PEMANFAATAN METODE MONTE CARLO UNTUK ANALISIS PERUBAHAN LAHAN SECARA SPASIAL (Studi Kasus: Wilayah Bandung)
TUGAS AKHIR Karya tulis sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana
Oleh Rahmat Akbar Muttaqin 151 04 042
PROGRAM STUDI TEKNIK GEODESI DAN GEOMATIKA
FAKULTAS ILMU DAN TEKNOLOGI KEBUMIAN
INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2008
Lembar Pengesahan
Tugas Akhir Sarjana
PEMANFAATAN METODE MONTE CARLO UNTUK ANALISIS PERUBAHAN LAHAN SECARA SPASIAL (Studi Kasus: Wilayah Bandung) Adalah benar dibuat oleh saya sendiri dan belum pernah dibuat dan diserahkan sebelumnya baik sebagian ataupun seluruhnya, baik oleh saya maupun orang lain, baik di ITB maupun institusi pendidikan lainnya.
Bandung, 19 Juni 2008 Penulis
Rahmat Akbar Muttaqin NIM 15104042 Bandung, 27 Juni 2008 Pembimbing
Albertus Deliar, Ir., MT NIP. 132 172 217
Agung Budi Harto, Dr., Ir., MEng NIP. 132 052 382
Mengetahui : Program Studi Teknik Geodesi dan Geomatika Ketua,
Dr. Ir. Wedyanto Kuntjoro, M.Sc NIP. 131690328
LEMBAR PENGHARGAAN Terima Kasih… Allah, Sang Penguasa Alam Semesta. Buat Ayah, Ibu, Gina, and all family member atas do’a dan semangatnya. Buat IMG tempat bermain, belajar, dan segalanya. Buat Jae, dan Elmo untuk tidak menawarkan jenis game apapun. Buat Agun, Dika, Gingin, Ukong, Edo, Aga, Hot, Dea, Tukul, Oji, Sugi, dan Totong buat canda tawa di saat jenuh, buat semangatnya di saat lagi malas, dan macam‐macam lainnnya. Buat semua BRT‐BRT IMG… IMG sampai MAMPUS !! Buat Seluruh Ex‐Panitia GISIC thanks for your support !! Buat Bedu & Marta yang rela gw paksa untuk nganter‐nganter gw kesetiap penjuru kota Bandung. Buat Kumar bin Kuman yang rela gw jadiin delivery service baik makanan dan sebagainya 24/7. Buat semua kamerad IMG tanpa terkecuali… Buat Mukhtar & Alo untuk makanan & minuman hangatnya serta kerelaannya buat diutangin. Buat Pak Wedyanto atas “spoiler‐spoiler” akademik tentang saya yang nyampe ke rumah melulu, yang membuat saya ditanyain orang tua melulu kapankah saya lulus. Buat Pak Albert yang sangat luar biasa sampe gag bisa diungkapin. Buat Pak Agung yang rela buang‐buang waktunya buat saya susahin dengan segala macam error. Buat semua Dosen Pengajar atas ilmu, masukan, saran, dan nasihatnya. Buat Staf‐Staf Tata Usaha yang baek‐baek atas kelonggaran administrasi pada saya. Buat Staf perpustakaan GD yang sangat maklum banget sama gw yang sering telat balikin buku. Buat Papercraft yang sempet dibikin dan gag jadi dikasihin. Buat http:://Ikariam.org/ yang bisa ngabisin waktu dan pikiran gw. Buat Server RO ITB yang sudah kutinggalkan. Buat Server WOW yang pemaennya sedikitan. Buat http://rileks.comlabs.itb.ac.id/ dengan IGLOW‐nya juga pelem‐pelem nya. Buat yang penah kenal, juga yang gag kenal tapi ngerasa pernah bantuin gw dan namanya gag disebutin namanya terimakasih atas bantuan sekecil apapun. “yang nakal biasanya suka usil, kalo usil itu pasti jail, jail itu pertanda kreatif, kreatif itu pertanda cerdas, maka nakal adalah tanda‐tanda cerdas“
KATA PENGANTAR
Assalamualaikum Wr. Wb.
