ALGORITMA JARINGAN SYARAF TIRUAN PROPAGASI

BALIK UNTUK PREDIKSI TINGGI MUKA AIR

Tesis

Untuk memenuhi sebagian persyaratan

mencapai derajat sarjana S-2 Program Studi

Magister Sistem Informasi

SUBIANTO

300004124100010

SEKOLAH PASCASARJANA

UNIVERSITAS DIPONEGORO

SEMARANG

2017

ii

iii

iv

v

KATA PENGANTAR

Segala puji syukur bagi Tuhan Yang yang telah melimpahkan karuniaNya.

Atas kasih dan anugerahNya, pada kesempatan kali ini penulis dapat

menyelesaikan Tesis dengan judul Algoritma Jaringan Syaraf Tiruan Propagasi

Balik untuk Prediksi Tinggi Muka Air. 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 Dekan Sekolah Pascasarjana Universitas

Diponegoro Semarang.

2. Dr. Suryono, S.Si., M.Si., selaku Ketua Program Studi Magister Sistem

Informasi Universitas Diponegoro Semarang dan selaku pembimbing I. Terima

kasih atas waktu, ilmu, saran, semangat dan nasehat yang bapak berikan selama

bimbingan tesis.

3. Dr. Jatmiko Endro, M.Si., selaku pembimbing II. Terima kasih atas semua

nasehat, masukan, ilmu dan waktu yang bapak berikan selama bimbingan tesis.

4. Istri tercinta Weni Novia, ayah dan ibu, adikku serta keluarga yang senantiasa

tanpa henti memberikan motivasi, doa dan semangat sehingga penulis dapat

menyelesaikan tesis ini.

5. 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, 12 Juli 2017

Subianto

vi

DAFTAR ISI

Halaman

Halaman Judul ................................................................................................ i

Halaman Pengesahan ..................................................................................... ii

Halaman Pernyataan Persetujuan Publikasi ................................................... iii

Halaman Pernyataan ....................................................................................... iv

Kata Pengantar ............................................................................................... v

Daftar Isi .................................................................................................. vi

Daftar Gambar ................................................................................................ vii

Daftar Tabel .................................................................................................. ix

Daftar Lampiran ............................................................................................. x

Abstrak .................................................................................................. xi

Abstract .................................................................................................. xii

BAB I PENDAHULUAN ............................................................................... 1

1.1 Latar Belakang ...................................................................................... 1

1.2 Tujuan Penelitian .................................................................................... 2

1.3 Manfaat Penelitian ................................................................................. 2

BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN DASAR TEORI ............................... 4

2.1 Tinjauan Pustaka ................................................................................... 4

2.2 Landasan Teori ..................................................................................... 5

2.2.1 Jaringan Syaraf Tiruan ................................................................. 5

2.2.2 Jaringan Propagasi Balik ............................................................. 6

2.2.3 Banjir ........................................................................................... 14

2.2.4 Tinggi Muka Air ........................................................................... 15

2.2.5 Teori Prediksi ............................................................................... 17

2.2.6 Jangka Waktu Prediksi ................................................................ 18

2.2.7 Wireless Sensor Network ............................................................. 18

2.2.8 Early Warning System ................................................................. 19

BAB III METODE PENELITIAN ................................................................ 20

3.1 Bahan Penelitian ................................................................................... 20

3.2 Alat Penelitian ...................................................................................... 20

3.3 Prosedur Penelitian ............................................................................... 21

3.3.1 Identifikasi dan Perumusan Masalah ........................................... 22

3.3.2 Tahap Studi Pustaka .................................................................... 22

3.3.3 Tahap Pengumpulan Data aktual ketinggian air ............................ 22

3.3.4 Perancangan Prediksi Banjir dan Sistem Peringatan Dini ............. 22

1 Perancangan model prediksi menggunakan algoritma propagasi

balik............................................................................................... 22

2 Perancangan database ............................................................. 27

3 Perancangan antar muka sistem informasi prediksi banjir ...... 31

a Perancangan Halaman Login ................................................... 31

b Perancangan Halaman Home .................................................. 31

vii

c Perancangan Halaman Pengaturan .......................................... 32

d Perancangan Halaman Input Data dan Data ............................ 33

e Perancangan Halaman Hasil .................................................... 35

f Perancangan Halaman Input User dan Data User .................... 35

g Perancangan Halaman Grafik .................................................. 36

