Penanganan Data MODIS pada SIG Penutupan Lahan Berbasis OpenGeo Suite
PENANGANAN DATA MODIS PADA SIG PENUTUPAN LAHAN
BERBASIS OPENGEO SUITE
GANI GAIRAH ADHIKARA
DEPARTEMEN ILMU KOMPUTER
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2015
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Penanganan Data
MODIS pada SIG Penutupan Lahan Berbasis OpenGeo Suite benar karya saya
dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa
pun kepada perguruan tinggi manapun. 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, Januari 2015
Gani Gairah Adhikara
NIM G64124004
ABSTRAK
GANI GAIRAH ADHIKARA. Penanganan Data MODIS pada SIG Penutupan
Lahan Berbasis OpenGeo Suite. Dibimbing oleh HARI AGUNG ADRIANTO.
Perubahan lahan atau konversi lahan setiap saat bergerak secara dinamis,
baik secara alami maupun oleh tangan manusia. Maka dari itu perlu penanganan
untuk memantau pergerakan perubahan lahan yaitu dengan sistem yang bisa
memantau penutupan lahan di wilayah Indonesia khususnya. Teknologi
penginderaan jauh membantu untuk mendapatkan citra bumi dengan satelit, salah
satunya satelit Terra yang merekam citra MODIS penutupan lahan.
Pengembangan Sistem Informasi Geografi penutupan lahan memanfaatkan citra
dari satelit Terra dengan sensor MODIS yaitu citra MODIS-MOD13Q1 dengan
menggunakan indeks NDVI untuk menghasilkan citra dengan kawasan vegetasi
yang beraneka ragam. Selanjutnya citra yang diperoleh dibangun dalam aplikasi
spasial yang sifatnya terbuka yakni OpenGeo Suite. Tahapan pengembangan
sistem yakni analisis kebutuhan, praproses, perancangan prototipe, implementasi
prototipe hingga evaluasi prototipe. Dengan Sistem informasi geografi ini para
pengguna memperoleh informasi penutupan lahan wilayah Indonesia secara
mudah dengan memanfaatkan GeoWebCache sehingga dapat memaksimalkan
kinerja sistem.
Kata Kunci: MODIS, OpenGeo, penginderaan jauh, sistem informasi geografi.
ABSTRACT
GANI GAIRAH ADHIKARA. MODIS Data Handling of Land Cover GIS Based
on OpenGeo Suite. Supervised by HARI AGUNG ADRIANTO.
Land change or land conversion move dynamically any time, either
naturally or by human activities. So need for treatment to monitor the movement
of land change that with a system that can monitor land cover in Indonesia
especially remote sensing technology helps to get a satellite image of earth, one
that records the satellite Terra that record MODIS land cover image. Geographic
information systems development of land cover utilizing images from Terra
satellite with MODIS sensors that is MODIS MOD13Q1 image using NDVI
index to produce images with diverse vegetation region. Further images obtained
constructed in open source spatial applications that is OpenGeo Suite. Stages of
development of the system are needs analysis, preprocessing, prototype design,
prototype formation and evaluation of prototypes. With this geographic
information system users can get information of land cover in Indonesia region
easily by utilizing GeoWebCache so can maximize the performance of the system.
Keywords: geographic information system, MODIS, OpenGeo, remote sensing
PENANGANAN DATA MODIS PADA SIG PENUTUPAN LAHAN
BERBASIS OPENGEO SUITE
GANI GAIRAH ADHIKARA
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Ilmu Komputer
pada
Departemen Ilmu Komputer
DEPARTEMEN ILMU KOMPUTER
FAKULTAS MATEMATIKA ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2015
Penguji: 1
2
Dr Imas Sukaesih Sitanggang, SSi, MKom
Rina Trisminingsih, SKom, MT
Judul Skripsi : Penanganan Data MODIS pada SIG Penutupan Lahan Berbasis
OpenGeo Suite
Nama
: Gani Gairah Adhikara
NIM
: G64124004
Disetujui oleh
Hari Agung Adrianto, SKom, MSi
Pembimbing
Diketahui oleh
Dr Ir Agus Buono, MSi, MKom
Ketua Departemen
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Segala puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah Subhanahu wa
Ta'ala yang telah melimpahkan rahmat dan hidayat sehingga penulis dapat
menyelesaikan penelitian yang berjudul Penanganan Data MODIS pada SIG
Penutupan Lahan Berbasis OpenGeo Suite dengan baik dan lancar.
Penyelesaian penelitian ini sesungguhnya tidak lepas dari doa, dukungan
dan bantuan dari berbagai pihak oleh karena itu penulis menyampaikan ucapan
terima kasih yang sebesar-besarnya kepada kedua orang tua tercinta Lili Djadjuli
dan Erna Resnawati, kakak Aam Amalia, Reni Anggraeni dan Ridwan Faridan,
serta rekan-rekan Program Studi S1 Ilmu Komputer IPB Program Alih Jenis
Angkatan 7. Tidak lupa Kepada Bapak Hari Agung Adrianto, SKom MSi selaku
dosen pembimbing serta Ibu Dr. Imas Sukaesih Sitanggang, SSi MKom dan Rina
Trisminingsih, SKom MT selaku dosen penguji.
Semoga di waktu yang akan datang karya ilmiah ini dapat bermanfaat untuk
kita semua.
Bogor, Januari 2015
Gani Gairah Adhikara
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
vi
DAFTAR GAMBAR
vi
PENDAHULUAN
1
Latar Belakang
1
Perumusan Masalah
2
Tujuan Penelitian
2
Manfaat Penelitian
2
Ruang Lingkup Penelitian
3
TINJAUAN PUSTAKA
3
Penutupan Lahan
3
Penginderaan Jauh
3
Satelit Terra
3
Data MODIS
4
Indeks Vegetasi
5
OpenGeo Suite
5
Web Map Service
6
GeoWebCache
7
METODE
8
Analisis Kebutuhan
8
Praproses Data
8
Perancangan Prototipe
9
Implementasi Prototipe
9
Evaluasi Prototipe
9
HASIL DAN PEMBAHASAN
Analisis Kebutuhan
9
9
Praproses Data
10
Perancangan Prototipe
12
Implementasi Prototipe
14
Evaluasi Prototipe
18
SIMPULAN DAN SARAN
20
Simpulan
20
Saran
20
DAFTAR PUSTAKA
20
RIWAYAT HIDUP
22
DAFTAR TABEL
1
2
3
4
5
6
Spesifikasi MODIS (NASA MODIS 2014)
Indeks NDVI pada peta MOD13Q1
Waktu eksekusi peta tanpa style
Waktu eksekusi peta dengan style
Pengujian fungsi peta
Peta Penutupan lahan 2009 dan 2014
4
12
17
18
18
19
DAFTAR GAMBAR
1 Reflektansi gelombang sensor MODIS dan ASTER pada permukaan
bumi (Yamamoto et al. 2012)
2 Arsitektur OpenGeo (OpenGeo 2013)
3 Ilustrasi Web Map Service (OpenGeo 2013)
4 Alur kerja GeoWebCache (OpenGeo 2013)
5 Metode penelitian
6 Pengunduhan Citra Satelit
7 Transformasi fail hdf menjadi tif
8 Rancangan tampilan antarmuka sistem
9 Konfigurasi sistem koordinat
10 Style Peta penutupan lahan
11 Peta sebelum styling
12 Peta tahun 2009 setelah styling
13 Peta tahun 2014 setelah styling
14 Implementasi antarmuka
4
6
7
7
8
10
11
13
14
15
16
16
16
17
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Perubahan lahan atau konversi lahan bergerak secara dinamis setiap saat
terutama kawasan hijau di wilayah Indonesia. Konversi lahan tersebut terjadi
secara alami yaitu sesuai siklus hidup vegetasi hijau maupun secara sengaja oleh
tangan manusia misalnya konversi lahan pertanian atau hutan dijadikan area
pemukiman warga.
