MODUL - 1 Pengantar Sistem Informasi Geografis Disiapkan Untuk Pelatihan Perangkat Lunak MARXAN Untuk Perencanaan Dan Pengelolaan Kawasan Perlindungan Laut Disusun oleh: Arief Darmawan Muhammad Barmawi The Nature Conservancy - Coral Triangle Center Jl. Pengembak No. 2 Sanur Denpasar, Bali 80228 Telp. 0361-287272, Fax. 0361-270737 www.coraltrianglecenter.org, info@coraltrianglecenter.org
Daftar Isi 1. Pendahuluan...3 2. Definisi Sistem Informasi Geografis...3 3. Komponen Sistem Informasi Geografis...5 4. Proses Sistem Informasi Geografis...6 5. Sub sistem SIG...7 5.1. Data.7 5.2. Basisdata...10 5.3. Analisis...12 5.3.1. Overlay...12 5.3.2. Buffer...12 5.3.3. Jaringan...13 5.3.4. Sistem pendukung pengambilan kebijakan keruangan (Spatial Decision Support System SDSS)...14 5.4. Keluaran (Output)...16 Pustaka...16 Daftar Gambar Gambar 1. Komponen Sistem Informasi Geografis...5 Gambar 2. Proses SIG...6 Gambar 3. Model data SIG...7 Gambar 4. Data menurut geometrinya...8 Gambar 5. Data vektor...9 Gambar 6. Data raster...9 Gambar 7. Format Data vektor dan raster...10 Gambar 8. Hubungan antar tabel dalam basisdata relasional...11 Gambar 9. Overlay...12 Gambar 10. Analisis Buffer...13 Gambar 11. Analisis jaringan untuk menentukan rute terpendek...14 Gambar 12. Hasil analisis MARXAN...15 2
1. Pendahuluan Sebelum perkembangan teknologi informasi sepesat satu dekade terakhir ini, banyak aktivitas dan pekerjaan masih dikerjakan secara konvensional, misalnya adalah pemetaan ataupun perencanaan kawasan konservasi dan lain sebagainya. Pada waktu itu orang menggambar peta pada media kertas, data dikumpulkan dari survei terestrial. Sedangkan saat ini teknologi penginderaan jauh, komputer sudah sedemikian pesatnua hingga dalam bidang pemetaan Sistem Informasi Geografis (SIG) sudah menjadi sarana utama. Kemudahan-kemudahan yang diberikan SIG dalam pengumpulan data, integrasi data hingga kemampuan analisis spasialnya menjadikan SIG lebih unggul dibandingkan cara konvensional. Dengan SIG saat ini orang dapat secara cepat memadukan data hasil survey GPS, citra satelit penginderaan jauh dan data atribut lainya sebagai sumber data sebuah peta. Kemudian dengan kemampuan analisis SIG dari data masukkan tersebut dapat diolah sedemikian rupa menjadi informasi baru yang mutakhir. Berkaitan dengan perencanaan kawasan konservasi yang memerlukan banyak parameter, tentu saja memerlukan analisis kompleks. Pekerjaan ini apabila dikerjakan dengan cara konvensional tentu tidak mudah dilakukan. Namun dengan perkembangan SIG dan metode analisis spasial seperti sekarang permasalahan tersebut terdapat jalan keluarnya. Seperti diperkenalkannya perangkat analisis MARXAN yang secara khusus dapat membantu dalam perencanaan kawasan konservasi laut. Jadi sinergi antara SIG dan MARXAN sebagai alat bantu perencanaan memberikan kita solusi dalam rangka merencanakan kawasan konservasi laut. Kemudahan perpaduan data dari beragam sumber yang diberikan SIG serta fleksibilitas MARXAN sebagai metode analisis dapat memudahkan pekerjaan perencanaan kawasan konservai laut dengan tetap berpijak pada konsep perikanan yang berkelanjutan. Perpaduan SIG dan metode analisis MARXAN ini akan sangat membantu para perencana, tenaga teknis, para pengambil kebijakan dalam mendesain, mengelola kawasan konservasi laut seperti yang mereka harapkan. 2. Definisi Sistem Informasi Geografis Ada beragam definisi dari para pakar mengenai Sistem Informasi Geografis (SIG), diantaranya adalah : SIG adalah set alat untuk mengumpulkan, menyimpan, menayangkan kembali 3