3.3.5 Implementasi sistem informasi prediksi tinggi muka air ............ 37

3.3.6 Pengujian sistem informasi algorritma jaringan syaraf tiruan

propagasi balik pada prediksi tinggi muka air ............................ 38

BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN ............................... 39

4.1. Hasil Penelitian ..................................................................................... 39

4.1.1 Kerangka kerja sistem informasi ................................................. 39

4.1.2 Implementasi sistem informasi ..................................................... 39

1 Halaman Home .......................................................................... 41

2 Pengaturan ................................................................................ 41

3 Menu Data ................................................................................ 42

4 Menu Hasil ............................................................................... 45

5 Menu Grafik ............................................................................. 46

4.2. Pembahasan .......................................................................................... 47

4.2.1 Verifikasi Hasil Perhitungan ....................................................... 47

4.4.2 Evaluasi Hasil Perhitungan Sistem ............................................. 55

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ......................................................... 56

5.1 Kesimpulan ............................................................................................ 56

5.2 Saran ...................................................................................................... 57

DAFTAR PUSTAKA ...................................................................................... 58

LAMPIRAN ..................................................................................................... 60

viii

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1 Skema Dasar Neural Network ................................................ 6

Gambar 2.2 BPN Architecture ................................................................... 7

Gambar 2.3 Fungsi aktivasi undak biner .................................................... 7

Gambar 2.4 Fungsi undak biner dengan threshold ..................................... 8

Gambar 2.5 Fungsi aktivasi bipolar ........................................................... 8

Gambar 2.6 Fungsi aktivasi bipolar dengan threshold ............................... 9

Gambar 2.7 Fungsi aktivasi linear ............................................................. 9

Gambar 2.8 Fungsi aktivasi saturating linear ............................................ 10

Gambar 2.9 Fungsi aktivasi symetric saturating linear ............................. 10

Gambar 2.10 Fungsi aktivasi sigmoid biner ................................................. 11

Gambar 2.11 Fungsi aktivasi sigmoid bipolar ............................................. 11

Gambar 2.12 Blok diagram peramalan ketinggian air ................................. 14

Gambar 2.13 Garis energi tampang tunggal ................................................. 16

Gambar 2.14 Sistem akuisisi level permukaan air ultrasonik ...................... 18

Gambar 3.1 Prosedur penelitian implementasi jaringan syaraf tiruan propagasi

Balik untuk prediksi tinggi muka air ...................................... 21

Gambar 3.2 Diagram algoritma jaringan syaraf tiruan propagasi balik untuk

prediksi tinggi muka air ............................................................ 25

Gambar 3.3 Model sekuensial linier ........................................................... 26

Gambar 3.4 Perancangan diagram entitas .................................................. 29

Gambar 3.5 Perancangan halaman login .................................................... 31

Gambar 3.6 Perancangan halaman home ................................................... 32

Gambar 3.7 Perancangan halaman pengaturan .......................................... 33

Gambar 3.8 Perancangan halaman input data ............................................ 34

Gambar 3.9 Perancangan halaman data ..................................................... 34

Gambar 3.10 Perancangan halaman hasil ....................................................... 35

Gambar 3.11 Perancangan halaman input user ............................................ 36

Gambar 3.12 Perancangan halaman data user .............................................. 36

Gambar 3.13 Perancangan halaman grafik ................................................... 37

Gambar 4.1 Kerangka kerja sistem ............................................................ 39

Gambar 4.2 Halaman login ........................................................................ 40

Gambar 4.3 Susunan menu pada sistem informasi prediksi ......................... 41

Gambar 4.4 Menu pengaturan pada sistem informasi prediksi .................... 42

Gambar 4.5 Menu data sub menu input data sistem informasi prediksi ...... 43

Gambar 4.6 Menu data sub menu data sistem informasi ............................. 44

Gambar 4.7 Hasil prediksi banjir pada sistem informasi prediksi ............... 45

Gambar 4.8 Grafik prediksi banjir pada sistem informasi prediksi ............. 47

ix

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 3.1 Simbol ERD (Entity Relationship Diagram) .......................... 28

Tabel 3.2 Rancangan tabel admin ........................................................... 29

Tabel 3.3 Rancangan tabel data .............................................................. 30

