Pengertian LIDAR
LIDAR (Light Detection and Ranging) adalah sebuah
teknologi sensor jarak jauh menggunakan properti cahaya yang tersebar untuk
menemukan jarak dan informasi suatu obyek dari target yang dituju. Metode untuk
menentukan jarak suatu obyek adalah dengan menggunakan pulsa laser. Seperti
teknologi radar, yang menggunakan gelombang radio, jarak menuju obyek
ditentukan dengan mengukur selang waktu antara transmisi pulsa dan deteksi
sinyal yang dipancarkan.
Laser
Laser (singkatan dari
bahasa
Inggris:
Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation)
merupakan mekanisme suatu alat yang memancarkan
radiasi elektromagnetik, biasanya dalam
bentuk cahaya yang tidak dapat dilihat maupun dapat lihat dengan
mata normal, melalui
proses
pancaran terstimulasi.
Pancaran laser biasanya tunggal, memancarkan
foton dalam pancaran
koheren. Laser juga dapat
dikatakan efek dari
mekanika kuantum. Dalam teknologi laser,
cahaya
yang koheren menunjukkan suatu sumber cahaya yang memancarkan
panjang
gelombang yang diidentifikasi dari
frekuensi
yang sama,
beda fase yang konstandan
polarisasinya.
Selanjutnya untuk menghasilkan sebuah
cahaya yang
koheren dari medium
lasing adalah dengan mengontrol kemurnian, ukuran,
dan bentuknya. Keluaran yang berkelanjutan dari laser dengan amplituda-konstan
(dikenal sebagai
CW atau
gelombang berkelanjutan), atau detak,
adalah dengan menggunakan teknik
Q-switching,
modelocking, atau
gain-switching.
Laser, mempunyai
karakteristik yang berbeda dengan cahaya biasa:
•Monokromatik
(panjang gelombang yang sangat spesifik, satu warna spesifik)
•Koheren
(‘organized’ foton)
•Direksional
(cahaya laser terfokus dan kuat)
Kegunaan LIDAR
Teknologi LIDAR memiliki kegunaan dalam bidang geomatika,
arkeologi, geografi, geologi, geomorfologi, seismologi, fisik atmosfer, dan
lain-lain.
A.
Pertanian
dan Perkebunan
LIDAR
dapat digunakan untuk membantu petani menentukan area mana dari bidang lahan
mereka untuk menerapkan persebaran pupuk. LIDAR dapat membuat peta topologi
dari ladang dan mengungkapkan kelerengan dan paparan sinar matahari dari tanah
pertanian. Para peneliti di Agricultural Research Service menyebut
kan, dengan LIDAR mampu memperoleh dataset informasi topologi dengan kondisi
tanah pertanian dari tahun-tahun sebelumnya. Dari informasi ini, peneliti bisa
menentukan kategori tanah pertanian menjadi kelas tinggi, menengah, atau
rendah – untuk menghasilkan zona persebaran kondisi lahan. Teknologi ini
berharga untuk petani karena menunjukkan daerah mana untuk menerapkan penyebaran
pupuk guna mencapai hasil panen tertinggi.
B. Arkeologi
LIDAR memiliki banyak aplikasi dalam
bidang arkeologi, termasuk membantu dalam perencanaan survey lapangan, pemetaan
fitur bawah kanopi hutan, dan memberikan gambaran luas-detail, dan lain-lain.
LIDAR juga dapat membantu arkeolog untuk membuat model elevasi digital
(DEM) resolusi tinggi dari situs-situs arkeologi, yang dapat mengungkapkan
mikro-topografi yang tersembunyi oleh vegetasi. LIDAR dan produk turunannya
dapat dengan mudah diintegrasikan ke dalam Sistem Informasi Geografis (SIG)
untuk analisis dan interpretasi. Sebagai contoh di Fort Beausejour – Fort
Cumberland National Historic Site, Kanada, fitur arkeologi yang belum ditemukan
sebelumnya telah berhasil dipetakan yang berhubungan dengan pengepungan Benteng
pada tahun 1755. Fitur yang tidak bisa dibedakan di lapangan atau melalui
fotografi udara diidentifikasi dengan overlay hillshades dari
DEM dibuat dengan pencahayaan dari berbagai sudut. Dengan LIDAR, kemampuan
untuk menghasilkan resolusi tinggi dataset cepat dan relatif murah. Selain
efisiensi, kemampuannya untuk menembus kanopi hutan telah memberikan penemuan
fitur yang tidak dapat dibedakan melalui metode geospasial tradisional dan
sulit dijangkau melalui survei lapangan.
