SISTEM PAKAR PENENTUAN KESESUAIAN LAHAN BERDASARKAN FAKTOR PENGHAMBAT TERBESAR (MAXIMUM LIMITATION FACTOR) UNTUK TANAMAN PANGAN NINA SEVANI

Transkripsi

1 SISTEM PAKAR PENENTUAN KESESUAIAN LAHAN BERDASARKAN FAKTOR PENGHAMBAT TERBESAR (MAXIMUM LIMITATION FACTOR) UNTUK TANAMAN PANGAN NINA SEVANI PROGRAM STUDI ILMU KOMPUTER SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR 2009

2 SURAT PERNYATAAN Saya menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa segala pernyataan dalam tesis saya berjudul : SISTEM PAKAR PENENTUAN KESESUAIAN LAHAN BERDASARKAN FAKTOR PENGHAMBAT TERBESAR (MAXIMUM LIMITATION FACTOR) UNTUK TANAMAN PANGAN Merupakan gagasan atau hasil penelitian tesis saya sendiri, dengan arahan Komisi Pembimbing, kecuali yang dengan jelas ditujukkan rujukkannya. Tesis ini belum pernah diajukan untuk memperoleh gelar atau capaian akademik lainnya pada program sejenis di perguruan tinggi lain. Semua data dan informasi yang digunakan telah dinyatakan secara jelas dan dapat diperiksa kebenarannya. Bogor, Januari 2009 Yang Membuat Pernyataan NINA SEVANI i

3 RINGKASAN NINA SEVANI. Sistem Pakar Penentuan Kesesuaian Lahan Berdasarkan Faktor Penghambat Terbesar (Maximum Limitation Factor) Untuk Tanaman Pangan. Di bawah bimbingan MARIMIN dan HERU SUKOCO. Penentuan kesesuaian lahan merupakan salah satu kegiatan dalam evaluasi lahan yang dapat membantu petani dan pelaksana pertanian untuk menentukan kesesuaian lahan dengan jenis tanaman yang akan ditanam, sebelum dimulainya proses penanaman. Proses penentuan kesesuaian lahan ini dapat dilakukan dengan membandingkan antara karakteristik dan kualitas lahan yang akan digunakan dengan persyaratan tumbuh tanaman yang akan ditanam. Terdapat banyak karakter dan kualitas tanah yang dapat digunakan untuk menentukan kesesuaian lahan, baik yang berupa sifat kimia maupun sifat fisik. Diantara karakter dan kualitas yang akan digunakan tersebut beberapa diantaranya dapat mempunyai nilai yang kurang baik sehingga dapat menjadi faktor penghambat bagi pertumbuhan dan produksi suatu tanaman. Beberapa diantara faktor penghambat tersebut akan dapat diatasi melalui suatu tindakan atau penerapan teknologi tertentu. Hanya faktor penghambat yang tidak tergantung pada alam yang dapat diatasi melalui tindakan dan penerapan teknologi tersebut. Penelitian ini bertujuan membuat sebuah sistem pakar penentuan kesesuaian lahan untuk tanaman pangan yang meliputi 14 jenis tanaman pangan dalam kelompok serealia, kacang-kacangan, dan umbi-umbian. Sistem pakar yang dibuat diberi nama Sistem Pakar Penentuan Kesesuaian Lahan Berdasarkan Faktor Penghambat Terbesar atau dapat disingkat menjadi SPPKL. Manfaat penelitian ini adalah untuk membantu petani dan pelaksana pertanian dalam menentukan kesesuaian antara lahan yang akan digunakan dengan jenis tanaman yang akan ditanam, sebelum dilakukan proses penanaman. Selain itu sistem ini juga dapat memberikan informasi kepada petani dan pelaksana pertanian mengenai faktor-faktor yang diperlukan dalam proses penentuan kesesuaian lahan dan persyaratan tumbuh dan produksi bagi 14 jenis tanaman pangan. Empat belas jenis tanaman pangan dalam sistem ini meliputi padi sawah, padi gogo, jagung, gandum, sorgum, kedelai, kacang tanah, kacang hijau, kacang arab, kacang tunggak, ubi jalar, ubi kayu, talas, dan iles-iles. Sistem ini juga dapat digunakan oleh petani dan pelaksana pertanian untuk mengetahui teknologi atau tindakan apa yang dapat digunakan untuk mengatasi keberadaan faktor penghambat. ii