Tabel 3.4 Rancangan tabel pengaturan ................................................... 30

Tabel 3.5 Rancangan tabel prediksi ........................................................ 31

Tabel 4.1 Data input waktu (t) dan target (t+5) ...................................... 48

Tabel 4.2 Hasil transformasi data ........................................................... 49

Tabel 4.3 Iterasi dan MSE masing-masing iterasi .................................. 51

Tabel 4.4 Hasil prediksi t+5 sebelum dan sesudah normalisasi ............. 52

Tabel 4.5 Hasil prediksi tinggi muka air ................................................ 54

x

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

Halaman

Lampiran 1. Listing program - halaman login ............................................ 61

Lampiran 2. Listing program - halaman home ............................................ 63

Lampiran 3. Listing program - halaman pengaturan ................................... 65

Lampiran 4. Listing program - halaman input data .................................... 68

Lampiran 5. Listing program - halaman data .............................................. 70

Lampiran 6. Listing program - halaman hasil prediksi ............................... 71

Lampiran 7. Listing program - halaman input user .................................... 83

Lampiran 8. Listing program - halaman data user ...................................... 85

Lampiran 9. Listing program - halaman grafik ........................................... 86

xi

ALGORITMA JARINGAN SYARAF TIRUAN PROPAGASI BALIK

UNTUK PREDIKSI TINGGI MUKA AIR

ABSTRAK

Banjir menimbulkan kerugian ekonomi atau bahkan menyebabkan

kehilangan jiwa. Untuk mengantisipasi banjir dan dampak yang ditimbulkan,

harus dibangun teknik yang tepat untuk prediksi banjir termasuk sistem peringatan

dini. Tujuan penelitian ini adalah untuk menerapkan algoritma jaringan syaraf

tiruan propagasi balik untuk prediksi tinggi muka air dan menghasilkan sistem

informasi prediksi banjir secara online berbasis web. Sistem yang dibangun

menggunakan algoritma jaringan syaraf tiruan propagasi balik. Algoritma ini

terdapat 3 tahapan dalam proses pelatihan, yaitu umpan maju, perhitungan dan

propagasi balik. Data yang digunakan adalah data yang berasal dari laboratorium

fisika Universitas Diponegoro. Dari hasil penelitian dapat disimpulkan bahwa

penerapan algoritma jaringan syaraf tiruan propagasi balik untuk prediksi tinggi

muka air dapat menghasilkan prediksi yang baik. Oleh karena itu hal ini dapat

dijadikan acuan untuk memprediksi banjir secara nyata berdasarkan ketinggian air

di tempat tertentu. Pada penelitian ini diperoleh MSE pada iterasi pertama sebesar

0.0142, MSE terkecil yang memenuhi batas treshold sebesar 0.000002420 dan

akurasi data sebesar 98.66%. Artinya secara umum dapat dikatakan penerapan

jaringan syaraf tiruan propagasi balik untuk prediksi tinggi muka air,

menghasilkan prediksi yang baik, karena prediksi yang dihasilkan mendekati data

aktual.

Kata-kunci : jaringan syaraf tiruan propagasi balik, prediksi, tinggi muka air,

banjir, peringatan dini.

xii

BACKPROPAGATION NEURAL NETWORK ALGORITHM

FOR WATER LEVEL PREDICTION

ABSTRACT

Floods cause economic losses or even cause loss of life. To anticipate

floods and impacts, appropriate techniques should be developed for flood

prediction including early warning systems. The aim of this research is to apply

the back propagation neural network algorithm for water level prediction and

produce web-based flood prediction information system. The system is built using

a back propagation neural network algorithm. This algorithm has 3 stages in the

training process, that is forward feed, calculation and back propagation. The data

used is data derived from the physics laboratory of Diponegoro University. From

the results of this study it can be concluded that the application of back

propagation neural network algorithm for flood prediction can produce good

prediction. Therefore this can be a reference for predicting floods significantly

based on water levels in certain places. In this study obtained MSE at the first

iteration of 0.0142, the smallest MSE that meets the limit of treshold of

0.000002420 and data accuracy of 98.66%. This means that in general the

application of back propagation neural networks to predict water level, produce

good predictions, because the predictions produced close to the actual data.

Keywords: artificial neural network, back propagation, prediction, water level,

flood, early warning.