BAB VII
MODEL DATA SPASIAL DALAM SIG 7.1 PENDAHULUAN Model dunia nyata dapat memudahkan manusia dalam studi area aplikasi yang dipilih dengan cara mereduksi sejumlah kompleksitas yang ada. Jika model dunia nyata ini akan digunakan, model ini harus diimplementasikan di dalam basis data. Komputer tidak dapat mengerti mengenai esensi dari bentuk bangunan, batas-batas tanah milik, batas administrasi, garis-garis jalan raya, dll. Untuk mempresentasikannya komputer hanya memanipulasi objek dasar atau entity yang memiliki atribut geometri. Bentuk representasi entity spasial adalah konsep vekor dan raster. Dengan demikian, data spasial direpresentasikan di dalam basisdata sebagai vektor atau raster, sehingga untuk menyajikan entity spasial digunakan model data raster atau vektor.
7.2 MODEL DATA RASTER Model data raster menampilkan, menempatkan, dan menyimpan data spasial dengan menggunakan struktur matriks atau piksel-piksel yang membentuk grid. Setiap piksel memiliki atribut tersendiri, termasuk koordinatnya yang unik (di pojok, pusat, atau ditempat lain dalam grid). Akurasi model ini sangat tergantung pada resolusi atau ukuran pikselnya dipermukaan bumi. Entity spasial raster di dalam layers yang secara fungsionalitas direlasikan dengan unsure-unsur petanya. Contoh unsur spasial raster adalah citra satellite (NOAA, spot, Landsat, Ikonos, dll), citra rada, dan model ketinggian digital (DTM).
Gb. 7.1. Permukaan bumi dan layers pada model data raster 7. Data Spasial
„SIG“
Hal. 1 / 11
Model data raster memberikan informasi spasial apa yang terjadi dimana saja dalam bentuk gambaran yang digegeralisir. Dengan model ini, dunia nyata disajikan sebagai elemen matrik atau sel-sel grid yang homogen. Dengan model data raster, data geografi ditandai oleh nilainilai (bilangan) elemen matrik persegi panjang dari suatu objek. Dengan demikian, secara konseptual, model data raster merupakan model data spasial yang paling sederhana.
Gb. 7.2 Struktur model data raster
Gb. 5.3 Contoh tampilan data spasial model raster (citra) Pada model raster, matrik atau array diurutkan berdasarkan koordinat kolom (x) dan barisnya (y). Pada sistem koordinat piksel monitor komputer, titik sistem asal sistem koordinat (origin) raster terletak di sudut kiri atas. Nilai absis (x) akan bertambah ke arah kanan dan nilai ordinat (y) akan membesar ke arah bawah (Gb. 7.2) Namun sistem koordinat ini sering pula ditransformasikan sehingga titik asal sistem koordinat asalnya terletak di kiri bawah. Makin ke kanan absisnya (x) akan meningkat, dan nilai ordinatnya (y) makin meningkat jika bergerak ke atas. 7. Data Spasial
„SIG“
Hal. 2 / 11
7.2.1 Karakteristik Layer Raster (a) Resolusi Resolusi data spasial dapat diidefinisikan sebagai dimensi linier minimum dari sistem terkecil ruang geografi yang dapat direkam. Satuan sekecil ini pada umumnya berbentuk segi empat dan dikenal sebagai sel-sel grid, elemen matrik, elemen terkecl dari suatu gambar. Resolusi suatu data raster akan merujuk pada ukuran permukaan bumi yang direpresentasikan oleh setiap pikselnya. Makin kecil ukuran atau luas permukaan bumi yang dapat dipresentasikan oleh setiap pikselnya, makin tinggi resolusi spasialnya. (b) Orientasi Orientasi di dalam sistem grid atau raster dibuat untu merepresentasikan arah utara grid. Hal ini dilakukan dengan cara mengimpitkan arah utara grid ini dengan arah utara yang sebenarnya di titik asal sistem koordinat grid ybs. (c) Zone Setiap zone layer peta raster merupakan sekumpulan lokasi yang mempelihatkan nilai (ID atau nomor pengenal yang direpresentasikan oleh nilai piksel) yang sama. Sebagai contoh, persil tanah milik, batas administrasi, pulau, jenis vegetasi, dll. Tetapi, tidak semua layer