OTOMASI INTERPOLASI HUJAN WILAYAH DENGAN METODE THIESSEN
DEWI HUMAIRA
DEPARTEMEN ILMU KOMPUTER FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2013
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Otomasi Interpolasi Hujan Wilayah dengan Metode Thiessen adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini. Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor. Bogor, Juli 2013 Dewi Humaira NIM G64090080
ABSTRAK DEWI HUMAIRA. Otomasi Interpolasi Hujan Wilayah dengan Metode Thiessen. Dibimbing oleh AGUS BUONO.
Air yang mengalir di sungai berpengaruh kepada kehidupan manusia. Jika banyaknya air hujan yang mengalir di sungai melebihi batas normal, maka di wilayah sekitar sungai akan terjadi musibah yang merugikan masyarakat. Salah satu cara yang dapat mencegah hal tersebut adalah menghitung curah hujan wilayah. Curah hujan wilayah dapat dihitung menggunakan metode Thiessen. Namun, perhitungan curah hujan secara manual akan membutuhkan waktu yang lama. Oleh sebab itu penelitian ini dilakukan. Tujuan penelitian ini adalah mengimplementasikan metode Thiessen agar proses perhitungan curah hujan wilayah menjadi cepat. Thiessen mengakomodasi pembototan curah hujan menggunakan fungsi luas daerah stasiun hujan. Pada sistem yang dibangun di penelitian ini, pengguna memasukkan parameter-parameter yang dibutuhkan oleh sistem. Parameter tersebut adalah curah hujan per stasiun hujan dan luas wilayah stasiun hujan. Setelah parameter diterima oleh sistem, sistem menghitung rata-rata curah hujan wilayah menggunakan metode Thiessen. Nilai ini yang ditampilkan kepada pengguna dan pengguna bisa menggunakannya sesuai kebutuhan. Sistem yang dibangun pada penelitian ini sudah dapat menampilkan hasil perhitungan rataan curah hujan wilayah. Kata kunci: curah hujan, metode Thiessen
ABSTRACT DEWI HUMAIRA. Automatic Interpolation of Rainfall Using Thiessen Method. Supervised by AGUS BUONO.
Water in rivers affects human life. If the amount of rainfall exceeds normal limits, disaster can harm the society in the area. In order to prevent that, the calculation of rainfall is needed. Rainfall can be calculated using Thiessen method. However, calculating rainfall manually takes a long time. Thus, the purpose of this research is to implement Thiessen method such that the calculation will be faster. Thiessen method accommodates weighting rainfall using the area of rainfall stations. User will input parameters needed by system built in this research. These parameters are rainfall per rain station and area of rain stations. The system calculates the average of rainfall using Thiessen method. This value will be shown to the user to be used as needed. This system has been able to show the results of average rainfall calculation. Keywords: rainfall, Thiessen method
OTOMASI INTERPOLASI HUJAN WILAYAH DENGAN METODE THIESSEN
DEWI HUMAIRA
Skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Ilmu Komputer pada Departemen Ilmu Komputer
DEPARTEMEN ILMU KOMPUTER FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2013
Penguji 1 Degi Harja Asmara, SKomp 2 M Asyhar Agmalaro, MKom
Judul Skripsi : Otomasi Interpolasi Hujan Wilayah dengan Metode Thiessen Nama : Dewi Humaira NIM : G64090080
Disetujui oleh
Dr Ir Agus Buono, MSi MKom Pembimbing
Diketahui oleh
Dr Ir Agus Buono, MSi MKom Ketua Departemen
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan September 2012 ini ialah curah hujan, dengan judul Otomasi Interpolasi Hujan Wilayah dengan Metode Thiessen. Terima kasih penulis ucapkan kepada Dr Ir Agus Buono, MSi MKom sebagai pembimbing, serta Mushthofa, SKom MSc yang telah banyak memberi saran. Di samping itu, penghargaan penulis sampaikan kepada Bapak Degi Harja dan Ibu Lisa Tanika dari ICRAF Southeast Asia Regional Office yang telah memberikan saran dan bantuan selama pengumpulan data. Ungkapan terima kasih juga disampaikan kepada Ayahanda Asep Tahyana, Ibunda Rukmiasih, Adik Astridia Permatasari, atas doa, dukungan, dan kasih sayangnya, serta teman-teman Ilkomerz 46 atas segala bantuan dan dukungan yang diberikan. Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, Juli 2013 Dewi Humaira
DAFTAR ISI DAFTAR TABEL
vi
DAFTAR GAMBAR
vi
DAFTAR LAMPIRAN
vi
PENDAHULUAN
1
Latar Belakang
1
Perumusan Masalah
2
Tujuan Penelitian
2
Manfaat Penelitian
2
Ruang Lingkup Penelitian
2
METODE
2
Identifikasi Permasalahan
2
Akuisisi Data
3
Praproses
3
Pengembangan Sistem
4
Implementasi
6
Pengujian Sistem
6
Dokumentasi Sistem
7
HASIL DAN PEMBAHASAN
7
Praproses Data
7
Pengembangan Sistem
8
Implementasi
9
Pengujian Sistem
11
Dokumentasi Sistem
13
KESIMPULAN DAN SARAN
13
Kesimpulan
13
Saran
13
DAFTAR PUSTAKA
14
LAMPIRAN
15
DAFTAR TABEL 1 2 3
Luas stasiun hujan Fungsi-fungsi kebutuhan sistem Hasil uji black box
8 10 11