data spasial dari dunia nyata (real world) untuk kepentingan-kepentingan tertentu (Burrough, 1986). SIG adalah sistem berbasis komputer yang mempunyai 4 kemampuan dalam menangani data geografis : - pemasukan data/entry data - manajemen data (penyimpanan dan pencarian data) - manipulasi dan analisis - keluaran data (Aronoff, 1989) SIG adalah sebuah sistem perangkat keras, perangkat lunak dan prosedur untuk memudahkan manajemen, manipulasi, analisis, pemodelan, representasi dan penayangan data geografis untuk menyelesaikan permasalahan-permasalahan komplek berkaian dengan perencanaan dan manajemen sumberdaya. (NCGIA, 1990) SIG adalah sekumpulan perangkat keras komputer, perangkat lunak dan data geografis untuk menangkap, mengelola, menganalisa dan menayangkan seluruh bentuk informasi geografis bereferensi (ESRI ) Dari beragam definisi mengenai SIG seperti yang dikemukakan di atas, dapat diambil pengertian bahwa SIG adalah sebuah sistem untuk pengelolaan, penyimpanan, pemrosesan, analisis dan penayangan (display) data yang terkait dengan permukaan bumi. Sistem tersebut untuk dapat beroperasi membutuhkan perangkat keras (hardware) dan perangkat lunak (software) juga manusia yang mengoperasikannya (brainware). 4
3. Komponen Sistem Informasi Geografis Secara rinci SIG tersebut dapat beroperasi membutuhkan komponenkomponen yang saling berkaitan. Tiap-tiap komponen memiliki peranan dalam kelangsungan SIG secara keseluruhan. Secara sederhana komponen-komponen yang membentuk SIG diilustrasikan dalam gambar berikut : Orang Perangkat lunak Metode/ Aplikasi SIG Perangkat keras Data Gambar 1. Komponen Sistem Informasi Geografis Orang yang menjalankan sistem meliputi mengoperasikan, mengembangkan bahkan memperoleh manfaat dari sistem. Kategori orang yang menjadi bagian dari SIG ini ada beragam, misalnya operator,analis, programmer, database administrator bahkan stakeholder. Merode/Aplikasi merupakan kumpulan dari prosedur-prosedur yang digunakan untuk mengolah data menjadi informasi. Misalnya penjumlahan, klasifikasi, rotasi, koreksi geometrik, query, overlay, buffer, join table dan sebagainya. Data yang digunakan dalam SIG dapat berupa data grafis dan data atribut. Data grafis/spasial ini merupakan data yang merupakan representasi fenomena permukaan bumi yang memiliki referensi (koodinat) umumnya berupa peta, foto udara, citra satelit dan sebagainya atau hasil dari interpretasi data-data tersebut. Sedangkan data atribut misalnya data sensus penduduk, catatan survei, data 5
statistik lainnya. Kumpulan data-data dalam jumlah besar dapat disusun menjadi sebuah basisdata. Jadi dalam SIG juga dikenal adanya basisdata yang umumnya disebut sebagai basisdata spasial (spatial database). Perangkat lunak SIG adalah program komputer yang dibuat khusus dan memiliki kemampuan pengelolaan, penyimpanan, pemrosesan, analisis dan penayangan data spasial. Ada pun vendor perangkat lunak ini cukup beragam, misalnya Arc/Info, ArcView, ArcGIS, Map Info dan lain sebagainya Perangkat keras ini berupa seperangkat komputer yang dapat mendukung pengoperasian perangkat lunak yang dipergunakan. Dalam perangkat keras ini juga termasuk didalamnya scanner, digitizer, GPS dan juga printer. 4. Proses Sistem Informasi Geografis Citra Satelit Data Digital Lainnya Foto Udara Basisdata Analisis Peta Data Tabuler Informasi baru Pemasukan Penyimpanan Pemrosesan Hasil Gambar 2. Proses SIG Seperti halnya sistem informasi pada umumnya, SIG memiliki tahapan atau proses, proses itu adalah pemasukan data (input), penyimpanan (storage), dan pemrosesan data (data processing). Alur ini merupakan siklus data dalam sistem informasi. 6