pada raster memiliki zone, setiap isi sel grid dapat bervariasi secara kontinyu di dalam daerah tertentu sehingga setiap sel memiliki nilai yang berbeda. (d) Nilai Dalam kontek raster, nilai adalah item informasi (atribut) yang disimpan di dalam sebuah layer untuk setiap pikselnya. Piksel di dalam zone atau area yang sejenis memiliki nilai yang sama. (e) Lokasi Dalam model data raster, lokasi diidentifikasi dengan menggunakan pasangan koordinat kolom dan baris (x,y). Lokasi atau posisi koordinat geografi (geodetik) yang sebenarnya di permukaan bumi dari bbrp piksel yang terletak di sudut-sudut citra raster juga diketahui melalui proses pengikatan. 7.2.2 Sampling Raster Nilai yang merepresentasikan suatu piksel dapat dihasilkan dengan cara sampling yang berlainan (Gb. 7.3):
Nilai rata-rata sampling
Nilai sampling di sudut grid
Nilai sampling di tengah piksel
Gb. 7.3 Sampling model data raster
7. Data Spasial
„SIG“
Hal. 3 / 11
(a) Nilai suatu piksel merupakan nilai rata-rata sampling untuk wilayah yang direpresentasikannya. (b) Nilai suatu piksel adalah nilai sampling yang berposisi di pusat piksel ybs. (c) Nilai suatu piksel adalah nilai sampel yang terletak di sudut-sudut grid. Cara sampling (a) adalah standard, sedangkan cara sampling (b) adalah standard untuk data raster model ketinggian digital. Pada cara (c) kemungkinan akan terjadi keraguan di dalam perhitungan jumlah kolom dan baris citranya. Semantara pada cara sampling (a) dan (b), ukuran citra raster akan menjadi NxM, sedangkan (c) akan menghasilkan citra berukuran (N+1) x (M+1). 7.2.3 Layer Raster Setiap piksel atau sel grid memiliki nilai tunggal. Nilai-nilai piksel ini kemudian bekerja sama dalam membentuk layer data spasial. Dengan demikian, suatu basis data spasial kemungkinan besar mengandung lebih dari satu layer seperti ini. Penyimpanan layer pada basisdata raster menggunakan struktur yang berbeda. Ada perangkat yang menggunakan arsitektur dimana: (a). Beberapa layer berikut header-nya dimasukan ke dalam satu file besar. (b). Memisahkan antara setiap isi datanya dengan masing-masing header-nya kedalam file yang terpsah. Pada bidang pengindraan jauh (remote sensing), kedua arsitektur penyimpanan ini sering digunakan untuk merepresentasikan data yang didapat dari bbrp sensor (band) dalam satu file sekaligus. Dengan demikian, pada bidang ini dikenal istilah band sequential dan band interleaved. header
Data
ancillary Gb. 7.4 arsitektur penyimpanan layer raster
Dari Gb. 7.4 terlihat bahwa layer raster yang disimpan dalam suatu file dikelompokan menjadi 3 bagian: (1) Header, yang berisi informasi penting mengenai kode file, jumlah band data yang dikandung, baris, kolom, tipe data, dst. Informasi ini harus dibaca sebelum membaca datanya. Ukuran header ini hanya bbrp bytes saja. (2) Blok data layer raster (3) Ancillary, yang berisi informasi tambahan yang biasanya meliputi data statistic citra ybs. Dengan demikian, ukuran (bytes) suatu layers raster dapat dihitung dengan rumus berikut: 7. Data Spasial
„SIG“
Hal. 4 / 11
Layer raster = header + blok data + ancillary Blok data = jumlah band x tipe daa x baris x kolom
Gb. 7.5. Contoh blok data (nilai-nilai piksel) Iridisi 7.3 MODEL DATA VEKTOR Model data vektor menampilkan, menempatkan, dan menyimpan data spasial dengan menggunakan titik, garis (kurva atau poligon) beserta atributnya. Bentuk dasar representasi data spasial dalam model data vector didefinisikan oleh system koordinat kartesian dua dimensi (x,y). Garis atau kurva merupakan sekumpulan titik terurut yang dihubungkan. Sedangkan luasan atau poligon disimpan sebagai sekumpulan daftar titik-titik dimana titik awal dan titik akhir poligon memiliki nilai koordinat yang sama.
