BAB I PENDAHULUAN
BAB I PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang Penelitian dan Perumusan Masalah Dinamika perubahan penggunaan lahan merupakan obyek kajian yang penting dan selalu menarik untuk diteliti karena berkaitan dengan berbagai isu (permasalahan) global. Pemanasan global, berkurangnya biodiversitas dan dampak terhadap kehidupan manusia merupakan isu global yang secara langsung maupun tidak langsung memiliki keterkaitan dengan perubahan penggunaan lahan. Besarnya pengaruh dan dampak yang ditimbulkan oleh terjadinya perubahan penggunaan lahan mendorong banyak lembaga internasional untuk membentuk suatu program yang khusus mengkaji fenomena tersebut. Land Use/Cover Change (LUCC) merupakan salah
satu contoh program internasional yang mengkaji masalah
perubahan penggunaan lahan. Kelompok kerja dalam LUCC merekomendasikan tiga subyek utama penelitian yang berkaitan dengan perubahan penggunaan lahan yaitu: situation assessment, modeling and projecting, and conceptual scaling (Singh, 2003; Anwar, 2002) Penggunaan lahan merupakan fenomena dinamis yang dinamikanya tergantung dari tiga faktor yaitu: kualitas inherent lahan, pengaruh penggunaan lahan disekitarnya (neighboring effects) dan kebutuhan lahan untuk kegiatan tertentu (White, 1997 dalam Singh, 2003). Fenomena perubahan penggunaan lahan, dapat dikaji secara langsung maupun tidak langsung.
Kajian secara langsung pada
umumnya jarang dilakukan karena membutuhkan waktu yang lama, biaya yang besar dan yang paling penting adalah fenomena alam terlalu kompleks untuk dikaji secara langsung. Fenomena alam banyak dikaji secara tidak langsung dengan menggunakan suatu model. Model adalah penyederhanaan dari suatu realita (Thomas dan Hugget, 1980).
1
Model pada tataran formal dapat dibedakan menjadi dua tipe dasar yaitu model fisikal dan model lojikal. Model fisikal adalah miniatur dari obyek atau fenomena dan dibuat dari material yang dapat disentuh. Model lojikal tidak mempunyai keterkaitan secara fisik dengan obyek atau fenomena yang dimodelkan. Bagian utama (main subsets) dari model lojikal adalah model matematis. Model tersebut melibatkan sejumlah variabel, parameter, persamaan dan ketidaksamaan. (Kemp, 2003). Regresi adalah suatu model matematik yang bertujuan untuk mengevaluasi hubungan antara satu variabel dependent (respon) dengan satu atau lebih variabel independent (prediktor/ explanatory).
Hubungan antara variabel respon dan
prediktor dievaluasi dengan teknik yang disebut analisis regresi dan dinyatakan dalam bentuk persamaan regresi. Variabel respon, dalam persamaan regresi, dimodelkan sebagai fungsi dari satu atau lebih variabel prediktor. Regresi dapat digunakan untuk prediksi, inferensial, uji hipotesisi dan memodelkan hubungan timbal-balik (causal relationship). Regresi logistik biner (binary logistic regression) adalah model regresi dimana variabel respon bersifat biner atau dikotomi (dichotomous). Variabel biner adalah data (mewakili peristiwa atau fenomena) yang hanya terdiri dari dua nilai atau kategori. Peristiwa atau fenomena yang hanya terdiri dari dua nilai antara lain hidup atau mati, berhasil atau gagal, berubah atau tidak berubah dan sebagainya. Variabel prediktor dalam regresi logistik adalah semua tipe data. Regresi logistik biner tidak memerlukan asumsi tentang normalitas data sehingga dapat digunakan untuk kajian terhadap fenomena yang tidak selalu mengikuti asumsi normal (normal assumption). Regresi logistik biner setidaknya memiliki dua keunggulan dibandingkan dengan regresi linier. Keunggulan pertama adalah dapat digunakan untuk kajian fenomena (variabel respon) yang bersifat dikotomi menggunakan semua tipe data sebagai variabel prediktor. Keunggulan kedua adalah tidak memerlukan asumsi tentang normalitas data. Fenomena di dunia nyata (real world) tidak selalu mengikuti
