ANALISIS RUNTUN WAKTU FUZZI UNTUK PREDIKSI BANJIR SECARA WAKTU NYATA

Transkripsi

1 ANALISIS RUNTUN WAKTU FUZZI UNTUK PREDIKSI BANJIR SECARA WAKTU NYATA Tesis Untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat sarjana S-2 Program Studi Magister Sistem Informasi IBNU SINA PROGRAM PASCASARJANA UNIVERSITAS DIPONEGORO SEMARANG 2016

2 HALAMAN PERSETUJUAN Tesis dengan judul : ANALISIS RUNTUN WAKTU FUZZI UNTUK PREDIKSI BANJIR SECARA WAKTU NYATA Oleh: Ibnu Sina Telah dilakukan pembimbingan tesis dan dinyatakan layak untuk mengikuti ujian tesis pada Program Pascasarjana Magister Sistem Informasi Universitas Diponegoro. Semarang, Agustus 2016 Menyetujui, Pembimbing I Pembimbing II Dr. Suryono, S.Si, M.Si NIP Dr. R. Rizal Isnanto, S.T., M.M., M.T. NIP ii

3 PERNYATAAN Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam tesis ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu perguruan tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka. Semarang, Agustus 2016 Tanda tangan Ibnu Sina iii

4 PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI TESIS UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS Sebagai sivitas akademik Universitas Diponegoro, saya yang bertanda tangan dibawah ini: Nama : Ibnu Sina NIM : Program Studi : Magister Sistem Informasi Program : Pascasarjana Jenis Karya : Tesis Demi pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada Universitas Diponegoro Hak Bebas Royalti Non eksklusif atas karya ilmiah saya yang berjudul : ANALISIS RUNTUN WAKTU FUZZI UNTUK PREDIKSI BANJIR SECARA WAKTU NYATA Beserta perangkat yang ada. Dengan Hak Bebas Royalti Non eksklusif ini Magister Sistem Informasi Universitas Diponegoro berhak menyimpan, mengalih media/formatkan, mengelola dalam bentuk pangkalan data (database) merawat, dan mempublikasikan tesis saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis/pencipta dan sebagai pemilik Hak Cipta. Dibuat di : Semarang Pada Tanggal : Agustus 2016 Yang Menyatakan Ibnu Sina iv

5 KATA PENGANTAR Alhamdulillah, Segala puji syukur bagi Allah Yang Maha Pengasih dan Penyayang yang telah melimpahkan rahmat, karunia, dan kasih sayang-nya. Atas Karunia-Mu ya Allah pada kesempatan kali ini penulis dapat menyelesaikan Tesis dengan judul Analisis Runtun Waktu Fuzzi untuk Prediksi Banjir secara waktu nyata, Puji syukur hanya kepada- Mu ya Allah. Keberhasilan dalam penyusunan tesis ini tidak terlepas dari bantuan semua pihak. Oleh karena itu pada kesempatan ini, penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih yang sebesar-besarnya kepada : 1. Prof. Dr. Ir. Purwanto, DEA selaku Direktur Pascasarjana Universitas Diponegoro Semarang. 2. Dr. Suryono, S.Si., M.Si selaku Ketua Program Studi Magister Sistem Informasi Diponegoro Semarang dan selaku pembimbing I. Terima kasih atas waktu, ilmu, saran, semangat dan nasehat yang bapak berikan selama bimbingan tesis. 3. Dr. R. Rizal Isnanto, ST., M.M., M.T. selaku pembimbing II. Terima kasih atas semua nasehat, masukan, ilmu dan waktu yang bapak berikan selama bimbingan tesis. 4. Prof. Dr. Wahyono, SH., M.H, selaku Rektor Universitas Pancasakti Tegal periode , Drs. Masfuad, M.Pd selaku Dekan FKIP UPS Tegal beserta Wakil Dekan I, II dan III serta Staf Tata Usaha di lingkungan FKIP UPS Tegal, terima kasih atas persetujuan beasiswa, ijin belajar dan arahan yang diberikan. 5. Dra. Eleonora DW, M.Pd selaku Ka. Prodi Pendidikan Matematika FKIP UPS Tegal, Beserta Sekretaris Prodi PMTK FKIP UPS Tegal, seluruh Dosen PMTK FKIP UPS Tegal khususnya, seluruh Dosen UPS Tegal dan sivitas akademik v