DAFTAR GAMBAR 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Alur metode penelitian ER diagram Perubahan format data lama menjadi format data baru Perubahan format satuan dari derajat ke desimal Peta DAS Way Besai dan 3 titik stasiun hujan Contoh data curah hujan per stasiun Alur kerja sistem Skema uji black box sistem otomasi interpolasi hujan wilayah Grafik perbandingan ukuran gambar dengan rata-rata error kuadrat Grafik perbandingan ukuran gambar dengan ragam error Grafik perbandingan ukuran gambar dengan nilai RMSE Grafik perbandingan nilai RMSE dengan waktu eksekusi
3 6 7 7 8 9 9 11 12 12 13 13
DAFTAR LAMPIRAN 1 2 3 4
Skenario uji black box Tampilan sistem otomasi interpolasi hujan wilayah Manual instalasi sistem otomasi interpolasi hujan wilayah Cara penggunaan sistem otomasi interpolasi hujan wilayah
15 17 20 21
PENDAHULUAN Latar Belakang Air merupakan sumber kehidupan seluruh makhluk hidup yang ada di bumi. Jika ketersediaan air terganggu, maka akan mempengaruhi kehidupan manusia. Salah satu tempat yang paling banyak mengandung air adalah sungai. Air yang mengalir di sungai merupakan air yang berasal dari hujan. Air tersebut juga dipengaruhi oleh topografi lahan, tumbuhan, dan teknologi yang dibuat oleh manusia untuk mencegah drainase (Van Noordwijk et al. 2011). Air hujan yang turun ke permukaan tanah yang tertutup tidak akan dapat diserap oleh tanah. Apabila air hujan yang tidak terserap ada dalam jumlah yang besar, air dapat berubah menjadi banjir pada musim hujan. Air yang tidak terserap itu pula menyebabkan tidak adanya cadangan air dalam tanah pada musim kemarau. Hal ini dapat menyebabkan musibah bagi masyarakat, yaitu kekeringan. Daerah aliran sungai (DAS) adalah daerah yang dibatasi punggungpunggung gunung tempat air hujan yang jatuh pada daerah tersebut ditampung oleh punggung gunung dan dialirkan melalui sungai (Kodoatie dan Sjarief 2010). Menurut Van Noordwijk et al. (2004), hingga tingkat curah hujan tertentu fungsi hidrologis DAS adalah kemampuan DAS dalam hal transmisi air, penyangga pada puncak kejadian hujan, pelepasan air secara perlahan, memelihara kualitas air, mengurangi perpindahan massa tanah, mengurangi erosi dan mempertahankan iklim mikro. Pemanfaatan air dan rancangan pengendalian banjir memerlukan nilai curah hujan. Curah hujan yang diperlukan bukan curah hujan pada suatu titik tertentu, namun curah hujan rata-rata di seluruh daerah yang bersangkutan. Curah hujan ini disebut curah hujan wilayah. Wilayah yang biasa digunakan dalam perhitungan curah hujan wilayah adalah DAS. Pada DAS bisa terdapat lebih dari 1 stasiun hujan. Stasiun hujan berfungsi untuk mengukur curah hujan yang turun pada daerah tersebut. Data curah hujan yang diperoleh dari masing-masing stasiun hujan akan dihitung menggunakan metode tertentu untuk menghasilkan nilai curah hujan wilayah. Perhitungan curah hujan wilayah dapat dilakukan dengan beberapa cara, antara lain metode perhitungan rata-rata aljabar, metode Thiessen, dan metode Isohyet. Metode perhitungan rata-rata aljabar adalah metode yang menghitung rata-rata curah hujan dari seluruh stasiun hujan yang ada di DAS. Metode Thiessen mengakomodasi pembobotan curah hujan menggunakan fungsi luas daerah stasiun hujan. Metode Thiessen umum digunakan pada saat sebaran stasiun hujan tidak merata. Metode Isohyet mengklasifikasikan daerah yang mempunyai nilai curah hujan yang sama ke dalam 1 kelas kemudian menghitung curah hujan wilayahnya. Metode ini digunakan jika sebaran stasiun hujan merata. Pada penelitian ini metode Thiessen digunakan sebagai metode perhitungan rataan curah hujan wilayah karena jarak antar stasiun hujan tidak merata (Thiessen 1911). Algoritme metode Thiessen diimplementasikan menjadi sebuah sistem agar proses perhitungan curah hujan wilayah dapat lebih cepat dilakukan sehingga hasilnya pun lebih cepat diketahui.
2 Perumusan Masalah Jika dilakukan secara manual perhitungan nilai curah hujan wilayah menggunakan metode Thiessen membutuhkan waktu yang lama karena banyaknya data yang harus dihitung. Dari rumusan permasalahan ini muncullah pertanyaan bagaimana mengetahui curah hujan wilayah dalam waktu yang singkat. Tujuan Penelitian Tujuan penelitian ini adalah mengimplementasikan algoritme metode Thiessen untuk otomasi perhitungan nilai curah hujan wilayah. Manfaat Penelitian Manfaat penelitian ini adalah dapat membantu peneliti atau pelaksana di lapangan dalam membuat pemodelan dan penyediaan data curah hujan wilayah. Ruang Lingkup Penelitian Ruang lingkup penelitian ini antara lain: 1 Data penelitian ini menggunakan data yang dikumpulkan oleh ICRAF Southeast Asia Regional Office. 2 Perhitungan curah hujan wilayah dilakukan pada DAS. 3 Periode curah hujan yang dihitung untuk perhitungan rataan curah hujan wilayah adalah selama 1 tahun. 4 DAS yang akan digunakan dalam sistem otomasi ini adalah DAS Way Besai di Lampung. 5 Pengembangan sistem otomasi ini menggunakan framework CodeIgniter.