2
asumsi tentang normalitas, sehingga model yang memerlukan asumsi normal tidak sesuai digunakan untuk kajian fenomena tersebut. Perubahan penggunan lahan adalah fenomena yang tidak selalu mengikuti asumsi normal (Xie et al, 2005). Perubahan penggunaan lahan, pada suatu lokasi dan dalam kurun waktu tertentu, dapat dikaji sebagai fenomena atau peristiwa yang bersifat dikotomi (biner). Perubahan penggunaan lahan, sebagai fenomena yang bersifat biner, hanya terdiri dari dua kategori yaitu berubah atau tidak berubah. Faktor yang mempengaruhi perubahan penggunaan lahan umumnya merupakan kombinasi antara variabel yang bersifat kontinyu dan kategorikal (Xie et al, 2005). Perubahan penggunaan lahan cenderung dipicu oleh kombinasi faktor yang bekerja secara gradual dan faktor yang terjadi secara tidak teratur (Lambin dan Geist, 2007). Sistem informasi geografi (SIG) adalah suatu sistem yang digunakan untuk mengumpulkan, mengolah dan
menampilkan data keruangan dari real world
(Burrough,1986; Aronoff, 1989). SIG telah banyak diaplikasikan dalam pengolahan maupun pemodelan data keruangan (spatial modelling). Perubahan penggunaan lahan merupakan fenomena yang memiliki dimensi ruang dan waktu (spatiotemporal). Kajian tentang perubahan penggunaan lahan secara keruangan dapat dilakukan dengan memanfaatkan SIG sebagai alat bantu. SIG dapat diintegrasikan dengan model lain yang tidak bersifat keruangan. Daerah pinggiran kota (urban fringe) secara umum dicirikan dengan dinamika perubahan penggunaan lahan yang tinggi (Harini, 2007; Aguaiyo et al, 2007). Daerah pinggiran Kota Yogyakarta memiliki dinamika perubahan penggunaan lahan yang tinggi. Selama kurun waktu 5 tahun (1997-2001), di Propinsi Daerah Istimewa Yogyakarta telah terjadi perubahan dari lahan sawah menjadi lahan non sawah seluas 1.686 ha. Perubahan banyak terjadi di sekitar Kota Yogyakarta (BPS Propinsi DIY, 2001). Kajian tentang perubahan penggunaan lahan di daerah tersebut sangat penting untuk dilakukan. Sesuai dengan salah satu rekomendasi dari kelompok kerja LUCC, perubahan penggunaan lahan di daerah tersebut perlu dikaji dari aspek pemodelan dan proyeksi perubahannya.
3
Berdasarkan uraian mengenai fenomena perubahan penggunaan lahan , karakteristik model regresi logistik dan SIG, permasalahan penelitian dapat dirumuskan dalam bentuk pertanyaan sebagai berikut: -
Seberapa besar dan dimana lokasi perubahan penggunaan lahan yang terjadi di daerah penelitian pada rentang waktu tertentu?
-
Bagaimana mengkaji perubahan penggunaan lahan secara keruangan menggunakan model regresi logistik biner (binary logistic regression) berbasis SIG?
-
Faktor apa saja yang dapat digunakan sebagai variabel predikor dalam model regresi logistik biner untuk kajian perubahan penggunaan lahan di daerah penelitian
Permasalahan diatas akan dijawab melalui penelitian dalam tesis yang berjudul
Model SIG-Binary Logistic Regression Untuk Prediksi Prubahan Penggunaan Lahan
1.2. Tujuan dan Sasaran Tujuan dari penelitian ini adalah: 1. Mengkaji dan memprediksikan perubahan penggunaan lahan secara spasial menggunakan integrasi model regresi logistik biner dan SIG 2. Mengkaji validitas model regresi logistik biner dalam memprediksikan peruahan penggunaan lahan Sasaran yang hendak dicapai dalam penelitian ini adalah: 1. Mengetahui distribusi spasial perubahan penggunaan lahan di daerah penelitian 2. Mengidentifikasi faktor yang dapat digunakan untuk memprediksikan (variabel prediktor) perubahan penggunaan lahan di daerah penelitian 4
3. Menyusun model regresi logistik biner (binary logistic regression) berdasarkan sejumlah variabel prediktor untuk menentukan nilai probabilitas perubahan penggunaan lahan 4. Mengintegrasikan model regresi logistik biner dengan SIG untuk memetakan peluang perubahan (probabilitas transisi) penggunaan lahan di daerah penelitian.