5. Sub sistem SIG 5.1. Data Sumber data yang dapat dipergunakan dalam SIG dapat mengambil dari peta, citra satelit penginderaan jauh, foto udara, data GPS (Global Positioning System) dan dapat pula mengambil dari data tabuler seperti statistik penduduk, pendapatan dan lain sebagainya. Data yang berasal dari beragam sumber tersebut dapat dikonversi ke dalam format digital yang dapat diterima perangkat lunak SIG. Secara sederhana model data yang dipergunakan dalam SIG adalah menjadikan satu tema informasi menjadi satu lapis berbeda atau dengan kata lain data dipisahkan menurut temanya. Model data SIG dapat diilustrasikan dalam gambar dibawah ini: Gambar 3. Model data SIG Dengan model data seperti yang diilustrasikan gambar di atas, maka informasi kebumian direpresentasikan terdiri atas lapis informasi-informasi tematik sehingga menjadi lebih mudah untuk ditelaah satu persatu. Data yang dipergunakan dalam SIG menurut jenisnya dapat dibedakan menjadi 2, yaitu data spasial (graphic) dan data atribut (tabulair data). Data spasial ini merupakan representasi absolut dan relatif lokasi dari fitur geografis yang ada, misalnya dalam wujud peta, foto udara dan citra satelit. Sedangkan data atribut merupakan deskripsi karakteristik dari fitur geografis (geographic feature). 7
Karakteristik suatu fitur geografis ini dapat dideskripsikan secara kualitatif maupun kuantitatif dalam data atribut tersebut. Menurut formatnya data spasial dalam SIG dibedakan menjadi 2, yaitu data vektor dan data raster. Pada data vektor fitur geografis digambarkan dalam bentuk geometri seperti titik (point), garis (line) dan poligon (area) yang posisi masingmasing fitur tersebut mengacu pada sistem koordinat cartesius (x,y,z). Gambar 4. Data menurut geometrinya 8
Gambar 5. Data vektor Berbeda dengan format data vektor, pada format data raster fitur geografis digambarkan dalam sel-sel yang tersusun dalam baris dan kolom. Tiap-tiap sel disebut dengan piksel (pixel= picture element) dan memiliki nilai tertentu. Nilai tersebut lazim disebut dengan nilai piksel (pixel value). Gambar 6. Data raster. Perbedaan karakteristik format data vektor dan raster ini mengandung implikasi terhadap keduanya. Masing-masing format memiliki kelebihan dan kekurangan yang berbeda-beda. Adapun beberapa perbandingan di antara kedua format data tersebut adalah sebagai berikut : Tabel 1. Perbandingan data vektor dengan raster Vektor - Akurat menunjukkan posisi - Overlay vektor relatif lebih lama - Lebih kompleks karena topologi dapat lebih lengkap dideskripsikan Raster - Kurang akurat menunjukkan posisi karena adanya generalisasi - Overlay raster lebih mudah dan cepat - Struktur datanya sederhana karena data tidak bertopologi 9
Gambar 7. Format data vektor dan raster 5.2. Basisdata Basisdata secara sedehana dapat diambil pengertian sebagai sekumpulan data. Lebih lengkapnya lagi adalah kumpulan informasi yang disimpan di dalam komputer secara sistematik sehingga dapat diperiksa menggunakan suatu program komputer untuk memperoleh informasi dari basis data tersebut. Perangkat lunak yang digunakan untuk mengelola dan memanggil kueri (query) basis data disebut sistem manajemen basis data (database management system/dbms). Sistem basis data dipelajari dalam bidang teknologi