Puji serta syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT karena atas karunia beserta nikmat-Nya, penulis dapat menyelesaikan penulisan tugas akhir ini.
Tugas akhir dengan judul ”Pemanfaatan Metode Monte Carlo untuk Analisis Prediksi Perubahan Lahan Secara Spasial”, dibuat sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan strata pertama di Program Studi Teknik Geodesi dan Geomatika Institut Teknologi Bandung. Proses pembuatan tugas akhir ini menghabiskan waktu kurang lebih selama satu tahun. Penulis menyadari bahwa dalam pelaksanaannya tidak terlepas dari banyak kekurangan. Oleh karena itu, penulis mengucapkan banyak terima kasih seandainya terdapat pihak-pihak yang berkenan memberikan masukan beserta saran, guna perkembangan masalahmasalah yang terkait dengan tema tugas akhir ini.
Semoga karya tugas akhir ini dapat memberikan manfaat yang sebesar-besarnya, baik terhadap perkembangan disiplin ilmu teknik geodesi dan geomatika, maupun bagi perkembangan disiplin ilmu lainnya.
Wassalamu’alaikum Wr. Wb.
Bandung, Juni 2008
Rahmat Akbar Muttaqin
i
LEMBAR PENGHARGAAN Terima Kasih… Allah, Sang Penguasa Alam Semesta. Buat Ayah, Ibu, Gina, and all family member atas do’a dan semangatnya. Buat IMG tempat bermain, belajar, dan segalanya. Buat Jae, dan Elmo untuk tidak menawarkan jenis game apapun. Buat Agun, Dika, Gingin, Ukong, Edo, Aga, Hot, Dea, Tukul, Oji, Sugi, dan Totong buat canda tawa di saat jenuh, buat semangatnya di saat lagi malas, dan macam‐macam lainnnya. Buat semua BRT‐BRT IMG… IMG sampai MAMPUS !! Buat Seluruh Ex‐Panitia GISIC thanks for your support !! Buat Bedu & Marta yang rela gw paksa untuk nganter‐nganter gw kesetiap penjuru kota Bandung. Buat Kumar bin Kuman yang rela gw jadiin delivery service baik makanan dan sebagainya 24/7. Buat semua kamerad IMG tanpa terkecuali… Buat Mukhtar & Alo untuk makanan & minuman hangatnya serta kerelaannya buat diutangin. Buat Pak Wedyanto atas “spoiler‐spoiler” akademik tentang saya yang nyampe ke rumah melulu, yang membuat saya ditanyain orang tua melulu kapankah saya lulus. Buat Pak Albert yang sangat luar biasa sampe gag bisa diungkapin. Buat Pak Agung yang rela buang‐buang waktunya buat saya susahin dengan segala macam error. Buat semua Dosen Pengajar atas ilmu, masukan, saran, dan nasihatnya. Buat Staf‐Staf Tata Usaha yang baek‐baek atas kelonggaran administrasi pada saya. Buat Staf perpustakaan GD yang sangat maklum banget sama gw yang sering telat balikin buku. Buat Papercraft yang sempet dibikin dan gag jadi dikasihin. Buat http:://Ikariam.org/ yang bisa ngabisin waktu dan pikiran gw. Buat Server RO ITB yang sudah kutinggalkan. Buat Server WOW yang pemaennya sedikitan. Buat http://rileks.comlabs.itb.ac.id/ dengan IGLOW‐nya juga pelem‐pelem nya. Buat yang penah kenal, juga yang gag kenal tapi ngerasa pernah bantuin gw dan namanya gag disebutin namanya terimakasih atas bantuan sekecil apapun. “yang nakal biasanya suka usil, kalo usil itu pasti jail, jail itu pertanda kreatif, kreatif itu pertanda cerdas,
ii
maka nakal adalah tanda‐tanda cerdas“
ABSTRAK
Prediksi perubahan lahan merupakan hal yang sangat penting didalam perencanaan penggunaan lahan. Dengan demikan, diperlukan suatu model prediksi perubahan lahan. Salah satu cara memodelkan prediksi perubahan adalah dengan memanfaatkan metode Monte Carlo. Pada penelitian ini, metode Monte Carlo dikombinasikan dengan metode Rantai Markov untuk memperoleh peluang perubahan setiap kelas lahan dan metode moore neighborhood untuk merepresentasikan hubungan antara piksel-piksel dalam sistem yang secara bersama-sama diimplementasikan untuk membentuk model prediksi lokasi perubahan lahan dalam bentuk citra prediksi. Citra prediksi merupakan hasil pemodelan yang mampu memberikan gambaran pola perubahan lahan secara spasial. Model ini diujicobakan di Wilayah Bandung dengan memanfaatkan data tutupan lahan di tahun 1994 dan tahun 1997. Hasil prediksi alokasi dan lokasi tutupan lahan di tahun 2001 divalidasi dengan data tutupan lahan tahun 2001 untuk melihat tingkat akurasi yang diperoleh dari kedua model prediksi perubahan lahan.
