Penderian Jauh (Remote Sensing)

1.1  PERSPEKTIF SEJARAH

Pengkajian penderiaan jauh sebagai satu pendekatan dalam kajian ilmiah bermula setelah Perang Dunia Kedua. Bagaimanapun prinsip fotograf telah dikemukakan lama sebelum kamera diperkenalkan. Perkataan fotografi itu sendiri berasal daripada perkataan Yunani yang diertikan sebagai menulis atau mencatat dengan sinar. Aristotle (384 - 322 SM), misalnya, mengemukakan prinsip sinar untuk pemotretan yang dikenal dengan nama camera obscura yang membawa maksud sinar yang dimasukkan ke lubang kecil di dalam ruang gelap dapat membentuk bayang-bayang atau gambaran. Seterusnya rekaan lensa pula membolehkan sesuatu pandangan itu dibesarkan melalui penggunaan teleskop.

Ciptaan proses fotografi pula disumbangkan oleh ramai individu yang melakukan ujikaji ke atas pelbagai alat dan bahan kimia sejak tahun 1700 sehingga abad yang ke 19. Antara yang terlibat dalam kemajuan ini ialah William Henry Fox Talbot yang mengumumkan proses negatif-positif dalam tahun 1939. Ia merupakan proses asas yang digunakan untuk kajian penderiaan jauh. George Eastman dan Rochester NY membina proses piring kering pada tahun-tahun 1870an. Manakala pada 1888 beliau memperkenalkan Kodak No. 1, iaitu sebuah kamera yang boleh dipegang dan mudah alih. Pereka ini telah membuka laluan dalam bidang fotografi untuk kegunaan awam.

Dalam abad yang ke-19 beberapa pengkaji mula memahami bahawa sinaran gelombang elektromagnet boleh dimanfaatkan melampaui cahaya nampak. Mereka ialah Hershel (inframerah), Ritter (ultralembayung) dan Hertz (gelombang radio). Dalam tahun 1863 Maxwell mengemukakan teori gelombang elektromagnet yang menjadi asas kepada pemahaman kajian penderiaan jauh.

Pengambilan fotograf daripada ruang udara yang dihasilkan oleh Gaspand Fellix Tournachon pada 1859 mungkin merupakan jenis yang pertama dibina. Fotografi ini diambil daripada belon yang berada di ketinggian 80 m dari paras bumi. Ciptaan pesawat ini juga menghasilkan fotograf-fotograf yang direkodkan dalam tahun 1909. Fotografi udara diperkemaskan lagi aplikasinya pada perang dunia kedua yang memerlukan maklumat untuk tujuan risikan dan ketenteraan. Kegunaan meluas secara akademik hanya bermula selepas ini.

1.2  DEFINISI PENDERIAAN JAUH

Pelbagai definisi dikemukakan bagi menjelaskan penderiaan jauh. Kini definisi penderiaan jauh dikaitkan terus dengan disiplin yang berkaitan dengannya. Oleh itu, disiplin dalam rangkuman sains persekitaran biasanya merujuk kepada penggunaan penderia sinaran elektromagnet bagi merakam imej persekitaran yang digunakan untuk memberi tafsiran maklumat yang berguna. Definisi penderiaan jauh lain lebih umum, iaitu suatu sains yang mendapatkan maklumat mengenai sesuatu objek, kawasan atau fenomena melalui analisis data yang diperolehi daripada peralatan yang tidak menyentuh objek yang dikaji itu.

1.3  KEPERLUAN DATA PENDERIAAN JAUH

Kini data yang diperolehi daripada satelit sumber bumi digunakan berleluasa oleh penyelidik di institusi pengajian tinggi seluruh dunia. Data sedemikian membantu data empirik yang dikutip di lapangan dan sekaligus merangsangkan lagi penyelidikan. Banyak manfaat yang diperolehi daripada data satelit terutama yang memerlukan kawasan yang luas, pandangan menyeluruh secara global, perulangan data yang kerap dan sesuai, serta imej yang dideriakan melampaui spektrum cahaya nampak.

