perancangan sistem prediksi suhu permukaan laut

PERANCANGAN SISTEM PREDIKSI SUHU
PERMUKAAN LAUT DENGAN ADAPTIVE NEURO
FUZZY INFERENCE SYSTEM (ANFIS) PADA
MARITIME WEATHER STATION DI PERAIRAN
DANGKAL JAWA TIMUR
Oleh :
I Kadek Budi Utama Putra
DOSEN PEMBIMBING :
Dr. Ir. Aulia Siti Aisjah, MT.
Ir. Syamsul Arifin, MT.
Seminar Tugas Akhir
LATAR BELAKANG
2
PERMASALAHAN
bagaimana merancang prediksi suhu suhu laut dengan
menggunakan Adaptive Neuro Fuzzy Inference System
(ANFIS) yang dapat digunakan pada maritime weather station
untuk perairan dangkal Jawa Timur?
TUJUAN
Untuk merancangan sistem prediksi suhu air laut dengan
menggunakan Adaptive Neuro Fuzzy Inference System
(ANFIS) yang dapat digunakan pada maritime weather station
untuk perairan dangkal Jawa Timur
3
BATASAN MASALAH
• Metode yang digunakan adalah Adaptive Neuro Fuzzy Inference
System (ANFIS)
• Penelitian dibatasi hanya pada penentuan prediksi suhu air laut
dengan kedalaman 1meter sampai 5 meter
• Obyek analisa yaitu di wilayah perairan dangkal Jawa
Timur, sehingga hasil prediksi suhu air laut hanya terbatas pada
daerah pengambilan data saja
• Prediksi yang dilakukan dalam rentang waktu satu hari
• Data yang diambil berupa data statistik cuaca di perairan
dangkal dari BMKG Perak II, LS 7O11’29.71”
BT 112O42’53.57”
4
Stasiun Cuaca (Weather Station)
• alat yang digunakan untuk mengetahui kondisi
cuaca dan iklim pada suatu wilayah
• dilengkapi dengan instrumen dan peralatan
elektrik
• Variabel yang diamati oleh setiap stasiun cuaca
adalah suhu udara, tekanan udara, kelembaban
udara, arah dan kelajuan angin, curah
hujan, penguapan, dan lamanya penyinaran oleh
matahari
5
Suhu Permukaan Laut
• suhu permukaan laut cocok digunakan untuk mengetahui atau
memprediksi cuaca di lautan dan terkait dengan kehidupan alam bawah
lautnya
• Suhu permukaan laut mempunyai hubungan dengan keadaan lapisan air
laut yang terdapat di bawahnya, sehingga data suhu permukaan laut
dapat digunakan sebagai indikator untuk mendeteksi fenomena yang
terjadi dilaut seperti front (pertemuan dua massa air), arus
• variasi suhu permukaan diperairan Indonesia termasuk kecil, akan tetapi
masih dapat memperlihatkan adanya perubahan musim. Sebagai
contoh, di daerah laut arafura dan pantai barat Sumatera pada musim
barat pemanasan suhunya berkisar antara 29-o – 30o C.Sedangkan pada
saat musim timur, daerah laut arafura dan pantai barat Sumatera ini
mengalami penurunan menjadi 27o – 29o C.
6
• Faktor yang mempengaruhi perubahan suhu air
laut
Letak ketinggian dari permukaan laut dan
kedalaman
Lama Penyinaran dan Intensitas Radiasi Cahaya
Matahari
Distribusi Temperatur dan Pergerakan Air
Kecepatan Angin dan Sirkulasi Udara
7
Letak ketinggian dari permukaan laut dan
kedalaman
• Suhu akan menurun secara teratur sesuai dengan
kedalaman. Hal ini disebabkan karena pengaruh
intensitas cahaya matahari yang masuk ke dalam
air yang menyebabkan semakin dalam suatu
perairan suhunya pun semakin rendah.
8
• Lapisan Mix Layer merupakan lapisan yang hangat
di bagian teratas dimana pada lapisan ini gradient
suhu berubah secara perlahan. Lapisan ini
mempunyai kedalaman sekitar 50-100 m dengan
suhu sekitar 26-30oC.
• Lapisan Termoklin (thermocline) merupakan
lapisan dimana gradien suhu berubah secara cepat
sehingga terjadi perubahan suhu yang sangat
mencolok.
9
• Lapisan termoklin atas dapat mengalami penurunan
suhu dari 27oC pada 100 m menjadi 8oC di kedalaman
300 m dengan rata-rata penurunan suhu dapat
mencapai 9,5oC/100m. Untuk termoklin bawah suhu
tetap turun dari 8oC pada 300 m menjadi 4oC pada
kedalaman dengan rata-rata penurunannya mencapai
1,3oC/100 m
• Lapisan deep layer merupakan lapisan terbawah yaitu
lapisan dimana suhu air rendah bahkan relative
konstan yaitu sebesar 4oC. Pada lapisan ini mengalami
penurunan suhu sekitar 0,05oC/100m, kedalaman
lapisan ini dapat mencapai 2500 m.
10
Intensitas Radiasi Cahaya Matahari
• Cahaya matahari berperan penting terhadap suhu air
laut. Wilayah permukaan memiliki suhu yang lebih
tinggi di bandingkan di bagian dalam. Hal ini
disebabkan karena wilayah permukaan lebih banyak
terkena sinar matahari dibandingkan bagian dalam
perairan. Cahaya matahari dapat masuk hingga
kedalaman 200 meter ditandai dengan hangatnya
suhu air laut sampai kedalaman 200 meter, kemudian
suhu air laut mengalami perubahan drastis kedalaman
antara 200 sampai 1000 meter
11
Distribusi Temperatur dan Pergerakan Air
• Distribusi temperatur permukaan bervariasi terhadap
lintang karena bumi berevolusi terhadap matahari.
