Analisis Digital Citra Satelit Worldview-2 untuk Ekstraksi Kedalaman Perairan Laut di Sebagian Perairan Pulau Parang, Kepulauan Karimunjawa, Provinsi Jawa Tengah
Surya N. Syaiful 1 , Muhammad Helmi 1,2 dan Sugeng Widada 1 , Rikha Widiaratih 1 , Petrus Subhardjo 1 , Agus Anugroho Dwi Suryoputro 1
1 Oceanography Department, Faculty of Fisheries and Marine Science, Universitas Diponegoro Jl. Prof. Sudarto, SH., Tembalang, Semarang, Central Java (50275) Indonesia
2 Center of Excellent for Science and Technology (PUI), Center for Coastal Disaster Mitigation and Rehabilitation Studies (CoREM), Universitas Diponegoro, Indonesia Email corresponding author: suryanugraha.syaiful@gmail.com

## Abstrak
Teknologi  penginderaan  jauh  ( remote sensing )  memungkinkan  untuk  dilakukannya  pemetaan  batimetri perairan pada daerah yang memiliki tingkat perubahan kedalaman secara cepat dan juga dangkal sekalipun dengan menggunakan citra satelit. Tujuan dari penelitian ini yaitu untuk mengetetahui pasangan band rasio terbaik dari citra satelit Worldview -2 untuk membuat peta batimetri pada perairan serta mengetahui informasi kedalaman di Pulau Parang, Kepulauan Karimunjawa. Penelitian ini menggunakan citra satelit Worldview-2 sebagian Pulau Parang, Kepulauan Karimunjawa dengan empat saluran multispektral, yaitu band biru pesisir, biru, hijau dan kuning, yang dikombinasikan menjadi 8 band rasio dan diintegrasikan dengan data kedalaman hasil pengukuran lapangan sebanyak 300 titik sampel untuk uji akurasi dan 150 titik sampel untuk pemodelan batimetri  pada  rentang  kedalaman  0-20  m.  Hasil  pemodelan  menunjukkan  bahwa  model  empiris  batimetri terbaik adalah rasio band biru dan band hijau dengan nilai R ² sebesar 0,6976 dan nilai RMSE sebesar 4,00. Penelitian ini menunujukan bahwa band rasio biru / hijau dapat menampilakn kedalaman laut di Pulau Parang, Kepulauan Karimunjawa dari 0 m higgga 17 m.
Kata kunci : Pemetaan, Batimetri, Band Rasio, Worldview-2, dan Karimunjawa

## Abstract
R emote sensing technology makes it possible to build bathymetry mapping of waters where has depth various and shallow even using satellite imagery. This research has purpose to find out the best band ratio pair from Worldview-2 satellite imagery to make a aquatic bathymetry map, also find out the information about various of depth in Parang Island, Karimunjawa Islands. This research using Worldview-2 satellite imagery in several part  of  Parang  Island,  Karimunjawa  Islands  with  4  (four)  multispectral  channels;  (1)Blue-Coast  Band, (2)Blue, (3)Green, and (4)Yellow, which are combined into 8 (eight) ratio band and integrated with depth data from field measurement. There is 300 sample point for accuracy test and 150 sample point for bathymetry modelling in depth range 0-20 m. The modelling result shows that best empirical bathymetry model is the ratio of blue band and green band with the value of R ² is 0,6976 and the RMSE value is 4,00. This research suggests that the ratio of blue / green bands can show the depth of the sea on Parang Island, Karimunjawa Islands from 0 m to 17 m.
Keywords: Mapping, Bathymery, Ratio Band, Worldview-2 Satellite Imagery, and Karimunjawa

## PENDAHULUAN
Seiring dengan berkembangnya teknologi penginderaan jauh ( remote sensing ) memungkinkan untuk dilakukannya pemetaan batimetri perairan ataupun daerah yang memiliki tingkat perubahan kedalaman secara cepat  ataupun  daerah  yang  sangat  dangkal  sekalipun  dengan  menggunakan  citra  satelit  (Nurkhayati  dan Khakhim, 2013). Selain itu pemetaan dengan penginderaan jauh ini mampu menghemat biaya serta efektif dan
efisien  dalam  pemetaan  batimetri  serta  mampu  mengkaji  satu  cakupan  daerah  yang  luas  dan  mampu mendeteksi daerah yang sulit dijangkau sekalipun.