Terkait Permasalahan yang telah disebutkan maka dibutuhkanlah
pengembangan Sistem Informasi Geografi (SIG) penutupan lahan berbasiskan
web untuk memperoleh informasi tutupan lahan dengan mudah, sehingga siapa
saja dapat mengakses ke dalamnya. Pengembangan sistem tersebut membutuhkan
sebuah teknologi yang dapat dimanfaatkan oleh penggiat peta baik perorangan
maupun kelompok atau instansi. Sebuah teknologi penginderaan jauh (remote
sensing) yaitu ilmu atau seni memperoleh informasi terhadap sebuah objek,
fenomena atau area melalui anlalisis dari data dengan menggunakan sebuah alat
atau instrumen tanpa berhubungan langsung dengan objek, area atau fenomena
yang diselidiki (Lillesand dan Kiefer 1979).
Penutupan lahan bisa dikaitkan dengan kenampakan vegetasi di permukaan
bumi. NASA memformulasikan nilai kerapatan vegetasi dengan indeks vegetasi
yan sudah dinormalisasi yaitu NDVI. Nilai NDVI merupakan indeks vegetasi
yang merupakan kombinasi matematis antara band NIR (Near Infrared) dan band
visible yaitu band red yang telah lama digunakan sebagai indikator keberadaan
dan kondisi vegetasi.
Konsep dasar penginderaan jauh terdiri dari beberapa elemen atau
komponen yang terdiri dari sumber tenaga, atmosfer, interaksi tenaga dengan
objek di permukaan bumi, sensor sistem pengolahan data dan berbagai
penggunaan data. Salah satu keuntungan penginderaan jauh yaitu memungkinkan
para ilmuwan untuk memantau perubahan penutupan lahan secara langsung
dengan data satelit yang memiliki resolusi temporal yang tinggi (Herold et al.
2006).
Salah satu sensor satelit tersebut adalah MODIS (Moderate Resolution
Imaging Spectroradiometer) merupakan sensor yang dibawa oleh satelit Terra
maupun Aqua. Data yang diperoleh dari satelit ini adalah sebuah citra satelit
MODIS yang bermanfaat untuk pemantauan atau pengamatan bumi berupa data
MODIS yang memiliki resolusi spasial 250, 500 dan 1000. Resolusi spasial
merupakan kemampuan untuk mengidentifikasi objek dengan ukuran-ukuran yang
berbeda pada setiap piksel citra (Lillesand dan Kiefer 1994) yang merupakan
ukuran area lahan yang dimana pengukuran terekam dalam sebuah piksel citra.
Selain Resolusi spasial, atribut terpenting dalam data spasial hasil penginderaan
jauh yaitu resolusi temporal yang terkait seberapa sering satelit mengunjungi
kembali lokasi yang sama pada permukaan bumi dan resolusi spektral
menunjukan perbedaan spektral pada interval panjang gelombang dimana sebuah
sensor mampu mendeteksi (Lillesand dan Kiefer 1994). Citra yang dihasilkan
berbasiskan raster yaitu citra yang mengandung data grid dan kontinu yang
diperoleh dari komputer.
2
Citra raster memiliki beberapa kelebihan dan kekurangan, misalnya saja
kelebihannya memiliki struktur data yang sederhana dan citra permukaan bumi
dalam bentuk raster yang didapat dari radar atau satelit penginderaan jarak jauh
selalu lebih aktual dibanding bentuk vektornya. Sedangkan kekurangannya yaitu
secara umum memerlukan ruang memori yang lebih besar dalam komputer dan
sebuah citra raster hanya mengandung satu tematik saja sehingga sulit
digabungkan atribut lainnya dalam satu layer.
Beberapa situs memberikan data spasial secara terbuka, misalnya untuk citra
raster permukaan bumi dapat diperoleh di situs reverb NASA
(http://reverb.echo.nasa.gov). Data yang dibutuhkan pada penelitian ini adalah
citra satelit Terra Vegetation Index (MOD13Q1) yang merupakan citra komposit
16 hari. Seperti yang telah disebutkan sebelumnya kekurangan citra raster yaitu
ukuran fail yang besar, maka sebuah tantangan baru bagaimana mengeksekusi
sebuah citra raster dari satelit yang digunakan pada SIG pada penelitian ini
dengan cepat dan lancar.
Dalam membangun sebuah SIG penutupan lahan dibutuhkan perangkat
spasial untuk menunjang konstruksi sistem tersebut, salah satunya OpenGeo Suite
yaitu paket perangkat lunak berbasis gespasial yang sepenuhnya terbuka sehingga
dapat mempublikasikan data spasial ke web. Perangkat ini disertakan dengan
PostGIS, GeoServer, GeoExplorer dan GeoWeb Cache.
Pada penelitian kali ini menggunakan perangkat lunak berbasis kode terbuka
karena pemerintah membuka peluang pemanfaatan data geospasial secara luas
dengan menggunakan perangkat yang bebas dan terbuka seperti yang disebutkan
pada Undang-undang Republik Indonesia No.4/2011 pasal 31 ayat 1 yang
berbunyi “Pengolahan data geografis dan informasi geografis dilakukan dengan
menggunakan perangkat lunak yang berlisensi dan atau bersifat bebas dan terbuka”
(BIG 2011).
Perumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang di atas, maka perumusan masalah penelitian ini
adalah bagaimana mengembangkan SIG penutupan lahan wilayah Indonesia
dengan memanfaatkan data yang diperoleh dari satelit dan bagaimana citra yang
berukuran besar mampu ditangani dengan aplikasi spasial sehingga sistem mampu
memberikan informasi di dalamnya secara cepat dan efisien.
Tujuan Penelitian
1
2
Tujuan dari penelitian ini adalah
Mengembangkan Sistem Informasi Geografi penutupan lahan dimana citra
diperoleh dari hasil penginderaan jauh oleh satelit Terra dengan nilai indeks
NDVI yang mengidentifikasi kerapatan vegetasi hijau.
Mengimplementasikan fasilitas GeoWebCache yang terdapat dalam aplikasi
terbuka OpenGeoSuite.
Manfaat Penelitian
Memperoleh informasi tutupan lahan di wilayah Indonesia sehingga bisa
memantau kerapatan vegetasi hijau di wilayah Indonesia dari tahun ke tahun.
3
Ruang Lingkup Penelitian
1
2
3
Ruang lingkup penelitian ini adalah
Citra satelit yang diperoleh secara gratis dari situs badan NASA di
http://reverb.echo.nasa.gov.
Produk yang digunakan adalah MOD13Q1 (indeks vegetasi) dari satelit
Terra dengan cakupan wilayah Indonesia pada tahun 2009 dan 2014.
Pengembangan sistem menggunakan aplikasi spasial terbuka OpenGeo
Suite dan bekerja di lapisan user interface dan application server pada
arsitektur OpenGeo Suite.
TINJAUAN PUSTAKA
Penutupan Lahan
Penutupan lahan adalah sebuah istilah yang berkaitan dengan jenis
kenampakan yang ada di permukaan bumi (Lillesand dan Kiefer 1979). Burley
(1961) diacu dalam Lo (1995) menyebutkan bahwa penutupan lahan
menggambarkan konstruksi vegetasi maupun buatan yang menutup permukaan
lahan. Konstruksi vegetasi tersebut tampak secara langsung dari penginderaan
jauh. Struktur fisik yang dibangun oleh manusia, fenomena biotik seperti vegetasi
alami, tanaman pertanian dan kehidupan fauna dan tipe pembangunan.
Penginderaan Jauh
Penginderaan jauh (remote sensing) merupakan ilmu atau seni
memperoleh informasi terhadap sebuah objek, fenomena atau area melalui
anlalisis dari data dengan menggunakan sebuah alat atau instrumen tanpa
berhubungan langsung dengan objek, area atau fenomena yang diselidiki
(Lillesand dan Kiefer 1979).