Gb. 7.6 Permukaan bumi dan lapisan (layer) pada model data vector. 7. Data Spasial
„SIG“
Hal. 5 / 11
Gb. 7.7 Contoh tampilan data spasial model vektor a. Titik Entity titik meliputi objek grafis atau geografis yang dikaitkan dengan pasangan koordinat (x,y). Data atau informasi yang diasosiasikan dengan titik disimpan untuk menunjukkan titik tsb.
534.102, 751.322, „Kantor Pos“, „Normal“, „Conic sans“, 8,...
Gb. 7.8 contoh entity titik dengan asosiasi informasinya. b. Garis Entity garis dapat didefinisikan sebagai semua unsur linier yang dibangun dengan menggunakan segmen-segmen garis lurus yang dibentuk oleh dua titik koordinat atau lebih. Entity garis yang sederhana memerlukan ruang untuk menyimpan titik awal dan titik akhir beserta informasi lain mengenai simbol yang digunakan untuk merepresentasikannya. 1: 10.23, 50.43; 60.32, 59.3; 107.2, 40.12; 139.3, 46.3 1 2
2: 21.61, 32.31; 65.1, 20.9; 89.82, 27.66; 140.2, 24.3
Gb. 7.9 contoh entity garis dengan asosiasi informasinya.
c. Area atau Poligon Entity poligon dapat direpresentasikan dengan berbagai cara di dalam model data vektor.
7. Data Spasial
„SIG“
Hal. 6 / 11
Struktur data poligon bertujuan untuk mendeskripsikan properties yang bersifat topologi dari suatu area sedemikian rupa sehingga properties yang dimiliki oleh blok-blok banguna spasial dasar dapat ditampilkan dan dimanipulasi sebagai data peta tematik.
d. Model data Spaghetti Model data vektor dikenal pula sebagai model data spaghetti. Pada model ini, lembaran peta kertas ditranslasikan garis-demi-garis ke dalam list koodinat (x,y) dalam format digital. Sebuah titik dikodekan sebagai pasangan koordinat (x,y) tunggal. Sebuah garis dikodekan sebagai list atau string pasangan koordinat (x,y). Sementara area atau luasan dikodekan sebagai poligon dan direkam sebagai pasangan koordinat closed-loop yang didefinisikan batas-batasnya. Model data ini merupakan ekspresi peta dalam sistem koordinat katesian. File data koordinat (x,y) merupakan struktur data yang sebenarnya – data spasial disimpan dalam sistem komputer. Model data spaghetti sangat tidak efisien untuk kebanyakan tipe analisis spasial yang diperlukan oleh SIG. Hal ini dikarenakan hampir semua tipe analsis spasial dalam SIG harus diturunkan dengan menggunakan proses komputasi. Walaupun demikian, model in sangat efisien untuk reproduksi peta secara digital karena informasi yang tidak berhubungan dengan masalah proses plotting dan reproduksi (misalnya hubungan spasial dan topologi) tidak turut direkam dan diproses sama sekali. 7.4 PERBANDINGAN MODEL DATA VEKTOR & RASTER Baik model raster maupun vektor masing-masing memiliki kelemahan dan kelebihan sendiri. Kedua model data ini saling melengkapi dan dapat saling dikonversikan satu sama lain. Dalam implementasi, pengguna harus memilih salah satu perangkat lunak SIG – berbasis model data raster atau vektor. Dalam SIG berbasis vektor (Misalnya MapInfo), citra (model data raster) hanya dipakai sebagai gambar pelengkap yang memperindah penampilan hingga nampak alamiah—batas-batas yang tegas dan unsur-unsur permukaan yang sangat mirip dengan aslinya.