Pemetaan batimetri dengan menggunakan citra satelit bukan merupakan suatu hal yang baru lagi di dunia kelautan, namun masih belum banyak digunakan dalam memetakan batimetri di suatu perairan. Selain itu, pemetaan batimetri tidak hanya dipengaruhi oleh metode pendugaan namun juga dipengaruhi oleh citra wahana satelit yang dipakai, karena setiap wahana tersebut memiliki kedetailan yang berbeda-beda baik dari resolusi piksel maupun kekuatan sensor dalam pendeteksian. Adapun citra satelit yang telah digunakan dalam pendugaan  batimetri  yaitu  satelit SPOT,  Formosat,  Landsat,  Ikonos,  Quickbird dan  yang  terbaru  yaitu Worldview-2 .
Penggunaan metode Stumpf, et al . (2003), masih jarang digunakan oleh para peneliti di Indonesia. Penelitian sebelumnya dengan menggunakan citra satelit Worldview-2 dilakukan oleh Subarno, et al. (2015), dengan perbandingan rasio terbaik yaitu coastal blue dan Green dengan R 2 sebesar 0.673. Selain itu Wicaksono dan Rahman (2019), memperoleh band hijau dan biru sebagai band rasio terbaik dengan R 2 sebesar 0.632. Hal tersebut adalah yang melatarbelakangi penggunaan metode Stumpf pada penelitian ini. Stumpf, et al. (2003), mengembangkan  sebuah  model  rasio  yang  membandingkan  2  buah  band  (kanal)  yang  merupakan  faktor reflektansi air. Stumpf beramsumsi dengan menggunakan perbandingan 2 kanal akan mengurangi efek albedo perairan yang selama ini menjadi masalah dalam pemetaan batimetri ataupun habitat perairan. Penelitian ini dilakukan di perairan Pulau Parang, Kepulauan Karimunjawa (Wicaksono dan Rahman, 2019). Tujuan dari penelitian ini yaitu untuk mendapatkan pasangan band rasio terbaik dalam membuat peta batimetri dan juga informasi kedalaman laut dari citra satelit Worldview -2 pada perairan Pulau Parang, Kepulauan Karimunjawa.

## MATERI DAN METODE
Data  utama  yang  digunakan  pada  penelitian  ini  yaitu  data  citra  satelit Worldview -2  Pulau  Parang perekaman  tanggal  29  Oktober  2016 pukul  03.22  WIB  dan  data  pengukuran  kedalaman  laut.  Adapun  data pendukung  yang  digunakan  pada  penelitian  ini  yaitu  Peta  Rupabumi  Indonesia  (RBI)  Pulau  Parang, Karimunjawa Skala 1 : 25.000 Publikasi BIG tahun 2017 dan data pasang surut Pulau Parang, Karimunjawa Publikasi  BIG  bulan  November  2018.  Data  sekunder  pasang  surut  selama  29  hari  ini  diolah  dengan menggunakan metode admiraly untuk memperoleh komponen pasang surut. Data tersebut digunakan untuk dapat mengkoreksi nilai kedalaman yang terukur berdasarkan Lowest Low Water Level (LLWL) dan pada saat citra melakukan akuisisi data.
Peta lokasi penelitian pada wilayah perairan Pulau Parang, Kepulauan Karimunjawa dapat dilihat pada gambar berikut:
Gambar 1 . Lokasi Penelitian pada Perairan Pulau Parang, Kepulauan Karimunjawa
Pengambilan data lapangan meliputi data pengukuran kedalaman yang diperoleh dengan melakukan pemeruman menggunakan Echosounder Garmin GPS Map 585. Data pemeruman yang diperoleh merupakan susunan  nilai  elevasi  data  titik  koordinat  baik  lintang  (Y),  bujur  (X)  dan  data  kedalaman  (Z).  Pemeruman dilakukan menggunakan metode random sampling. Metode random sampling adalah pengambilan sampel dari populiasi secara acak berdasarkan frekuensi probabilitas semua anggota populasi. Metode ini dipilih karena diharapkan dapat mewakili beberapa sampel dengan kedalaman yang berbeda - beda.