Satelit Terra
Situs NASA (NASA 2014) menyebutkan NASA meluncurkan satelit
unggulan EOS (Earth Observing System ) bernama Terra pada tanggal 18
Desember 1999. Terra telah mengumpulkan data terkait perubahan iklim bumi.
Terra membawa 5 buah sensor jarak jauh untuk memantau keadaan lingkungan
bumi yakni ASTER (Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection
Radiometer), CERES (Clouds and the Earth’s Radian Energy System), MISR
(Multi-angle Imaging SpectroRadiometer), MODIS (Moderate-Resolution
Imaging SpectroRadiometer) dan MOPITT (Measurements of Pollution in the
Troposphere).
4
Data MODIS
Data MODIS diperoleh dari sensor yang bernama MODIS yang dibawa
oleh satelit Terra. Spesifikasi MODIS dijelaskan oleh NASA di situs MODIS
milik NASA yang ditunjukkan pada Tabel 1.
Tabel 1 Spesifikasi MODIS (NASA MODIS 2014)
Parameter
Orbit
Scan Rate
Swath Dimension
Size
Weight
Power
Date Rate
Quantization
Spatial Resolution
Design Life
Spesifikasi
705 km, 10:30 a.m descending node (Terra) or 1:30 p.m.
ascending node (Aqua), sun-synchronous, near-polar,
circular
20.3 rpm, cross track
2330 km (cross track) by 10 km (along track at nadir)
1.0 x 1.6 x 1.0m
228.7 kg
162.5 W (single orbit average)
10.6 Mbps (peak daytime); 6.1 Mbps (orbital average)
12 bits
250m (bands 1-2), 500m (bands 3-7), 1000m (bands 8-36)
6 Tahun
Ada beberapa standar produk data MODIS yang para ilmuwan gunakan
untuk mempelajari perubahan global. Produk-produk ini terdiri dari beberapa
disiplin ilmu diantaranya oceanografi (misalnya Angstrom Exponent, Aerosol
Optical Thickness dll), lahan (MOD09, MOD11, MOD12, MOD13 dll), dan ilmu
atmosfir (MOD04, MOD05, MOD06 dll). Setiap produk data MODIS maupun
produk dari sensor lain menggunakan band sesuai dengan studi yang ditangani.
Setiap band memancarkan panjang gelombang yang beragam. Berikut panjang
gelombang dari sensor MODIS dan ASTER terkait vegetasi diberikan Gambar 1.
Gambar 1 Reflektansi gelombang sensor MODIS dan ASTER pada permukaan
bumi (Yamamoto et al. 2012)
5
Reflektansi dari sensor MODIS ditunjukan pada gelombang warna merah.
Band 1 merupakan band visible yakni band red yang biasa digunakan untuk
memonitoring kesehatan vegetasi maupun tanah pada permukaan bumi. Panjang
Gelombang untuk band red adalah 620-670nm. Band 2 merupakan band near
infrared yang mendefinisikan air dan penampakan lahan di permukaan bumi
dimana panjang gelombang ini adalah 841-876nm. Band 3 merupakan band biru
yang biasa digunakan untuk memonitoring sedimen dalam air, kedalaman air serta
mereduksi efek distorsi atmosfer pada band yang lain. Panjang gelombang band 3
adalah 459-479nm. Band 4 merupakan band hijau yang fungsinya mirip dengan
band biru ditambah bila nampak warna hijau maka daerah tersebut terdapat
vegetasi. Panjang gelombang untuk band ini adalah 545-565nm.
Indeks Vegetasi
Hubungan antara respon spektral pada spektrum sinar tampak dan infra
merah dengan kerapatan vegetasi dapat dijelaskan dengan suatu indeks yang
disebut indeks vegetasi (Huete 1998). NDVI (Normalized Difference Vegetation
Index) merupakan salah satu indeks yang digunakan untuk melihat kerapatan hijau
permukaan bumi dimana NDVI merupakan indeks vegetasi yang merupakan
perhitungan matematis antara band NIR (Near Infrared) dan band visible yaitu
band red yang telah lama digunakan sebagai indikator keberadaan dan kondisi
vegetasi. Nilai NDVI berkisar antara -1 sampai 1, dimana nilai 0 sering
diasumsikan sebagai batas piksel yang bervegetasi dan non vegetasi. Maka telah
terbentuk formulasi NDVI (Weier dan Herring 2000) kedua band tersebut
sehingga menghasilkan Persamaan 1
(1)
dimana NDVI merupakan nilai kepadatan vegetasi indeks, NIR merupakan jumlah
nilai reflektansi spektral atau band NIR ke sensor MODIS dan RED merupakan
jumlah nilai reflektansi spektral atau band red ke sensor.
OpenGeo Suite
OpenGeo Suite merupakan perangkat lunak geospasial yang terdiri dari
beberapa tumpukan (stack). Komponen-komponen yang diletakan di atas
komponen lainnya digambarkan dengan analogi tumpukkan (stack). Komponen
yang sifatnya mendasar atau penting diletakkan di bawah, sedangkan komponen
lainnya yang bersifat sebagai pendukung diletakkan di atasnya (OpenGeo 2013).
Berikut arsitektur dari OpenGeo Suite ditunjukan pada Gambar 2.
6
Gambar 2 Arsitektur OpenGeo (OpenGeo 2013)
Sebagaimana yang disajikan pada Gambar 2, arsitektur OpenGeo terdiri dari
tiga lapisan utama yaitu lapisan pertama adalah basis data yang menggunakan
PostGIS sebagai penyimpanan data spasial. PostGIS merupakan add-on berbasis
spasial untuk PostgreSQL yang bersifat open source.
Lapisan kedua adalah application layer pada OpenGeo menggunakan
Geoserver untuk mengakses peta dimana data terlebih dahulu harus diakses
menggunakan web service pada GeoServer. Geoserver adalah perangkat lunak
server berbasis Java dimana pengguna dapat melihat dan mengedit data geospasial
(Geoserver 2013). Geoserver dibangun dengan library GeoTools yang merupakan
Java toolkit untuk mengembangkan aplikasi berbasis Java. Geoserver dirancang
untuk menerbitkan data dari sumber data spasial dengan menggunakan standar
Open Geospasial Consortium (OGC). Sistem layanan yang disediakan oleh
GeoServer adalah layanan yang sesuai dengan OGC yaitu Web Faeature Service
(WFS) dan Web Map Service (WMS).
Lapisan ketiga adalah user interface OpenGeo menggunakan GeoExplorer
yang menggunakan framework GeoExt/ExtJS dan komponen data OpenLayers.
OpenLayers dapat diganti dengan GoogleMaps, BingMaps dan lainnya.
(OpenGeo 2013). GeoExplorer akan menampilkan data spasial dengan
menggunakan sistem kerja WMS.
Web Map Service
Web Map Service (WMS) merupakan layanan standar yang disediakan
oleh GeoServer yang menghasilkan representasi visual dari geodata dalam bentuk
peta bereferensi geografis. Spesifikasi WMS memberikan standar bagaimana peta
dapat diminta oleh client dan bagaimana server menjelaskan data yang
dimilikinya. Ilustrasi WMS diberikan pada Gambar 3.
7
Gambar 3 Ilustrasi Web Map Service (OpenGeo 2013)
GeoWebCache
GeoWebCache adalah alat untuk meningkatkan kinerja WMS dengan
melakukan penggambaran sebelumnya (seeding) dan menyimpan gambar peta
untuk respon yang cepat terhadap permintaan client (OpenGeo 2013). Dalam
arsitektur OpenGeo GeoWebCache menjembatani GeoServer dan user interface.
secara default OpenGeo akan mengaktifkan konfigurasi GeoWebCache pada layer
atau layer group baru, dimana tile atau potongan peta disimpan dalam berbagai
format seperti png, png8, jpeg dan gif. Alur kerja GeoWebCache diberikan pada
Gambar 4.
Receive request
for a map
Search for the tile
in cache storage
system
Is the tile
cached?