ilmu informasi dan ilmu komputer. Seperti halnya dalam basisdata berbasis komputer pada umumnya yang dikenal dalam bidang teknologi informasi, dalam SIG dikenal beberapa jenis model basisdata, yaitu hierarkhi, jejaring (network), relasional, tabuler dan juga basisdata berorientasi obyek (object oriented). Diantara model basidata tersebut, model basisdata relasional yang paling diterima dalam ruang lingkup SIG. Pada model basisdata relasional, tiap-tiap data direpresentasikan dalam tabel dengan baris dan kolom tertentu. Tiap-tiap tabel memiliki nama dan memiliki satu kolom tertentu berisi nilai unik yang dijadikan sebagai kolom kunci (primary key). 10
Kolom yang berisi nilai unik inilah yang menjadi penghubung antara tabel tersebut dengan tabel-tabel lainya dalam basisdata relasional. Gambar 8. Hubungan antar tabel dalam basisdata relasional Pada Gambar 8 di atas diilustrasikan mengenai hubungan antar tabel dalam basisdata relasional. Masing-masing tabel (California Coutries dan Income) memiliki satu kolom unik yang didedikasikan sebagai kolom kunci (primary key), yaitu kolom yang bernama fips. Dengan adanya kolom kunci tersebut kedua tabel dapat saling berhubungan. Demikianlah gambaran secara umum mengenai model basisdata relasional. Pada kenyataannya dalam sebuah basisdata relasional tidak hanya terdiri atas 2 buah tabel saja, namun bisa terdapat puluhan bahkan ratusan tabel yang saling berkaitan menyusun sebuah basisdata relasional berukuran besar. Sebagai contoh basisdata yang berukurang besar adalah basisdata yang dimiliki Yahoo.com dengan ukuran 100.386 GB, kemudian basisdata AT&T sebesar 93,876 GB (diakses dari http://www.wintercorp.com/vldb/2005_topten_survey/2005toptenwinners.pdf). 11
5.3. Analisis Sub sistem analisis merupakan bagian pengolahan/pemrosesan data menjadi informasi baru. Pada bagian analisis ini dikenal terdapat banyak metode diantaranya overlay, buffer, analisis jejaring (network) dan ada pula analisis yang lebih khusus untuk perencanaan kawasan konservasi laut yang dinamakan MARXAN. 5.3.1. Overlay Pada metode overlay pada prinsipnya adalah 2 lapis (layer) data di gabungkan menjadi 1 sehingga diperoleh informasi baru dengan kenampakan dan data atribut gabungan dari ke-2 data tersebut. Proses overlay ini diilustrasikan oleh gambar dibawah ini: A B + C D AC AD BC BD Gambar 9. Overlay 5.3.2. Buffer Buffer adalah metode analisis untuk menenentukan keterkaitan obyek geografis tertentu dalam suatu zona. Misalnya kota-kota yang beradius 25 km dari kota Indianapolis, berdasarkan analisis buffer kota-kota tersebut adalah Speedway, Carmel, Laurence, Beech Grove dan Greenwood., seperti yang tampak pada Gambar 10. 12
Gambar 10. Analisis Buffer. 5.3.3. Jaringan Analisis jaringan (network) pada umumnya digunakan untuk optimalisasi rute dan penentuan lokasi terbaik berkaitan dengan suatu zone. Sebagai contoh adalah penentuan rute terbaik antara 2 titik, kemudian penentuan lokasi outlet makanan cepat saji disuatu tempat dan lain sebagainya. Berikut ilustrasi penentuan rute terbaik menggunakan analisis jejaring dengan menggunakan perangkat lunak ArcView GIS dan ekstensi Network Analyst antara kota Denpasar ke Kintamani : 13
