ANALISIS DAN PERANCANGAN PROGRAM APLIKASI PERAMALAN CURAH HUJAN DENGAN METODE WAVELET (STUDI KASUS BMG) - Binus e-Thesis
UNIVERSITAS BINA NUSANTARA
_________________________________________________________________________
Program Ganda Teknik Informatika – Statistika
Skripsi Sarjana Program Ganda Semester Ganjil 2006/2007
ANALISI DAN PERANCANGAN PROGRAM APLIKASI
PERAMALAN CURAH HUJAN
DENGAN METODE WAVELET
(STUDI KASUS BMG)
Carlos Wiyono Kurniawan NIM: 0600672271
Abstrak
Informasi seputar waktu dan tingkat curah hujan yang akan datang penting untuk diketahui. Banyak pihak yang bergantung pada informasi ini dalam pengambilan keputusan, seperti pemerintah, pelaku usaha dan petani.
Lembaga pemerintah yang memiliki mandat melakukan pengamatan cuaca dan geofisika di Indonesia adalah Badan Meteorologi dan Geofisika (BMG). Salah satu tugasnya adalah melakukan peramalan jangka pendek, menengah dan panjang terhadap curah hujan daerah-daerah di Indonesia. Metode ARIMA saat ini dipergunakan, tetapi berdasarkan pengalaman empiris, metode tersebut tidak dapat memberikan hasil peramalan yang akurat dan tidak dapat diterapkan pada semua daerah. Pemilihan model melalui sistem trial and error harus dilakukan terlebih dahulu untuk mencari metode terbaik bagi daerah tersebut.
Metode Wavelet diajukan untuk menjadi suatu model hybrid dalam memprediksi curah hujan daerah-daerah di Indonesia. Model Wavelet Daubechies dipilih karena karakteristik acaknya menyerupai karakteristik curah hujan di Indonesia. Metode ini memecah (analysis) data signal menjadi dua tiap level skala, yaitu signal approksimasi dan signal detil sampai batas level tertentu. Koefisien yang dihasilkan digunakan sebagai data dalam memprediksi koefisien approksimasi dan detil ke depan dengan metode
autoregressive (AR). Semua koefisien tersebut kemudian digabungkan (synthesis)
kembali sehingga didapatkan signal hasil transformasi Wavelet lengkap dengan data prediksi curah hujan.
Dalam studi ini disimpulkan bahwa metode Wavelet dapat digunakan sebagai metode alternatif yang memiliki potensi lebih akurat dibandingkan metode ARIMA.
Kata Kunci: Peramalan, curah hujan, Wavelet, Daubechies, autoregressive, AR.
KATA PENGANTAR
Sebelumnya penulis mengucapkan syukur dan terima kasih kepada Allah Bapa yang maha kuasa, karena penulis telah dimampukan untuk dapat menyelesaikan Skripsi ini dengan baik. Walaupun tugas membuat Skripsi ini terasa berat oleh penulis, namun berkat bimbingan juga dari para dosen, akhirnya Skripsi ini dapat diselesaikan walaupun masih jauh dari kesempurnaan. Skripsi ini disusun berdasarkan data yang diperoleh dari tempat penulis melakukan survei ditambah dengan penjelasan dari para dosen dan buku- buku yang ada hubungannya dengan topik Skripsi. Penulis menyadari bahwa Skripsi ini belum sempurna, sehingga penulis sangat mengharapkan bantuan berupa kritik dari dosen serta cara-cara yang baik untuk menyusun karya ilmiah untuk perbaikan di masa yang akan datang.
Pada kesempatan ini, penulis juga mengucapkan terima kasih kepada orang- orang yang telah mendukung, membantu, meluangkan waktu serta memberikan petunjuk dalam mewujudkan Skripsi ini, yaitu kepada: 1. Bapak Prof. Dr. Drs. Geraldus Polla, MAppSc., Rektor Universitas Bina Nusantara.
2. Bapak Wikaria Gazali, S.Si.,MT., Dekan Fakultas MIPA.
3. Bapak Ngarap I.Manik, Drs.,M.Kom., Ketua Jurusan Matematika dan Statistika.
4. Bapak Rojali, S.Si., selaku Sekretaris Jurusan Matematika dan Statistika.
5. Bapak Haryono Soeparno, Ir., M.Sc., Dr., dosen pembimbing skripsi yang banyak memberikan waktu, pengarahan dan koreksi dalam penulisan skripsi ini.
