perhitungan water level Danau Towuti dilakukan tiap pengambilan data yang tersedia pada data CryoSat-2 yang telah melalui proses subset. Kemudian, nilai water level tersebut dirata-rata berdasarkan along-track yang sama.  Perhitungan  RMSE  dilakukan  setelah  didapatkan mean water  level per along-track .  Dengan  kriteria RMSE yang dihasilkan lebih kecil dari 0,4 meter, persentasi jumlah data yang memenuhi kriteria cukup tinggi sekitar 85,97% dari total keseluruhan data yang telah dilakukan masking .
Gambar 3. Grafik Water Level yang Memenuhi Kriteria (Hijau) dan Data Outliner (Merah)
Pada Gambar 3 menunjukkan grafik water level yang dihasilkan dari data CryoSat-2 SAR Intermediate Level 2 dimana apabila tidak dihilangkan data outliner maka nilai water level memiliki kesalahan yang cukup besar sekitar  1  hingga  4  meter.  Kesalahan  tersebut  dikarenakan  pengambilan  data  pada footprint tidak  mewakili tinggi muka air melainkan  daratan di sekitar badan air. Permasalahan ini mirip dengan pengukuran di area pantai (Passaro et al., 2018).
Setelah  didapatkan  data  yang  bebas  dari  outliner  dilanjutkan  dengan  perbandingan water  level antara  data CryoSat-2 dengan data in-situ. Dengan sampel berjumlah 9, didapatkan hasil perbandingan water level Danau Towuti  antara  data  CryoSat-2  dengan  data  in-situ,  nilai  koefisien  korelasi  sebesar  0,981  dan  nilai  RMSE sebesar  0,136  meter  dengan range sebesar  0,611  meter.  Hubungan  nilai water  level antara  data  CryoSat-2 dengan data in-situ digambarkan garis regresi linier 𝑌 = 0,9996 𝑋 − 4,7038 × 10 −6 . Hal ini menunjukkan bahwa data yang dihasilkan dari pengolahan data CryoSat-2 memiliki tingkat akurasi yang tinggi.
Gambar 4. Grafik Korelasi antara Data In-Situ dengan Data Cryosat-2
Pencarian kesalahan bias didapatkan dengan cara mengurangkan nilai mean water level tiap along-track pada data CryoSat-2 terhadap nilai water level pada data in-situ dengan waktu pengukuran yang sama kemudian dikuadratkan  (Nielsen,  Stenseng,  Andersen,  Villadsen,  &  Knudsen,  2015).  Dari  perhitungan  tersebut didapatkan  koreksi  bias sebesar  -0,148 meter.  Koreksi  tersebut  kemudian  diterapkan  pada nilai water level yang dihasilkan dari data CryoSat-2.
Tabel 1. Perhitungan Kesalahan Bias YYF insitu water level (m) CryoSat-2 water level (m) (insitu-CryoSat) 2 (m) 2011.09863 319,010 319,077 0,004 2011.14247 319,020 319,194 0,030 2011.37534 319,520 319,561 0,002 2011.60548 319,120 319,244 0,015 2012.10929 319,520 319,685 0,027 2012.34153 319,520 319,623 0,011 2012.38251 319,540 319,689 0,022 2012.57377 319,470 319,608 0,019 2012.61475 319,350 319,482 0,017 Total 0,148
Berdasarkan pengolahan data CryoSat-2 SAR Intermediate Level 2 untuk pengamatan Danau Towuti, selama tahun  2011  hingga  2018,  grafik  pada  Gambar  4  menunjukkan water  level terendah  sebesar  317,820±0,223 meter terjadi pada tanggal 22 Pebruari 2016. Sedangkan water level tertinggi sebesar 319,540±0,231 meter terjadi pada tanggal 20 Mei 2012. Penurunan water level secara signifikan terjadi antara tanggal 30 Mei 2015
hingga 22 Pebruari 2016 sebesar  -1,199 meter. Kemudian terjadi peningkatan water level secara signifikan pada tanggal 22 Pebruari 2016 hingga tanggal 10 Agustus 2016 sebesar 1,697 meter.
Gambar 5. Grafik Time-Series Water Level dengan Data Cryosat-2 (Biru) dan Data In-Situ (Merah)
Tabel 2. Water Level yang Dihasilkan dari Pengolahan Data CryoSat-2
YYF Water level (m)  (m) 2011.09863 318,929 0,246 2011.14247 319,046 0,277 2011.37534 319,413 0,230 2011.60548 319,095 0,114 2012.10929 319,537 0,217 2012.34153 319,474 0,182 2012.38251 319,540 0,231 2012.57377 319,460 0,071 2012.61475 319,334 0,106 2013.11507 318,674 0,228 2013.15616 318,908 0,292 2013.34795 319,396 0,210 2013.62192 319,394 0,115 2014.12329 318,934 0,274 2014.16438 319,055 0,286 2014.35616 319,403 0,175 2014.39726 319,481 0,205 2014.58904 319,300 0,107 2014.63014 319,164 0,217 2015.13151 318,596 0,252 2015.17534 318,969 0,303 2015.36438 319,205 0,338 2015.40822 319,389 0,237 2015.59726 319,019 0,060 2015.63836 318,706 0,092
YYF Water level (m)  (m) 2016.14208 317,820 0,223 2016.18579 318,346 0,231 2016.37432 319,446 0,202 2016.41530 319,452 0,198 2016.60656 319,517 0,083 2016.64754 319,496 0,095 2017.14795 319,323 0,227 2017.18904 319,487 0,278 2017.38082 319,378 0,225 2017.42192 319,537 0,223 2017.61096 319,504 0,133 2017.65479 319,315 0,156 2018.15616 319,194 0,213 2018.19726 319,471 0,286 2018.38904 319,452 0,183 2018.43014 319,365 0,207 2018.62192 319,488 0,040 2018.66301 319,471 0,093 2018.89589 318,435 0,082 2018.93151 318,325 0,283 2018.97534 318,401 0,121
Dari data CryoSat-2 hanya dihasilkan 46 mean water level sehingga penelitian time-series water level Danau Towuti menggunakan data CryoSat-2 tidak memungkinkan penyusunan data secara kontinyu.