4 Masukan yang diperlukan untuk menjalankan sistem ini adalah data karakter dan kualitas lahan yang akan digunakan, serta jenis tanaman yang akan ditanam. Data yang diperlukan tergantung jenis tanah yang akan digunakan. Secara total terdapat 19 parameter yang dibagi menjadi 17 data fuzzy dan 2 data non-fuzzy, yaitu tinggi air tanah dan curah hujan. Data fuzzy meliputi suhu, kedalaman efektif, kedalaman sulfidik, lereng, bahan kasar, ph, C-Organik, kejenuhan basa, salinitas, sodisitas, Kapasitas Tukar Kation (KTK), tekstur, drainase, kematangan (gambut), ketebalan (gambut), bahaya banjir, dan Tingkat Bahaya Erosi (TBE). Bahaya banjir dan TBE merupakan parameter pengganti untuk data lereng, tekstur, dan drainase. Terdapat 2 jenis tanah yang dapat dipilih untuk digunakan, yaitu tanah mineral dan tanah gambut. Keluaran sistem ini adalah nilai kesesuaian lahan untuk penggunaan tanaman pangan, nilai kesesuaian lahan untuk tanaman pangan tertentu, faktor penghambat yang dimiliki oleh lahan, saran manajerial untuk mengatasi faktor penghambat, persyaratan tumbuh tanaman, dan lokasi yang dianggap sesuai dengan jenis tanaman. Penentuan lokasi meliputi nama kabupaten, nama kecamatan, dan nama serie tanah, serta masih terbatas pada 2 kabupaten di Jawa Timur, yaitu Kabupaten Blitar dan Kabupaten Tulungagung. Sistem pakar ini dibuat melalui serangkaian aliran proses formulatif yang dimulai dari proses penentuan parameter yang diperlukan meliputi sifat fisika dan kimia tanah, serta jenis tanaman pangan. Dilanjutkan dengan proses penentuan penentuan kelompok aturan pada basis pengetahuan yang akan digunakan untuk memproses data input. Pemrosesan data menggunakan tahapan pada Fuzzy Inference System (FIS) metode Mamdani. Kelompok aturan pertama digunakan untuk menentukan kesesuaian lahan untuk penggunaan tanaman pangan. Kelompok aturan kedua digunakan untuk menentukan jenis tanaman yang sesuai berdasarkan nilai yang dihasilkan oleh kelompok aturan pertama dan data input untuk parameter curah hujan. Proses selanjutnya adalah proses penentuan arsitektur web yang akan digunakan sebagai interface sistem dengan pengguna dan diakhiri dengan proses evaluasi sistem. Pembuatan web menggunakan PHP, Apache web server, dan MySQL. Proses evaluasi sistem dilakukan dengan membandingkan keluaran sistem dengan pendapat human expert maupun data yang ada pada laporan survei tanah. Tahap akuisisi dalam pembuatan sistem pakar ini melibatkan human expert dari IPB dan Balai Besar Penelitian dan Pengembangan Sumberdaya Lahan Pertanian, Bogor. Proses inferensi pada sistem ini menggunakan teknik forward chaining untuk iii