Kata Kunci : prediksi perubahan lahan, metode Monte Carlo, ranta Markov, Moore neighborhood.
iii
ABSTRACTS
Prediction of land use/land cover (LULC) change is an importance matter in land use. Therefore, a prediction model of land use change is needed. One of way e is using Monte Carlo method. In this research, Monte Carlo method is combined Markov Chain method to have a probabilistic value for every class of land use and moore neighborhood method to represent the relation between cells in the system that implemented to create a locational prediction model of land use change in imagery form. This image is a modeling result that can give a spatial pattern of land use prediction. Bandung Region was selected as an area of model implementation using 1994 and 1997 land use as a basic data and 2001 land use data defined as validation data. The result of validation process shows the accuracy of allocation and location prediction model of land use change.
Keywords : land use/land cover change prediction, Monte Carlo method, Markov chain, Moore neighborhood.
iv
DAFTAR ISI Halaman KATA PENGANTAR ................................................................................
i
LEMBAR PENGHARGAAN ...................................................................
ii
ABSTRAK ..................................................................................................
iii
ABSTRACT ................................................................................................
iv
DAFTAR ISI ...............................................................................................
v
DAFTAR GAMBAR .................................................................................. vii DAFTAR TABEL ......................................................................................
ix
BAB I PENDAHULUAN .........................................................................
1
1.1 Latar Belakang ........................................................................................
1
1.2 Identifikasi Masalah ...............................................................................
2
1.3 Tujuan dan Manfaat ...............................................................................
3
1.4 Ruang Lingkup Kajian ...........................................................................
3
1.5 Metodologi Penelitian .............................................................................
4
1.6 Sistematika Penulisan ............................................................................
6
BAB II DASAR TEORI ..........................................................................
8
2.1 Pengertian Tata Guna/Tutupan Lahan ...................................................
8
2.2 Metode Monte Carlo ..............................................................................
9
2.2.1 Pengertian Metode Monte Carlo .................................................
9
2.2.2 Konsep Dasar Metode Monte Carlo ............................................ 11 2.2.3 Komponen Pembentuk Monte Carlo ........................................... 14 2.2.4 Batasan Metode Monte Carlo ...................................................... 15 2.3 Konsep Rantai Markov ..........................................................................
16
2.3.1 Pengertian Rantai Markov ...........................................................
16
2.3.2 Teknis Operasi Rantai Markov ...................................................
18
2.4 Konsep Moore Neighborhood ................................................................ 19
v
BAB III IMPLEMENTASI MODEL MONTE CARLO ..................... 3.1 Implementasi Rantai Markov
21
................................................................ 23
3.1.1 Normalisasi Data .........................................................................
23
3.1.2 Menentukan Matriks Cross Tabulation
......................................