METODE Penelitian dilakukan dalam beberapa tahap. Tahap pertama yaitu identifikasi permasalahan. Tahap kedua adalah akuisisi data. Tahap ketiga adalah praproses data. Tahap keempat adalah pengembangan sistem. Tahap kelima adalah implementasi. Tahap keenam adalah pengujian sistem. Tahap terakhir adalah dokumentasi sistem. Secara garis besar, metode penelitian dapat dilihat pada Gambar 1. Identifikasi Permasalahan Pada tahapan ini diidentifikasi permasalahan apa yang dihadapi pada saat proses perhitungan nilai curah hujan wilayah di lapangan. Jika diketahui akar permasalahan tersebut, maka diharapkan dapat dihasilkan pemecahan masalah yang bermanfaat bagi pengguna.
3
Gambar 1 Alur metode penelitian Akuisisi Data Data yang digunakan dalam penelitian ini merupakan data sekunder. Data diperoleh dari ICRAF Southeast Asia Regional Office. Data yang diperoleh dari ICRAF merupakan data yang dihimpun dari BMKG atau lembaga-lembaga lain yang memiliki kepentingan untuk mengukur curah hujan. Data tersebut berupa data curah hujan, data daerah stasiun hujan, dan data peta DAS. Praproses Pada tahapan ini, data yang didapat dari tahapan sebelumnya akan diformat terlebih dahulu ke dalam bentuk sesuai kebutuhan sistem. Data tersebut kemudian akan dinormalisasi. Kedua hal ini dilakukan agar mempermudah proses pengolahan data selanjutnya. Perubahan format pada data curah hujan bisa dilakukan dengan cara penggunaan makro pada Microsoft Excel dan pemberian nilai ‘null’ pada sel kosong. Penggunaan makro pada Microsoft Excel akan dilakukan jika pada data asli curah hujan suatu wilayah terdapat di beberapa kolom. Curah hujan suatu wilayah lebih baik dituliskan secara berurut dari tanggal 1 Januari sampai 31 Desember di dalam satu kolom yang sama. Hal ini akan memudahkan pengguna pada saat memasukan data curah hujan ke pangkalan data. Sedangkan pemberian nilai ‘null’ pada sel kosong dilakukan agar bisa dimasukkan ke pangkalan data dan diproses oleh sistem. Pada tahap pemilihan data wilayah, data dapat diperoleh dengan cara memilah kolom nama stasiun, nama DAS, dan titik koordinat stasiun hujan pada data daerah stasiun hujan. Selain kolom titik koordinat, tidak dilakukan perubahan apapun dalam format penulisan data wilayah. Perubahan satuan data pada kolom
4 titik koordinat stasiun hujan dilakukan karena lebih mudah dalam hal penulisannya. Format baru juga lebih umum digunakan oleh perangkat lunak berbasis peta. Perubahan satuan dari derajat ke desimal dapat menggunakan persamaan berikut: ( ) (
)
Keterangan: des = desimal x = derajat y = menit z = detik Data peta tersedia dalam format shapefile. Data peta akan digabung dengan data titik koordinat stasiun hujan, yang telah diubah satuannya, menggunakan perangkat lunak ArcMap. Setelah penggabungan selesai, hasil penggabungan tersebut dapat disimpan dalam bentuk digital lainnya, seperti JPEG. Perubahan format data menjadi JPEG akan mempermudah dalam pengolahan data perhitungan luas hujan wilayah. Pengembangan Sistem Tahap pengembangan sistem akan dibagi menjadi 2 bagian, yaitu: 1 Analisis kebutuhan pengguna. Tahap ini menganalisis fungsi yang dibutuhkan oleh pengguna pada saat penggunaan sistem. Tahap ini dilakukan dengan cara berdiskusi dengan pihak ICRAF selaku pengguna sistem. 2 Desain sistem. 2A Desain proses. Masukan Data titik koordinat stasiun hujan dan peta yang sudah digabungkan akan diproses menggunakan perangkat lunak MATLAB. Perangkat lunak digunakan untuk menghitung luas wilayah per stasiun hujan. Tahap-tahap untuk memperoleh luas wilayah setiap stasiun hujan dalam satu wilayah adalah sebagai berikut: 1 Ubah gambar menjadi citra grayscale. 2 Tentukan tepian citra no 1. 3 Buat plot sesuai dengan citra no 2. Jika piksel citra bernilai 1, gambarkan ‘.’ pada plot. 4 Tentukan titik koordinat dari masing-masing stasiun hujan. Tambahkan pada plot no 3. 5 Buat gridpoint sebanyak ukuran citra. Misal, dari 1 sampai 200. Untuk setiap poin, cek poin termasuk di dalam wilayah atau luar wilayah. 6 Setiap poin yang termasuk ke dalam wilayah, hitung jarak Euclidean dengan masing-masing titik koordinat stasiun hujan. 7 Untuk masing-masing titik koordinat stasiun hujan, hitung persentase banyaknya poin yang mendekati titik koordinat. Hasil ini yang digunakan sebagai pembobot data curah hujan per-stasiunnya. Luas stasiun hujan dapat menggunakan persamaan berikut (Walpole 1990):
5 la
a a
la
Keterangan: x = banyaknya titik yang dekat dengan stasiun ke–i la = luas wilayah DAS na = total titik yang ada di dalam wilayah DAS n = total titik yang disebar pi = luas stasiun ke-i Luas wilayah per stasiun disatukan dengan data wilayah yang lainnya ketika hasil perhitungan sudah didapat. Pada saat atribut data wilayah lengkap, data tersebut dan data curah hujan per stasiun hujan dimasukkan ke pangkalan data. Pada saat pengguna meminta data curah hujan wilayah pada tahun tertentu, sistem akan meminta masukan berupa data curah hujan per stasiun hujan dan luas stasiun hujannya. Sistem akan mengakses basis data untuk mendapatkan nilainilai tersebut. Proses Thiessen (1911) menyatakan bahwa curah hujan yang terukur di stasiun manapun seharusnya merepresentasikan curah hujan hanya untuk daerah tersebut termasuk setengah jarak antara stasiun tersebut dengan stasiun sekitarnya. Maka, setiap stasiun hujan diberikan bobot berupa luas wilayahnya sendiri yang menghasilkan persamaan sebagai berikut: ∑ ∑ Keterangan: Pr = curah hujan rata-rata Pn = curah hujan tiap stasiun hujan An = luas wilayah tiap stasiun hujan ΣAn = total luas wilayah Pada saat data masukan untuk sistem diperoleh, sistem memproses data-data tersebut sesuai dengan persamaan diatas. Keluaran Keluaran dari sistem ini berupa data rataan curah hujan wilayah yang telah diproses oleh sistem dan dapat dilihat di website atau kemudian disimpan dalam bentuk data dengan format Excel. Pengguna dapat memilih hasil keluaran disimpan dalam bentuk file atau tidak sesuai dengan kebutuhannya. Hasil keluaran akan memuat data curah hujan per stasiun, data wilayah, dan data hujan wilayah untuk periode 1 tahun. 2B Desain basis data. Sistem otomasi ini memiliki 2 entitas, yaitu entitas wilayah dan entitas hujan. Entitas wilayah memiliki atribut nama DAS, nama stasiun hujan, latitud, longitud, luas wilayah dan id wilayah yang merupakan primary key. Entitas hujan memiliki atribut curah hujan sebagai primary key, tanggal, dan id wilayah sebagai foreign key. Entitas wilayah dan entitas hujan memiliki relasi one to many yang