6 Universitas Pancasakti Tegal yang telah memberikan kontribusi besar sehingga tesis ini dapat terselesaikan. 6. Istri tercinta Yul Fitriany, anakku Kenzie Leivi Shidqi dan Khanza Aileen Evelyna, ayah dan ibu, adik-adikku serta keluarga Linggapura yang senantiasa tanpa henti memberikan motivasi, doa dan semangat sehingga penulis dapat menyelesaikan tesis ini. 7. Bangkit Indarmawan N, M.Kom, Thobibul Ulum, Aditya Akbar, M.Kom, Mukrodin, M.Kom, Satrianansyah dan seluruh teman-teman MSI se-angkatan telah memberikan dorongon, bantuan, motivasi dan kontribusi besar dalam menyelesaikan tesis ini. 8. Keluarga Besar IVI Computer Centre Brebes yang telah memberikan motivasi serta doa, dan 9. Semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu per-satu, telah membantu sampai dengan terselesaikannya tesis ini. Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan tesis masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu, penulis mengharapkan saran dan kritik yang membangun. Penulis mohon maaf atas segala kekurangan dan kesalahan yang ada. Akhirnya, penulis berharap semoga tulisan ini bermanfaat. Amin. Semarang, Agustus 2016 Penulis vi

7 DAFTAR ISI Halaman Halaman Judul... Halaman Pengesahan... Halaman Pernyataan... Halaman Pernyataan Persetujuan Publikasi... Kata Pengantar... Daftar Isi... Daftar Gambar... Daftar Tabel... Daftar Lampiran... Daftar Arti Lambang dan Singkatan... Abstrak... Abstract... i ii iii iv v vii x xii xiii xiv xvi xvii BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Tujuan Penelitian Manfaat Penelitian... 4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN DASAR TEORI Tinjauan Pustaka Landasan Teori Teori prediksi Jenis-jenis prediksi Jangka waktu prediksi Jenis-jenis pola data Runtun waktu Logika fuzzi Runtun waktu fuzzi (Fuzzy Time Series) Dasar-dasar Fuzzi Time Series (runtun waktu fuzzi) Algoritma S R Singh Algoritma Ruey Chyn Tsaur Pengukuran Prediksi vii

8 2.2.9 Banjir Pengendalian banjir Prediksi banjir dan sistem peringatan dini bahaya banjir a. Prediksi banjir Pengamatan tinggi muka air pada pos-pos pengamat Telemetering/pengamatan curah hujan b. Pemberitaan banjir BAB III METODE PENELITIAN Bahan Penelitian Alat Penelitian Prosedur Penelitian Pengumpulan data ketinggian air dan waktu Perancangan sistem informasi prediksi banjir Perancangan model prediksi menggunakan runtun waktu fuzzi Perancangan database prediksi menggunakan runtun waktu fuzzi Perancangan diagram hubungan entitas Perancangan struktur tabel Perancangan antarmuka sistem informasi prediksi banjir a. Rancangan antarmuka form halaman depan (Home) b. Rancangan antarmuka menu data riwayat c. Rancangan antarmuka menu fuzzi d. Rancangan antarmuka menu prediksi e. Rancangan antarmuka menu grafik Implementasi sistem informasi prediksi banjir Pengujian sistem informasi runtun waktu fuzzi pada banjir BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN Hasil Penelitian Kerangka kerja sistem informasi Implementasi sistem informasi Halaman Home Menu Data Riwayat Menu Fuzzi a. sub-menu Mean Based Discretization (MBD) viii

9 b. sub-menu Fuzzifikasi c. sub-menu Fuzzy Logic Relationships (FLR) d. sub-menu Fuzzy Logic Relationships Group (FLRG) Halaman Prediksi Halaman Grafik Halaman pengaturan Menu Logout Pembahasan Verifikasi Hasil Perhitungan Evaluasi Hasil Perhitungan Sistem BAB V PENUTUP Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN ix