Pengolahan  data  lapangan  menggunakan  microsoft  excel  dimana  data  tersebut  dikoreksi  terlebih dahulu dengan pasang-surut. Hasil data lapangan tesebut dijadikan acuan dalam membangun model estimasi kedalaman dan uji akurasi terhadap hasil pengolahan citra. Dalam hal ini digunakan 150 sampel data sebagai pembangun model. Sedangkan untuk uji akurasi data digunakan 300 sampel data dengan variasi kedalaman yang sama yaitu 0 – 20 m namun dengan titik yang berbeda. Adapun peta lokasi survei untuk membangun model spasial kedalaman dan uji akurasi data dapat dilihat pada gambar dibawah ini.
Gambar 2 . Peta Lokasi Survei Pemeruman untuk Pengembangan (kiri) dan untuk Uji Akurasi Model (kanan) Model Spasial Kedalaman
Data  hasil  pemeruman  batimetri  di  lokasi  penelitian  tidak  dapat  langsung  digunakan.  Data-data tersebut  harus  dikoreksi  dahulu  dengan  menggunakan  data  pasang  surut  pada  waktu  melakukan  survei batimetri  dan pada saat citra satelit Worldview-2 merekam data. Data kedalaman hasil pemeruman True Water Level time (TWLt) dikoreksi menggunakan nilai Lowest Low Water Level (LLWL) dan nilai True Water Level time pada saat citra merekam (TWLt Citra) sebagai koreksi perubahan elevasi muka air berdasarkan LLWL dan pada saat citra melakukan perekaman. Dengan demikian akan didapatkan data kedalaman berdasarkan LLWL dan TWLt Citra.
Adapun  citra  satelit Worldview-2 yang  digunakan  pada  penelitian  ini  telah  terkoreksi  geometri. Sehingga selanjutnya dilakukan koreksi atmosferik dan koreksi sunglint . Koreksi atmosferik dilakukan dengan melakukan kalibrasi radiometri yaitu mengkonversi nilai piksel Worldview-2 ke nilai at sensor reflectance dan kemudian  melakukan  koreksi  atmosfer  untuk  menghilangkan path  radiance dengan  metode Dark  Subtract (Wicaksono, 2015).
Citra Worldview-2 yang  telah  dikoreksi  geometri  dan  radiometri  selanjutnya  dilakukan  proses pemotongan citra ( cropping ) yang bertujuan menyesuaikan lokasi citra dengan wilayah penelitian. Setelah itu dilakukan  koreksi sunglint ataupun  penghilangan  gangguan  efek sunglint untuk  menghilangkan  gangguan gelombang  perairan.  Algoritma  penghilangan  efek sunglint dikembangkan  Hochberg et  al (2003),  yang disempurnakan oleh Hedley, et al ., (2005) seperti pada Persamaan 1.
R’i = Ri – bi (Rnir – Minnir) (1)
dimana :
R’i    = Nilai kanal i setelah direduksi Ri     = Nilai kanal i awal bi      = Besarnya kemiringan regresi Rnir  = Nilai kanal NIR Minnir  = Nilai minimal kanal NIR
Citra WorldView-2 yang digunakan pada penelitian ini sebelum dilakukan proses lebih lanjut terlebih dahulu dilakukan masking untuk menutup wilayah daratan. Masking dilakukan dengan memanfaatkan band 8 (NIR-2), pemilihan band ini dikarenakan respon spektral antara darat dan laut pada band NIR-2 sangat kontras sehingga cukup baik digunakan untuk membedakan antara darat dan laut (Digital Globe, 2009).