5 menentukan kesesuaian lahan dan teknik backward chaining untuk menentukan persyaratan tumbuh tanaman. Pada pelaksanaan pemrosesan data sesuai dengan tahapan yang ada pada FIS, fungsi keanggotaan yang digunakan adalah fungsi trapesium (TRAPMF) dan fungsi gauss (GAUSSMF), metode yang digunakan untuk implikasi dan komposisi semua output adalah metode maximal dan metode untuk defuzzifikasi adalah metode centroid. Untuk meningkatkan efisiensi waktu penggunaan sistem ini, maka ditentukan jenis parameter penentu untuk setiap jenis tanah. Penentuan persyaratan untuk parameter penentu ini membuat sistem dapat langsung memberikan hasil bahwa lahan tidak sesuai digunakan untuk tanaman pangan, apabila nilai parameter penentu yang dimasukkan pengguna melebihi persyaratan yang telah ditentukan. Sehingga pengguna tidak perlu melanjutkan ke tahap pengisian data selanjutnya. Sistem ini juga dilengkapi dengan informasi tentang range nilai setiap parameter serta validasi yang diperlukan untuk memastikan bahwa pengguna memberi nilai input sesuai dengan range yang ada. Informasi tentang cara profil sistem serta cara pengoperasiannya juga ikut disertakan dalam sistem ini, supaya pengguna dapat melakukan troubleshooting secara mandiri. Kata kunci : kesesuaian lahan, tanaman pangan, sistem pakar, Fuzzy Inference System (FIS), metode Mamdani, forward chaining, backward chaining, web. iv

6 SISTEM PAKAR PENENTUAN KESESUAIAN LAHAN BERDASARKAN FAKTOR PENGHAMBAT TERBESAR (MAXIMUM LIMITATION FACTOR) UNTUK TANAMAN PANGAN NINA SEVANI Tesis Sebuah karya ilmiah sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains pada Program Studi Ilmu Komputer PROGRAM STUDI ILMU KOMPUTER SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR 2009

7 ABSTRACT NINA SEVANI. Land Suitability Expert System Based on Maximum Limitation Factor For Food Plants. Supervised by MARIMIN and HERU SUKOCO. One of solutions for handling food security problems is doing land evaluation. With land evaluation, farmers will know about the suitability of their land with some kinds of plants. Knowledge about suitability of the land and the plants can minimalize harvest plant problem. The spread of information technology and digital era also change the ways to explain and distribute information and knowledge used for recognizing land suitability. Process to recognize land suitability in this system using 19 parameters including physical and chemistry characteristics, and also natural factors such as temperature and rain fall. For all of this parameters, there are 2 complementary parameters to replace data about tekstur, drainase, and slope. Object in this research are 14 kinds of food plants. This system using Fuzzy Inference Systems (FIS) method for processing data. User can choose trapesium or Gauss function for fuzzificy the data. Based on actual values of the land, this system will determine the suitability of the land for food plants and for specific kinds of food plants. This system also determine about limitation factors for the land and gives some managerial suggestion for handling that factors. The result of this system also included about plants grow requirement and suitability location on 2 district at East Java Province. Keyword : Land suitability, Fuzzy Inference System, Expert system. v

8 Judul Tesis : Sistem Pakar Penentuan Kesesuaian Lahan Berdasarkan Faktor Penghambat Terbesar (Maximum Limitation Factor) Untuk Tanaman Pangan Nama : Nina Sevani NRP : G Program Studi : Ilmu Komputer Menyetujui, Komisi Pembimbing Prof. Dr. Ir. Marimin, M.Sc Ketua Heru Sukoco, S.Kom, MT Anggota Mengetahui, Ketua Program Studi Ilmu Komputer Dekan Sekolah Pascasarjana IPB Dr. Sugi Guritman Prof. Dr. Ir. Khairil Anwar Notodiputro, MS Tanggal Ujian : 14 Januari 2009 Tanggal Lulus : vi