26
3.1.3 Uji Hipotesa Kebergantungan .....................................................
29
3.1.4 Menentukan Matriks Probabilitas Transisi ................................
31
3.1.5 Kondisi Ekuilibrium ....................................................................
32
3.1.6 Menentukan Distribusi Luas Penggunaan Lahan ........................ 33 3.2 Implementasi Monte Carlo dan Moore Neighborhood ........................
35
3.2.1 Windowing ................................................................................... 35 3.2.2 Menentukan Tag Number ............................................................ 37 3.2.3 Men-generate Angka Acak .......................................................
39
3.2.4 Menentukan Kelas Lahan Prediksi .............................................. 40 3.3 Validasi Citra Prediksi ......................................................................... 41
BAB IV ANALISIS
..................................................................................
43
4.1 Analisis Terhadap Data Tutupan Lahan ................................................
43
4.2 Analisis terhadap Hasil Pemodelan Prediksi Perubahan Lahan ......
45
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ....................................................
52
DAFTAR PUSTAKA ................................................................................. 53
vi
DAFTAR GAMBAR Gambar 1.1
Metodologi Pemodelan Monte Carlo ...............................
5
Gambar 2.1
Ketidakpasian dalam Prediksi Perubahan Lahan .............
11
Gambar 2.2
Moore Neighborhood .......................................................
20
Gambar 2.3
Moore Neighborhood dengan r yang Berbeda .................
20
Gambar 3.1
Data Tutupan Lahan Wilayah Bandung ...........................
21
Gambar 3.2
Metode Monte Carlo ........................................................
22
Gambar 3.3
Ilustrasi Proses Normalisasi
...........................................
25
Gambar 3.4
Diagram Proses Normalisasi
..........................................
26
Gambar 3.5
Ilustrasi Data pada Waktu t1 dan pada Waktu t2 ...............
27
Gambar 3.6
Diagram Perhitungan Kondisi Kesetimbangan ................
32
Gambar 3.7
Diagram Pembentukan Matriks Distribusi Luas Lahan ….........................................................................................
32
Gambar 3.8
Algoritma Revisi Proses Windowing ................................ 36
Gambar 3.9
Ilustrasi Tag Number ........................................................
Gambar 3.10
Citra Prediksi Tahun 2001 ................................................ 41
Gambar 4.1
Diagram Perbandingan Distribusi Luas Lahan 1997 –
37
Prediksi Lokasi .................................................................
45
Gambar 4.2
Laju Perubahan Kelas Jalan menjadi Kelas Lainnya .......
46
Gambar 4.3
Kelas Semak dan Lahan Kering .......................................
47
Gambar 4.4
Distribusi Luas saat Kondisi Ekuilibrium Tercapai .........
48
Gambar 4.5
Diagram Perbandingan Distribusi Luas Lahan 2001 – Prediksi
Gambar 4.6
............................................................................
Tingkat Repeatability
......................................................
49 51
vii
DAFTAR TABEL Tabel 3.1
Nilai Piksel dan Klasifikasinya ............................................
21
Tabel 3.2
Hasil Cross-Tabulation 1994-1997 ......................................
24
Tabel 3.3
Hasil Cross-Tabulation 1994-1997 Setelah Normalisasi Data ......................................................................................
Tabel 3.4
Hasil
Cross-Tabulation
1994-1997
Setelah
28
Outlier
Dihilangkan ..........................................................................
29
Tabel 3.5
Hasil Cross-Tabulation 1997-2001 (prediksi) .....................
35
Tabel 3.6
Ilustrasi Tag Numbering ....................................................... 38
Tabel 3.7
Penentuan Kelas Lahan dari Setiap Random Value .............
Tabel 3.8
Hasil Cross-Tabulation 2001 - Citra Prediksi ...................... 41
40
viii