Selanjutnya  dilakukan  estimasi  kedalaman  perairan  pada  citra  satelit Worldview -2    dengan perbandingan  kanal  menurut  Stumpf  (2003).  Perbandingan  kanal  yang  digunakan  dalam  penelitian  ini coastal/blue , coastal/green , coastal/yellow , blue/coastal , blue/green , blue/yellow , green/blue dan green/yellow. Stumpf membuat suatu formula penduga kedalaman dengan dua reflektansi panjang gelombang sebagai berikut :
Z = 𝑚 " #$ $% & ' ( #$ $% & ' ) − 𝑚 , (2)
dimana :
Z          = Kedalaman 𝑚 " = Koefisien kalibrasi R w ( 𝜆 ./ ) = Reflektansi perpanjang gelombang yang meninggalkan air ln = Konstanta untuk menjaga rasio tetap positif 𝑚 , = Koreksi kedalaman nol (0)
Dengan  demikian  untuk  memperoleh  kedalaman  duga  dari  hasil  regresi  rasio  nilai-nilai  reflektansi pada masing-masing band yang digunakan, persamaan (2) dapat ditulis ulang berdasarkan persamaan regresi linear menjadi :
Y = aX + b
(3)
dimana nilai slope (a) mewakili koefisien m1, nilai intercept (b) mewakili koefisien m0, dan nilai X mewakili hasil rasio nilai reflektansi pada band yang digunakan.
Untuk  menentukan  hubungan  antara  keduanya  dilakukan  dengan  menggunakan  koefisien  korelasi. Dimana  variabel  X,  yaitu  variabel  data  kedalaman  hasil  pengukuran  lapangan  dan    Y,  yaitu  data  nilai kedalaman  dari  pengolahan  citra.  Kuat  tidaknya  hubungan  antara  keduanya  ditunjukkan  dengan  tinggi tidaknya  korelasi  antara  kedua  variabel  tersebut  (Nurkhayati  dan  Khakhim,  2013).  Rumus  dasar  koefisien korelasi ini adalah sebagai berikut :
R = $ 01 2 ( 0)( 1)
( 5 0 6 2( 0) 6 )2(5 7 6 2( 7) 6 ) (4)
Keterangan : n =  Jumlah sampel R =  Koefisien korelasi x = Variabel yang mewakili nilai band rasio citra y = Variabel yang mewakili nilai hasil pengukuran di lapangan
Metode yang digunakan untuk menentukan akurasi dari peta batimetri yang dihasilkan yaitu RMSE. RMSE ( root mean square error ) merupakan akar dari rata - rata jumlah kuadrat nisbah antara selisih nilai kedalaman  aktual  hasil  pengukuran  lapangan  dengan  nilai  kedalaman  hasil  estimasi  pengolahan  citra penginderaan jauh. RMSE dapat dihitung sebagai berikut :
RMSE = (892:9) 6 ; <=> $ (5)
Keterangan : At = Nilai hasil estimasi kedalaman dari citra
Ft = Nilai hasil pengukuran lapangan
n = Jumlah titik kedalaman yang digunakan dalam validitas model
.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil pengukuran pasang surut di lokasi penelitian diperoleh dari data pasut publikasi BIG stasiun Karimunjawa selama 29 hari yaitu pada tanggal 1 November 2018 sampai dengan tanggal 29 November 2018 yang  dilanjutkan  untuk  analisa  dengan  metode Admiralty. Pengolahan  pasang  surut  menggunakan  metode Admiralty bertujuan  untuk  mendapatkan  komponen  pasang  surut  yang  dilanjutkan  dengan  melakukan perhitungan untuk memperoleh nilai MSL (Mean Sea Level) , LLWL (Lowest Low Water Level) dan HHWL (Highest High Water Level) . Nilai – nilai komponen pasut ini dan juga nilai pasut pada saat perekaman citra akan digunakan sebagai data untuk melakukan koreksi dengan data hasil pengukuran batimetri.