6 diperlihatkan pada Gambar 2. Hal ini dapat diartikan bahwa 1 wilayah bisa mempunyai curah hujan yang banyak, sedangkan 1 curah hujan hanya terdapat pada 1 wilayah. Hal ini juga yang menyebabkan munculnya foreign key di entitas hujan. Kedua entitas akan menjadi nama tabel dalam basis data, sedangkan atribut dari entitas akan menjadi judul kolom dalam tabel basis data. 2C Desain antarmuka sistem. Pengguna akan memilih DAS yang ingin dihitung curah hujan wilayahnya. Pengguna juga harus memilih tahun berapa data curah hujan yang akan digunakan. Setelah itu pengguna bisa menekan tombol ‘Calculate’ untuk memproses keluarannya. Implementasi Metode Thiessen akan diimplementasikan ke dalam sebuah sistem berbasis website yang menggunakan bahasa pemrograman PHP dengan framework CodeIgniter dan DBMS MySQL. Pengujian Sistem Pada tahap ini akan diuji fungsi-fungsi yang terdapat pada sistem. Fungsifungsi tersebut akan dinilai apakah berfungsi dengan baik dan sudah memenuhi kebutuhan yang diperlukan oleh pengguna (Desikan dan Ramesh 2006). Uji sistem yang akan digunakan adalah uji black box dan root mean square error (RMSE). Uji black box tidak membutuhkan struktur internal dari sistem tersebut (Samaroo et al. 2010). Penguji hanya mengetahui apa saja yang seharusnya bisa dilakukan oleh sistem namun tidak mengetahui bagaimana sistem tersebut bekerja (Patton 2000). Uji RMSE adalah uji yang mengukur perbedaan antara nilai yang diprediksi oleh model atau estimator dengan nilai hasil observasi. Perangkat keras yang digunakan dalam tahap ini adalah sebuah perangkat komputer yang dilengkapi dengan: Sistem operasi : Microsoft Windows 7 Profesional Prosesor : Intel Core i5 (1.70 GHz) Memori RAM : 4 GB Kartu Grafis : NVIDIA GeForce GT 620M Software : Matlab R2008b Harddisk : 500 GB
Gambar 2 ER diagram
7 Dokumentasi Sistem Sistem yang dibuat akan didokumentasikan dalam bentuk manual instalasi dan cara penggunaannya. Manual instalasi akan menjelaskan bagaimana cara mengatur sistem di perangkat pengguna sebelum pengguna menggunakan sistem ini. Cara penggunaan akan berisi penjelasan singkat bagaimana cara menggunakan sistem dari pemilihan data hingga proses perhitungan didapatkan.
HASIL DAN PEMBAHASAN Praproses Data Data curah hujan dan data titik koordinat stasiun hujan adalah data yang harus dipraproses agar bisa digunakan oleh tahapan selanjutnya. Pada Gambar 3 dapat dilihat bahwa ada 2 jenis data, data sebelah kiri merupakan data asli yang diperoleh dari sumber data dan data sebelah kanan merupakan data hasil praproses yang telah dilakukan. Pada data asli curah hujan diterapkan suatu algoritme untuk memindahkan data-data yang awalnya berada di beberapa kolom (terdiri dari kolom data curah hujan per tahun dan kolom tanggal) menjadi 2 kolom (terdiri dari kolom tanggal dan data curah hujan). Kemudian, setelah data sudah menjadi 2 kolom, diterapkan sebuah algoritme untuk mengisi kolom data curah hujan yang kosong dengan nilai ‘null’. Selain data curah hujan, data titik koordinat juga merupakan data yang harus dipraproses agar bisa diproses oleh sistem. Pada data tersebut dilakukan perubahan satuan koordinat dari derajat ke desimal. Perubahan data titik koordinat ditampilkan pada Gambar 4. Data Lama
Data Baru
Gambar 3 Perubahan format data lama menjadi format data baru
Gambar 4 Perubahan format satuan dari derajat ke desimal
8 Pengembangan Sistem Data Luas Wilayah Pada tahap pengembangan sistem, telah didapatkan algoritme untuk menghitung luas wilayah per stasiun hujan. Gambar asli akan diproses dengan alogritme ini dan menghasilkan keluaran berupa proporsi luas wilayah per stasiun hujan. Ukuran file asli dikurangi terlebih dahulu menjadi 200×200 piksel. Hal ini bertujuan untuk mengurangi waktu komputasi algoritme yang digunakan. Setelah gambar sudah dikurangi ukurannya, gambar asli dipetakan ke sebuah grafik yang membentuk seperti gambar asli itu sendiri. Kemudian, untuk setiap titik dari 0 sampai dengan 200 di sumbu x dan sumbu y akan diperiksa, apakah titik termasuk ke dalam stasiun hujan tertentu atau tidak termasuk ke dalam stasiun hujan tertentu. Setelah itu, akan diakumulasi berapa banyak titik yang terdapat di dalam 1 stasiun hujan. Setelah nilai akumulasi didapat, nilai tersebut akan dibagi dengan total titik yang ada di dalam DAS-nya berjumlah 40 000 titik. Pada penelitian ini digunakan Gambar 5, peta berukuran 200×200 piksel. Titik pusat stasiun hujan ada di 3 wilayah. Wilayah A di titik (49.54, 130.70), wilayah B di titik (113.59, 68.13), dan wilayah C di titik (173.96, 73.39). Jika dijalankan algoritme perhitungan luas wilayah pada data tersebut maka diperoleh data Tabel 1. Data Curah Hujan per Wilayah Data curah hujan per wilayah berisi tanggal hujan dan curah hujan dari masing-masing wilayah. Data yang akan digunakan pada tahapan ini merupakan data yang dihasilkan pada tahapan praproses. Contoh tampilan 8 data teratas dari data curah hujan ketiga stasiun hujan dan tanggal hujan dapat dilihat pada Gambar 6.