C. Biologi dan Konservasi
LIDAR banyak diaplikasikan di bidang kehutanan. Kanopi
ketinggian, pengukuran biomassa, dan luas daun semua bisa dipelajari dengan
menggunakan sistem LIDAR. Peta topografi juga dapat dihasilkan dengan mudah
dari LIDAR, termasuk untuk penggunaan dalam varian produksi dari peta
kehutanan. Contoh lain, Liga Penyelamatan Redwood sedang melakukan sebuah
proyek untuk memetakan tinggi pohon di pantai utara California. LIDAR
memungkinkan penelitian para ilmuwan untuk tidak hanya mengukur tinggi pohon
yang sebelumnya belum dipetakan, tetapi untuk menentukan keanekaragaman hayati
hutan redwood. Stephen Sillett yang bekerja pada proyek Liga Pantai Utara LIDAR
mengklaim bahwa teknologi ini akan berguna dalam mengarahkan upaya-upaya masa
depan untuk melestarikan dan melindungi pohon-pohon tua redwood.
D.
Geomorfologi
dan Geofisika
Peta resolusi tinggi elevasi digital yang dihasilkan oleh
LIDAR telah memacu kemajuan signifikan dalam bidang geomorfologi.
Kemampuan LIDAR untuk mendeteksi fitur topografi halus seperti teras sungai dan
tepi saluran sungai, mengukur elevasi permukaan tanah di bawah kanopi vegetasi,
menghasilkan turunan spasial elevasi, dan mendeteksi perubahan elevasi
pada suatu permukaan bumi. Data LIDAR dikumpulkan oleh perusahaan swasta dan
juga konsorsium akademik dalam mendukung pengumpulan, pengolahan dan
pengarsipan dataset LIDAR yang tersedia untuk publik. Pusat Nasional
untuk Pemetaan Airborne Laser (NCALM), didukung oleh National Science
Foundation, mengumpulkan dan mendistribusikan data LIDAR untuk mendukung
penelitian ilmiah dan pendidikan di berbagai bidang, khususnya geosains dan
ekologi. Dalam geofisika dan tektonik, kombinasi pesawat berbasis LIDAR dan GPS
telah berevolusi menjadi alat penting untuk mendeteksi kesalahan dan mengukur
material pengangkatan. Output dari kedua teknologi dapat menghasilkan model
elevasi sangat akurat untuk medan yang bahkan dapat mengukur elevasi tanah
melalui pepohonan. Kombinasi ini telah digunakan untuk menemukan lokasi Fault
Seattle di Washington, Amerika Serikat. Kombinasi ini mampu mengukur material
pengangkatan di Mt. St Helens dengan menggunakan data dari gletser sebelum dan
setelah pengangkatan di tahun 2004. Sistem monitor airborne LIDAR
memiliki kemampuan untuk mendeteksi jumlah halus peningkatan atau penurunan
material. Sebuah sistem berbasis satelit NASA ICESat yang mencakup sistem LIDAR
diterapkan untuk tujuan ini. Airborne Topografi Mapper NASA digunakan secara
luas untuk memantau gletser dan melakukan analisis perubahan pesisir. Kombinasi
ini juga digunakan oleh para ilmuwan tanah saat membuat survei tanah. Pemodelan
medan detail memungkinkan ilmuwan tanah untuk melihat perubahan bentuk lahan
lereng dan menunjukkan pola-pola dalam hubungan spasial.
E. Transportasi
LIDAR telah digunakan dalam
sistem Adaptive Cruise Control (ACC) untuk mobil. Sistem
seperti yang oleh Siemens dan Hella menggunakan perangkat LIDAR dipasang pada
bagian depan kendaraan, seperti bumper, untuk memantau jarak antara kendaraan
dan setiap kendaraan di depannya. Kendaraan di depan melambat atau terlalu
dekat, ACC menerapkan rem untuk memperlambat kendaraan. Ketika jalan di depan
jelas, ACC memungkinkan kendaraan untuk mempercepat ke preset kecepatan oleh
pengemudi.
F. Militer
Beberapa aplikasi LIDAR untuk
militer memberikan citra resolusi yang lebih tinggi dalam mengidentifikasi
target musuh, seperti tank. Nama LADAR lebih umum dipakai di dunia militer.
Contoh aplikasi militer LIDAR diantaranya Tambang Laser Airborne Detection
System (ALMDS) untuk counter-tambang peperangan dengan Arete Associates. Sebuah
laporan NATO (RTO-TR-SET-098) menyebutkan bahwa: berdasarkan hasil sistem
LIDAR, satuan tugas merekomendasikan bahwa pilihan terbaik untuk aplikasi
jangka dekat (2008-2010) dari stand-off sistem deteksi UV LI. Long-Range
Standoff Detection System Biologi (LR-BSD) dikembangkan untuk Angkatan Darat AS
untuk memberikan peringatan sedini mungkin atas serangan biologis. Ini adalah
sistem udara yang dibawa oleh helikopter untuk mendeteksi awan aerosol buatan
yang mengandung senjata biologi dan kimia pada jarak jauh.