Request the tile
from WMS server
Save the tile from
WMS server
Save the tile from
WMS server
Gambar 4 Alur kerja GeoWebCache (OpenGeo 2013)
8
METODE
Pengembangan penelitian SIG tutupan lahan ini secara garis besar melalui
beberapa tahapan yang terdiri dari analisis kebutuhan, praproses data,
perancangan prototipe, implementasi prototipe, dan evaluasi prototipe. Metode
penelitian tersebut diberikan pada Gambar 5 berikut:
mulai
Analisis Kebutuhan
Praproses data
Perancangan
Prototipe
tidak
Implementasi
Prototipe
Evaluasi Prototipe
ya
selesai
Gambar 5 Metode penelitian
Analisis Kebutuhan
Pengembangan diawali dengan melakukan analisis terhadap data yang
dibutuhkan sistem dan analisis terhadap lingkungan perangkat keras dan
perangkat lunak pengembangan sistem. Sistem mampu menampilkan citra dari
satelit oleh karena itu dilakukan analisis terhadap format citra satelit berbasiskan
raster yang dapat ditarik oleh server spasial dan bisa menampilkan citra yang
memiliki ukuran cukup besar. Dilakukan survei terhadap kebutuhan data. Hal ini
diperlukan untuk mengevaluasi setiap sumber data yang potensial dalam
pengembangan sistem.
Praproses Data
Setelah tahap analisis kebutuhan data kemudian diperiksa apakah data sudah
dalam format yang dapat dimuat dalam server dan apakah memiliki sistem proyeksi.
Jika forat belum sesuai maka dilakukan transformasi fail dan melakukan pengaturan
sistem proyeksi untuk mengetahui referensi data spasial yang dilakukan saat
9
mengkonversi data dari format hdf ke format tif agar format tersebut bisa dimuat
dalam Geoserver sebagai servernya.
Perancangan Prototipe
Setelah dilakukan Praproses terhadap data sehingga siap diimplementasikan
pada sistem, selanjutnya masuk ke tahap perancangan prototipe yang terdiri dari
perancangan arsitektur, perancangan proses dan perancangan antarmuka sistem.
Perancangan arsitektur yaitu gambaran umum arsitektur dari pengembangan
sistem dengan OpenGeo Suite. Perancangan proses yaitu bagaimana alur kerja
sistem dari saat pertama client melakukan request terhadap peta sampai peta
ditampilkan ke client. Perancangan antarmuka yaitu user interface kepada
pengguna sistem yang dibuat pada halaman web.
Implementasi Prototipe
Pada tahap ini dilakukan realisasi atau implementasi terhadap perancangan
sistem yang sudah dibuat pada tahap sebelumnya. implementasi diawali dengan
mengimplementasikan di GeoServer, mengimplementasikan antarmuka sistem
dan mengimplementasikan tile caching yakni menyimpan potongan peta pada tile
storage atau penyimpanan potongan peta untuk mempercepat kinerja
menampilkan peta.
Evaluasi Prototipe
Tahap akhir pada pengembangan SIG Penutupan lahan ini yakni evaluasi
pada sistem ini dilakukan pada prototipe mencakup uji fungsionalitas yang
bertujuan agar dipastikan semua fungsi berjalan dengan baik pada sistem seperti
GetCapabilities yaitu fungsi untuk memanggil peta, GetMap yaitu fungsi
memanggil peta dengan spesifikasi layer pada server, ZoomIn untuk memperbesar
peta, ZoomOut untuk memperkecil peta, serta eksekusi dengan tile caching.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Analisis Kebutuhan
Analisis kebutuhan terdiri dari analisis data yang dibutuhkan sistem dan
analisis terhadap lingkungan perangkat keras dan perangkat lunak pengembangan
sistem. Analisis terhadap data yang dibutuhkan sistem dimana dalam
pengembangan SIG penutupan lahan berbasis raster ini diketahui format yang
mampu ditarik oleh geoserver misalnya tif dan jpeg. Situs NASA terkait data
modis lahan dengan vegetasi indeks disurvei memberikan fail format hdf yang
dapat ditransformasikan menjadi fail tif sehingga dapat ditarik oleh geoserver.
Berdasarkan analisis kebutuhan, spesifikasi perangkat lunak yang
dibutuhkan dalam pengembangan SIG penutupan lahan adalah sebagai berikut:
1 OpenGeo Suite 4.0.2 sebagai perangkat spasial yang terdiri dari
GeoExplorer untuk mempublikasikan peta, GeoServer sebagai web map
server yang menyimpan dan mengakomodasi data dalam bentuk peta,
GeoWebCache sebagai tool peningkat kinerja akses data peta.
10
MRT (MODIS Reprojection Tool) sebagai tool untuk merubah fail hdf
(Hierarchical Data Format) menjadi tif sehingga lebih mudah
mengaplikasikannya ke dalam sistem.
3 Rstudio digunakan sebagai media untuk menuliskan script yang terintegrasi
dengan library MRT untuk mendapatkan citra tif yang sebelumnya masih
berupa fail hdf.
4 Firebug digunakan untuk menghitung eksekusi dalam memuat peta dalam
browser.
Spesifikasi perangkat keras yang digunakan dalam pengembangan sistem ini
adalah:
1 Proccesor Intel Core i5-4200U, 1.6GHz
2 Sistem Operasi Linux Ubuntu 12.04 LTS 64-bit
3 Hardisk 30,4 Gb
4 Memori: 4096 Gb
SIG penutupan lahan pada penelitian ini akan membutuhkan data yang
berasal dari penginderaan jauh yaitu citra MOD13Q1 vegetation index yang
merupakan citra time series komposit selama 16 hari di wilayah indonesia dengan
menentukan batas wilayah geografis wilayah Indonesia. Selanjutnya fail yang
diperoleh dipraproses menjadi sebuah citra yang bisa dimasukkan ke dalam server.
Citra tersebut selanjutnya ditampilkan dengan menampilkan
skala
perbesaran, legenda peta serta menampilkan menu untuk operasi pada peta seperti
ZoomIn, ZoomOut. Serta penanganan lanjut terkait data agar tampil dengan efisien
dan lancar meski datanya besar.
Praproses Data
2
Pengunduhan
Beberapa situs menawarkan citra dari penginderaan jauh, misalnya situs
NASA yang memberi data MODIS secara gratis di http://reverb.echo.nasa.gov,
situs ini dipilih pada penelitian ini karena lebih mudah dan praktis digunakan.
Data yang diperoleh bersumber dari instrumen dari satelit yaitu satelit TerraModis yang memberikan data modis, misalnya saja MOD13Q1 data modis
vegetasi indeks yang digunakan pada penelitian ini. Berikut adalah tampilan
jendela web saat pemilihan data yang hendak diunduh seperti pada Gambar 6
Gambar 6 Pengunduhan Citra Satelit
11
Tahap ini dimulai dengan memasuki situs yang ditunjukan Gambar 6, lalu
menentukan area yang akan diseleksi sesuai dengan batas wilayah geografis
Indonesia yaitu 6o LU – 11o LS dan 95oBT- 141oBT dengan tipe pencarian
bounding box seperti gambar di atas. Pada kolom disebelah kanan yakni search
terms adalah fasilitas untuk memilih produk NASA, pada penelitian ini produk
yang digunakan adalah MOD13Q1 dan temporal search adalah waktu saat satelit
menangkap citra permukaan bumi, misalnya 1 Januari 2014 sampai dengan 16
Januari 2014. Setelah fail diunduh akan diperoleh sebanyak 38 fail berekstensi hdf.
Hdf merupakan fail standar yang berisi informasi geografis yang diperoleh dari
penginderaan jauh oleh para peneliti.
Transformasi fail hdf ke tif
Tahap selanjutnya bekerja dengan Rstudio dan MRT dimana tahap ini
adalah tahap yang sangat penting yakni mengubah fail berekstensi hdf menjadi tif,
seperti pada kode pada Gambar 7 (Golicher 2012).