## Tabel 1. Nilai Elevasi Pasang Surut
Gambar 3. Koreksi Pasut Untuk Data Batimetri Pada Saat Perekaman Citra dan Berdasarkan Nilai LLWL
Hasil dari grafik regresi kombinasi 4 band dengan total masing – masing 8 band rasio pada saat kondisi pasut perekaman citra dan berdasarkan nilai LLWL. Grafik regresi ini berdasarkan nilai band rasio terhadap nilai kedalaman hasil pemeruman yang digunakan untuk membangun model batimetri diperoleh hasil yang berbeda-beda. Kombinasi band terbaik tesebut yaitu Band 2 / Band 3 dengan nilai koefisien korelasi (r) yaitu 0.8352 dan koefisien determinasi (R2) yaitu 0.6976.
Keterangan Elevasi (cm) MSL 169 LLWL 105 HHWL 233
Gambar 4. Grafik Regresi Band 2 / Band 3 terhadap Kedalaman Pada Saat Kondisi Pasut Perekaman Citra (kiri) dan berdasarkan LLWL (kanan)
Tabel 2. Nilai Koefisien Korelasi dan Koefisien Determinasi Pada Saat Kondisi Pasut Persamaan Linear Band Rasio R 2 r Perekaman Citra LLWL y = 24.5x - 29.64 y = 24,5x - 30,09 B1 / B2 0.3033 0.5480 y = 7.6464x - 11.784 y = 7,6464x - 12,234 B1 / B3 0.6131 0.7830 y = 5.61x - 11.675 y = 5,61x - 12,125 B1 / B4 0.5304 0.7283 y = -53.394x + 43.06 y = -53,394x + 42,61 B2 / B1 0.3004 0.5481 y = 17.507x - 20.081 y = 17,507x - 21,531 B2 / B3 0.6976 0.8352 y = 9.6558x - 13.824 y = 9,6558x - 14,274 B2 / B4 0.4369 0.6610 y = -40.052x + 32.966 y = -40,052x + 32,516 B3 / B2 0.6248 0.7904 y = -5.8718x + 16.19 y = -5,8718x + 15,74 B3 / B4 0.0295 0.1718
Dari pemodelan kedalaman berdasarkan persamaan linear regresi band rasio terbaik ini dilakukan uji akurasi data pengukuran lapangan dan data hasil pemodelan dengan menggunakan metode RMSE sehingga diperoleh hasil seperti pada tabel dibawah ini.

## Tabel 3. Nilai RMSE Fungsi Kedalaman
Setelah  dilakukan  uji  akurasi  antara  data  lapangan  dan  data  hasil  pemodelan  maka  diperoleh  nilai RMSE terendah yaitu pada band rasio band 2 / band 3. Sehingga persamaan linear yang digunakan dalam membuat peta batimetri yaitu berdasarkan band biru / hijau dengan nilai koefisien korelasi (r) yaitu 0.8352 dan koefisien  determinasi  (R 2 )  sebesar  0.6976.  Fungsi  regresinya  pada  saat  perekaman  citra  yaitu  (y  = 17.507*(Biru/Hijau) – 21.081). Sedangkan pada berdasarkan nilai LLWL yaitu (y = 17.507*(Biru/Hijau) - 21.531).
y = 17.507x - 20.081 R ² = 0.6976 r = 0.8352 1.00 6.00 11.00 16.00 21.00 26.00 0 1 2 3 Ke da la m an P em er um an ( m ) Band 2 / Band 3 Series1 Linear (Series1) y = 17,507x - 21,531 R ² = 0,6976 r = 0.8352 0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 0 1 2 3 Ke da la m an P em er um an ( m ) Band 2 / Band 3 Series1 Linear (Series1)
Band Rasio RMSE B1 / B3 4.41 B2 / B3 4.00 B3 / B2 4.37
Gambar 5. Hasil Pengolahan Citra Band 2 / Band 3 Pada Saat Kondisi Pasut Perekaman Citra (kiri) dan berdasarkan LLWL (kanan)
Varian  warna  ini  merupakan  output  default  dari  software  envi  sendiri  dalam  memodelkan kedalamanan.  Dari  hasil  yang  yang  diperoleh  tidak  terlihat  perbedaan  yang  cukup  signifikan  hal  ini dikarenakan selisih antara kondisi pasut pada saat perekaman citra dan berdasarkan LLWL hanya berjarak 45 cm. Hasil uji akurasi menunjukkan bahwa akurasi pemodelan batimetri menggunakan band rasio biru / hijau mempunyai  nilai  RMSE  sebesar  4.00.  Hasil  ini  menunjukan  nilai  RMSE  pada  penelitian  lebih  tinggi dibandingkan  dengan  penelitian  yang  dilakukan  Nurkhayati  dan  Khakhim  (2013),  yang  memperoleh  nilai RMSE sebesar 2.31. Hal ini bisa disebabkan karena adanya bias dari citra, perbedaan tipe dan kualitas perairan serta rendahnya korelasi antara nilai band rasio terhadap nilai kedalaman.
