2
TINJAUAN PUSTAKA
Sistem Informasi Geografis
Sistem informasi geografis (SIG) adalah sistem komputer yang mengambil, menyimpan, melakukan kueri, analisis, dan menampilkan data geografis (Chang 2002). Aplikasi SIG terdiri atas empat komponen, yaitu:
1 Perangkat Keras (Sistem Komputer) Sistem komputer meliputi perangkat komputer dan sistem operasi yang menjalankan aplikasi SIG. Perangkat keras tambahan untuk mendukung aplikasi SIG antara lain monitor untuk menyajikan hasil, alat pendijitasi dan scanner untuk memasukkan data spasial, serta printer dan plotter untuk penyajian data dalam bentuk salinan. Pada umumnya sistem operasi yang digunakan adalah Windows dan UNIX. 2 Perangkat Lunak SIG
Perangkat lunak SIG meliputi kode program dan tampilan antarmuka untuk menjalankan perangkat keras. Pada umumnya tampilan antarmuka perangkat lunak aplikasi SIG menyediakan daftar menu, graphical icons, dan perintah-perintah yang dapat mempermudah pengembang dalam membangun aplikasi SIG. Beberapa perangkat lunak untuk mengolah data spasial antara lain ArcView, AutoCAD Map, MapInfo, ArcGIS, GRASS, dan ILWIS. 3 Sumber Daya Pengguna
Sumber daya pengguna sama pentingnya dengan perangkat lunak dan perangkat keras. Sumber daya pengguna penting untuk menentukan sasaran dan tujuan pembangunan sistem, serta memberikan pertimbangan dan alas an penggunaan SIG. 4 Infrastruktur
Infrastruktur merujuk pada kebutuhan fisik, organisasi, administrasi dan lingkungan budaya untuk operasi-operasi SIG. Infrastruktur meliputi keterampilan, standar data, dan pola organisasi umum.
Web Mapping
Menurut Mitchell (2005), ada dua macam aplikasi pemetaan berbasis web yaitu statis dan interaktif. Peta statis sebagai suatu gambar yang ditampilkan secara umum pada halaman web, sedangkan pada peta interaktif pengguna dapat berinteraksi dengan peta sesuai kebutuhan contohnya melakukan pemilihan layer dan zooming. Gambar peta diperbarui selama proses interaksi. Ini dapat terjadi karena adanya perangkat lunak pemetaan web.
Seiring dengan perkembangan teknologi informasi, SIG telah mengalami proses evolusi, dimulai dari static map publishing, static web mapping, interact web mapping, dan kemudian menjadi distributed GIServices (Peng & Tsou 2003). Tahapan evolusi tersebut dapat dilihat pada Gambar 1.
Gambar 1 Evolusi Web Mapping (Peng &Tsou 2003).
Gambar 1 menunjukkan evolusi teknologi untuk web mapping yang terdiri atas:
Static Map Publishing menyajikan peta pada halaman web sebagai peta yang statis dalam format grafis seperti GIF, JPEG dan PNG. Gambar peta biasanya digunakan sebagai representasi visual untuk mengilustrasikan hal-hal penting dari sebuah dokumen HTML, namun pengguna tidak dapat berinteraksi dengan gambar tersebut. Static Web Mapping aplikasi pemetaan
dapat menerima request berupa query terhadap program server melalui antarmuka berupa form HTML dan CGI. Keluaran dari permintaan tersebut berupa peta yag bersifat statis yang dihasilkan program pada server. Interactive Web Mapping pengguna dapat
lebih berinteraksi dengan objek spasial pada halaman web menggunakan script aplikasi yang berjalan di sisi client seperti DHTML, Plug-ins, Java applets dan ActiveX controls. Distributed GIServices menyediakan
layanan infomasi geospatial berbasis jaringan yang sangat luas. Ada dua aplikasi utama dalam GIServices, yaitu wired internet GIS dan wireless mobile GIS. Pada Internet GIS lebih ditekankan pada aspek jaringan fisik sedangkan pada Distributed GIServices lebih fokus pada mekanisme pengaksesan yang terdistribusi sebuah layanan informasi. Layanan terdistribusi ditandai dengan adanya komunikasi diantara komponen SIG yang satu dengan yang lainnya dari beberapa server.
3
MapServer
MapServer merupakan komponen yang menampilkan peta, menyelesaikan kueri spasial, dan mengirim gambar atau elemen grafis peta pada sisi klien pada saat ada permintaan pengguna (Peng & Tsou 2003).