6. Bapak Stanislaus S. Uyanto, Ir., MA, Ph.D., dosen pembimbing skripsi yang telah
7. Bapak Prof. Dr. Mezak Arnold Rapaq, Kepala Pusat Penelitian dan Pengembangan data dan menjadikan BMG sebagai obyek penelitian skripsi.
8. Bapak Samuel Wibisono, Drs., MT., Dosen Pusat Pendidikan dan Pelatihan BMG dan Bapak Nuryadi, S.Si, Kepala Sub Bidang Analisa Iklim dan Agroklimat BMG yang telah banyak menyediakan waktu, menolong serta membimbing selama penulis mengadakan survei dan wawancara di BMG.
9. Bapak Hastuadi Harsa, S.St dan Bapak Donaldi Sukma Permana, S.Si, Staff Pusat Penelitian dan Pengembangan BMG.
10. Orang tua yang telah mendukung dalam biaya perkuliahan dan Skripsi serta memberikan dukungan semangat yang terus menerus.
11. Adik dan teman-teman Persekutuan Oikumene Universitas Bina Nusantara yang memperhatikan dan senantiasa mendoakan penulis di saat penulisan Skripsi ini.
12. Pihak-pihak yang tidak disebutkan satu per satu tetapi yang juga turut mendukung di dalam penulisan ini.
Akhir kata penulis berharap semoga skripsi ini dapat berguna bagi setiap orang yang membacanya.
Jakarta, 25 Januari 2007 Penulis Carlos Wiyono Kurniawan 0600672271
DAFTAR ISI
Halaman Abstrak………………………………………………..…………………….…... iv KATA PENGANTAR………………………………….……………………… v DAFTAR ISI…………………………………………………………………... vii DAFTAR TABEL……………………………………………………………... xi DAFTAR GAMBAR………………………………………………………….. xii DAFTAR LAMPIRAN……………………………………………..….…….... xiv
BAB 1 PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang ………………………………………...……..
1 1.2. Rumusan Rancangan…………………………...……………..
2 1.3. Ruang Lingkup…………………………………...…………...
3 1.4. Komponen Rancangan…………………………………..........
3 1.5. Spesifikasi Rancangan…………………………...…………...
3 1.6. Tujuan dan Manfaat Rancangan…………………..........…….
4 1.7. Metodologi Perancangan……………………..……...…….....
5 BAB 2 LANDASAN TEORI 2.1. Sinyal……...………………………………………………….
6 2.1.1. Pengertian Frekuensi……………………………..........
6 2.1.2. Transformasi Fourier……………………………..........
8
2.1.4. Sinyal Non-Stationer...……….………..........................
10
2.2.1. Sistem Wavelet ..………………………..……………... 14
2.2.2. Scaling Function …...…………………………….......... 18
2.2.3. Wavelet Function …...…………………………………. 21
2.2.4. Filter Bank ……..…...…………………………………. 25
2.2.5. Filtering dan Down-Sampling atau Decimating………. 27
2.2.6. Filtering dan Up-Sampling atau Stretching…................ 31
2.2.7. Transformasi dan Inverse Wavelet.................. 33
Forward 2.2.8. Basis, Basis Orthogonal dan Basis Biorthogonal……...
35
2.2.9. Frame dan Tight Frame……………………...………... 38
2.2.10. Jenis-Jenis Wavelet …...……........................................ 40 2.2.11. Transformasi Wavelet Daubechies D4……………….
41
2.2.12. Peramalan Dengan Autoregressive…..………………. 44
2.3. Alat Bantu Rancang – State Transition Diagram (STD).......... 45
BAB 3 GAMBARAN UMUM OBJEK 3.1. Gambaran Umum Perusahaan…...…………………………...
47
3.1.1. Sejarah Berdirinya BMG………………………………
47 3.1.2. Tugas, Fungsi dan Wewenang BMG...………………...
49 3.1.3. Struktur Organisasi BMG……………………………...
51 3.1.4. Kepala…………………..………..…………………….
52
3.1.6. Deputi Bidang Observasi.………..…………………….
65 BAB 4
85 4.4. Evaluasi……………………………………………………….
74 4.3. Analisis……………..………………………………………...
4.2. Menjalankan Program Aplikasi………………………………
74
74 4.1.2. Spesifikasi Perangkat Lunak……………………..........
74 4.1.1. Spesifikasi Perangkat Keras…………………………...