## Kesimpulan
Dalam  penelitian  ini  kami mengaplikasikan  satelit altimetri  untuk  penentuan water  level di  Danau  Towuti. Dengan data CryoSat-2 SAR Intermediate Level 2 dihasilkan RMSE sebesar 0,136 m dan koefisien korelasi sebesar  0,981  m  yang  menunjukkan  bahwa  data  yang  dihasilkan  dari  pengolahan  data  CryoSat-2  memiliki tingkat akurasi yang tinggi. Sehingga dapat disimpulkan bahwa satelit altimetri CryoSat-2 dapat digunakan untuk menentukan nilai water level di Danau Towuti. Dengan lebar footprint yang sempit dan wilayah yang dilaluinya, satelit CryoSat-2 juga berpotensi dapat digunakan untuk menentukan water level di perairan darat lainnya.

## Ucapan Terimakasih
Penulis mengucapkan terima kasih kepada Divisi Operation Excellence, PT Vale Indonesia (2012) yang telah memberikan  dukungan  berupa  data  pengamatan  muka  air  Danau  Towuti  tahun 2002-2012  yang  digunakan dalam penelitian ini.

## Daftar Pustaka
Alsdorf,  D.  E.,  Ernesto  Rodrı´guez,  &  Lettenmaier,  D.  P.  (2007).  Measuring  surface  water  from  space. Reviews  of Geophysics , 45 (2006), 1–24. https://doi.org/10.1029/2006RG000197.1.INTRODUCTION Andersen, O. B., & Scharroo, R. (2011). Range and Geophysical Corrections in Coastal Regions: And Implications for Mean Sea Surface Determination. In Coastal Altimetry (pp. 103–145). https://doi.org/10.1007/978-3-642-12796- 0
Nielsen, K., Stenseng, L., Andersen, O. B., Villadsen, H., & Knudsen, P. (2015). Validation of CryoSat-2 SAR mode based lake levels. Remote Sensing of Environment , 171 , 162–170. https://doi.org/10.1016/j.rse.2015.10.023 Passaro, M., Rose, S. K., Andersen, O. B., Boergens, E., Calafat, F. M., Dettmering, D., & Benveniste, J. (2018). ALES+:
Adapting a homogenous ocean retracker for satellite altimetry to sea ice leads, coastal and inland waters. Remote Sensing of Environment , 211 (April), 456–471. https://doi.org/10.1016/j.rse.2018.02.074 Sulistioadi,  Y.  B.,  Tseng,  K.  H.,  Shum,  C.  K.,  Hidayat,  H.,  Sumaryono,  M.,  Suhardiman,  A.,  …  Sunarso,  S.  (2015).
Satellite radar altimetry for monitoring small rivers and lakes in Indonesia. Hydrology and Earth System Sciences ,
19 (1), 341–359. https://doi.org/10.5194/hess-19-341-2015 Villadsen,  H.,  Andersen,  O.  B.,  Stenseng,  L.,  Nielsen,  K.,  &  Knudsen,  P.  (2015).  CryoSat-2  altimetry  for  river  level monitoring  - Evaluation in the Ganges-Brahmaputra River basin. Remote Sensing of Environment , 168 , 80–89. https://doi.org/10.1016/j.rse.2015.05.025 Vogel, H., Russell, J. M., Cahyarini, S. Y., Bijaksana, S., Wattrus, N., Rethemeyer, J., & Melles, M. (2015). Depositional modes  and  lake-level  variability  at  Lake  Towuti,  Indonesia,  during  the  past  ~29 kyr  BP. Journal  of Paleolimnology , 54 (4), 359–377. https://doi.org/10.1007/s10933-015-9857-z
This article is licensed under a Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License .