PENGGUNAAN ANALISIS JARINGAN SYARAF (NEURAL NETWORK ANALYSIS) UNTUK MENYUSUN MODEL PREDIKSI CURAH HUJAN DI KABUPATEN NGAWI JAWA TIMUR
RINI EKSAWATI
DEPARTEMEN GEOFISIKA DAN METEOROLOGI FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR 2009
RINGKASAN RINI EKSAWATI. Penggunaan Analisis Jaringan Syaraf (Neural Network Analysis) untuk Menyusun Model Curah Hujan di Kabupaten Ngawi Jawa Timur. Dibimbing oleh Prof. Dr. Ir. Yonny Koesmaryono, MS. Dan Dr. Ir. Aris Pramudia, M.Si. Di Indonesia kejadian perubahan iklim dominan mempengaruhi produksi pertanian dan ketahanan pangan. Jika dilihat dari dampak yang ditimbulkan maka prediksi unsur-unsur iklim khususnya curah hujan sangat dibutuhkan. Salah satunya adalah model prediksi curah hujan menggunakan teknik analisis jaringan syaraf. Analisis Jaringan Syaraf (Neural network Analysis) di daerah Kabupaten Ngawi Jawa Timur. Mengingat pertanian di Kabupeten Ngawi merupakan salah satu matapencaharian terbesar dan merupakan salah satu daerah sentra padi di Jawa Timur. Analisis jaringan saraf merupakan adalah suatu model analisis yang sistem pemodelannya meniru otak manusia dalam proses penyelesaian dan penyimpanan memori. Analisis jaringan syaraf atau NNA sudah banyak diterapkan untuk melakukan prediksi dalam bidang klimatologi dan hidrologi. Adapun keunggulan utama pemodelan jaringan syaraf terletak pada kemampuannya merepresentasikan hubungan-hubungan linear maupun nonlinear, terutama hubungan-hubungan nonlinear yang rumit, langsung dari data mentah. Analisis jaringan syaraf juga mampu menggambungkan antara data spasial dan temporal. Dalam penelitian ini dikembangkan model prediksi curah hujan dengan menggunakan Analisis Jaringan Syaraf (Neural network Analysis) di daerah Kabupaten Ngawi Jawa Timur. Model disusun menggunakan teknik analisis jaringan syaraf propagasi balik. Keluaran model adalah nilai curah hujan pada waktu empat bulan ke depan (Y=CHt+4), sedangkan data masukan yang digunakan adalah kode bulan (t) sebagai (X1), nilai-nilai curah hujan pada saat bulan berjalan (t) sebagai X2, nilai curah hujan pada satu bulan ke depan (t+1) sebagai X3, nilai curah hujan pada dua bulan ke depan (t+2) sebagai X4, nilai curah hujan pada tiga bulan ke depan (t+3) sebagai X5, nilai rata-rata anomali suhu muka laut Zone Nino 3.4 pada waktu t sebagai X6 dan nilai SOI pada bulan t sebagai X7. Hasil penelitian menunjukan bahwa di Stasiun Ngale dihasilkan 96 kombinasi model prediksi, model terbaik diperoleh dari kombinasi delapan simpul jumlah H (Hiden Layer) dengan nilai bobot awal 0.3, error yang dihasilkan sebesar 0.0007 atau setara dengan rata-rata kesalahan 0.4 mm, pada saat iterasi ke 1810, dan nilai R2 sebesar 87%. Di Stasiun Jogorogo model terbaik didapatkan dari kombinasi enam simpul jumlah H dengan nilai bobot awal 0.5, error yang dihasilkan sebesar 0.0009 atau setara dengan rata-rata kesalahan 0.7 mm, pada saat iterasi ke 1247 dan nilai R2 sebesar 77%. Selanjutnya model tersebut digunakan untuk prediksi curah hujan tahun 2008-2009. Curah hujan di Ngale dan Jogorogo pada tahun 2008 dan 2009 diprediksi berada pada kisaran Bawah Normal (CH ≤ 85% Rata-rata Normal) dan Atas Normal (CH ≥ 115% Rata-rata Normal) (BN-AN). Kedua Model yang dihasilkan mampu mencapai nilai-nilai ekstrim dengan lebih baik dibandingkan dengan hasil-hasil penelitian sebelumnya. Penelitian ini telah menggambarkan bahwa data curah hujan hujan empat bulan berturut-turut serta nilai anomali SST dan nilai indeks osilasi selatan (SOI) dapat digunakan untuk memprediksi curah hujan pada empat bulan ke depan.