Gambar 5 Peta DAS Way Besai dan 3 titik stasiun hujan Tabel 1 Luas stasiun hujan Titik koordinat stasiun hujan Luas stasiun hujan A (49.54, 130.70) 0.1968 B (113.59, 68.13) 0.2266 C (173.96, 73.39) 0.0817
9
Gambar 6 Contoh data curah hujan per stasiun Data Curah Hujan Wilayah Data curah hujan wilayah merupakan data hasil perhitungan curah hujan rata-rata suatu wilayah menggunakan metode Thiessen. Data masukan berupa data curah hujan per stasiun hujan dan luas stasiun hujannya. Identifikasi Kebutuhan Pengguna Secara garis besar, pengguna dapat memilih DAS yang ingin dihitung curah hujan wilayahnya. Pengguna juga harus memilih tahun data yang akan diproses. Setelah sistem selesai memproses masukan, sistem memberikan hasil perhitungan curah hujan wilayah kepada pengguna. Alur kerja sistem secara garis besar ditunjukkan pada Gambar 7. Berdasarkan dari kebutuhan pengguna ini, dibutuhkan beberapa fungsi yang harus ada pada sistem. Fungsi-fungsi tersebut dapat dilihat pada Tabel 2. Implementasi Perhitungan luas wilayah stasiun hujan diimplementasikan menggunakan MATLAB R2008b. Sedangkan proses perhitungan rataan curah hujan menggunakan metode Thiessen diimplementasikan ke dalam sebuah sistem berbasis website yang menggunakan bahasa pemrograman PHP dengan framework CodeIgniter dan DBMS MySQL. Pada penelitian ini data yang digunakan adalah data DAS Way Besai di Lampung untuk tahun 1998, 1999, 2000, dan 2001. Perhitungan luas wilayah stasiun hujan bisa menggunakan perangkat lunak selain MATLAB, yaitu ArcMap. Pada ArcMap terdapat tools untuk menghitung data spasial. Tools tersebut merupakan aplikasi tambahan berbayar untuk ArcMap sehingga tidak semua pengguna yang memiliki ArcMap atau ArcGIS dapat menghitung luas wilayah stasiun hujan. Hal ini yang mendasari pada penelitian ini menggunakan MATLAB sebagai perangkat lunak untuk menghitung luas wilayah stasiun hujan.
Gambar 7 Alur kerja sistem
10
Kode fungsi T01 T02 T03
T04 T05
T06
T07 T08
T09
T10 T11
T12 T13
T14 T15
T16
Tabel 2 Fungsi-fungsi kebutuhan sistem Nama fungsi Keterangan Halaman Fungsi untuk menampilkan halaman utama Thiessen dari sistem. Pilihan DAS Fungsi untuk menampilkan daftar pilihan DAS yang bisa diolah oleh pengguna. Pilihan tahun Fungsi untuk menampilkan daftar pilihan tahun dari DAS yang telah dipilih oleh pengguna. Hitung rataan Fungsi untuk menghitung rataan curah hujan menggunakan metode Thiessen. Halaman hasil Fungsi untuk menampilkan hasil hitungan hitung rataan rataan dan data curah hujan per stasiun hujan. Data DAS Fungsi untuk menampilkan rincian data DAS, seperti nama stasiun hujan, titik koordinat stasiun hujan dan proporsi luas stasiu hujan. Export to Excel Fungsi untuk mengubah hasil hitung rataan dari halaman sistem menjadi format Excel. Pilihan periode Fungsi untuk menampilkan pilihan dan hitung rataan melakukan perhitungan periode curah hujan wilayah. Pilihan periode terdiri dari harian, bulanan, dan tahunan. Pilihan ukuran Fungsi untuk menampilkan pilihan dan citra melakukan perubahan ukuran citra, terdiri dari asli, 200×200 piksel, dan 100×100 piksel. Upload peta Fungsi untuk mengunggah peta ke sistem. Pilih titik Fungsi untuk memilih titik koordinat di koordinat peta gambar yang ditampilkan oleh sistem. Titik koordinat ini merupakan titik yang akan digunakan dalam proses pembagian wilayah menggunakan Poligon Thiessen. Tambah data Fungsi untuk menambahkan data stasiun ke stasiun pangkalan data. Upload CSV Fungsi untuk mengunggah dokumen comma-separated value yang berisi data curah hujan per wilayah. Notifikasi Fungsi untuk menampilkan data yang tambah data berhasil dimasukkan ke pangkalan data Hitung luas Fungsi untuk menghitung luas wilayah dari wilayah gambar yang diunggah sesuai dengan perhitungan luas dari metode Thiessen. Halaman Fungsi yang menampilkan halaman untuk masukkan peta mengunggah peta ke sistem.