>setwd("D:/data/ilkom/skripsi/MRT/hdf2009")
> f fnames dts yrs datestring lst date_lst finaldest for(i in 1:length(lst)){
+ fls
BERBASIS OPENGEO SUITE
GANI GAIRAH ADHIKARA
DEPARTEMEN ILMU KOMPUTER
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2015
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Penanganan Data
MODIS pada SIG Penutupan Lahan Berbasis OpenGeo Suite benar karya saya
dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa
pun kepada perguruan tinggi manapun. 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, Januari 2015
Gani Gairah Adhikara
NIM G64124004
ABSTRAK
GANI GAIRAH ADHIKARA. Penanganan Data MODIS pada SIG Penutupan
Lahan Berbasis OpenGeo Suite. Dibimbing oleh HARI AGUNG ADRIANTO.
Perubahan lahan atau konversi lahan setiap saat bergerak secara dinamis,
baik secara alami maupun oleh tangan manusia. Maka dari itu perlu penanganan
untuk memantau pergerakan perubahan lahan yaitu dengan sistem yang bisa
memantau penutupan lahan di wilayah Indonesia khususnya. Teknologi
penginderaan jauh membantu untuk mendapatkan citra bumi dengan satelit, salah
satunya satelit Terra yang merekam citra MODIS penutupan lahan.
Pengembangan Sistem Informasi Geografi penutupan lahan memanfaatkan citra
dari satelit Terra dengan sensor MODIS yaitu citra MODIS-MOD13Q1 dengan
menggunakan indeks NDVI untuk menghasilkan citra dengan kawasan vegetasi
yang beraneka ragam. Selanjutnya citra yang diperoleh dibangun dalam aplikasi
spasial yang sifatnya terbuka yakni OpenGeo Suite. Tahapan pengembangan
sistem yakni analisis kebutuhan, praproses, perancangan prototipe, implementasi
prototipe hingga evaluasi prototipe. Dengan Sistem informasi geografi ini para
pengguna memperoleh informasi penutupan lahan wilayah Indonesia secara
mudah dengan memanfaatkan GeoWebCache sehingga dapat memaksimalkan
kinerja sistem.
Kata Kunci: MODIS, OpenGeo, penginderaan jauh, sistem informasi geografi.
ABSTRACT
GANI GAIRAH ADHIKARA. MODIS Data Handling of Land Cover GIS Based
on OpenGeo Suite. Supervised by HARI AGUNG ADRIANTO.
Land change or land conversion move dynamically any time, either
naturally or by human activities. So need for treatment to monitor the movement
of land change that with a system that can monitor land cover in Indonesia
especially remote sensing technology helps to get a satellite image of earth, one
that records the satellite Terra that record MODIS land cover image. Geographic
information systems development of land cover utilizing images from Terra
satellite with MODIS sensors that is MODIS MOD13Q1 image using NDVI
index to produce images with diverse vegetation region. Further images obtained
constructed in open source spatial applications that is OpenGeo Suite. Stages of
development of the system are needs analysis, preprocessing, prototype design,
prototype formation and evaluation of prototypes. With this geographic
information system users can get information of land cover in Indonesia region
easily by utilizing GeoWebCache so can maximize the performance of the system.
Keywords: geographic information system, MODIS, OpenGeo, remote sensing
PENANGANAN DATA MODIS PADA SIG PENUTUPAN LAHAN
BERBASIS OPENGEO SUITE
GANI GAIRAH ADHIKARA
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Ilmu Komputer
pada
Departemen Ilmu Komputer
DEPARTEMEN ILMU KOMPUTER
FAKULTAS MATEMATIKA ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2015
Penguji: 1
2
Dr Imas Sukaesih Sitanggang, SSi, MKom
Rina Trisminingsih, SKom, MT
Judul Skripsi : Penanganan Data MODIS pada SIG Penutupan Lahan Berbasis
OpenGeo Suite
Nama
: Gani Gairah Adhikara
NIM
: G64124004
Disetujui oleh
Hari Agung Adrianto, SKom, MSi
Pembimbing
Diketahui oleh
Dr Ir Agus Buono, MSi, MKom
Ketua Departemen
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Segala puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah Subhanahu wa
Ta'ala yang telah melimpahkan rahmat dan hidayat sehingga penulis dapat
menyelesaikan penelitian yang berjudul Penanganan Data MODIS pada SIG
Penutupan Lahan Berbasis OpenGeo Suite dengan baik dan lancar.
Penyelesaian penelitian ini sesungguhnya tidak lepas dari doa, dukungan
dan bantuan dari berbagai pihak oleh karena itu penulis menyampaikan ucapan
terima kasih yang sebesar-besarnya kepada kedua orang tua tercinta Lili Djadjuli
dan Erna Resnawati, kakak Aam Amalia, Reni Anggraeni dan Ridwan Faridan,
serta rekan-rekan Program Studi S1 Ilmu Komputer IPB Program Alih Jenis
Angkatan 7. Tidak lupa Kepada Bapak Hari Agung Adrianto, SKom MSi selaku
dosen pembimbing serta Ibu Dr. Imas Sukaesih Sitanggang, SSi MKom dan Rina
Trisminingsih, SKom MT selaku dosen penguji.
Semoga di waktu yang akan datang karya ilmiah ini dapat bermanfaat untuk
kita semua.
Bogor, Januari 2015
Gani Gairah Adhikara
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
vi
DAFTAR GAMBAR
vi
PENDAHULUAN
1
Latar Belakang
1
Perumusan Masalah
2
Tujuan Penelitian
2
Manfaat Penelitian
2
Ruang Lingkup Penelitian
3
TINJAUAN PUSTAKA
3
Penutupan Lahan
3
Penginderaan Jauh
3
Satelit Terra
3
Data MODIS
4
Indeks Vegetasi
5
OpenGeo Suite
5
Web Map Service
6
GeoWebCache
7
METODE
8
Analisis Kebutuhan
8
Praproses Data
8
Perancangan Prototipe
9
Implementasi Prototipe
9
Evaluasi Prototipe
9
HASIL DAN PEMBAHASAN
Analisis Kebutuhan
9
9
Praproses Data
10
Perancangan Prototipe
12
Implementasi Prototipe
14
Evaluasi Prototipe
18
SIMPULAN DAN SARAN
20
Simpulan
20
Saran
20
DAFTAR PUSTAKA
20
RIWAYAT HIDUP
22
DAFTAR TABEL
1
2
3
4
5
6
Spesifikasi MODIS (NASA MODIS 2014)
Indeks NDVI pada peta MOD13Q1
Waktu eksekusi peta tanpa style
Waktu eksekusi peta dengan style
Pengujian fungsi peta
Peta Penutupan lahan 2009 dan 2014
4
12
17
18
18
19
DAFTAR GAMBAR
1 Reflektansi gelombang sensor MODIS dan ASTER pada permukaan
bumi (Yamamoto et al. 2012)
2 Arsitektur OpenGeo (OpenGeo 2013)
3 Ilustrasi Web Map Service (OpenGeo 2013)
4 Alur kerja GeoWebCache (OpenGeo 2013)
5 Metode penelitian
6 Pengunduhan Citra Satelit
7 Transformasi fail hdf menjadi tif
8 Rancangan tampilan antarmuka sistem
9 Konfigurasi sistem koordinat
10 Style Peta penutupan lahan
11 Peta sebelum styling
12 Peta tahun 2009 setelah styling
13 Peta tahun 2014 setelah styling
14 Implementasi antarmuka
4
6
7
7
8
10
11
13
14
15
16
16
16
17
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Perubahan lahan atau konversi lahan bergerak secara dinamis setiap saat
terutama kawasan hijau di wilayah Indonesia. Konversi lahan tersebut terjadi
secara alami yaitu sesuai siklus hidup vegetasi hijau maupun secara sengaja oleh
tangan manusia misalnya konversi lahan pertanian atau hutan dijadikan area
pemukiman warga.
