III.
3.1
METODE PENELITIAN
Waktu dan Tempat Penelitian Penelitian dilaksanakan mulai bulan Agustus 2011 sampai Januari 2012
dengan memilih Kabupaten Bengkalis, Provinsi Riau sebagai studi kasus penelitian. Analisis data dilakukan di Laboratorium Penginderaan Jauh dan Informasi Spasial, Departemen Ilmu Tanah dan Sumberdaya Lahan, Fakultas Pertanian, Institut Pertanian Bogor.
3.2
Bahan dan Alat Bahan yang digunakan dalam penelitian ini dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1. Bahan yang digunakan dalam penelitian No.
Data
1.
Citra Landsat TM 7 tahun 2000, 2003, 2006 dan 2009
2.
Peta Rupa Bumi Indonesia (RBI)
3.
Data kepadatan penduduk Kabupaten Bengkalis
Skala/ Resolusi 30 x 30 m
Sumber
Keterangan
www.glovis.usgs
Interpretasi penggunaan lahan
1:50.000
Bakosurtanal
Peta dasar, variabel atau faktor pendorong
Badan Pusat Statistik Kabupaten Bengkalis
Variabel atau faktor pendorong dalam membangun model
-
Software yang digunakan dalam penelitian dapat dilihat pada Tabel 2. Tabel 2. Software yang digunakan dalam penelitian No.
Software
Fungsi
1.
Idrisi Andes 15
Pemodelan perubahan penggunaan lahan
2.
ArcGis 9.3
Interpretasi citra
3.
Microsoft Excel
Pengolahan data atribut dari peta penggunaan lahan
3.3
Metode Penelitian Penelitian ini terdiri dari beberapa tahap, yaitu tahap persiapan, tahap
pengolahan data, tahap pembuatan model dan tahap pembuatan peta proyeksi penggunaan lahan ke depan.
10
3.3.1
Tahap Persiapan Tahap persiapan meliputi penentuan metode, studi literatur, dan
pengumpulan data yang dibutuhkan dalam penelitian. Studi literatur dilakukan untuk menambah informasi yang berkaitan dengan penelitian dan memperdalam pemahaman tentang metode ANN. Data yang diperlukan dalam penelitian ini antara lain citra Landsat, peta RBI, dan data kepadatan penduduk Kabupaten Bengkalis. Selain itu, pembelajaran metode ANN dengan software Idrisi Andes 15 juga dilakukan untuk lebih memahami proses kerja metode tersebut. 3.3.2
Tahap Pengolahan Data Pada tahap awal dilakukan interpretasi citra Landsat tahun 2000, 2003,
2006 dan 2009. Hasil interpretasi menghasilkan suatu peta penggunaan lahan tahun 2000, 2003, 2006 dan 2009 dengan kelas penggunaan lahan sebanyak 10 kelas berdasarkan klasifikasi Badan Planologi Kementrian Kehutanan (Lampiran 5). Software Idrisi Andes 15 membutuhkan data dengan format raster. Oleh karena itu, format peta perlu dikonversi terlebih dahulu menjadi raster dengan memilih ukuran piksel 50 x 50 m. Ukuran ini dipilih atas dasar pertimbangan yang paling mendekati ukuran resolusi spasial citra Landsat. Tipe data yang digunakan adalah dalam bentuk byte, yang menyatakan bilangan dengan nilai range 8 bit biner (0-255) dan hanya berisi bilangan non-negatif. Peta jalan dan sungai diperoleh dari peta RBI skala 1:50.000. Peta jarak ke jalan, sungai, dan pemukiman dibuat dengan cara menjalankan modul Distance pada software Idrisi Andes 15. Jarak dihitung berdasarkan Euclidean, yaitu jarak dari satu objek ke objek yang lainnya. Sementara itu, peta jumlah penduduk dibuat dengan asumsi bahwa populasi penduduk menyebar secara sirkular dengan jari-jari 2 km dan populasi akan bertambah besar ketika mendekati pusatnya (Muin, 2009). Rumus proporsi populasi yaitu:
P = 0.2402 * e (-0.9464 * (peta jarak ke pemukiman)/1000)
dimana jarak ke pemukiman dalam satuan meter. Peta kepadatan penduduk per piksel dibuat dengan rumus :
11
Pd = ρ* A * P * C dimana Pd
: peta kepadatan penduduk per piksel
ρ
: kepadatan penduduk non-spasial (penduduk/km2)
A
: luas wilayah penyebaran populasi (km2) = 3,14 * (2 km)2 = 12,5 km2
P
: proporsi populasi
C
: faktor konversi, dari 1 km2 ke 1 piksel
3.3.3
Tahap Pembuatan Model dan Peta Proyeksi Penggunaan Lahan Model yang digunakan dalam penelitian adalah model ANN dengan
arsitektur jaringan Multi-layer Perceptron (MLP) dan algoritma Backpropagation. Model ANN ini dijalankan dengan menggunakan aplikasi LCM (Land Change Modeler) yang telah tersedia pada software Idrisi Andes 15 (Gambar 2). Peta penggunaan lahan yang digunakan hanya dua titik tahun, yaitu peta penggunaan lahan tahun 2000 dan 2009.
Gambar 2. Tampilan Aplikasi Land Change Modeler
Aplikasi ini memiliki lima tahapan yang dapat digunakan untuk memodelkan perubahan penggunaan lahan, namun yang dipakai dalam penelitian hanya tiga tahapan yang disesuaikan dengan tujuan penelitian, yaitu :
12
1. Tahap analisis perubahan (Change Analysis) untuk menganalisis perubahan penggunaan lahan yang telah terjadi selama dua titik tahun. Grafik perubahan luas tiap penggunaan lahan akan disajikan pada tahap ini. 2. Tahap pemodelan perubahan penggunaan lahan (Transition Potentials). -
Masing-masing kelas perubahan penggunaan lahan akan dimodelkan dengan tujuan memprediksi lokasi yang berpotensi untuk berubah menjadi penggunaan lahan yang lain. Apabila menggunakan ANN, perubahan-perubahan tersebut dapat dikelompokkan dengan asumsi faktor yang mempengaruhi adalah sama. Dalam penelitian ini, diasumsikan bahwa faktor pendorong tiap perubahan tidak sama, sehingga tidak dilakukan pengelompokkan. Berikut adalah gambar yang menunjukkan tampilan kelas perubahan yang akan dimodelkan.
Gambar 3. Tampilan Kelas Perubahan yang akan Dimodelkan
-
Variabel pendorong atau input yang digunakan untuk membangun model ditentukan pada tahap ini. Jumlah variabel pendorong yang digunakan ada 4, yaitu jarak ke jalan, sungai, pemukiman dan kepadatan penduduk. Masing-masing variabel diuji nilai Cramer’s V untuk melihat keterkaitan antara variabel tersebut dengan 10 kelas penggunaan lahan (Gambar 4).
13
Gambar 4. Tampilan Tahap Pengujian Nilai Cramer’s V
Rentang nilai yang dihasilkan berkisar antara 0-1, dimana nilai 0 menunjukkan tidak ada keterkaitan, sedangkan nilai 1 menunjukkan adanya keterkaitan yang sangat erat antara variabel tersebut dengan kelas penggunaan lahan yang mendorong terjadinya perubahan. -
Setelah semua variabel diuji nilai Cramer’s V, model dijalankan. Model akan berhenti apabila telah mencapai kondisi yang telah ditentukan, yaitu iterasi 5000, RMS 0,0001 dan akurasi model 100%. Tampilan tahap pemodelan dapat dilihat pada gambar berikut ini.