1.4  PERKEMBANGAN SATELIT ANGKASA

Satelit sumber bumi untuk kegunaan awam mula difikirkan oleh Jabatan Dalam Negeri Amerika Syarikat pada awal tahun 1960an. The National Aeronautics and Space Administration (NASA) memulakan inisiatif membina dan melancarkan satelit pertama pemonitoran bumi untuk kegunaan pengurus sumber dan para saintis secara umum. Pada tahun 1970an U.S. Geological Survey (USGS) dan NASA telah bekerjasama untuk mengambil tanggungjawab bagi mengurus arkib data serta menyebar produk data satelit yang berkaitan. Pada 23 July 1972, NASA melancarkan siri pertama satelit yang direkabentuk khas untuk memberi imej litupan permukaan bumi secara berulang-ulang. Pada mulanya, satelit ini, dikenali sebagai Satelit Teknologi Sumber Bumi atau Earth Resources Technology Satellite (ERTS-A). Satelit ini menggunakan pentas NIMBUS yang diubahsuai untuk membawa sistem penderia dan peralatan penyampaian data. Apabila satelit ini beroperasi ia dinamakan semula sebagai ERTS-1. Satelit ini terus berfungsi lebih lima tahun sehingga 6 Januari 1978. Sesi kedua satelit sumber bumi dikenali dengan nama ERTS-B yang kemudiannya dilancarkan pada 22 Januari 1975. Satelit ini diberi nama semula sebagai Landsat 2 oleh NASA dan ERTS-1 pula dinamakan semula sebagai Landsat 1. Sebanyak tiga lagi satelit sumber bumi dilancarkan pada 1978 (Landsat 3), 1982 (Landsat 4) dan 1984 (Landsat 5).

Landsat 1 dan 2 mempunyai kadar pusingan 28 hari dan boleh mengesan empat spektrum warna, iaitu hijau, merah, dekat inframerah dan dekat inframerah. Landsat 4 dan 5 mempunyai satu lagi tambahan penderia yang dipanggil Thematic Mapper. Peranchis juga tidak ketinggalan dalam teknologi angkasa ini kerana pada Februari 1986 Sistem SPOT 1 dilancarkan dengan menggunakan dua penderia, iaitu Pengimbas Multispektrum dan Pankromat.

SPOT 2 dilancarkan pada Februari 1990 dan SPOT 3 pada 1993 manakala SPOT 4dan SPOT 5 dijangkakan beroperasi dengan ciri-ciri tambahan pada penderia. SPOT 2 juga menggunakan jalur cahaya nampak dan jalur hampir inframerah dengan Penderia High Resolution Visible (HRV). Resolusi temporal satelit ini ialah 18 hari dan resolusi ruang ialah 20 m pada mod multispekturm dan 10 m pada mod pankromat. SPOT 4 membawa jalur tambahan inframerah, penderia Vegetation Monitoring Instrument (VMI) dan memperluas jalur dua. SPOT 5 bercadang mengesani jalur multispektrum beresolusi ruang 10m x 10m dan data pankromat beresolusi ruang 5m x 5m. Kelebihan satelit ini berbanding dengan satelit lain ialah keupayaannya untuk mengubah kedudukan cermin pengimbas sehingga 27^o dari paksi nadir sama ada ke kiri atau ke kanan orbit. Konsep ini dikenali sebagai sistem pandangan off-nadir dan boleh mengurangkan resolusi temporal kepada empat hingga lima hari. Keadaan ini membolehkan penglihatan 3 dimensi pada imej, satu lagi kelebihan yang diberikan oleh imej SPOT.

Satelit Marine Observation (MOS-1) dilancarkan oleh Jepun pada 1987. Satelit ini mempunyai resolusi temporal 17 hari dan ia membawa 3 jenis penderia iaitu Multispectral Electronic Self-Scanning Radiometer (MESSR), Visible and Thermal Infrared Radiometer (VTIR) dan Microwaver Scanning Radiometer (MSR). Sistem penderia pada satelit ini memang direka khas untuk tujuan pengawasan di kawasan marin. MESSR mempunyai swath selebar 100 km manakala VTIR mempunyai swath selebar 1500 km dan swath untuk penderia MSR adalah selebar 320 km.