Mapserver memiliki lingkungan bahasa script yang disebut MapScript. MapScript dapat mengurangi waktu pemrograman bagi pengembang yang ingin menambahkan kemampuan pemetaan dalam suatu aplikasi. MapScript API menyediakan tools yang dapat langsung digunakan untuk membuat peta dan mengizinkan pengembang untuk memanipulasi, membuat, dan me-load mapfile. Fungsi-fungsi MapScript dapat digabungkan dengan fungsi dari bahasa script lainnya seperti PHP, Perl, Phyton, Ruby dan Java (Mitchell 2005).
Diagram operasi dasar aplikasi Mapserver ditunjukkan pada Gambar 2.
Gambar 2 Diagram operasi dasar MapServer (Mitchell 2005).
Umumnya, MapServer bekerja di belakang aplikasi web server. Web server menerima permintaan terhadap peta dari pengguna dan MapServer bertugas menampilkan peta yang sesuai. Fungsi utama Mapserver adalah membaca data dari berbagai sumber dan menampilkan layer-layer secara bersamaan dalam berkas grafik, yang dikenal dengan map image (Mitchell 2005).
Komponen sebuah aplikasi MapServer terdiri atas:
1 Mapfile, merupakan inti dari aplikasi Mapserver yang menyimpan berbagai konfigurasi untuk menggambarkan data spasial dan atribut dari shapefile ke dalam bentuk halaman web (Mitchell 2005). Mapfile mendefinisikan sekumpulan objek
peta sekaligus membedakan bentuk dan sifat peta yang akan ditampilkan pada browser. Walaupun data geografisnya sama, peme-taan dengan mapfile yang berbeda akan menampilkan peta yang berbeda pula, sesuai hasil interaksi dengan pengguna (Kropla 2005).
2 Halaman HTML, sebagai antarmuka antara pengguna dengan MapServer. MapServer dapat digunakan untuk menempatkan sebuah gambar peta statis maupun yang bersifat interaktif pada halaman web.
Komponen Data Geografis
Dalam kerangka kerja SIG terdapat dua kategori data, yaitu data tekstual (atribut) dan data spasial (Chang 2002). Data atribut merupakan data yang memiliki informasi fitur spasial. Jumlah data atribut yang dilampirkan dalam fitur spasial dipengaruhi oleh tipe fitur dan dan aplikasi yang digunakan. Data spasial merupakan data yang memiliki informasi lokasi atau data yang bereferensi geografis. Secara umum, SIG menggunakan dua bentuk data untuk merepresentasikan data spasial, yaitu data vektor dan data raster. Data model untuk data spasial dapat dilihat pada Gambar 3.
Data Spasial Topologikal Data Raster Data vektor Non-Topologikal Higer-Level Data Data Sederhana TIN Dynamic Segmentation Regions
Gambar 3 Data model untuk data spasial (Chang 2002).
Data vektor menggunakan satu titik atau gabungan titik yang berkoordinat untuk membentuk fitur spasial titik, garis, dan area, sedangkan data raster menggunakan sel-sel dalam parameter piksel untuk merepresentasikan variasi spasial dari sebuah fitur. Data raster membentuk fitur titik dari sel tunggal, fitur garis dari rangkaian sel yang bersebelahan, dan fitur area dari kumpulan sel yang berbatasan.
4 Data vektor dikategorikan menjadi
topologikal dan non-topologikal. Topology, dalam GIS, menggambarkan secara eksplisit hubungan spasial antara fitur, seperti pertemuan dua garis pada sebuah titik dan sebuah garis lurus memiliki sisi kanan dan sisi kiri secara eksplisit. Topology berguna untuk mendeteksi eror pada proses dijitasi dalam peta dijital dan dibutuhkan untuk beberapa operasi overlay peta dan analisis jaringan. Data non-topologikal dapat ditampilkan dengan lebih cepat dan dapat langsung digunakan pada perangkat lunak GIS yang berbeda-beda (Chang 2002).
Shapefile
Shapefile merupakan format yang digunakan oleh Environmental System Resource Institute (ESRI) untuk merepresentasikan data vektor yang berbasis non-topological (Chang 2002). Shapefile menyimpan lokasi geografis berupa informasi atribut titik (point), garis (line), dan poligon (polygon). Shapefile menyimpan titik sebagai pasangan koordinat x,y, sebuah garis sebagai kumpulan titik, dan poligon sebagai serangkaian garis, namun demikian tidak ditemukan berkas yang memaparkan hubungan spasial antara objek geometri. ESRI mengemukakan, shapefile terdiri atas:
1 main file (*.shp)
merupakan file yang dapat diakses langsung dan panjang dari record variabel dalam setiap record mendeskripsikan sebuah bentuk dengan daftar verteksnya,
2 index file (*.shx)
pada file indeks, setiap record terdiri atas offset dari record file utama yang bersesuaian mulai dari awal berkas utama, 3 tabel dBASE (*.dbf)
pada tabel dBASE terdapat fitur atribut dengan record pada setiap fiturnya. Relasi one-to-one di antara geometri dan atribut berdasarkan pada nomor record. Record atribut dalam dBASE harus sama dengan record dalam berkas utama.