Gambar 5. Tampilan Tahap Pemodelan dengan ANN
-
Topologi jaringan yang dihasilkan adalah 4-3-2, yaitu 4 nodes pada input layer, 3 nodes pada hidden layer dan 2 nodes pada output layer yang menunjukkan 1 kelas yang berubah dan 1 kelas yang tidak berubah (Gambar 6). Setiap nodes pada layer akan berhubungan dengan nodes pada layer berikutnya. Hubungan atau jalur koneksi
14
tersebut mengandung bobot (W) berupa matriks yang ukurannya tergantung dari jumlah input nodes, hidden nodes dan output nodes.
Jarak ke jalan
Wij Wjk
Jarak ke sungai Jarak ke pemukiman Kepadatan penduduk
Gambar 6. Topologi Jaringan
-
Output yang dihasilkan dari model ini adalah peta peluang perubahan (Potential Transition Map) yang memiliki nilai peluang antara 0-1, dimana semakin mendekati 1 maka daerah tersebut memiliki peluang yang tinggi untuk berubah menjadi penggunaan lahan lain. Masingmasing peta potensi perubahan tersebut direklasifikasi dengan hanya mengambil nilai peluang antara 0,5-1, dimana nilai < 0,5 dianggap penggunaan lahan tersebut tidak berubah menjadi penggunaan lahan yang lain.
-
Uji validasi model dilakukan dengan cara menumpangtindihkan peta peluang hasil pemodelan ANN dengan peta penggunaan lahan tahun 2009 hasil interpretasi.
3. Tahap proyeksi penggunaan lahan (Change Prediction). Peta proyeksi penggunaan lahan dibuat dengan aplikasi yang sama, yaitu Land Change Modeler. Metode yang digunakan adalah Markov Chain dengan tahun proyeksi adalah 2018. Berikut adalah gambar dari tahap proyeksi penggunaan lahan
Gambar 7. Tampilan Tahap Proyeksi Penggunaan Lahan
15
Metode ini mengasumsikan bahwa perubahan yang terjadi di masa depan memiliki pola dan peluang serupa dengan pola perubahan yang terjadi selama periode waktu yang digunakan. Perlu diketahui bahwa dalam menentukan tahun prediksi yang akan disimulasikan harus berada dalam selisih rentang waktu dari tahun awal dan akhir yang digunakan. Oleh karena itu, prediksi dilakukan untuk tahun 2018 yang berjarak 9 tahun dari tahun 2009. Matriks transisi akan dihasilkan oleh Markov Chain sebagai dasar untuk membuat peta proyeksi (Gambar 8).
Gambar 8. Matriks Transisi
Secara rinci, diagram alir penelitian ditunjukkan pada Gambar 9 berikut ini.
Peta jarak ke pemukiman tiap kecamatan
Image Calculator Citra Landsat Tahun 2009
Citra Landsat Tahun 2003
Citra Landsat Tahun 2006
Citra Landsat Tahun 2000 Proporsi=0.2402 * e (-0.9464 * (peta jarak ke pemukiman)/1000)
Peta Jalan
Peta Sungai
Distance
Distance
Peta Proporsi
Interpretasi
Peta Penggunaan Lahan 2009
Peta Penggunaan Lahan 2006
Peta Penggunaan Lahan 2003
Peta Penggunaan Lahan 2000
Jarak ke Pemukiman
Jarak ke Jalan
Image Calculator
Kepadatan penduduk Pd = ρ* A * P * C
Jarak ke Sungai
Peta Kepadatan Penduduk
LCM
Tentukan transisi
Input model
Running Model
Peta Peluang Perubahan
Peta Proyeksi Tahun 2018
Reklasifikasi
dimana: LCM ρ A P C
= Land Change Modeler = data kepadatan penduduk non-spasial (penduduk/km2) = luas wilayah penyebaran populasi (km2) = peta proporsi = faktor konversi dari 1 km2 ke 1 piksel
Validasi Model
Gambar 9. Diagram Alir Penelitian
Stopping criteria model = Iterasi : 5000 RMS : 0,0001 Accuracy Rate : 100%
16