9 KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis sampaikan kepada Tuhan YME atas segala berkah dan rahmat-nya, sehingga akhirnya penulis dapat menyelesaikan penelitian ini dengan judul SISTEM PAKAR PENENTUAN KESESUAIAN LAHAN BERDASARKAN FAKTOR PENGHAMBAT TERBESAR (MAXIMUM LIMITATION FACTOR) UNTUK TANAMAN PANGAN. Tugas penelitian ini dibuat untuk memenuhi salah satu persyaratan studi pada Program Studi Ilmu Komputer, Sekolah Pascasarjana IPB. Tugas penelitian ini dapat terselesaikan atas bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu penulis ingin menyampaikan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada : 1. Prof. Dr. Ir. Marimin, M.Sc dan Bapak Heru Sukoco, S.Kom, MT selaku Dosen Pembimbing, yang telah banyak membimbing dan mengarahkan penulis. 2. Staf pengajar dan karyawan di Program Studi Ilmu Komputer, Sekolah Pascasarjana IPB, serta karyawan Pascasarjana IPB. 3. Bapak Daniel G.K, M.Sc atas semua dukungan moril dan spiritual yang telah diberikan kepada penulis selama melakukan penelitian. 4. Sayangku, Hendi, yang selalu mendoakan, mendukung, serta menemani penulis dalam melewati masa-masa sulit pada saat penyelesaian studi ini. 5. Seluruh keluarga di Jakarta maupun Tegal yang selalu mendukung dan mendoakan penulis sepanjang penyelesaian studi ini. 6. Bapak Dr. Kukuh Murtilaksono dan Bapak Yiyi Sulaeman atas bimbingan yang telah diberikan. 7. Seluruh staf Universitas Krida Wacana terutama di Fakultas Teknologi Informasi atas segala bantuan yang telah diberikan. vii

10 8. Semua pihak yang telah membantu namun tidak dapat penulis sebutkan satupersatu. Berbagai usaha telah penulis upayakan guna terselesaikannya tugas penelitian ini dengan baik, namun penulis menyadari akan kekurangan dan keterbatasan penulis. Oleh karena itu penulis memohon maaf apabila terdapat kekeliruan-kekeliruan. Akhir kata penulis berharap tugas penelitian ini dapat bermanfaat. Bogor, Januari 2009 Penulis viii

11 RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Brebes pada tanggal 18 Agustus 1980 sebagai anak pertama dari ayah bernama Eko Sutanto dan ibu Ratna Indrayanti. Pendidikan sekolah dasar ditempuh di SD. Pius 3 Tegal. Pendidikan menengah pertama di SMP. PIUS 1 Tegal dan menengah atas di SMUN 1 Tegal, lulus pada tahun Pendidikan sarjana ditempuh di Universitas Bina Nusantara, Jurusan Teknik Informatika, Fakultas Ilmu Komputer, lulus pada tahun Tahun 2002 sampai 2003 menjadi staff PPIC (Product, Planning, and Inventory Control) pada PT. Bintang Kanguru, Jakarta. Sejak tahun 2003 menjadi pegawai akademik di Universitas Kristen Krida Wacana, Jakarta. Pada tahun 2006 penulis meneruskan pendidikan lanjutan di Sekolah Pascasarjana, Institut Pertanian Bogor pada Program Studi Ilmu Komputer. ix

12 DAFTAR ISI Halaman DAFTAR TABEL... xiv DAFTAR GAMBAR... xv DAFTAR LAMPIRAN... xix I. PENDAHULUAN Latar Belakang Tujuan dan Manfaat Ruang Lingkup... 6 II. LANDASAN TEORI Manajemen Pengetahuan (Knowledge Management) Akuisisi Pengetahuan (Knowledge Acquisition) Representasi Pengetahuan (Knowledge Representation) Mekanisme Inferensi (Inference Machine) Sistem Pakar (Expert System) Definisi Sistem Pakar Keuntungan Sistem Pakar Karakteristik Sistem Pakar Elemen Sistem Pakar Tahapan Pengembangan Sistem Pakar Sistem Fuzzy Himpunan Fuzzy Fungsi Keanggotaan Defuzzifikasi Internet Arsitektur Client-Server Waterfall Life Cycle Model Data Flow Diagram (DFD) Lahan Pertanian x