4.1. Spesifikasi Kebutuhan Program………………...……………
IMPLEMENTASI DAN EVALUASI
3.3.1. Perancangan State Transition Diagram (STD)……….. 59 3.3.2. Perancangan Layar..………..………………………….
54 3.1.8. Pusat Penelitian dan Pengembangan.………………….
59
59 3.3. Perancangan Program Aplikasi…...…………………………..
58 3.2.3. Pemecahan Masalah………..…………………………..
58 3.2.2. Permasalahan yang Dihadapi…………………………..
58 3.2.1. Gambaran Sistem yang Sedang Berjalan…...………….
57 3.2. Analisa Sistem yang Sedang Berjalan…………………..........
57 3.1.10. Inspektorat…………… ………..…………………….
56 3.1.9. Pusat Pendidikan dan Pelatihan.....…………………….
89 BAB 5 SIMPULAN DAN SARAN
5.2. Saran………………………………………………….............
90 DAFTAR PUSTAKA………………………………………………………….
92 DAFTAR ACUAN……………………………………………………………..
93 RIWAYAT HIDUP…………………………………………………………….
94 LAMPIRAN…………………………………………………………………… 95 SURAT KETERANGAN SURVEI
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 3.1 Tabel Nilai r dan RMSE Untuk Daerah Jakarta87 Tabel 3.2 Tabel Nilai r dan RMSE Untuk Daerah Padang
88 Tabel 3.3 Tabel Nilai r dan RMSE Untuk Daerah Ambon
88
DAFTAR GAMBAR
52 Gambar 3.2 STD Welcome
Gambar 2.20 Band frekuensi untuk analysis tree 31Gambar 2.21 Synthesis bank dua band 33Gambar 2.22 Synthesistree dua tingkat untuk dua band 33Gambar 2.23 Transformasi wavelet forward 34Gambar 2.24 Transformasi wavelet invers 35Gambar 2.25 Jenis-jenis wavelet40 Gambar 3.1 Struktur Organisasi BMG
60 Gambar 3.3 STD Main Menu
Gambar 2.18 Analysis tree dua tingkat dengan dua band 3061 Gambar 3.4 STD Load Signal
61 Gambar 3.5 STD Open
62 Gambar 3.6 STD Example
62 Gambar 3.7 STD Wavelet Settings
63 Gambar 3.8 STD Transform
63 Gambar 3.9 STD View Component
64 Gambar 3.10 STD Wavelet Info
64 Gambar 3.11 STD About
Gambar 2.19 Analysis tree tiga tingkat dengan tiga band 30Gambar 2.17 Analysis bank dua band 29Halaman
9 Gambar 2.7 Sinyal non-stationer
Gambar 2.1 Sinyal gelombang sinus frekuensi 3 Hz7 Gambar 2.2 Sinyal gelombang sinus frekuensi 10 Hz
7 Gambar 2.3 Sinyal gelombang sinus frekuensi 50 Hz
7 Gambar 2.4 Transformasi Fourier dari sinyal frekuensi 50Hz
8 Gambar 2.5 Sinyal x(t) = cos(2* ∏*10*t) + cos(2*∏*25*t) + cos(2*
∏*50*t) + cos(2*∏*100*t)
9 Gambar 2.6 Transformasi Fourier sinyal x(t) = cos(2* ∏*10*t) + cos(2*
∏*25*t) + cos(2*∏*50*t) + cos(2*∏*100*t)
10 Gambar 2.8 Sinyal non-stationer dengan 4 komponen frekuensi
Gambar 2.16 Down-sampler atau decimator 2811 Gambar 2.9 Transformasi Fourier sinyal non-stationer
11 Gambar 2.10 Sebuah wave dan wavelet
13 Gambar 2.11 Translasi dan scaling wavelet
ψ D4
16 Gambar 2.12 Perentangan ruang vektor nested dengan scaling function 20
Gambar 2.13 Daubechies scaling function, N=4 21Gambar 2.14 Himpunan vektor scaling function dan wavelet function 23Gambar 2.15 Wavelet Daubechies, N=4 2465 Gambar 3.12 Rancangan Layar Welcome 66
Gambar 3.16 Rancangan Layar Wavelet Settings70 Gambar 3.17 Rancangan Layar Transform
71 Gambar 3.19 Rancangan Layar Wavelet Info
72 Gambar 3.20 Rancangan Layar About
73 Gambar 4.1 Tampilan Layar Welcome 75