11 Pengujian Sistem Uji Black Box Setelah sistem diimplementasikan, dilakukan pengujian terhadap sistem tersebut menggunakan uji black box. Hasil dari uji ini menyatakan bahwa fungsifungsi yang ada pada sistem sudah berjalan dengan baik. Keluaran yang diberikan sudah sesuai dengan masukan yang diberikan pengguna. Skema uji black box dapat dilihat pada Gambar 8, hasil dari uji black box dapat dilihat pada Tabel 3, skenario uji black box dapat dilihat pada Lampiran 1, dan tampilan hasil pengujian dapat dilihat pada Lampiran 2. Uji Root Mean Square Error (RMSE) Uji RMSE membandingkan nilai dari data luas hasil perhitungan ArcGIS dan data luas hasil perhitungan MATLAB. Uji ini diterapkan pada data curah hujan dengan berbagai macam ukuran gambar. Ukuran gambar yang digunakan adalah 50×50, 100×100, 150×150, 200×200, 250×250, 300×300, 350×350, 400×400, 450×450, 500×500, dan 591×535 piksel (ukuran asli gambar). Data yang digunakan dalam pengujian ini ada 4, yaitu data tahun 1998, 1999, 2000, dan 2001. Tabel 3 Hasil uji black box Nama fungsi (kode fungsi) Hasil uji Halaman Thiessen (T01) Sukses Pilihan DAS (T02) Sukses Pilihan tahun (T03) Sukses Hitung rataan (T04) Sukses Halaman hasil hitung rataan (T05) Sukses Data DAS (T06) Sukses Export to Excel (T07) Sukses Pilihan periode hitung rataan (T08) Sukses Pilihan ukuran citra (T09) Sukses Upload peta (T10) Sukses Pilih titik koordinat peta (T11) Sukses Tambah data stasiun (T12) Sukses Upload CSV (T13) Sukses Notifikasi tambah data (T14) Sukses Hitung luas wilayah (T15) Sukses Halaman masukkan peta (T16) Sukses
Masukan
Uji black box sistem otomasi interpolasi curah hujan
Keluaran
Gambar 8 Skema uji black box sistem otomasi interpolasi hujan wilayah Nilai RMSE yang dihasilkan dari perbandingan nilai curah hujan hasil
12 Hasil perbandingan rata-rata error kuadrat dapat dilihat pada Gambar 9. Grafik tersebut menunjukan bahwa urutan nilai rata-rata error kuadrat dari yang paling kecil hingga paling besar adalah data dengan ukuran asli, 350×350, 500×500, 450×450, 400×400, 300×300, 250×250, 200×200, 150×150, 100×100, dan 50×50 piksel. Hasil perbandingan ragam error dapat dilihat pada Gambar 10. Grafik tersebut menunjukan bahwa dari gambar dengan ukuran asli hingga gambar dengan ukuran 200×200 piksel, ragam error yang diperoleh mendekati 0. Hasil RMSE dapat dilihat pada Gambar 11. Grafik tersebut menunjukan bahwa urutan nilai RMSE dari nilai terkecil hingga terbesar adalah gambar ukuran asli, 350×350, 500×500, 450×450, 400×400, 300×300, 250×250, 200×200, 150×150, 100×100, dan 50×50 piksel. Waktu komputasi berdasarkan ukuran gambar dapat dilihat pada Gambar 12. Gambar tersebut menunjukan bahwa ukuran 50×50 piksel memiliki waktu komputasi yang paling sedikit. Namun, jika hal ini dikaitkan dengan nilai RMSEnya maka gambar dengan ukuran 50×50 piksel tidak bagus untuk digunakan karena memiliki nilai error yang cukup besar. Berdasarkan pada Gambar 12, pada penelitian ini digunakan gambar dengan ukuran 200×200 piksel. Gambar ukuran 200×200 piksel memiliki variasi error yang mendekati 0 dan waktu komputasi nya pun tidak terlalu lama dibandingkan dengan gambar lain yang memiliki variasi error mendekati 0. Tahun 1998 1999 2000 2001
Rataan error kuadrat (mm2)
3.50 3.00 2.50 2.00 1.50 1.00 0.50 0.00 0
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 Asli 550 Ukuran (piksel)
Gambar 9 Grafik perbandingan ukuran gambar dengan rata-rata error kuadrat 90.00
Ragam error (mm4)
80.00 70.00 60.00 50.00
Tahun 1998 1999 2000 2001
40.00 30.00 20.00 10.00 0.00 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 Asli 550 Ukuran (piksel)
Gambar 10 Grafik perbandingan ukuran gambar dengan ragam error
13 1.80 Tahun 1998 1999 2000 2001
1.60 RMSE (mm)
1.40 1.20 1.00 0.80 0.60 0.40 0.20 0.00 0
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 Asli 550 Ukuran (piksel)
Gambar 11 Grafik perbandingan ukuran gambar dengan nilai RMSE Ukuran (piksel) 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 Asli
Waktu eksekusi (menit)
250
200 150 100 50 0 0.00
0.20
0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 Rata-rata RMSE (mm)
1.40
Gambar 12 Grafik perbandingan nilai RMSE dengan waktu eksekusi Dokumentasi Sistem Dokumentasi sistem dalam penelitian ini terdiri dari dua jenis, yaitu manual instalasi dan cara penggunaannya. Manual instalasi dapat dilihat pada Lampiran 3. Cara penggunaan sistem dapat dilihat pada Lampiran 4.
KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Pada penelitian ini telah diimplementasikan algoritme Thiessen untuk menghitung curah hujan suatu wilayah. Algoritme Thiessen ini diimplementasikan pada suatu sistem berbasis web. Sistem akan meminta masukan berupa luas stasiun hujan dan data curah hujan harian. Kemudian akan dihitung curah hujan wilayahnya sesuai dengan metode Thiessen. Saran Pada penelitian selanjutnya, diharapkan dapat membuat sebuah sistem yang memuat semua metode interpolasi curah hujan agar pengguna bisa memilih metode sesuai dengan kebutuhan dan keadaan di lapangan.
14
DAFTAR PUSTAKA Desikan S, Ramesh G. 2006. Software Testing: Principles and Practices. New Delhi (IN): Pearson Education. Kodoatie RJ, Sjarief R. 2010. Tata Ruang Air. Yogyakarta (ID): ANDI. Patton R. 2000. Software Testing. 1st ed. Indianapolis (US): Sams Publishing. Montgomery DC, Jennings CL, Kulahci M. 2008. Introduction to Time Series Analysis and Forecasting. New Jersey (US): Wiley. Samaroo A, Thompson G, Williams P. 2010. Software Testing: An Istqb-iseb Foundation Guide. 2nd ed. Hambling B, editor. Swindon (GB): British Computer Society. Thiessen AH. 1911. Precipitation averages for large areas. Monthly Weather Review. 39(7):1082-1089. doi:10.1175/1520-0493(1911)39<1082b:PAFLA>2. 0.CO;2 Van Noordwijk M, Agus F, Suprayogo D, Hairiah K, Pasya G, Verbist B, Farida. 2004. Peranan agroforestri dalam mempertahankan fungsi hidrologi daerah aliran sungai (DAS). Agrivita. 26(1):1-8. Van Noordwijk M, Widodo RH, Farida A, Suyamto DA, Lusiana B, Tanika L, Khasanah N. 2011. GenRiver and FlowPer: Generic River Flow Persistence Model, User Manual Version 2.0. Bogor (ID): World Agroforestry Centre (ICRAF) Southeast Asia Regional Program. Walpole RE. 1990. Pengantar Statistika. Ed ke-3. Jakarta (ID): Gramedia.
15 Lampiran 1 Skenario uji black box Nama fungsi Skenario (Kode fungsi) Halaman 1 Berada di halaman awal Thiessen sistem. (T01) 2 Pilih menu ‘Thiessen’. 3 Pilih sub-menu ‘Choose DAS’. Pilihan DAS 1 Berada di halaman utama (T02) sistem. 2 Pilih DAS di dropdown ‘Choose DAS’. Pilihan tahun 1 Sudah memilih DAS yang (T03) akan diolah. 2 Pilih tahun yang tersedia di w ‘Ch Y a ’. Hitung rataan 1 DAS dan tahun sudah (T04) dipilih. 2 Tekan tombol ‘Calculate’. Halaman hasil 1 Tombol ‘Calculate’ sudah hitung rataan ditekan. (T05) 2 Berada di halaman baru (result). Data DAS 1 Tombol ‘Calculate’ sudah (T06) ditekan. 2 Berada di halaman result.
Export to Excel (T07) Pilihan periode hitung rataan (T08)
Pilihan ukuran citra (T09) Upload peta (T10)
1 Tekan ‘Export to Excel’. 2 Pilih tempat untuk menyimpan hasil export. 1 Sudah memilih DAS dan tahun yang akan diolah. 2 Pilih periode di dropdown ‘Choose PERIOD’.
1 Berada di halaman Insert DAS. 2 Pilih ukuran di radiobutton. Sudah memilih gambar yang akan diunggah
Keluaran yang diharapkan Menampilkan halaman utama sistem otomasi.
Menampilkan daftar pilihan DAS yang bisa diolah oleh pengguna. Menampilkan daftar pilihan tahun dari DAS yang telah dipilih oleh pengguna. Menghitung rataan curah hujan menggunakan metode Thiessen. Menampilkan hasil hitungan rataan dan data curah hujan per stasiun hujan. Menampilkan rincian data wilayah, seperti nama stasiun hujan, titik koordinat stasiun hujan dan proporsi luas stasiu hujan. Mengubah hasil hitung rataan dari halaman sistem menjadi format Excel. Menampilkan daftar pilihan periode perhitungan kemudian memproses curah hujan sesuai dengan periode yang dipilih pengguna. Mengubah ukuran citra sesuai radiobutton yang dipilih oleh pengguna. Mengunggah citra ke sistem.
16 Lampiran 1 Lanjutan Nama fungsi Skenario (Kode fungsi) Pilih titik 1 Sudah menekan tombol koordinat peta ‘u l a mag ’. (T11) 2 Berada di halaman upload data. 3 Tekan titik sesuai dengan yang terlihat pada citra. Tambah data 1 Sudah menekan tombol stasiun ‘u l a mag ’. (T12) 2 Berada di halaman upload data. 3 Isi data stasiun. Upload csv 1 Sudah menekan tombol (T13) ‘u l a mag ’. 2 Berada di halaman upload data. 3 Pilih data yang akan diunggah. 4 Tekan tombol ‘Upload Files!’ Notifikasi 1 Berada di halaman upload tambah data data. (T14) 2 Sudah memilih titik koordinat peta. 3 Sudah menulis data stasiun. 4 Sudah menekan tombol ‘Upload Files!’. 5 Sudah menetan tombol ‘Add Station’. Hitung luas 1 Berada di halaman upload wilayah data. (T15) 2 Sudah memasukkan data ke sistem sesuai dengan jumlah stasiun yang ada. 3 Menekan tombol ‘Finish’. Halaman 1 Berada di halaman awal masukkan peta sistem. (T16) 2 Pilih menu ‘Thiessen’. 3 Pilih sub-menu ‘Insert DAS’.