13 2.7.1 Karakteristik Lahan Kualitas Lahan Kesesuaian Lahan Evaluasi Lahan III. METODOLOGI Kerangka Pemikiran Tahapan Pengembangan Sistem Pemilihan Pakar Akuisisi Pengetahuan Representasi Pengetahuan Pengembangan Mesin Inferensi Implementasi dan Pengujian Tata Laksana Penelitian Pengumpulan Data dan Informasi Jenis Data dan Informasi Teknik Pengambilan Data dan Informasi Pengolahan Data dan Informasi Waktu dan Tempat Penelitian Metode Pengembangan Sistem Kebutuhan Sistem Perancangan Sistem Pembangunan Sistem Pengujian Sistem Penerapan Sistem Operasional dan Pemeliharaan Sistem IV. PERANCANGAN Kerangka Sistem Yang Dirancang Analisa Kebutuhan Sistem Rancangan Proses Rancangan Input Rancangan Output xi

14 4.3.3 Rancangan Proses Evaluasi Proses Input (Masukan) Parameter Penentu Kesesuaian Lahan Untuk Penggunaan Tanaman Pangan Fuzzifikasi Parameter Input Penentu Kesesuaian Lahan Untuk Penggunaan Tanaman Pangan Parameter Penentu Jenis Tanaman Pangan Yang Sesuai Proses Penarikan Kesimpulan Proses Output (Keluaran) Rancangan Arsitektur Web Rancangan Tampilan Web Rancangan Uji V. IMPLEMENTASI SISTEM Spesifikasi Perangkat Keras dan Piranti Lunak Input Sistem Proses Evaluasi Sistem Proses Input Proses Penarikan Kesimpulan Proses Output Output Sistem Verifikasi dan Validasi VI. PEMBAHASAN Akuisisi Pengetahuan Representasi Pengetahuan Proses Inferensi Kompleksitas Sistem Implikasi Manajerial xii

15 VII. KESIMPULAN DAN SARAN DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN xiii

16 DAFTAR TABEL Nomor Halaman 1 Kelas tekstur tanah Kelas drainase tanah Kedalaman tanah Kualitas lahan untuk proses evaluasi lahan Range nilai untuk TBE Kelas untuk bahaya banjir Pengelompokan kebutuhan pengguna sistem menjadi menu-menu pada web Parameter, himpunan fuzzy, dan domain himpunan fuzzy Nilai curah hujan Arti kelas kesesuaian lahan Parameter, himpunan, dan representasi fuzzy Pengelompokan nilai pada parameter curah hujan Contoh input dan output penentuan kesesuaian lahan secara umum untuk tanah gambut dengan rumus TRAPMF Contoh input dan output penentuan kesesuaian lahan secara umum untuk tanah mineral dengan rumus TRAPMF Contoh input dan output penentuan kesesuaian lahan secara umum untuk tanah gambut dengan rumus GAUSSMF Contoh input dan output penentuan kesesuaian lahan secara umum untuk tanah mineral dengan rumus GAUSSMF Perbandingan antara keluaran sistem dengan hasil yang diberikan oleh Matlab Hasil validasi keluaran sistem dan pendapat pakar dalam menentukan faktor penghambat pada tanaman padi sawah Hasil validasi keluaran sistem dan pendapat pakar dalam menentukan kriteria lahan pada tanaman padi sawah xiv

17 DAFTAR GAMBAR Nomor Halaman 1 Tahapan akuisisi pengetahuan pada sistem pakar Jaringan semantik antara OAV induk-oav anak Representasi objek DOG dengan menggunakan frame Fungsi dasar sistem pakar Hubungan domain pengetahuan dan domain masalah Hubungan antar elemen dalam sistem pakar Tahapan pengembangan sistem pakar Alur penyelesaian masalah dengan logika fuzzy Kurva representasi linear naik Representasi linear turun Tahapan kurva segitiga Kurva trapesium Daerah bahu pada kurva bentuk bahu Bentuk dan karakteristik kurva -S Representasi kurva PI Representasi kurva BETA Representasi kurva GAUSS Metode maximum pada defuzzifikasi Metode centroid pada defuzzifikasi Metode weigthted average pada defuzzifikasi Metode mean max pada defuzzifikasi Metode center of sums pada defuzzifikasi Metode center of largest area pada defuzzifikasi Metode first (or last) of maxima pada defuzzifikasi Arsitektur client-server Fase-fase pada waterfall life cycle model Tahapan kegiatan evaluasi lahan Diagram proses pencocokkan antara persyaratan tumbuh xv