Shapefile menyimpan geometri non-topologikal dan informasi atribut untuk fitur spasial dalam kumpulan data. Geometri untuk sebuah fitur disimpan sebagai shape yang berisikan kumpulan koordinat vektor. Shapefile tidak memiliki pengolahan tambahan struktur data topologikal sehingga shapefile memiliki keunggulan dibandingkan dengan data sources lainnya, di antaranya lebih cepat dalam menggambar dan memperbaiki peta (ESRI 2010).
Spatial Database Management System Mitchell (2005) mengemukakan, database spasial merupakan perangkat yang digunakan untuk mengakses tabel informasi dan mampu menangani penyimpanan data referensi spasial. Shekhar dan Chawla (2003) mendefinisikan sistem manajemen basisdata spasial (Spatial Database Management System - SDBMS) sebagai berikut :
1 SDBMS adalah modul perangkat lunak yang dapat bekerja dengan sistem manajemen basisdata dasar, seperti Object-Relational Database Management System (OR-DBMS) atau Object-Oriented Database Management System (OO-DBMS),
2 SDBMS mendukung beberapa model data spasial, tipe data abstrak (Abstract Data Type – ADT) dan bahasa query yang dapat memanggil ADT tersebut,
3 SDBMS mendukung indeks spasial, algoritma yang efisien untuk melaksanakan operasi spasial, serta aturan-aturan yang spesifik bagi domain tertentu untuk optimasi query.
Sistem informasi geografis menggunakan SDBMS untuk menyimpan, mencari, melakukan kueri, membagi kumpulan data spasial yang berukuran besar. Data spasial tidak dapat dipisahkan dari proses visualisasi dan biasanya berukuran sangat besar sehingga sistem database harus menambahkan kemampuan untuk menyediakan layanan proses permintaan visual dan metode pengindeksan data spasial secara khusus (Shekhar dan Chawla 2003). Komponen-komponen yang terlibat dalam pembangunan SDBMS berdasarkan OR-DBMS dapat dilihat pada Gambar 4.
5
PostGIS
PostGIS adalah ekstensi dari sistem object relational database PostgreSQL yang mengizinkan objek SIG untuk disimpan dalam suatu database dan menyimpan data berupa titik, garis, atau poligon (Ramsey 2008). Dengan adanya ektensi PostGIS, PostgreSQL server dapat dijadikan sebagai backend database spasial untuk sistem informasi geografis, seperti ESRI‟s SDE atau ekstensi Oracle‟s Spatial. Objek SIG yang didukung oleh PostGIS adalah ”Simple Feature Specification for SQL” yang dikeluarkan oleh OpenGIS Consortium (OGC) (PostGIS 2010).
OpenGIS mendefinisikan dua cara baku untuk menyatakan objek spasial, yaitu:
Well-Known Text (WKT) Well-Known Binary (WKB)
WKT dan WKB mengandung informasi mengenai tipe objek dan koordinat yang membentuk objek. Umumnya, input data ke dalam database menggunakan format WKT, tetapi data spasial disimpan dengan format heksadesimal. Representasi WKT dapat dilihat pada Tabel 1. Tabel 1 Representasi WKT Fitur objek spasial Representasi WKT Gambar POINT (0 0) MULTI-POINT (0 0,1 2) LINE-STRING (0 0, 1 1, 1 2) MULTI-LINE STRING ((0 0,1 1,1 2),(2 3,3 2,5 4)) POLYGON ((0 0,4 0,4 4,0 4,0 0),(1 1, 2 1, 2 2, 1 2,1 1)) MULTI-POLYGON (((0 0,4 0,4 4,0 4,0 0),(1 1,2 1,2 2,1 2,1 1)), ((-1 -1,-1 -2,-2 -2,-2 -1,-1 -1))) GEOMETRY COLLECTIO N (POINT(2 3),LINESTRIN G(2 3,3 4))
OpenGIS (1999) mengungkapkan bahwa SQL Geometry Type disusun ke dalam hierarki yang ditunjukkan pada Gambar 5.
Gambar 5 Hierarki SQL Geometry Type (OpenGIS 1999).
Geometris 0 dimensi adalah yang bertipe point dan multipoint, Geometris 1 dimensi adalah Curve dan Multicurve dengan semua subkelasnya dan Geometris 2 dimensi adalah Surface dan Multisurface dengan semua subkelasnya.