Berdasarkan garis lintang, distribusi temperatur
permukaan terbesar terjadi pada daerah ekuator
• Pergerakan air di lautan tidak statis. Beberapa sebaran
air di lautan dapat bergerak sejauh jarak yang sama
dengan circum-navigasi global dalam beberapa
tahun, namun rerata struktur temperatur di tempat
tertentu tetap sama. Dengan demikian, temperatur
air laut yang berada di bawah lapisan permukaan
mengalami sedikit perubahan setiap tahun
12
Kecepatan Angin dan Sirkulasi Udara
• Kecepatan angin akan mempengaruhi tegangan
permukaan air laut seperti halnya di permukaan
air tawar, namun tegangan suhu permukaan air
laut lebih lemah jika dibandingkan dengan
tegangan permukaan air tawar sehingga air laut
lebih mudah pecah menjadi busa bila diganggu
oleh gelombang permukaan
13
Adaptive Neuro Fuzzy Inference System
(ANFIS)
• teknik optimasi yang gabungan jaringan syaraf dan
logika Fuzzy
14
Lapisan 1
x dan y merupakan label linguistik contohnya seperti
besar dan kecil atau tinggi dan rendah. Keluaran dari
lapisan ini adalah nilai derajat keanggotaan. Fungsi
keangotaan berdasarkan pada persamaan bell
Nilai dari ai, bi, ci merupakan parameter premis
15
Lapisan 2
• Merupakan perkalian dari lapisan 1
• Keluaran dari lapisan ini mendefinisikan derajat
pengaktifan dari aturan fuzzy
• banyaknya simpul yang dibentuk pada lapisan ini
akan membentuk banyaknya aturan
16
Lapisan 3
• menghitung rasio simpul ke-i terhadap derajat
pengaktifan aturan ke-i dengan menjumlahkan
semua derajat pengaktifan aturan
• Keluaran lapisan ini berupa derajat pengaktifan
ternormalisasi (normalized firing strengths)
17
Lapisan 4
• Nilai (pi, qi, ri) adalah parameter set terhadap
simpul ini. Parameter dari simpul dalam lapisan ini
disebut parameter konsekuen
18
Lapisan 5
• menjumlahkan semua sinyal masukan dari keluaran
lapisan 4
• lapisan 5 ini akan digunakan untuk menentukan
prediksi
19
METODOLOGI
PENELITIAN
20
PENGAMBILAN DATA
21
DIAGRAM ALIR TRAINING DATA ANFIS
Mulai
A
Data lama penyinaran
matahari, intensitas
matahari, suhu udara,
kecepatan angin
Penentuan jumlah
hidden layer
Penentuan epoch dan
fungsi aktivasi
Penentuan fungsi
keanggotaan dan lebarnya
Penentuan Center
of Mean
Error < 0,25
Ya
Variabel fuzzy suhu
permukaan laut
Tidak
Training data
Tidak
RMSE < 1
Ya
Pembuatan
Software Prediksi
Selesai
A
22
CONTOH TRAINING DATA
23
VALIDASI ANFIS
Kedalaman 1 meter
Kedalaman 3 meter
Kedalaman 5 meter
24
Fuzzy Inference System (FIS)
25
RMSE yang dihasilkan dari struktur
jaringan ANFIS
Kedalaman
SAL
RMSE
1 Meter
0.810825
3 Meter
0.810805
5 Meter
0.811236
26
PERANCANGAN SOFTWARE
• Perancangan software dilakukan dengan bantuan
program Graphic User Interface (GUI) yang
tersedia pada Matlab.
27
HASIL PREDIKSI SOFTWARE UNTUK DATA
UJI
28
GRAFIK PERBANDINGAN NILAI AKTUAL DAN NILAI
PREDIKSI
Kedalaman 1 meter
29
GRAFIK PERBANDINGAN NILAI AKTUAL DAN NILAI
PREDIKSI
Kedalaman 3 meter
30
GRAFIK PERBANDINGAN NILAI AKTUAL DAN NILAI
PREDIKSI
Kedalaman 5 meter
31
Nilai Error dan Tingkat Akurasi Software
Kedalaman
SAL (m)
Rata-Rata
Error (%)
Rata-Rata
Akurasi (%)
1
3
5
20,02399
20,01918
20,03284
79,97601
79,98082
79,96716
32
KESIMPULAN
• Metode ANFIS (Adaptif Neuro Fuzzy Inference System) dapat
diterapkan untuk merancang sistem prediksi suhu air laut
dengan tipe data non-linear
• Performansi yang dihasilkan adalah sebagai berikut :
 RMSE yang dihasilkan pada saat training adalah pada
kedalaman 1 (satu) meter 0,810825, pada kedalaman 3 (tiga)
meter 0,810805, pada kedalaman 5 (lima) meter 0,811236
 Nilai rata-rata error prediksi yang dihasilkan pada kedalaman 1
meter, 3 meter dan 5 meter adalah
20,02399%, 20,01918%, dan 20,03284%
 Nilai rata-rata akurasi prediksi yang dihasilkan pada
kedalaman 1 meter, 3 meter dan 5 meter adalah
79,97601%, 79,98082%, dan 79,96716%
33
SARAN
• Saran yang dapat diberikan untuk pengembangan
penelitian selanjutnya adalah dapat dibuat sistem
monitoring online suhu air laut yang
disambungkan pada buoy laut.
34
TERIMA KASIH