Terkait Permasalahan yang telah disebutkan maka dibutuhkanlah
pengembangan Sistem Informasi Geografi (SIG) penutupan lahan berbasiskan
web untuk memperoleh informasi tutupan lahan dengan mudah, sehingga siapa
saja dapat mengakses ke dalamnya. Pengembangan sistem tersebut membutuhkan
sebuah teknologi yang dapat dimanfaatkan oleh penggiat peta baik perorangan
maupun kelompok atau instansi. Sebuah teknologi penginderaan jauh (remote
sensing) yaitu ilmu atau seni memperoleh informasi terhadap sebuah objek,
fenomena atau area melalui anlalisis dari data dengan menggunakan sebuah alat
atau instrumen tanpa berhubungan langsung dengan objek, area atau fenomena
yang diselidiki (Lillesand dan Kiefer 1979).
Penutupan lahan bisa dikaitkan dengan kenampakan vegetasi di permukaan
bumi. NASA memformulasikan nilai kerapatan vegetasi dengan indeks vegetasi
yan sudah dinormalisasi yaitu NDVI. Nilai NDVI merupakan indeks vegetasi
yang merupakan kombinasi matematis antara band NIR (Near Infrared) dan band
visible yaitu band red yang telah lama digunakan sebagai indikator keberadaan
dan kondisi vegetasi.
Konsep dasar penginderaan jauh terdiri dari beberapa elemen atau
komponen yang terdiri dari sumber tenaga, atmosfer, interaksi tenaga dengan
objek di permukaan bumi, sensor sistem pengolahan data dan berbagai
penggunaan data. Salah satu keuntungan penginderaan jauh yaitu memungkinkan
para ilmuwan untuk memantau perubahan penutupan lahan secara langsung
dengan data satelit yang memiliki resolusi temporal yang tinggi (Herold et al.
2006).
Salah satu sensor satelit tersebut adalah MODIS (Moderate Resolution
Imaging Spectroradiometer) merupakan sensor yang dibawa oleh satelit Terra
maupun Aqua. Data yang diperoleh dari satelit ini adalah sebuah citra satelit
MODIS yang bermanfaat untuk pemantauan atau pengamatan bumi berupa data
MODIS yang memiliki resolusi spasial 250, 500 dan 1000. Resolusi spasial
merupakan kemampuan untuk mengidentifikasi objek dengan ukuran-ukuran yang
berbeda pada setiap piksel citra (Lillesand dan Kiefer 1994) yang merupakan
ukuran area lahan yang dimana pengukuran terekam dalam sebuah piksel citra.
Selain Resolusi spasial, atribut terpenting dalam data spasial hasil penginderaan
jauh yaitu resolusi temporal yang terkait seberapa sering satelit mengunjungi
kembali lokasi yang sama pada permukaan bumi dan resolusi spektral
menunjukan perbedaan spektral pada interval panjang gelombang dimana sebuah
sensor mampu mendeteksi (Lillesand dan Kiefer 1994). Citra yang dihasilkan
berbasiskan raster yaitu citra yang mengandung data grid dan kontinu yang
diperoleh dari komputer.
2
Citra raster memiliki beberapa kelebihan dan kekurangan, misalnya saja
kelebihannya memiliki struktur data yang sederhana dan citra permukaan bumi
dalam bentuk raster yang didapat dari radar atau satelit penginderaan jarak jauh
selalu lebih aktual dibanding bentuk vektornya. Sedangkan kekurangannya yaitu
secara umum memerlukan ruang memori yang lebih besar dalam komputer dan
sebuah citra raster hanya mengandung satu tematik saja sehingga sulit
digabungkan atribut lainnya dalam satu layer.
Beberapa situs memberikan data spasial secara terbuka, misalnya untuk citra
raster permukaan bumi dapat diperoleh di situs reverb NASA
(http://reverb.echo.nasa.gov). Data yang dibutuhkan pada penelitian ini adalah
citra satelit Terra Vegetation Index (MOD13Q1) yang merupakan citra komposit
16 hari. Seperti yang telah disebutkan sebelumnya kekurangan citra raster yaitu
ukuran fail yang besar, maka sebuah tantangan baru bagaimana mengeksekusi
sebuah citra raster dari satelit yang digunakan pada SIG pada penelitian ini
dengan cepat dan lancar.
Dalam membangun sebuah SIG penutupan lahan dibutuhkan perangkat
spasial untuk menunjang konstruksi sistem tersebut, salah satunya OpenGeo Suite
yaitu paket perangkat lunak berbasis gespasial yang sepenuhnya terbuka sehingga
dapat mempublikasikan data spasial ke web. Perangkat ini disertakan dengan
PostGIS, GeoServer, GeoExplorer dan GeoWeb Cache.
Pada penelitian kali ini menggunakan perangkat lunak berbasis kode terbuka
karena pemerintah membuka peluang pemanfaatan data geospasial secara luas
dengan menggunakan perangkat yang bebas dan terbuka seperti yang disebutkan
pada Undang-undang Republik Indonesia No.4/2011 pasal 31 ayat 1 yang
berbunyi “Pengolahan data geografis dan informasi geografis dilakukan dengan
menggunakan perangkat lunak yang berlisensi dan atau bersifat bebas dan terbuka”
(BIG 2011).
Perumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang di atas, maka perumusan masalah penelitian ini
adalah bagaimana mengembangkan SIG penutupan lahan wilayah Indonesia
dengan memanfaatkan data yang diperoleh dari satelit dan bagaimana citra yang
berukuran besar mampu ditangani dengan aplikasi spasial sehingga sistem mampu
memberikan informasi di dalamnya secara cepat dan efisien.
Tujuan Penelitian
1
2
Tujuan dari penelitian ini adalah
Mengembangkan Sistem Informasi Geografi penutupan lahan dimana citra
diperoleh dari hasil penginderaan jauh oleh satelit Terra dengan nilai indeks
NDVI yang mengidentifikasi kerapatan vegetasi hijau.
Mengimplementasikan fasilitas GeoWebCache yang terdapat dalam aplikasi
terbuka OpenGeoSuite.
Manfaat Penelitian
Memperoleh informasi tutupan lahan di wilayah Indonesia sehingga bisa
memantau kerapatan vegetasi hijau di wilayah Indonesia dari tahun ke tahun.
3
Ruang Lingkup Penelitian
1
2
3
Ruang lingkup penelitian ini adalah
Citra satelit yang diperoleh secara gratis dari situs badan NASA di
http://reverb.echo.nasa.gov.
Produk yang digunakan adalah MOD13Q1 (indeks vegetasi) dari satelit
Terra dengan cakupan wilayah Indonesia pada tahun 2009 dan 2014.
Pengembangan sistem menggunakan aplikasi spasial terbuka OpenGeo
Suite dan bekerja di lapisan user interface dan application server pada
arsitektur OpenGeo Suite.
TINJAUAN PUSTAKA
Penutupan Lahan
Penutupan lahan adalah sebuah istilah yang berkaitan dengan jenis
kenampakan yang ada di permukaan bumi (Lillesand dan Kiefer 1979). Burley
(1961) diacu dalam Lo (1995) menyebutkan bahwa penutupan lahan
menggambarkan konstruksi vegetasi maupun buatan yang menutup permukaan
lahan. Konstruksi vegetasi tersebut tampak secara langsung dari penginderaan
jauh. Struktur fisik yang dibangun oleh manusia, fenomena biotik seperti vegetasi
alami, tanaman pertanian dan kehidupan fauna dan tipe pembangunan.
Penginderaan Jauh
Penginderaan jauh (remote sensing) merupakan ilmu atau seni
memperoleh informasi terhadap sebuah objek, fenomena atau area melalui
anlalisis dari data dengan menggunakan sebuah alat atau instrumen tanpa
berhubungan langsung dengan objek, area atau fenomena yang diselidiki
(Lillesand dan Kiefer 1979).
Satelit Terra
Situs NASA (NASA 2014) menyebutkan NASA meluncurkan satelit
unggulan EOS (Earth Observing System ) bernama Terra pada tanggal 18
Desember 1999. Terra telah mengumpulkan data terkait perubahan iklim bumi.