1.3. Ruang Lingkup Penelitian Penelitian ini berlokasi di daerah pinggiran Kota Yogyakarta dengan asumsi bahwa daerah tersebut memiliki dinamika perubahan penggunaan lahan yang tinggi. Penelitian difokuskan pada dinamika perubahan dari lahan bukan terbangun menjadi lahan terbangun. Lokasi penelitian akan dibatasi berdasarkan wilayah administratif, dalam hal ini adalah batas kecamatan. Penggunaan wilayah administrasi sebagai batas daerah penelitian dikarenakan batas administrasi telah ditetapkan dengan tegas. Pembatasan daerah penelitian relatif lebih mudah apabila menggunakan batas yang telah ditetapkan dengan tegas dan jelas. Kecamatan yang digunakan sebagai lokasi penelitian adalah kecamatan yang berbatasan langsung dengan Kota Yogyakarta. Lokasi daerah penelitian ditunjukkan pada Gambar 1. Data penggunaan lahan multi-temporal merupakan data utama dalam penelitian ini. Ketersediaan data tersebut bisa menjadi kendala dalam penelitian ini. Pemilihan lokasi penelitian seperti diuraikan di atas didasarkan pada asumsi bahwa data multi temporal penggunaan lahan di daerah tersebut tersedia. Apabila data yang dimaksud tidak tersedia, citra satelit multi-temporal atau foto udara akan digunakan sebagai sumberdata. Penggunaan foto udara lebih diutamakan karena faktor kemudahan dalam interpretasi terkait dengan resolusi spasialnya yang lebih tinggi dibandingkan citra satelit. Citra satelit digunakan apabila foto udara di daerah penelitian tidak tersedia.
5
Gambar 1.1. Lokasi Daerah Penelitian
1.4. Metode Penelitian Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah integrasi antara metode analisis spasial dengan SIG dan model regresi logistik biner. Dinamika perubahan penggunaan lahan di daerah penelitian dikaji dengan memetakan lokasi terjadinya perubahan, pada interval waktu tertentu, kemudian mencari hubungan antara terjadinya perubahan dengan keberadaan sejumlah karakteristik lahan. Hubungan
6
antara karakteristik lahan dengan terjadinya perubahan selanjutnya digunakan untuk menyusun prediksi dengan menggunakan regresi logistik biner. Karakteristik lahan yang secara statistik mempunyai hubungan signifikan dengan terjadinya perubahan digunakan sebagai variabel prediktor (independent), sedangkan terjadinya atau tidak terjadinya perubahan penggunaan lahan
berlaku sebagai variabel respon
(dependent). 1.4.1. Data yang digunakan Data utama yang digunakan dalam penelitian ini meliputi: data penggunaan lahan multi temporal (dengan dua klasifikasi, lahan terbangun dan bukan lahan terbangun),
data jaringan jalan, lokasi perguruan tinggi dan
lokasi pusat
perekonomian (central business district). Sesuai dengan ketersediaan data, seperti telah diuraikan pada ruang lingkup penelitian, sumber data utama dalam penelitian ini adalah foto udara atau citra satelit, peta Rupabumi Indonesia skala 1: 25.000 dan data bantu lainnya yang diperoleh dari survei lapangan. Data yang diperlukan dalam penelitian ini diperoleh dari foto udara melalui kegiatan interpretasi. Teknik interpretasi yang digunakan adalah interpretasi visual yang digabungkan dengan teknik digitasi layar (on screen digitizing). Sebelum dilakukan interpretasi, perlu dilakukan koreksi geometrik terhadap foto udara. Koreksi geometrik dimaksudkan agar posisi obyek pada foto udara sesuai dengan posisi sebenarnya. Koreksi dilakukan dengan menggunakan sejumlah titik ikat yang diperoleh dari Peta Rupabumi Indonesia skala 1: 25.000. 1.4.2. Analisis Data Data yang diperlukan dalam penelitian ini diperoleh melalui serangkaian kegiatan pengolahan dan analisis. Kegiatan yang dimaksud secara garis besar meliputi: analisis lokasi perubahan penggunaan lahan, analisis jarak dan kepadatan (distance and density analysis), analisis pemilihan variabel prediktor, korek terhadap sumberyang dilakukan dalam penelitian ini dapat diuraikan sebagai berikut :