10 DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1 Pola data horisontal Gambar 2.2 Pola data trend Gambar 2.3 Pola siklis (S) atau musiman Gambar 2.4 Pola data siklis Gambar 3.1 Prosedur penelitian prediksi banjir dengan runtun waktu fuzzi Gambar 3.2 Diagram alir metode runtun waktu fuzzi untuk prediksi banjir Gambar 3.3 Diagram alir menghitung nilai panjang interval Gambar 3.4 Diagram alir prosedur hasil prediksi( ) Gambar 3.5 Diagram alir prosedur prosedur adjust( ) Gambar 3.6 Diagram alir prosedur nilai Y t ( ) Gambar 3.7 Perancangan model prediksi menggunakan runtun waktu fuzzi Gambar 3.8 Model sekuensial linear Gambar 3.9 ERD prediksi menggunakan runtun waktu fuzzi Gambar 3.10 Rancangan antarmuka halaman pertama Gambar 3.11 Rancangan antarmuka halaman pertama sub-login Gambar 3.12 Rancangan antarmuka sub-menu Profil Data Gambar 3.13 Rancangan antarmuka sub-menu Data Aktual Gambar 3.14 Rancangan antarmuka halaman fuzzi Gambar 3.15 Rancangan antarmuka halaman prediksi Gambar 3.16 Rancangan antarmuka menu grafik Gambar 4.1 Kerangka sistem informasi prediksi bencana banjir Gambar 4.2 menu Home aplikasi Gambar 4.3 Jendela Login aplikasi Gambar 4.4 sub-menu Profil Data berisi data aktual Gambar 4.5 sub-menu Data Aktual berisi data aktual Gambar 4.6 menu Fuzzi berisi 4 sub-menu Gambar 4.7 Tahap pertama penetapan contoh subset sampel pada proses MBD Gambar 4.8 Tahap kedua perhitungan faktor subset dan deciding faktor MBD Gambar 4.9 Tahap ketiga penetapan batas subset sampel pada proses MBD Gambar 4.10 Tahap keempat hasil proses Mean Base Discretization (MBD) x

11 Gambar 4.11 Proses menu fuzzifikasi Gambar 4.12 Proses menu Fuzzy Logic Relationship (FLR) Gambar 4.13 Proses menu Fuzzy Logic Relationship Group (FLRG) Gambar 4.14 Hasil prediksi banjir secara waktu nyata Gambar 4.15 Hasil prediksi banjir disertai MAPE dan MSE Gambar 4.16 Grafik prediksi banjir secara waktu nyata xi

12 DAFTAR TABEL Halaman Tabel 2.1 Tabel pemetaan basis Tabel 3.1 Rancangan tabel faktual Tabel 3.2 Rancangan tabel user Tabel 3.3 Rancangan tabel setting Tabel 3.4 Rancangan tabel prediksi xii