PENGGUNAAN ANALISIS JARINGAN SYARAF (NEURAL NETWORK ANALYSIS) UNTUK MENYUSUN MODEL PREDIKSI CURAH HUJAN DI KABUPATEN NGAWI JAWA TIMUR
RINI EKSAWATI
Skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains pada Departemen Geofisika dan Meteorologi
DEPARTEMEN GEOFISIKA DAN METEOROLOGI FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR 2009
Judul Penelitian
: Penggunaan
Analisis
Jaringan
Syaraf
(Neural
Network Analysis) Untuk Menyusun Model Prediksi Curah Hujan di Kabupaten Ngawi Jawa Timur. Nama
: Rini Eksawati
NIM
: G 24104030
Menyetujui : Pembimbing I
Pembimbing II
(Prof. Dr. Ir. Yonny Koesmaryono, MS.) NIP. 131 473 999
(Dr. Ir. Aris Pramudia, M.Si.) NIP. 080 109 868
Mengetahui : Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
(Dr. Drh. Hasim, DEA) NIP. 131 578 806
Tanggal Disetujui :
KATA PENGANTAR Alhamdulillaahi Rabbil ’Aalamiin, segala puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas segala karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan karya ilmiah ini. Karya ilmiah ini berjudul Penggunaan Analisis Jaringan Syaraf (Neural Network analysis) untuk Menyusun Model Predisi Curah hujan di Kabupaten Ngawi Jawa Timur. Penulis mengucapkan terima kasih yang teramat dalam kepada pihak-pihak yang membantu sehingga karya ilmiah ini dapat terselesaikan. Terutama untuk: 1. Kedua orang tuaku, bapak dan ibu tercinta yang telah memberikan seluruh kasih sayangnya kepada penulis yang tak pernah putus, dukungan dan semangat baik dalam bentuk moril, materil maupun spritual. 2. Bapak Prof.Dr.Ir.Yonny Koesmaryono, MS sebagai pembimbing I atas bimbingan, bantuan, konsultasi, kritik, saran dan nasehat yang diberikan selama menyelesaikan skripsi. 3. Bapak Dr. Ir. Aris Pramudia M.Si. Sebagai pembimbing II yang telah banyak memberikan bimbingan, arahan, semangat, kritik, saran dan nasihat selama penyelesaian skripsi. 4. Bapak Dr. Ir. Imam Santosa, MS selaku Ketua Departemen GFM. 5. Bapak Ir.Impron, M.Agr,Sc yang bersedia menjadi pembimbing akademik penulis selama menyelesaikan studi di IPB. 6. Bapak Ir. Heny Suharsono, MS selaku pembimbing praktik lapang yang telah memberikan banyak pengajaran, bimbingan, nasihat, kritik serta saran sehingga praktik lapang dapat terselaikan tepat pada waktunya. 7. Seluruh staf pengajar Departemen GFM terima kasih atas segala bimbingan dan pengajaran selama penulis menyelesaikan studi di Departemen GFM. 8. Bapak Ir. Yayan Apriyana terima kasih untuk bimbingan dan dukungannya. 9. Bapak Muladi BALITKLIMAT, Ibu Lastri Dinas Pertanian Ngawi, Mas Budi Rahayu BALITKLIMAT, Bapak Suwondo BMG terima kasih banyak untuk data-data yang telah diberikan kepada penulis untuk menyelesaian skripsi. 10. Kakak-kakakku tercinta dan keponakan-keponakanku tersayang yang telah memberikan semangat serta motivasinya yang begitu tulus kepada penulis. 11. Teman terbaikku Gia’Giecy’ dan Tia’Townie’ terima kasih atas persahabatan selama ini, semoga takkan pernah hilang & terlupakan sampai kapanpun. 12. Teman seperjuangan di GFM 41 (Yasmin, Weny, Ire, Ining, Diva, Mb’Fitri, Dhita, Melly, Siti, Sisi, Farah, Ekos, Fahdil, Oki, Bayu, Bladus, Fredi, Ferdi, Cornel, Reza, Alm. Canggih, Alam, Ujang, Randi) Teman-teman di Lab.Agrometeorologi (Siska, Yunus, Ade I, Zein, Ade A, Tedy, Anton, Alif). Mba Ira (Terima kasih untuk semua kerjasamanya), Mba Erica (terima kasih banyak untuk semangatnya saat penulis kehilangan semangat), terima kasih buat semua bantuannya, Pastinya akan sangat rindu dengan suasana lab yang telah memberikan kesan & kenangan tersendiri untuk penulis. 13. Sahabat baikku The Surrabizz (Manyun, Fanya, Yeni, Asree), Nunuy, Riya, Minceu, Member of Salsabila (Arum & Arinta), Member of Wisma Windi, Member of Room 96 A1 Asrama putri 2004, terima kasih untuk dukungan dan semangat yang selalu diberikan kepada penulis. 14. Staf administrasi Depertemen GFM: Pak Pono, Pak Khoirun, Pak Sutoro, Pak djun, Pak Udin, Ka Ajiz, Ka Nandang, Mba Wanti, Mba Icha dan Bu Inda terima kasih atas semua dukungan dan bantuannya. Penulis menyadari bahwa penulisan karya ilmiah ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu kritik dan saran yang membangun sangat penulis harapkan sebagai pemicu untuk bisa berkarya lebih baik di masa mendatang. Mohon maaf apabila ada kata-kata yang kurang berkenan dan ada penulisan yang kurang benar. Januari 2009 Penulis
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Bogor pada tanggal 5 Oktober 1985 sebagai anak terakhir dari enam bersaudara, anak dari pasangan Bapak Sakoem Sastrowiredjo dan Ibu Hapsah. Pada tahun 1992 penulis memulai pendidikannya di SDN Sasana Wiyata I Bogor, kemudian pada tahun 1998 melanjutkan ke sekolah menengah pertama di SLTPN 5 Bogor hingga tahun 2001. Pada tahun 2004 penulis menyelesaikan pendidikannya di sekolah menengah atas di SMUN 2 Bogor dan pada waktu yang bersamaan diterma di Departemen Geofisika dan Meteorologi Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Instiut Pertanian Bogor melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI). Semasa menjadi mahasiswa penulis aktif dalam kegiatan kemahasiswaan pada tahun 2004 masuk dalam Himpunan Mahasiswa Agrometeorologi (HIMAGRETO) sampai tahun 2006. Penulis sempat menjadi koordinator seksi acara dalam kegiatan Meteorologi Interaktif (METRIK), Pesta Sains Tingkat Nasional, dan Perkenalan Mahasiswa Baru Departemen Geofisika dan Meteorologi. Berkaitan dengan salah satu kegiatan belajar pada mata kuliah wajib mahasiswa Program Studi Meteorologi, penulis melakukan kegiatan Praktek Lapang di Balai Penelitian Agroklimat dan Hidrologi pada bulan Juli-Agustus 2007.