Route terdekat 59.41 km Gambar 11. Analisis jaringan untuk menentukan rute terbaik Dari ilustrasi di atas rute terbaik dari kota Denpasar ke Kintamani melalui jalur Sukawati ke arah Gianyar dan Ubud. Rute tersebut terpilih sebagai rute yang terpendek dibandingkan rute yang melalui Gianyar dan Bangli. 5.3.4. Sistem pendukung pengambilan kebijakan keruangan (Spatial Decision Support System SDSS) SDSS merupakan sistem komputer interaktif untuk mendukung para pengguna supaya efektif dalam proses penentuan kebijakan untuk memecahkan masalah keruangan. Dengan pengertian ini SIG dapat disebut sebagai salah satu SDSS. Namun demikian untuk memecahkan masalah yang sangat komplek dibutuhkan perangkat lain yang bekerja berdasarkan data keruangan. Salah satu perangkat ini adalah MARXAN (Marine Reserve Design using Spatially Explicit Anealling). Marxan merupakan sebuah SDSS yang khusus dirancang untuk membantu perencanaan kawasan perlindungan laut. Marxan bekerja berdasarkan data yang disiapkan oleh SIG. 14
Prinsip kerja Marxan adalah memilih suatu satuan perencanaan (planning unit) dari kumpulan satuan perencanaan yang memiliki kriteria ekologi, sosial dan ekonomi tertentu. Kriteria ini misalnya bahwa sejumlah species tertentu atau fitur konservasi tertentu terlindungi di dalam sebuah kawasan larang ambil (no-take zone). Sangat mungkin sekali di suatu satuan perencanaan ini terdapat fitur sosial ekonomi yang juga harus dipertimbangkan. Adanya fitur sosial ekonomi membuat biaya pengelolaan kawasan larang ambil menjadi tinggi. Nah Marxan dapat membantu memilih dimana lokasi larang ambil yang paling baik dengan mempertimbangkan bahwa fitur-fitur konservasi terlindungi dan biaya pengelolaannya rendah (meminimalkan pengaruh fitur sosial ekonomi). Marxan bisa bekerja dengan data kuantitatif namun demikian memungkinkan juga melibatkan data yang cukup sulit untuk dikuantitatifkan (sosial dan ekonomi). Setelah data terkumpul, Marxan dapat memberikan berbagai alternatif pengambilan keputusan berdasarkan skenario-skenario yang dimasukkan. Dengan demikian diskusi antar berbagai pemegang kepentingan dapat dilaksanan dengan arahan dari hasil proses Marxan. Gambar 12 menyajikan sebuah contoh hasil Marxan berdasarkan satu skenario tertentu. Heksagon berwarna merah muda merupakan lokasi-lokasi yang direkomendasikan MARXAN menjadi kawasan larang ambil. Gambar 12. Hasil analisis MARXAN 15
5.4. Keluaran (Output) Keluaran dari proses SIG yaitu informasi baru dapat disajikan dalam bentuk peta yang dicetak (hardcopy), peta digital (digital map) dan data tabuler. Media untuk memuatnya dapat bervariasi misalnya kertas, CD-ROM bahkan dapat pula disajikan dalam halaman situs internet. Penyajian informasi spasial SIG yaitu peta-peta digital dalam situs internet dikenal dengan sebutan webgis, contohnya: www.rajaampat.org/mapview Pustaka A.Darmawan, 2006. Sekilas Tentang Sistem Informasi Geografis. www.ilmukomputer.com Burrough, P.1986. Principle of Geographical Information System for Land Resources. Assesment.Claredon Press. Oxford. John E. Harmon, Steven J. Anderson. 2003. Design and Implementation of Geographic Information Systems. John Wiley and Sons : New Jersey. Paul Longley et.al. 2001.Geographic Information System and Science. John Wiley and Sons : New York. Philippe Rigaux et.al, 2002. Spatial Databases With Application to GIS. Morgan Kaufman : San Francisco. http://www.esri.com http://www.gis.com/whatisgis/index.html, diakses 17-10-2006 http://www.sfu.ca/gis/bguide/icons/fig2_3_buildingblocks.gif, diakses 18-10-2006 http://www.ncgia.ucsb.edu/giscc/units/u051/figures/figure15.gif http://www.innovativegis.com/basis/primer/concepts.html#components%20of%20a% 20GIS http://www.wintercorp.com/vldb/2005_topten_survey/2005toptenwinners.pdf 16