Gambar 6. Peta Batimetri Hasil Pemodelan Band 2 / Band 3 Pada Saat Kondisi Pasut Perekaman Citra (kiri), berdasarkan LLWL (kanan)
Adapun hasil pemodelan batimetri ini menghasilkan nilai negatif dibawah dari 0 dan maksimum nilai kedalaman  yang  dihasilkan  yaitu  17  m.  Namun  terdapat  beberapa  nilai  kedalaman  dibawah  nilai  0  sampai dengan  -4.  Sehingga  pada  peta  batimetri  nilai  kedalaman  di  bawah  0  dieliminasi  karena  merupakan  nilai kedalaman  dengan  tingkat  kesalahan  tinggi.  Hal  ini  dikuatkan  oleh  pernyataan  Nurkhayati  dan  Khakhim (2013),  bahwa  nilai  kedalaman  di  bawah  nol  dihilangkan  karena  merupakan  nilai  dengan  bias  yang  cukup tinggi

## KESIMPULAN
1. Band rasio terbaik dalam membuat peta batimetri berdasarkan citra satelit Worldview-2 di perairan Pulau Parang yaitu band biru / hijau dengan nilai R 2 0,6976 dan RMSE sebesar 4,00.
2. Kedalaman laut berdasarkan citra satelit Worldview-2 di perairan Pulau Parang menunjukkan kedalaman dari 0 m hingga 17 m.

## DAFTAR PUSTAKA
Digital Globe. 2009 . Radiometric use of WorldView-2 imagery . Technical note. Prepared by : Todd Updike, Chris Comp.
Hedley, J. D., Harborne, A. R., dan Mumby, P. J. 2005. Simple and robust removal of sun glint for mapping shallow-water benthos . Int. J. of Remote Sensing. 26(10): 2107–2112.
Hochberg, E. J., S. Andrefouet dan M. R. Tyler. 2003. Sea Surface Correction of High Spatial Resolution Ikonos Images to Improve Bottom Mapping in NearShore Environments. IEEE Trans. Geoscience and Remote Sensing. 41(7):1724-1729.
Nurkhayati, R. dan N. Khakhim. 2013. Pemetaan Batimetri Perairan Dangkal Menggunakan Citra Quickbird di Perairan Taman Nasional Karimun Jawa,  Kabupaten Jepara, Jawa Tengah. Jurnal Bumi Indonesia, Vol. 2, No 2.
Stumpf, R. P., K. Holderied and M. Sinclair. 2003. Determination of water depth with high-resolution satellite imagery over variable bottom types . Applied Optics, Vol. 28(8):547-556.
Subarno, T., V. P. Siregar dan S. B. Agus. 2015. Evaluasi Citra Worldview-2 untuk Pendugaan Kedalaman Perairan Dangkal Pulau Kelapa-Harapan Menggunakan Algoritma Rasio Band . Journal of Geomatics and Planning Vol 2, No 1, hlm. 30-37.
Wicaksono,  P.  dan  W.  Rahman.  2019.  Aplikasi  Citra WorldView-2 untuk  Pemetaan  Batimetri  di  Pulau Kemujan Taman Nasional Karimunjawa. Jurnal Penginderaan Jauh Indonesia, Volume 01, No 01.
Wicaksono, P. 2015. Perbandingan Akurasi Metode Band Tunggal dan Band Rasio untuk Pemetaan Batimetri Pada Laut Dangkal Optis . Simposium Nasional Sains Geoinformasi IV .