Terra membawa 5 buah sensor jarak jauh untuk memantau keadaan lingkungan
bumi yakni ASTER (Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection
Radiometer), CERES (Clouds and the Earth’s Radian Energy System), MISR
(Multi-angle Imaging SpectroRadiometer), MODIS (Moderate-Resolution
Imaging SpectroRadiometer) dan MOPITT (Measurements of Pollution in the
Troposphere).
4
Data MODIS
Data MODIS diperoleh dari sensor yang bernama MODIS yang dibawa
oleh satelit Terra. Spesifikasi MODIS dijelaskan oleh NASA di situs MODIS
milik NASA yang ditunjukkan pada Tabel 1.
Tabel 1 Spesifikasi MODIS (NASA MODIS 2014)
Parameter
Orbit
Scan Rate
Swath Dimension
Size
Weight
Power
Date Rate
Quantization
Spatial Resolution
Design Life
Spesifikasi
705 km, 10:30 a.m descending node (Terra) or 1:30 p.m.
ascending node (Aqua), sun-synchronous, near-polar,
circular
20.3 rpm, cross track
2330 km (cross track) by 10 km (along track at nadir)
1.0 x 1.6 x 1.0m
228.7 kg
162.5 W (single orbit average)
10.6 Mbps (peak daytime); 6.1 Mbps (orbital average)
12 bits
250m (bands 1-2), 500m (bands 3-7), 1000m (bands 8-36)
6 Tahun
Ada beberapa standar produk data MODIS yang para ilmuwan gunakan
untuk mempelajari perubahan global. Produk-produk ini terdiri dari beberapa
disiplin ilmu diantaranya oceanografi (misalnya Angstrom Exponent, Aerosol
Optical Thickness dll), lahan (MOD09, MOD11, MOD12, MOD13 dll), dan ilmu
atmosfir (MOD04, MOD05, MOD06 dll). Setiap produk data MODIS maupun
produk dari sensor lain menggunakan band sesuai dengan studi yang ditangani.
Setiap band memancarkan panjang gelombang yang beragam. Berikut panjang
gelombang dari sensor MODIS dan ASTER terkait vegetasi diberikan Gambar 1.
Gambar 1 Reflektansi gelombang sensor MODIS dan ASTER pada permukaan
bumi (Yamamoto et al. 2012)
5
Reflektansi dari sensor MODIS ditunjukan pada gelombang warna merah.
Band 1 merupakan band visible yakni band red yang biasa digunakan untuk
memonitoring kesehatan vegetasi maupun tanah pada permukaan bumi. Panjang
Gelombang untuk band red adalah 620-670nm. Band 2 merupakan band near
infrared yang mendefinisikan air dan penampakan lahan di permukaan bumi
dimana panjang gelombang ini adalah 841-876nm. Band 3 merupakan band biru
yang biasa digunakan untuk memonitoring sedimen dalam air, kedalaman air serta
mereduksi efek distorsi atmosfer pada band yang lain. Panjang gelombang band 3
adalah 459-479nm. Band 4 merupakan band hijau yang fungsinya mirip dengan
band biru ditambah bila nampak warna hijau maka daerah tersebut terdapat
vegetasi. Panjang gelombang untuk band ini adalah 545-565nm.
Indeks Vegetasi
Hubungan antara respon spektral pada spektrum sinar tampak dan infra
merah dengan kerapatan vegetasi dapat dijelaskan dengan suatu indeks yang
disebut indeks vegetasi (Huete 1998). NDVI (Normalized Difference Vegetation
Index) merupakan salah satu indeks yang digunakan untuk melihat kerapatan hijau
permukaan bumi dimana NDVI merupakan indeks vegetasi yang merupakan
perhitungan matematis antara band NIR (Near Infrared) dan band visible yaitu
band red yang telah lama digunakan sebagai indikator keberadaan dan kondisi
vegetasi. Nilai NDVI berkisar antara -1 sampai 1, dimana nilai 0 sering
diasumsikan sebagai batas piksel yang bervegetasi dan non vegetasi. Maka telah
terbentuk formulasi NDVI (Weier dan Herring 2000) kedua band tersebut
sehingga menghasilkan Persamaan 1
(1)
dimana NDVI merupakan nilai kepadatan vegetasi indeks, NIR merupakan jumlah
nilai reflektansi spektral atau band NIR ke sensor MODIS dan RED merupakan
jumlah nilai reflektansi spektral atau band red ke sensor.
OpenGeo Suite
OpenGeo Suite merupakan perangkat lunak geospasial yang terdiri dari
beberapa tumpukan (stack). Komponen-komponen yang diletakan di atas
komponen lainnya digambarkan dengan analogi tumpukkan (stack). Komponen
yang sifatnya mendasar atau penting diletakkan di bawah, sedangkan komponen
lainnya yang bersifat sebagai pendukung diletakkan di atasnya (OpenGeo 2013).
Berikut arsitektur dari OpenGeo Suite ditunjukan pada Gambar 2.
6
Gambar 2 Arsitektur OpenGeo (OpenGeo 2013)
Sebagaimana yang disajikan pada Gambar 2, arsitektur OpenGeo terdiri dari
tiga lapisan utama yaitu lapisan pertama adalah basis data yang menggunakan
PostGIS sebagai penyimpanan data spasial. PostGIS merupakan add-on berbasis
spasial untuk PostgreSQL yang bersifat open source.
Lapisan kedua adalah application layer pada OpenGeo menggunakan
Geoserver untuk mengakses peta dimana data terlebih dahulu harus diakses
menggunakan web service pada GeoServer. Geoserver adalah perangkat lunak
server berbasis Java dimana pengguna dapat melihat dan mengedit data geospasial
(Geoserver 2013). Geoserver dibangun dengan library GeoTools yang merupakan
Java toolkit untuk mengembangkan aplikasi berbasis Java. Geoserver dirancang
untuk menerbitkan data dari sumber data spasial dengan menggunakan standar
Open Geospasial Consortium (OGC). Sistem layanan yang disediakan oleh
GeoServer adalah layanan yang sesuai dengan OGC yaitu Web Faeature Service
(WFS) dan Web Map Service (WMS).
Lapisan ketiga adalah user interface OpenGeo menggunakan GeoExplorer
yang menggunakan framework GeoExt/ExtJS dan komponen data OpenLayers.
OpenLayers dapat diganti dengan GoogleMaps, BingMaps dan lainnya.
(OpenGeo 2013). GeoExplorer akan menampilkan data spasial dengan
menggunakan sistem kerja WMS.
Web Map Service
Web Map Service (WMS) merupakan layanan standar yang disediakan
oleh GeoServer yang menghasilkan representasi visual dari geodata dalam bentuk
peta bereferensi geografis. Spesifikasi WMS memberikan standar bagaimana peta
dapat diminta oleh client dan bagaimana server menjelaskan data yang
dimilikinya. Ilustrasi WMS diberikan pada Gambar 3.
7
Gambar 3 Ilustrasi Web Map Service (OpenGeo 2013)
GeoWebCache
GeoWebCache adalah alat untuk meningkatkan kinerja WMS dengan
melakukan penggambaran sebelumnya (seeding) dan menyimpan gambar peta
untuk respon yang cepat terhadap permintaan client (OpenGeo 2013). Dalam
arsitektur OpenGeo GeoWebCache menjembatani GeoServer dan user interface.
secara default OpenGeo akan mengaktifkan konfigurasi GeoWebCache pada layer
atau layer group baru, dimana tile atau potongan peta disimpan dalam berbagai
format seperti png, png8, jpeg dan gif. Alur kerja GeoWebCache diberikan pada
Gambar 4.
Receive request
for a map
Search for the tile
in cache storage
system
Is the tile
cached?