7
A. Penyusunan Peta Indeks Perubahan Penggunaan Lahan Peta indeks perubahan penggunaan lahan adalah peta yang menunjukkan distribusi spasial perubahan penggunaan lahan. Elemen dalam peta ini hanya terdiri dari dua kategori yaitu berubah dan tidak berubah. Kategori tersebut dapat direpresentasikan dengan indeks, yaitu 1 untuk berubah dan 0 untuk tidak berubah. Peta indeks perubahan dapat diperoleh dengan menggunakan teknik overlay ataupun menggunakan query aljabar peta (map algebra). Cara pertama digunakan lazim digunakan untuk data format vektor sedangkan cara kedua umumnya digunakan untuk data format raster atau grid. Sesuai dengan keperluan analisis selanjutnya, data spasial yang digunakan dalam penelitian ini disusun dalam format grid (raster). Data yang semula dalam format vektor dikonversi menjadi format grid dengan ukuran sel (piksel) tertentu. Peta perubahan penggunaan lahan diperoleh dengan menerapkan operator matematika “tidak sama dengan” (<>) pada kedua peta. Menggunakan fasilitas map calculator, operator matematika tersebut dapat dituliskan sebagai berikut: Peta Perubahan = [Peta PL1] <> [Peta PL2]
B. Analisis Jarak dan Kepadatan Analisis jarak dan kepadatan dilakukan untuk memperoleh data spasial yang akan digunakan sebagai variabel prediktor dalam model. Variabel yang dimaksud ,mengacu pada penelitian yang dilakukan oleh Ademola et al (2004) dan Aguayo et al (2007),adalah: -
Jarak terhadap jalan utama
-
jarak terhadap pusat perekonomian
-
jarak terhadap lahan terbangun yang sudah ada (existing)
-
jarak terhadap perguruan tinggi, dan
-
Kepadatan jaringan jalan
8
Variabel jarak dalam penelitian ini diperoleh dengan menerapkan analisis proximity, dimana setiap sel (ukuran 10 x 10 m) diberi nilai berupa jarak minimum terhadap elemen tertentu. Elemen yang dimaksud dalam penelitian ini adalah: jalan utama (arteri dan kolektor), lokasi pusat aktifitas perekonomian, lahan terbangun (existing) dan perguruan tinggi. Variabel kepadatan jaringan jalan diperoleh dengan menerapkan algoritma a circular moving window atau disebut juga dengan kernel density estimator (Schadt et al. 2002, Naves et al. 2003 dalam Aguayo et al, 2007). Setiap sel diberi nilai berupa rata-rata kepadatan dari sel-sel disekitarnya yang berada dalam suatu radius tertentu. C. Analisis Pemilihan Variabel Prediktor (univariate analysis) Variabel prediktor yang digunakan dalam model binary logistic regression sebaiknya tidak saling berkorelasi secara spasial, atau dengan kata lain bersifat independent antara satu dengan lainnya. Hal ini dimaksudkan untuk menghindari bias pada hasil pemodelan. Adanya korelasi antar variabel prediktor cenderung meningkatkan nilai kategori tertentu pada hasil prediksi. Analisis statistik Cramer’s, Mann Whitney U dan Join Information Uncertainty bisa digunakan untuk menguji independensi antar variabel prediktor seperti yang diterapkan oleh Almeida et al (2002). Mann Whitney U digunakan untuk menguji apakah ada perbedaan nilai ratarata (mean) dari variabel prediktor, pada lokasi terjadinya perubahan penggunaan lahan dan pada lokasi yang tidak berubah. Apabila dengan uji Mann Whitney U terbukti ada perbedaan, maka variabel prediktor tersebut dapat digunakan dalam model. Sebaliknya, apabila terbukti tidak ada perbedaan, variabel prediktor sebaiknya tidak digunakan. D. Analisis Regresi Logistik Biner (binary logistic regression) Analisis regresi logistik biner bekerja dengan variabel respon (independen) yang bersifat dichotomus atau biner, dan semua tipe data (nominal, ordinal, interval)
9
sebagai variabel prediktor (independen). Dalam penelitian ini, variabel respon yang digunakan adalah terjadinya perubahan dan tidak terjadinya perubahan penggunaan lahan dalam kurun waktu tertentu. Terjadinya perubahan dinotasikan dengan angka 1 dan tidak terjadinya perubahan dinotasikan dengan angka 0. Dalam regresi logistik biner, persamaan regresi akan menghubungkan logit dari perubahan