Gb. 5.7 Model data spasial raster dan vektor di dunia nyata 7. Data Spasial
„SIG“
Hal. 7 / 11
Demikian pula sebaliknya, dalam perangkat SIG berbasis raster, semua analisis dilakukan dengan model data raster-- algoritma yang digunakan beserta fungsi dan prosedurnya berbasiskan raster atau matrik. Sedangkan data spasial vektor digunakan sebagai lapisan tambahan untuk mempertegas representasi batas suatu kawasan dan untuk memperindah bentuk tampilan- supaya mirip dengan aslinya.
Table 5.1 Perbandingan Model data raster dan vektor Model Kelebihan data Raster Ö Memiliki struktur data yang sederhana Ö Mudah dimanipulasi dengan menggunakan fungsi-fungsi matematis sederhana. Ö Teknologi yang digunakan cukup murah dan tidak begitu komplek sehingga pengguna daat membuat sendiri program aplikasi yang menggunakan citra raster. Ö Cocok dengan citra-citra satellit pengindraan jarak jauh dan semua gambar hasil scanning data spasial. Ö Overlay dan kombinasi data spasial raster dengan data indraja mudah dilakukan. Ö Memiliki kemampuan pemodelan dan analisis spasial tingkat lanjut. Ö Gambaran permukaan bumi dalam bentuk citra raster yang didapat dari radar atau satelit pengindraan jauh (landsat, spot, ikonos, dll) selalu lebih actual dari pada bentuk vektornya. Ö Harga system perangkat lunak aplikasinya cenderung lebih murah. Ö Memerlukan memori computer yang lebih sedikit. Vektor Ö Satu layer dapat dikaitkan dengan atau mengandung banyak atribut sehingga dapat menghemat ruang penyimpanan secara keseluruhan. Ö Dengan banyak atribut yang dapat dikandung oleh suatu layer, banyak peta tematik lain (layer) yang dapat dihasilkan sebagai peta turunannya. Ö Memiliki resolusi spasial yang tinggi. Ö Memiliki batas yang teliti dan tegas sehingga sangat baik untk membuat peta administrasi dan persil tanah milik.
7. Data Spasial
„SIG“
Kelemahan Ö Secara umum, memerlukan memori computer yang besar—banyak terjadi redundancy data baik untuk setiap laernya maupun secara keseluruhan. Ö Penggunaan sel atau ukuran grid yang lebih besar untuk menghemt ruang penyimpanan akan menyebabkan kehilangan informasi dann ketelitian. Ö Sebuah citra raster hanya mengandung satu tematik saja—sulit digabungkan dengan atribut-atribut lainnya d alam satu layer. Untuk merepresentasikan atribut tambahan diperlukan layer baru. Ö Tampilan atau representasi, dan akurasi posisinya sangat bergantung pada ukuran pikselnya. Ö Sering mengalami kesalahan dalam menggambarkan bentuk dan garis batas suatu objek – sangat bergantung pada resolusi spasialnya dan toleransi yang diberikan. Ö Metode untuk mendapatkan format data vektor melalui proses yang lama, dan relatif mahal. Ö Memiliki struktur data yang komplek. Ö Datanya tidak mudah untuk dimanipulasi. Ö Pengguna tidak mudah untuk berkreasi untuk membuat program aplikasi sendiri. Ö Karena proses keseluruhan lebih lama, peta vektor seringkali mengalami kadaluarsa. Ö Tidak cocok dengan data citra satelit. Ö Memerlukan perangkat lunak dan keras yang mahal. Ö Overlay bbrp layer vektor secara simultan memerlukan waktu yang relatif lama.