Request the tile
from WMS server
Save the tile from
WMS server
Save the tile from
WMS server
Gambar 4 Alur kerja GeoWebCache (OpenGeo 2013)
8
METODE
Pengembangan penelitian SIG tutupan lahan ini secara garis besar melalui
beberapa tahapan yang terdiri dari analisis kebutuhan, praproses data,
perancangan prototipe, implementasi prototipe, dan evaluasi prototipe. Metode
penelitian tersebut diberikan pada Gambar 5 berikut:
mulai
Analisis Kebutuhan
Praproses data
Perancangan
Prototipe
tidak
Implementasi
Prototipe
Evaluasi Prototipe
ya
selesai
Gambar 5 Metode penelitian
Analisis Kebutuhan
Pengembangan diawali dengan melakukan analisis terhadap data yang
dibutuhkan sistem dan analisis terhadap lingkungan perangkat keras dan
perangkat lunak pengembangan sistem. Sistem mampu menampilkan citra dari
satelit oleh karena itu dilakukan analisis terhadap format citra satelit berbasiskan
raster yang dapat ditarik oleh server spasial dan bisa menampilkan citra yang
memiliki ukuran cukup besar. Dilakukan survei terhadap kebutuhan data. Hal ini
diperlukan untuk mengevaluasi setiap sumber data yang potensial dalam
pengembangan sistem.
Praproses Data
Setelah tahap analisis kebutuhan data kemudian diperiksa apakah data sudah
dalam format yang dapat dimuat dalam server dan apakah memiliki sistem proyeksi.
Jika forat belum sesuai maka dilakukan transformasi fail dan melakukan pengaturan
sistem proyeksi untuk mengetahui referensi data spasial yang dilakukan saat
9
mengkonversi data dari format hdf ke format tif agar format tersebut bisa dimuat
dalam Geoserver sebagai servernya.
Perancangan Prototipe
Setelah dilakukan Praproses terhadap data sehingga siap diimplementasikan
pada sistem, selanjutnya masuk ke tahap perancangan prototipe yang terdiri dari
perancangan arsitektur, perancangan proses dan perancangan antarmuka sistem.
Perancangan arsitektur yaitu gambaran umum arsitektur dari pengembangan
sistem dengan OpenGeo Suite. Perancangan proses yaitu bagaimana alur kerja
sistem dari saat pertama client melakukan request terhadap peta sampai peta
ditampilkan ke client. Perancangan antarmuka yaitu user interface kepada
pengguna sistem yang dibuat pada halaman web.
Implementasi Prototipe
Pada tahap ini dilakukan realisasi atau implementasi terhadap perancangan
sistem yang sudah dibuat pada tahap sebelumnya. implementasi diawali dengan
mengimplementasikan di GeoServer, mengimplementasikan antarmuka sistem
dan mengimplementasikan tile caching yakni menyimpan potongan peta pada tile
storage atau penyimpanan potongan peta untuk mempercepat kinerja
menampilkan peta.
Evaluasi Prototipe
Tahap akhir pada pengembangan SIG Penutupan lahan ini yakni evaluasi
pada sistem ini dilakukan pada prototipe mencakup uji fungsionalitas yang
bertujuan agar dipastikan semua fungsi berjalan dengan baik pada sistem seperti
GetCapabilities yaitu fungsi untuk memanggil peta, GetMap yaitu fungsi
memanggil peta dengan spesifikasi layer pada server, ZoomIn untuk memperbesar
peta, ZoomOut untuk memperkecil peta, serta eksekusi dengan tile caching.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Analisis Kebutuhan
Analisis kebutuhan terdiri dari analisis data yang dibutuhkan sistem dan
analisis terhadap lingkungan perangkat keras dan perangkat lunak pengembangan
sistem. Analisis terhadap data yang dibutuhkan sistem dimana dalam
pengembangan SIG penutupan lahan berbasis raster ini diketahui format yang
mampu ditarik oleh geoserver misalnya tif dan jpeg. Situs NASA terkait data
modis lahan dengan vegetasi indeks disurvei memberikan fail format hdf yang
dapat ditransformasikan menjadi fail tif sehingga dapat ditarik oleh geoserver.
Berdasarkan analisis kebutuhan, spesifikasi perangkat lunak yang
dibutuhkan dalam pengembangan SIG penutupan lahan adalah sebagai berikut:
1 OpenGeo Suite 4.0.2 sebagai perangkat spasial yang terdiri dari
GeoExplorer untuk mempublikasikan peta, GeoServer sebagai web map
server yang menyimpan dan mengakomodasi data dalam bentuk peta,
GeoWebCache sebagai tool peningkat kinerja akses data peta.
10
MRT (MODIS Reprojection Tool) sebagai tool untuk merubah fail hdf
(Hierarchical Data Format) menjadi tif sehingga lebih mudah
mengaplikasikannya ke dalam sistem.
3 Rstudio digunakan sebagai media untuk menuliskan script yang terintegrasi
dengan library MRT untuk mendapatkan citra tif yang sebelumnya masih
berupa fail hdf.
4 Firebug digunakan untuk menghitung eksekusi dalam memuat peta dalam
browser.
Spesifikasi perangkat keras yang digunakan dalam pengembangan sistem ini
adalah:
1 Proccesor Intel Core i5-4200U, 1.6GHz
2 Sistem Operasi Linux Ubuntu 12.04 LTS 64-bit
3 Hardisk 30,4 Gb
4 Memori: 4096 Gb
SIG penutupan lahan pada penelitian ini akan membutuhkan data yang
berasal dari penginderaan jauh yaitu citra MOD13Q1 vegetation index yang
merupakan citra time series komposit selama 16 hari di wilayah indonesia dengan
menentukan batas wilayah geografis wilayah Indonesia. Selanjutnya fail yang
diperoleh dipraproses menjadi sebuah citra yang bisa dimasukkan ke dalam server.
Citra tersebut selanjutnya ditampilkan dengan menampilkan
skala
perbesaran, legenda peta serta menampilkan menu untuk operasi pada peta seperti
ZoomIn, ZoomOut. Serta penanganan lanjut terkait data agar tampil dengan efisien
dan lancar meski datanya besar.
Praproses Data
2
Pengunduhan
Beberapa situs menawarkan citra dari penginderaan jauh, misalnya situs
NASA yang memberi data MODIS secara gratis di http://reverb.echo.nasa.gov,
situs ini dipilih pada penelitian ini karena lebih mudah dan praktis digunakan.
Data yang diperoleh bersumber dari instrumen dari satelit yaitu satelit TerraModis yang memberikan data modis, misalnya saja MOD13Q1 data modis
vegetasi indeks yang digunakan pada penelitian ini. Berikut adalah tampilan
jendela web saat pemilihan data yang hendak diunduh seperti pada Gambar 6
Gambar 6 Pengunduhan Citra Satelit
11
Tahap ini dimulai dengan memasuki situs yang ditunjukan Gambar 6, lalu
menentukan area yang akan diseleksi sesuai dengan batas wilayah geografis
Indonesia yaitu 6o LU – 11o LS dan 95oBT- 141oBT dengan tipe pencarian
bounding box seperti gambar di atas. Pada kolom disebelah kanan yakni search
terms adalah fasilitas untuk memilih produk NASA, pada penelitian ini produk
yang digunakan adalah MOD13Q1 dan temporal search adalah waktu saat satelit
menangkap citra permukaan bumi, misalnya 1 Januari 2014 sampai dengan 16
Januari 2014. Setelah fail diunduh akan diperoleh sebanyak 38 fail berekstensi hdf.
Hdf merupakan fail standar yang berisi informasi geografis yang diperoleh dari
penginderaan jauh oleh para peneliti.
Transformasi fail hdf ke tif
Tahap selanjutnya bekerja dengan Rstudio dan MRT dimana tahap ini
adalah tahap yang sangat penting yakni mengubah fail berekstensi hdf menjadi tif,
seperti pada kode pada Gambar 7 (Golicher 2012).
>setwd("D:/data/ilkom/skripsi/MRT/hdf2009")
> f fnames dts yrs datestring lst date_lst finaldest for(i in 1:length(lst)){
+ fls