Keluaran yang diharapkan Menampilkan titik koordinat yang dipilih
Menampilkan data yang dimasukan.
File terpilih dan diunggah ke folder sistem.
Menampilkan data stasiun dan titik koordinat peta yang ditambahkan ke sistem.
Menampilkan halaman sukses mengunggah data.
Menampilkan halaman utama untuk mengunggah peta.
17 Lampiran 2 Tampilan sistem otomasi interpolasi hujan wilayah Nama fungsi Tampilan halaman (Kode fungsi) Halaman Thiessen (T01) Pilihan DAS (T02)
Pilihan tahun (T03)
Hitung rataan (T04)
Halaman hasil hitung rataan (T05)
Data DAS (T06)
18 Lampiran 2 Lanjutan Nama fungsi (Kode fungsi) Export to Excel (T07)
Tampilan halaman Tombol ‘Export to Excel’ Hasil ‘Export to Excel’
Pilihan ukuran citra (T09)
Upload peta (T10)
Pilih titik koordinat peta (T11)
Tambah data stasiun (T12)
Upload csv (T13) Notifikasi tambah data (T14)
19 Lampiran 2 Lanjutan Nama fungsi Tampilan halaman (Kode fungsi) Hitung luas wilayah (T15)
Halaman masukkan peta (T16)
20 Lampiran 3 Manual instalasi sistem otomasi interpolasi hujan wilayah MANUAL INSTALASI Manual instalasi digunakan jika pengguna hanya mengakses sistem menggunakan localhost dan di dalam perangkat keras yang digunakan sudah terinstall software MATLAB atau MATLAB Compiler Runtime. Berikut cara untuk dapat menggunakan sistem otomasi interpolasi hujan wilayah : 1 File ‘icraf’ terdiri dari beberapa sub-file, yaitu :
2 Letakkan file ‘icraf’ ke dalam folder htdocs. 3 Buat basis data baru bernama ‘area’ di MySql
4 Masuk ke dalam basis data ‘area’. Pilih menu Import, kemudian pilih file area_thiessen.sql yang terdapat di folder ‘icraf’
5 Aktifkan Apache dan MySql pada xampp-control.
6 Ketik localhost/icraf pada browser.
21 Lampiran 4 Cara penggunaan sistem otomasi interpolasi hujan wilayah CARA PENGGUNAAN 1 Tuliskan ‘localhost/icraf’ pada kotak di browser 2
Jika data ada pada sistem maka pilih menu ‘Thiessen’, kemudian pilih menu ‘Choose DAS’. Jika data tidak ada pada sistem maka lanjutkan ke langkah no 9.
3 Pada dropdown ‘Select DAS’, pilih DAS yang ingin diketahui hujan wilayahnya.
4
Pada dropdown ‘Select YEAR’, pilih tahun yang ingin diproses datanya.
5
Pada dropdown ‘Select PERIOD’, pilih periode yang ingin dihitung. Perhitungan dilakukan untuk data per hari, data per bulan, atau data per tahun.
22 Lampiran 4 Lanjutan 6 Tekan tombol ‘Calculate’ untuk memproses perhitungan rataan curah hujan.
7 Setelah selesai memproses masukan, sistem akan mengeluarkan hasil perhitungan hujan wilayah serta informasi stasiun hujan yang ada di DAS yang telah dipilih.
8 Tekan tombol ‘Export to Excel’ jika ingin menyimpan data hasil olahan dalam bentuk dokumen Excel.
23 Lampiran 4 Lanjutan 9 Pilih menu ‘Thiessen’, kemudian pilih menu ‘Insert DAS’.
10 Pilih ukuran gambar yang ingin diproses. Misal, gambar ingin diresize menjadi 100x100 px.
11 Pilih gambar yang ingin diproses. Kemudian tekan tombol ‘upload image’.
24 Lampiran 4 Lanjutan 12 Lakukan langkah ini untuk setiap titik yang ada di dalam gambar peta. Klik pada titik (lakukan dari titik paling kiri Anda). Isi nama DAS di kotak teks ‘Watershed Name’, nama stasiun hujan di kotak teks ‘Rainfall Station Name’, Latitud di kotak teks ‘Latitude’, dan Longitud di kotak teks ‘Longitude’. Pilih data curah hujan stasiunnya. Tekan tombol ‘Upload Files!’, kemudian tekan tombol ‘Add Station’.
1 2
13 Setelah semua stasiun telah dimasukan datanya, klik tombol Finish. Waktu untuk pemroresan pada tahapan ini bervariasi, tergantung pada ukuran gambar yang digunakan.
14 Setelah gambar di proses dan data dimasukan ke sistem, muncul tampilan ini.
25
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Bogor pada tanggal 5 Mei 1991 sebagai anak pertama dari pasangan Asep Tahyana dan Rukmiasih. Penulis diterima sebagai mahasiswa Departemen Ilmu Komputer Institut Pertanian Bogor pada tahun 2009 melalui jalur USMI. Penulis menempuh pendidikan menengah atas di SMA Negeri 3 Kota Bogor dari tahun 2006-2009. Selama masa perkuliahan, penulis menjadi asisten praktikum mata kuliah Rangkaian Digital tahun ajaran 2011/2012 dan asisten praktikum mata kuliah Penerapan Komputer tahun ajaran 2012/2013. Penulis aktif sebagai pengurus Himpunan Mahasiswa Ilmu Komputer IPB pada tahun 2011. Pada tahun tersebut, penulis juga aktif sebagai sekretaris dari acara IT Today 2011. Penulis aktif sebagai pengurus BEM KM IPB pada masa kepengurusan tahun 2012. Di tahun yang sama, penulis menjadi sekretaris dari acara The 5 th Journalistic Fair.