18 tanaman dengan karakteristik lahan Diagram kerangka pemikiran sistem pakar Kerangka penyusunan aturan pada sistem pakar Diagram input output sistem pakar penentuan kelas kesesuaian lahan Tahapan pengembangan sistem pakar yang dirancang Diagram alir formulasi sistem yang dirancang DFD level 0 pada sistem yang dirancang DFD level 1 pada sistem yang dirancang Rancangan input Proses evaluasi sistem penentuan kesesuaian lahan Proses evaluasi sistem penentuan kriteria dan lokasi lahan Fuzzifikasi suhu Fuzzifikasi kedalaman efektif Fuzzifikasi bahan kasar Fuzzifikasi ph Fuzzifikasi kejenuhan basa Fuzzifikasi KTK Fuzzifikasi C-Organik Fuzzifikasi salinitas Fuzzifikasi sodisitas Fuzzifikasi kedalaman sulfidik Fuzzifikasi tekstur Fuzzifikasi drainase Fuzzifikasi ketebalan (gambut) Fuzzifikasi kematangan (gambut) Fuzzifikasi lereng Fuzzifikasi bahaya banjir Fuzzifikasi TBE Representasi fungsi keanggotaan untuk variabel kesesuaian lahan Arsitektur client-server Tampilan utama web Tampilan tentang aplikasi Tampilan tanaman pangan xvi

19 61 Halaman karakteristik dan kualitas lahan Halaman masukan jenis tanaman dan jenis tanah pengguna Halaman masukan untuk parameter tinggi air tanah, ketebalan, dan kematangan (gambut) Halaman hasil penentuan kesesuaian lahan gambut yang tidak cocok untuk tanaman pangan Halaman masukan parameter untuk tanah gambut Halaman masukan parameter lereng dan kedalaman efektif pada tanah mineral Halaman hasil penentuan kesesuaian lahan mineral yang tidak cocok untuk tanaman pangan Halaman masukan parameter untuk tanah mineral Halaman hasil penentuan kesesuaian lahan Halaman masukan jenis tanaman yang diinginkan pengguna Halaman kriteria lahan untuk tanaman Halaman lokasi yang berpotensi untuk ditanami tanaman pangan sesuai masukan pengguna Halaman pertama aplikasi penentuan kesesuaian lahan Halaman input parameter penentu pada tanah gambut Halaman input parameter penentu pada tanah mineral Halaman input parameter pada tanah gambut Halaman input parameter pada tanah mineral Halaman input pada parameter pengganti Halaman pertama aplikasi penentuan kriteria lahan Tampilan halaman utama SPPKL Halaman menu tentang aplikasi Halaman tanaman pangan Halaman karakteristik & kualitas lahan Halaman bantuan Halaman hasil aplikasi penentuan kesesuaian lahan Halaman hasil penentuan kesesuaian lahan tanah gambut dengan nilai parameter penentu yang melebihi batas Halaman hasil penentuan kesesuaian lahan tanah mineral dengan nilai parameter penentu yang melebihi batas xvii

20 88 Halaman persyaratan tumbuh tanaman Halaman lokasi ses uai Data parameter tanah gambut melebihi ketentuan yang ada Tampilan hasil kesesuaian lahan dengan nilai parameter penentu melebihi batas yang ditentukan Data parameter tanah gambut melebihi ketentuan yang ada Tampilan hasil kesesuaian lahan tanah mineral dengan nilai parameter penentu melebihi batas yang ditentukan Parameter pengganti Flowchart filtering nilai parameter penentu tanah gambut Flowchart filtering nilai parameter penentu tanah mineral Flowchart perhitungan nilai implikasi, komposisi, dan defuzzifikasi 177 xviii