Hal. 8 / 11
7.5 MODEL DATA VEKTOR DENGAN TOPOLOGI Topologi adalah konsep atau metode matematis yang digunakan dalam mendefinisikan hbungan spasial diantara unsur-unsurnya. Hubungan topologi merupakan properties inherent yang dimiliki oleh setiap objek atau entity geometri atau spasial.
7.5.1 Hubungan topologi Topologi merupakan hubungan penting yang harus dipertahankan dalam basis data spasial. Struktur datanya menentukan bagaimana dan dimana titik dan garis berhubungan satu sama lainnya pada satu node. Langkah-langkah pengkodean hubungan topologi dalam basis data, sbb: (1) Merekam lokasi semua node yang merupakan titik-titik (endpoints) dan perpotongan-perpotongan garis (arcs) dan batas-batas (boundaries)
(2) Berdasarkan nodes ini, kemudian mendefinisikan arcs dengan menggunakan informasi: endpoint (nodes), arah (direction), dan orientasi vector yang direpresentasikan oleh arahnya.
(3) Poligon-poligon didefinisikan dengan menggunakan arcs:-- dengan melakukan tracing batas-batasnya searah dengan perputaran jarum jam (clockwise), merekam 7. Data Spasial
„SIG“
Hal. 9 / 11
komponen arc beserta orientasinya, memberikan tanda negative pada arcs yang mendefinisikan batas-batas internal.
(4) Jika suatu arc merupakan salah satu sisi study area, arc tersebut dibatasi oleh universe (alam semesta) atau outer world (dunia luar). Dengan contiguity (keterhubungan dengan unsure-unsur geometri yang bersebelahan) ini, SIG dapat menjawab pertanyaan mengenai konektivitas dan lokasi seperti: polygon mana yang berdampingan atau bersebelahan (adjoin) dengan polygon A; rute terpendek mana yang menghubungkan dari node 3 ke node 2; polygon mana yang dilalui secara langsung dari polygon B disepanjang arc D, dan sebagainya.
7.5.2 Membangun Topologi Kontruksi topologi yang melibatkan bentuk-bentuk poligon yang rumit memerlukan beberapa langkah pembangunan topologi. Contoh: untuk merepresentasikan sebuah pulau kecil yang terdapat dalam danau atau danau kecil yang terdapat di dalam batas administrasi, direpresentasikan dengan poligon yang memiliki poligon kecil di dalamnya. Langkah-langkah tersebut antara lain:
7. Data Spasial
„SIG“
Hal. 10 / 11
(1) Menghubungkan arc ke dalam jaringan batas-batas poligon.arc diurutkan sesuai dengan koordinatnya, sehingga arc yang berdekatan satu sama lain secara topologi juga disimpan berdekatan di dalam file datanya. (2) Memeriksa closure setiap poligon. Closure jaringa poligon secara keseluruhan diperiksa dengan melakukan scanning terhadap koordinat-koordinat akhir arc hasil adjustment untuk mengetahui apakah arc ybs memiliki pointer dari dan ke paling sedikit satu arc lainnya. (3) Menghubungkan arc ke poligon-poligon. Membuat poligon sampul (penutup) dari batas luar peta. (4) Menghitung luas poligon. Metode yang pada umumnya digunakan untuk keperluan ini adalah rumus trapesoid. (5) Menghubungkan atribut-atribut ke dalam poligon. Untuk melengkapi basisdata spasial, poligon-poligon harus direlasikan dengan atribut-atributnya. Hal ini dilakukan dengan cara memasukan teks atau label nomor pengenal ke dalam setiap poligon.
7.6 TIN Tin (triangular irregular network) adalah model data vector berbasiskan topologi yang digunakan untuk merepesentasikan data permukaan bumi. Tin menyajikan model permukaan sebagai sekumpulan bidang-bidang kecil yang berbentuk segitiga yang saling terhubung.
Gb. 7.9 Contoh Struktur model topologi TIN
7. Data Spasial
„SIG“
Hal. 11 / 11