DAFTAR ISI Halaman DAFTAR TABEL .................................................................................................................... ii DAFTAR GAMBAR ................................................................................................................ iii DAFTAR LAMPIRAN ............................................................................................................ iv I.
PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ............................................................................................................. 1 1.2 Tujuan .......................................................................................................................... 1
II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Curah Hujan ................................................................................................................. 2.2 Pemodelan Prediksi Curah Hujan Menggunakan Analisis Jaringan syaraf ................. 2.3 Struktur Jaringan Syaraf Propagasi Balik (Back progation) ........................................ 2.4 Beberapa Metode Model Prediksi Curah Hujan .......................................................... 2.5 Studi Daerah Kabupaten Ngawi, Jawa Timur............................................................... 2.6 Stasiun Pewakil ............................................................................................................
1 2 4 4 5 6
III. BAHAN DAN METODE 3.1 Tempat dan Waktu Penelitian ...................................................................................... 8 3.2 Bahan dan Alat Penelitian ............................................................................................ 8 3.3 Metode Penelitian ........................................................................................................ 8 IV. HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Model Prediksi Curah Hujan......................................................................................... 10 4.2 Validasi Model.............................................................................................................. 13 4.3 Prediksi Curah Hujan Tahun 2008-2009....................................................................... 14 V. KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ................................................................................................................... 17 5.2 Saran ........................................................................................................................... 17 DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................................... 17 LAMPIRAN............................................................................................................................... 19
DAFTAR TABEL Halaman 1
Nilai MSE, Iterasi, dan R2 pada uji nilai H dan pembobot awal yang berbeda-beda pada Stasiun Ngale ............................................................................................................. 11
2
Nilai MSE, Iterasi, dan R2 pada uji nilai H dan pembobot awal yang berbeda-beda pada Stasiun Jogorogo ....................................................................................................... 12
3
Hasil prediksi curah hujan Ngale tahun 2008-2009 ........................................................... 15
4
Hasil prediksi curah hujan Jogorogo tahun 2008-2009 ...................................................... 16
DAFTAR GAMBAR Halaman 1 2 3 4 5 6 7
Konsep jaringan syaraf manusia dan model jaringan syaraf tiruan ............................... 2 Skema neural network ................................................................................................ 3 Blok diagram belajar Propagasi Balik (Back propagation) ......................................... 4 Peta Kabupaten Ngawi ................................................................................................ 6 Pewilayahan curah hujan Kabupaten Ngawi oada tahun Normal ............................... 7 Diagram alir tahapan penelitian .................................................................................. 9 Hasil training pemodelan CH dengan Teknik Jaringan Syaraf di Stasiun Ngale .......................................................................................................... 13 8 Hasil training pemodelan CH dengan Teknik Jaringan Syaraf di Stasiun Jogorogo ..................................................................................................... 13 9 Validasi Model prediksi CH di Stasiun Ngale menggunakan data tahun 2006-2007 .................................................................................................. 14 10 Validasi Model prediksi CH di Stasiun Jogorogo menggunakan data tahun 2006-2007 .................................................................................................. 14 11 Prediksi CH Stasiun Ngale tahun 2008-2009 Terhadap Rata-rata CH Tahun 1995-2007 dan CH Maksimum .................................................................................... 15 12 Prediksi CH Stasiun Jogorogo tahun 2008-2009 Terhadap Rata-rata CH Tahun 1995-2007 dan CH Maksimum .................................................................................... 16
DAFTAR LAMPIRAN Halaman 1
Nilai–nilai koefisien Model Prediksi curah hujan di Stasiun Ngale dan Jogorogo ............. 20
2
Data Curah Hujan bulanan Ngale dan Jogorogo tahun 1995-2007 .................................... 21
3
Data Anomali SST Zone Nino-3.4 dan SOI tahun 1995-2009 .......................................... 22