13 DAFTAR LAMPIRAN Halaman Lampiran 1. Tabel Data aktual waktu dan ketinggian air sebagai input Data History 76 Lampiran 2. Tabel Sort Data aktual waktu dan ketinggian air Lampiran 3. Tabel penetapan subset sampel pada proses MBD Lampiran 4. Tabel Perhitungan faktor subset sampel dan deciding faktor MBD Lampiran 5. Tabel penetapan batas U A menjadi U i subset sampel pada proses MBD 80 Lampiran 6. Tabel penetapan batas U A menjadi V i subset sampel pada proses MBD 81 Lampiran 7. Tabel Hasil proses Mean Based Discretization (MBD) Lampiran 8. Tabel fuzzi set Lampiran 9. Tabel fuzzifikasi / hasil fuzzifikasi Lampiran 10. Tabel Proses Fuzzy Logic Relationship (FLR) Lampiran 11. Tabel Proses Fuzzy Logic Relationships Group (FLRG) Lampiran 12. Tabel Hasil prediksi banjir secara waktu nyata dgn runtun waktu fuzzi.. 87 Lampiran 13. Tabel Hasil Prediksi banjir dengan MAPE dan MSE Lampiran 14. Data pengamatan ketinggian air Dinas Tata Air Prov.DKI Jakarta Lampiran 15. Data pelatihan pengujian prediksi dengan runtun waktu fuzzi Lampiran 16. Hasil pengujian 50 data rekam pada tanggal 13 September Lampiran 17. Hasil pengujian 51 data rekam pada tanggal 13 September Lampiran 18. Hasil pengujian 50 data rekam pada tanggal 13 September Lampiran 16. Listing Program (Source Code) aplikasi prediksi banjir Lampiran Listing program - halaman Home Lampiran Listing program - menu Login Lampiran Listing program - menu Data History - Button Input History Baru Lampiran Listing program - menu Data History - Button Import Lampiran Listing program - menu fuzzi - Mean Based Discretization (MBD).. 99 Lampiran Listing program - menu fuzzi - a. Sorting Sample MBD Lampiran Listing program - menu fuzzi - b. Rata-rata sampel MBD Lampiran Listing program - menu fuzzi - c. Pembagian subset sampel MBD Lampiran Listing program - menu fuzzi - d. Pembagian batas interval nilai U Lampiran Listing program - menu fuzzi - e. Pembagian batas interval nilai V Lampiran Listing program - menu fuzzi - f. Hasil MBD xiii

14 Lampiran Listing program - menu fuzzi - fuzzifikasi Lampiran Listing program - menu fuzzi - Fuzzy Logic Relationship (FLR) Lampiran Listing program - menu fuzzi - Fuzzy Logic Relationship Group Lampiran Listing program - menu prediksi - hasil prediksi Lampiran Listing program - menu grafik - hasil grafik xiv

15 DAFTAR ARTI LAMBANG DAN SINGKATAN DAFTAR ARTI LAMBANG Lambang Arti Lambang Lambang Arti Lambang U Batas atas rentang Sigma L Batas bawah rentang P Probabilitas/peluang I Panjang rentang B Nilai Basis M Nilai tengah rentang Y1 t Nilai Prediksi A i Himpunan Fuzzi variabel Linguistik m j-1 nilai tengah u j - 1, u j + 1 B i Himpunan Fuzzi variabel nilai dari state A Y i pada Linguistik (t-1) waktu t - 1 µa i Fungsi keanggotaan Jumlah lompatan ke S himpunan fuzzi depan f 1,f 2, f 3.,.. Himpunan fuzzi V Jumlah lompatan ke belakang av Nilai Rata-rata X t Nilai data Periode ke - t n Jumlah data aktuapl F t Prediksi periode ke - t D t Data ke-i T Data Waktu D t-1 Data ke t-i DAFTAR SINGKATAN Singkatan SPDB FEWS DSS PHP SQL ETL PI Kepanjangan Singkatan Sistem Peringatan Dini Banjir Flood Early Warning System Desicion Support System Personal Home Page Structure Query Language Exchange, Transform, and Load Published Interface xv

16 Singkatan HEC-HMS Delwaq HEC-RAS Ribasim ARMA ARIMA ANFIS AR FTS FLR FLRG MBD MAPE MSE FI OS RDBMS DPS GPL API CSV F DF IBDT SQA ERD Kepanjangan Singkatan Hydrology Engineering Centre's - Hydrology Modelling System D-Water Quality and D-Ecology Hydrology Engineering Centre's - River Analysis System River BAsin SIMulation Auto Regresive Moving Average Auto Regresive Integrated Moving Average Adaptive Neoro Fuzzy Interference System Auto Regresive Fuzzy Time Series Fuzzy Logic Relationships Fuzzy Logic Relationships Group Mean Based Discretization Mean Absolute Percentage Error Mean Square Error Form Interpreuter Operating System Relation Data Based Management System Daerah Pengaliran Sungai General Public License Application Programming Interface Comma Sepparated Value Factor Deciding Factor Index Based Defuzzification Technique Software Quality Assurance Entity Relationship Diagram xvi