(pi) yang
berfungsi sebagai variabel respon dengan sejumlah variabel prediktor Xi (1, 2, ...k). Persamaan regresi logistik biner dapat dituliskan sebagai berikut:
Logit (pi) = α + β1X1 + β2X2, βkXk dimana, Pi : α : β1 : X..k :
probabilitas terjadinya peristiwa i (misal perubahan lahan) konstanta persamaan regresi linier koefisien dari variabel prediktor ke 1 Variabel prediktor (1, 2, ... k)
pi Logit (pi) = Ln -------(1-pi) Logit pi pada dasarnya merupakan natural logaritma (ln) dari odd perubahan. Odd suatu peristiwa merupakan rasio antara peluang terjadinya peristiwa dengan peluang tidak terjadinya peristiwa. Dalam kontek perubahan penggunaan lahan, peristiwa disini adalah terjadinya perubahan penggunaan lahan. Berdasarkan hubungan tersebut, peluang (probabilitas terjadinya perubahan) dapat ditentukan dengan menggunakan exponensial dari odd, atau dapat dituliskan sebagai berikut: pi Logit (pi) = Ln ------ = α + β1X1 + β2X2 + βkXk (1-pi) pi ------ = exp. α + β1X1 + β2X2 + βkXk (1-pi) 10
exp. α + β1X1 + β2X2 + βkXk pi = -------------------------------------1 + exp. α + β1X1 + β2X2 + βkXk
1.4.3. Analisis Hasil Pemodelan dan Validasi Persamaan regresi logistik biner digunakan untuk menyusun peta probabilitas perubahan (transisisi) penggunaan lahan. Menggunakan metode aljabar peta (map algebra), peta-peta variabel prediktor disubstitusikan dalam persamaan regresi untuk menghasilkan peta probabilitas transisi. Peta probabilitas penggunaan lahan selanjutnya digunakan sebagai dasar untuk menyusun peta prediksi perubahan penggunaan lahan. Konversi dari probabilitas perubahan menjadi prediksi peubahan dilakukan dengan menggunakan treshhold atau cutvalue tertentu. Hasil prediksi perubahan penggunaan lahan dianalisis melalui perbandingan dengan perubahan yang sesungguhnya terjadi (perubahan aktual ). Tabulasi silang antara peta prediksi perubahan dengan peta perubahan aktual dapat digunakan untuk mengetahui ketelitian hasil prediksi. Ketelitian hasil prediksi dapat dianalisis lebih lanjut dengan mengkaji aspek-aspek yang terkait dengan penggunaan model regresi logistik biner. Metode yang digunakan dalam penelitian ini dapat disusun dalam suatu diagram alir seperti ditunjukkan pada Gambar 1.2.
11
Peta RBI 1:25.000
Foto Udara Tahun 1981
Foto Udara Tahun 2000
Koreksi Geometrik & Interpretasi
Peta Lokasi - Jaringan Jalan - CBD, Perg. Tinggi
Peta PL 1981
Peta PL 2000
- Lahan Terbangun - Bukan Lahan Terbangun
- Lahan Terbangun - Bukan Lahan Terbangun
Analisis Density & Distance)
Peta-Peta Variabel Prediktor Overlay & Analisis Uji Korelasi & Independensi
Peta-Peta Variabel Prediktor Terpilih
Peta Perubahan PL 1981-2000 (Berubah & Tidak Berubah )
Sampling & Logistic Regression Analysis
Model Binary Logistic Regression
Peta Probabilitas Perubahan PL
Validasi
Analisis dan Pembahasan Hasil Pemodelan
Gambar 1.2. Diagram Alir Penelitian 12
1.5. Sistematika Penulisan Thesis ini terdiri dari 5 (lima) bab dengan mengikuti sitematika sebagai berikut: Bab I
: berisi uraian mengenai latabelakang penelitian, tujuan dan sasaran dari penelitian, ruang lingkup penelitian dan metode penelitian yang digunakan.
Bab II : berisi hasil telaah atau studi pustaka yang relevan dengan penelitian yang dilakukan Bab III : berisi uraian secara rinci poses dan tahapan pelaksanaan penelitian sesuai dengan metode yang digunakan Bab IV : berisi hasil penelitian yang diperoleh sesuai engan tujuan dan sasaran yaang telah ditetapkan dan analisis terhadap hasil tersebut Bab V
: berisi kesimpulan yang dapat ditarik dari penelitian yang dilakukan dan saran untuk penelitian sejenis yang mungkin dilakukan oleh peneliti lainnya.
13