Prinsip
Kerja Lidar
Prinsip kerja LIDAR secara umum adalah sensor memancarkan
sinar laser pada target kemudian sinar tersebut dipantulkan kembali ke sensor.
Berkas sinar yang ditangkap kemudian dianalisis oleh peralatan detector.
Perubahan komposisi cahaya yang diterima dari sebuah target ditetapkan sebagai
sebuah karakter objek. Waktu perjalanan sinar saat dipancarkan dan diterima
kembali diperlukan sebagai variable penentu perhitungan jarak dari benda ke
sensor.
Untuk
mendapatkan gambar, dilakukan penyiaman pada lokasi yang ditentukan. Penyiaman
dilakukan dengan memasang laser scanner, GPS, dan INS pada wahana yang dipilih.
Berdasarkan skala produk yang diinginkan dan luas cakupan, maka dapat
ditentukan jalur terbang. Pada jalur terbang yang telah ditentukan tersebut
wahana terbang melaukan penyiaman (scanning). Pada saat laser scanner melakukan
penyiaman sepanjang jalur terbang, pada setiap interval waktu tertentu direkam
posisinya dengan menggunakan GPS dan orientasinya dengan menggunakan INS.
Proses ini dilakukan sampai jalur yang disiam selesai.
Komponen- komponen LIDAR
a) Global Positioning System (GPS)
Dalam system LIDAR, GPS dipakai sebagai system penentuan
posisi wahana terbang secara 3D (X, Y, Z atau L, B, h) terhadap system
referensi teretentu ketika melakukan survey LIDAR. Penentuan posisi dilakukan
secara differensial sehingga bias mengamati posisi objek yang diam atau
bergerak.
Karena pengukuran posisinya dilakukan secara real time maka
metode penentuan GPS itu dinamakan Real Time Kinematics Differential GPS
(RTK-DGPS). Ketelitian tipikal posisi yang diperoleh adalah 2 – 5 cm. Data GPS
yang dihasilkan, digabungkan dengan data IMU sehingga diperoleh koordinat terdefinisi
secara geografis.
b) Inertial Navigation System (INS)
INS adalah suatu system navigasi yang mampu mendeteksi
perubahan geografis, perubahan kecepatan, serta perubahan orientasi dari suatu
benda. Sistem ini mampu mengukur besar perubahan sudut orientasi wahana terbang
terhadap arah utara, besar pergerakan sudut rotasi wahana terbang terhadap
sumbu-sumbu horisontalnya, percepatan wahana terbang, hingga temperature dan
tekanan udara di sekitar wahana terbang. Dari hasil pengukuran yang dapat
dilakukan oleh INS, dapat dihasilkan informasi berupa orientasi tiga dimensi
serta posisi wahana terbang.
c) Sensor Laser
Sensor LIDAR berfungsi untuk memancarkan sinar laser ke
objek dan merekam kembali gelombang pantulannya setelah mengenai objek. Pada
umumnya gelombang yang dipancarkan oleh sensor terdiri atas dua bagian, yaitu
gelombang hijau dan gelombang infra merah. Gelombang hijau berfungsi sebagai
gelombang penetrasi jika suatu sinar laser mengenai daerah perairan. Sinar
hijau berfungsi untuk mengukur data kedalaman, sedangkan sinar infra merah
berfungsi untuk mengukur data topografi daratan atau permukaan bumi. Kekuatan
sensor LIDAR sangat erat kaitannya dengan:
1) Kekuatan sinar laser yang dihasilkan
2) Cakupan dari pancaran sinar
gelombang laser
3) Jumlah sinar laser yang dihasilkan
tiap detik
Sensor LIDAR memiliki kemampuan dalam pengukuran multiple
return. Multiple return digunakan untuk menentukan bentuk dari objek atau
vegetasi yang menutupi permukaan tanah. Gelombang yang dipancarkan dan
dipantulkan tidak hanya mengenai permukaan tanah, tetapi juga mengenai
objek-objek yang ada di atas permukaan tanah. Masing-masing pantulan yang
dihasilkan diukur intensitasnya, sehingga diperoleh gambaran atau bentuk dari
objek yang menutupi permukaan tanah tersebut.
Pengolahan Data LIDAR
Setelah data mentah dari IMU, GPS, dan jarak laser diperoleh,
tahap selanjutnya adalah pengolahan data secara post processing. Yang harus
dilakukan selama post processing adalah: Mendownload data carrier phase GPS
yang dihasilkan oleh base station dan receiver yang ada pada pesawat. Data ini
kemudian diolah dengan menggunakan software GPS post processing yang akan
menghitung solusi akurasi kinematik sepanjang lintasan pesawat. Membuang data
yang tidak relevan yang dikumpulkan selama pengambilan data. Untuk menentukan
kedalaman, sinar laser dipancarkan dari pesawat udara ke bawah dengan sudut θa
(θudara) dari garis vertikal. Sudut θa merupakan sudut datang pada permukaan
air dari udara. Pada permukaan air ini, sebagian kecil dari energi laser
dipantulkan ke udara pada segala arah yang akan diterima kembali oleh receiver
di pesawat udara. Sedangkan sebagian besar (98%) energi laser ditransmisikan ke
dalam air dengan sudut θw.