17 ANALISIS RUNTUN WAKTU FUZZI UNTUK PREDIKSI BANJIR SECARA WAKTU NYATA ABSTRAK Kejadian bencana banjir di Indonesia sering menimbulkan banyak korban, baik jiwa maupun materi. Secara umum 34% dari seluruh kejadian bencana yang terjadi di seluruh Indonesia didominasi oleh bencana banjir. Untuk mencegah bertambahnya jumlah korban, maka dari segi pengetahuan dapat dilakukan pendekatan secara struktural dan non struktural, salah satu pendekatan non struktural adalah dengan mengembangkan sistem peringatan dini. Tujuan penelitian ini adalah mengimplementasikan metode runtun waktu fuzzi dalam aplikasi yang dapat memprediksi banjir secara waktu nyata dan membangun aplikasi sistem informasi berbasis web untuk memberikan informasi hasil prediksi banjir secara waktu nyata melalui metode runtun waktu fuzzi. Runtun waktu fuzzi (FTS) merupakan metode prediksi data yang menggunakan prinsipprinsip fuzzi sebagai dasarnya. Sistem prediksi dengan runtun waktu fuzzi menangkap pola dari data yang telah lalu kemudian digunakan untuk memproyeksikan data yang akan datang. Metode ini sering digunakan oleh para peneliti untuk menyelesaikan masalah prediksi. Tahapan yang dilakukan dengan menggunakan runtun waktu fuzzi didasarkan pada deret waktu historis, yaitu : menentukan semesta pembicaraan, pemisahan semesta pembicaraan, membangun fuzzi set, fuzzifikasi data history, menentukan fuzzy logical relationships (FLR), menentukan fuzzy logical relationships group (FLRG), menghitung hasil prediksi per menit. Dari hasil penelitian ini, dapat disimpulkan bahwa penerapan metode runtun waktu fuzzi dalam prediksi banjir dapat menghasilkan prediksi yang baik, sehingga dapat dipergunakan untuk acuan memprediksi bencana banjir secara real time pada sebuah ketinggian level air di suatu tempat. Penerapan metode runtun waktu fuzzi dalam memprediksi bencana banjir secara waktu nyata diperoleh melalui percentage error yang diukur dengan menggunakan Mean Absolute Percentage Error (MAPE) diperoleh error rata-rata sebesar 0,44%, dan diperoleh juga nilai Mean Standart Error (MSE) sebesar 0,67 hal ini artinya membuktikan bahwa prediksi yang dihasilkan dapat mendekati data aktual. Kata-kunci : runtun waktu fuzzi, prediksi, banjir, waktu nyata xvii

18 FUZZY TIME SERIES ANALYSIS FOR REAL-TIME FLOOD PREDICTION ABSTRACT Existance Flood in Indonesia often cause many casualties, both mental and material. In general 34% of all disaster events that occurred in Indonesia is dominated by the flood disaster. To prevent the increasing number of victims, then in terms of knowledge can be approached structural and non-structural, non-structural one approach is to develop an early warning system. The purpose of this research is to implement a method of fuzzy time series in applications that can predict the Flood in real-time and build a web-based information system application to provide information which results in real-time Flood prediction based on time series methods Fuzzi. Fuzzy time series is a method that uses the fuzzy principles as the basis for predicting the data. Fuzzy Time series prediction system capture patterns in the data that has been and is then used to project the data to come. This method is often used by researchers to solve the prediction. Problem the research steps of using fuzzy time series is based on a time series of historical, i.e. : defining the universe of discourse, splitting the universe of discourse, building fuzzy sets, fuzzification history data, determining the fuzzy logical relationships (FLR), determining the fuzzy logical relationships of group (FLRG), counting predicted results per minute. From results of this research the application of the method of fuzzy time and series in flood predictions can yield good predictions, so it can be used to predict floods reference in real time at a height of water level somewhere. Application of the method of fuzzy time series in predicting floods in real time obtained by percentage error is measured using the Mean Absolute Percentage Error (MAPE) obtained an average error of 0.44%, and also the value obtained Mean Standard Error (MSE) by 0.67 it means proving that the predictions generated can be closer to the actual data. Keywords: fuzzy time series, prediction, flood, real-time xviii