Indeks Spasial
Indexing merupakan tahap membangun indeks pada tabel untuk mempercepat proses query. Pengindeksan data membuat penggunaan database spasial untuk data yang besar mungkin dilakukan (PostGIS 2010). Tanpa indexing, proses pencarian sebuah fitur membutuhkan “sequential scan” untuk setiap record dalam database. Indexing mempercepat proses pencarian dengan mengorganisasikan data ke dalam search tree yang dapat mempercepat proses menemukan record tertentu. PostgreSQL mendukung tiga jenis indeks, yaitu B-Tree indexes, R-Tree indexes, dan GiST indexes.
B-Tree digunakan untuk data yang dapat disusun dalam satu axis sehingga tidak sesuai untuk data SIG
R-Tree indexes membagi data ke dalam persegi, sub-persegi, dan sub-sub persegi. R-Tree digunakan oleh beberapa database spasial untuk pengindeksan data SIG, namun implementasi R-Tree pada PostgreSQL tidak sebaik implementasi GiST
GiST (Generalized Search Tree) indexes membagi data ke dalam “data untuk satu sisi”, “data yang overlap”, “data yang berada di dalam” dan data yang dapat digunakan untuk tipe data dengan lingkup besar, termasuk data SIG. PostGIS menggunakan implementasi R-Tree indexes di atas GiST untuk membuat indeks pada data SIG.
6 GiST indexes memiliki dua buah
keunggulan dibandingkan dengan R-Tree indexes dalam PostgreSQL. Pertama, GiST indexes “null safe”, artinya mampu membangun indeks untuk kolom yang bernilai null. Kedua, GiST indexes mendukung konsep “lossiness” yang sangat penting untuk objek SIG yang lebih besar dibandingkan dengan ukuran halaman 8K PostgreSQL. Lossiness mengizinkan PostgreSQL untuk menyimpan bagian penting dari objek dalam sebuah indeks -- untuk kasus objek SIG, hanya bounding box. Objek SIG yang lebih besar dari 8K akan menyebabkan R-Tree indexes gagal diproses.
Data Flow Diagram
Data flow diagram (DFD) yang diacu kepada Buffalo (2004) menawarkan metode baku untuk menggambarkan proses, penyimpanan data dan participants yang menyusun aktivitas logis secara potensial dalam aplikasi sistem informasi geografis. Ada empat simbol yang digunakan dalam DFD, yaitu:
Square (persegi), merepresentasikan orang, organisasi, hal-hal, atau sumber atau tujuan data atau informasi yang ditunjukkan pada Gambar 6.
Gambar 6 Simbol persegi (Buffalo 2004). Cylindrical (silinder), mewakili proses atau
kegiatan yang ditunjukkan pada Gambar 7.
Gambar 7 Simbol silinder (Buffalo 2004). Open rectangle (persegi panjang terbuka)
untuk mewakili data yang disimpan dari data yang bisa ditambahkan atau dihapus, ditunjukkan pada Gambar 8.
Gambar 8 Simbol persegi panjang terbuka (Buffalo 2004).
Arrow (panah) untuk mewakili aliran data. Panah dapat dianotasikan untuk menggambarkan alam atau aliran konten, ditunjukkan pada Gambar 9.
Gambar 9 Simbol panah (Buffalo 2004).
Spatial Relationships
Sistem Informasi Geografis berbeda dengan sistem lainnya, termasuk dalam mendefinisikan hubungan spasial. Hubungan spasial ini termasuk di dalam SIG dengan pengkodean topologi atau dengan perhitungan berdasarkan koordinat (x,y). Satu perhitungan umum didefinisikan berdasarkan ada atau tidak dua garis yang saling berpotongan. Tabel 2 menunjukkan hubungan spasial, diasosiasikan dengan kata kerja deskripsi dan diimplementasikan secara umum dari setiap hubungan dalam SIG.
Tabel 2 Spatial relationship pada SIG
Spatial Relationship Descriptive Verbs Common GIS Model Symbol
Connectivity Connect, link Topology
Contiguity Adjacent, abutt Topology Containment Contained, containing, within X,Y coord. operation Proximity Closest, nearest X,Y coord. operation Coincidence Coincident, Coterminous X,Y coord. operation Kamus Data
Pressman (2001) mengemukakan, kamus data adalah grammar kuasi-baku yang digunakan untuk menjelaskan data dari perangkat lunak yang akan diolah dan dibuat. Kamus data menjelaskan seluruh aliran informasi yang ada pada DFD dengan lebih rinci. Notasi kamus data dapat dilihat pada Tabel 3.
Tabel 3 Notasi kamus data
Notasi Keterangan
= terdiri atas, diuraikan menjadi, sama saja dengan
+ dan
[ | ] atau
{ }n iterasi hingga n kali
( ... ) pilihan, boleh ada boleh tidak *...teks...* komentar