Satelit ERS-1 adalah yang pertama dilancarkan oleh Agensi Angkasa Eropah (European Space Agency) pada 1991. Untuk tujuan mengkaji hal-hal berkaitan alam sekitar. Satelit ini menggunakan gelombang mikro aktif untuk membuat pengimbasan dan boleh membuat pengesanan tanpa bergantung kepada cahaya matahari ataupun keadaan cuaca. Keistimewaan satelit ini berbanding dengan penderia lain ialah keupayaannya untuk mengukur parameter seperti keadaan laut, kelajuan dan arah angin permukaan laut, arah arus lautan dan aras laut serta suhu permukaan laut dengan ketepatan yang lebih tinggi. Satelit ini mempunyai lebar swath 100 km, beresolusi ruang 20 meter lebar dan 15.9 meter panjang serta tempoh resolusi selama 35 hari. Sebanyak lima jenis penderia dipasang pada satelit ini, iaitu Active Microwave Instrument (AMI) yang beroperasi dengan tiga mod; Radar Altimeter (RA), Along Track Scanning Radiometer (ATSR), Precise Range and Range-rate Equipment (PRARE) dan Laser Retro-reflector (LRR). Data digit daripada satelit ini hanya boleh diterima secara terus menerus.

ERS-2 dilancarkan pada 1995 untuk mengambil alih ERS-1. Satelit alam sekitar ini boleh mengukur kandungan ozon di atmosfera dan memantau perubahan litupan tumbuhan lebih berkesan. Penderia yang dibawa adalah AMI dan RA untuk mengukur jarak dari permukaan lautan dan ketinggian ombak. Penderia ATSR beroperasi pada jalur inframerah dan cahaya nampak. Sistem penderia lain termasuklah GOME, MS, PRARE, LRR dan IDHT (ESA, ESRIN 1998).

Satelit Jepun MOS-1 (Marine Observation Satellite) dilancarkan pada 1987 dan MOS-1b pada 1990. Penderianya ialah MESSR, VTIR, MSR. Satelit NOAA pula adalah satelit meteorologi yang dioperasikan oleh National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) USA. GMS atau Geostationary Meteorological Satellite dilancarkan oleh WWW (World Weather Watch) menerusi projek WMO. Lima lagi satelit meteorologi geopugun adalah METEOSAT (ESA), INSAT (India), GMS (Jepun), GOES-E (USA) dan GOES-W (USA).

Amerika Syarikat mungkin akan mendahului program pelancaran satelit sumber bumi masa hadapan. Instrument The Moderate Resolution Imaging Spectrometer (MODIS) telah direka bentuk untuk memperbaiki lagi kaedah pemonitoran daratan, lautan dan atmosfera dari angkasa. Rekabentuk komponen pengimej bumi ini mempunyai percantuman ciri-ciri Advance Very High Resolution Radiameter (AVHRR) dengan penderia Thematic Mapper Landsat. MODIS mempunyai pertambahan jalur spektrum Inframerah tengah dan Inframerah panjang (IR) manakala resolusi ruang pula adalah pada 250m, 500 m dan 1 km. MODIS pertama akan dilancarkan atas pentas pagi EOS (AM1). MODIS berupaya menyediakan imej sedunia hampir setiap hari dan menjadi pelengkap dari segi litupan spektrum, ruang dan tempoh pusingan. Instrumen penyelidikan lain yang dibawa di atas pentas AM1 termasukalah seperti Advance Spaceborne Thermal Emission and Reflectance Radiometer (ASTER); Multiangle Imaging Spectro Radiometer (MISR) dan Cloud and Earth's Radiant Energy System (CERES). Pengguna imej beresolusi kasar untuk penyelidikan perubahan global semakin diminati kini dan MODIS berupaya mengesani perubahan global sebegini. Pentas satelit EOS-AM1 yang membawa penderia MODIS dan ASTER bersama Landsat 7 menyediakan sistem menyampel pelbagai skala untuk kegunaan pemonitoran permukaan bumi yang paling komprehensif dan canggih.