Proses Georeferensi Data LIDAR
Proses georeferensi adalah suatu
proses atau tahapan untuk mendefinisikan koordinat pusat proyeksi sinar laser
sehingga terdefinisi ke suatu sistem koordinat. Vektor dari jarak yang ditembakkan
dengan sudut penyiaman η didefinisikan terhadap kerengka referensi dari
instrumen laser. Jarak yang dihasilkan laser tersebut kemudian
ditransformasikan ke pusat bumi yang direalisasikan melalui sistem WGS 84.
Kelebihan Teknologi LIDAR
- LiDAR
manggunakan gelombang aktif sehingga akuisisi laser pun dapat dilakukan
malam hari. Tapi karena dalam paket system LiDAR sekarang sudah include
dengan sensor kamera (gelombang pasif) yang hanya bisa pekerja baik pada
siang hari, maka akuisisi hanya dapat dilakukan siang hari supaya kedua
sensor dapat bekerja.
- Sistem
LiDAR dapat melakukan akuisisi jutaan titik x,y dan elevasi z dalam per
jam jauh lebih cepat dibandingkan dengan motede konvensional (survey
ground).
- Kerapatan
point/titik ground yang dihasilkan per 1 meter sq minimal 1 point tapi
bisa sampai 9 point tergantung permukaan dan tinggi terbang (metode
akuisisi) serta FoV (Field of View/ sudut pandang sensor ke bumi). Besaran
pulse alat tidak begitu mempengaruhi, saat ini sudah ada vendor yang mampu
membuat alat LiDAR dengan pulse diatas 500kHz, pulse besar ini akan
maksimal jika pengambilan/akuisisi data dengan pesawat bisa “terbang
tinggi”. Untuk wilayah Indonesia negera tropis dimana awan berada di
ketinggian 1000 s/d 1500 meter, maka pesawat akan terbang di bawah awan.
Untuk terbang dengan ketinggian dibawah 1000 meter, adalah cukup
menggunakan pulse 75-120 kHz dan FoV 40 s/d 60 deg.
- Karena
menggunakan pesawat udara, akses lebih mudah tentunya untuk
mengakuisisi/mencapai ke setiap bagian site. Dan disamping itu dapat
menghindari kontak langsung dengan masyarakat, yang menjadi masalah besar
pada survey ground / konvensional survey.
- Hanya
butuh 1 titik control tanah (BM) untuk radius terbang akuisisi 30 sd 40 km
dari titik control tanah tersebut.
- Mampung
masuk disela-sela vegerasi, karena karekter gelombang nya seperti
gelombang ultraviolet dan menggunakan gelombang lebih pendek dari pada
spectrum elektromagnetik yaitu sekitar nm 1064.
- Biaya
lebih efisien dan efektif, jika area > 1.000ha. Survey ground untuk
1.000ha bisa 1,5M sampai 2M, jika menggunkan LiDAR system dibawah 1M.
Kekurangan Teknologi LIDAR
- Sensor
LiDAR system tidak bekerjaan maksimal jika terhalang awan/kabut.
- Pulse
tidak dipantulkan dengan baik jika objek-objek pantul basah (berair).
Karena pulse Topographic LiDAR akan diserap / hilang jika mengenai air
seperti sungai atau pemukaan yang masih basah akhibat embun atau hujan.
LiDAR yang digunakan untuk Hydrographic berbeda dengan Topo, untuk Hydro
dikenal dengan nama SHOALS atau singkatan dari Scanning Hydrographic
Operational Airborne LiDAR Survey. System ini mampu mengakuisisi permukaan
air dan kedalaman air 50 s/d 60 meter dari permukaan air.
- Dalam
kondisi vegerasi yang sangat rapat “cahaya matahari pun” tidak bisa masuk
di sela-sela dedaun, maka dapat dipastikan pulse LiDAR juga tidak akan
mampu masuk sampai ke ground (tanah).
- Akurasi
data LiDAR atau ketelitiaan yang dihasilkan LiDAR bervariatif, sangat
bergantung pada kondisi permukaan: terbuka lunak, terbuka keras, semak
beluka, hutan rawa, hutan keras, hutan virgin dan lain-lain. Untuk area
terbuka keras ketelitan bisa mencapai dibawah 5 cm. Ketelitian Horizontal
2 kali s/d 5 kali lebih “jelek” dari dari ketelitian Vertical.
sumber :
wikipedia.org