Model Data Spatial

A. KONSEP MODEL DATA

Model dunia nyata dapat memudahkan manusia dalam memahami studi mengenai area aplikasi yang dipilih dengan cara mereduksi sejumlah kompleksitas yang ada di dalamnya. Jika model dunia nyata ini akan digunakan, maka model ini perlu terlebih dahulu diimplementasikan ke dalam terminologi (sistem) basis data. Dan dengan model data, implementasi terkait menjadi sangat memungkinkan. Tidak seperti manusia, sistem komputer tidak dapat memahami esensi dari bentuk unsurunsur spasial seperti garis jalan raya, bangunan, sungai, batas persil tanah milik, dll. Oleh sebab itu, untuk merepresentasikan objek-objek spasial seperti ini, yang dapat dilakukan oleh sistem komputer adalah memanipulasi objek-objek elementer atau entitas yang memiliki atribut geometri (dalam beberapa literatur, entitas ini sering disebut juga sebagai entitas spasial atau entitas geografis). Hingga saat ini, persepsi mengenai bentuk representasi entitas spasial yang paling mendasar adalah konsep raster dan vektor. Dengan demikian, setiap (layer) data spasial akan direpresentasikan ke dalam format ‘’basis data’’ baik sebagai raster maupun vektor. Di dalam konteks ini, sering digunakan terminologi ‘’model data’’ sehingga untuk menyajikan entitas spasialnya digunakan istilah model data raster dan vektor. 

B. MODEL DATA RASTER

Model data raster bertugas untuk menampilkan, menempatkan, dan menyimpan konten data spasial dengan menggunakan struktur matriks atau susunan piksel-piksel yang membentuk suatu grid (segi empat). Setiap piksel atau sel ini memiliki atribut tersendiri, termasuk koordinatnya yang unik. Akurasi spasial model data ini sangat bergantung pada resolusi spasial atau ukuran pikselnya (sel grid) di permukaan bumi. Entitas-entitas spasial model raster juga dapat disimpan di dalam sejumlah layer yang secara fungsionalitas direlasikan dengan unsur-unsur petanya. Sebagai ilustrasi, beberapa sumber entitas spasial raster adalah citra dijital satelit (ex: NOAA, Spot, Landsat, Ikonos, QuickBird), citra dijital radar, dan model ketinggian dijital (DTM atau DEM dalam model data raster)

Model data raster dapat memberikan informasi spasial mengenai apa yang terjadi dalam bentuk gambaran yang ‘’digeneralisasi’’ oleh sensor-sensornya. Dengan model ini, dunia nyata dapat disajikan sebagai elemen matriks atau sel-sel grid yang homogen. Dengan model data raster, unsur-unsur geografis ditandai oleh nilai-nilai elemen matriks persegi panjang (persegi).

Pada model data raster, matriks atau array dapat diurutkan menurut koordinat lokalnya yaitu kolom (x) dan baris (y). Selain itu, pada sistem koordinat piksel monitor komputer, secara default, titik asal sistem koordinat raster diletakkan di sudut kiri atas (lihat Gambar). Oleh sebab itu, nilai absis (x) akan meningkat kearah kanan dan nilai ordinat (y) akan meningkat kearah bawah. Walaupun demikian, sistem koordinat ini dapat pula ditransformasikan sedemikian rupa sehingga titik asal sistem koordinatnya terletak di sudut kiri bawah, makin ke kanan nilai absisnya (x) akan meningkat, dan nilai ordinatnya (y) makin ke atas nilainya semakin meningkat (lihat Gambar).

Pada sistem koordinat seperti ini (pasca transformasi), titik asal koordinat (x0, y0) data raster terletak di titik sudut kiri bawah. Selain itu, terdapat sejumlah M kolom (absis) dan N baris (ordinat) sesuai dengan arah sumbu koordinat masing-masing. Setiap piksel atau sel grid memiliki nilai lebar a dan tinggi b (sesuai dengan resolusi spasialnya). Maka dengan memperhatikan nilai-nilai ini, koordinat-koordinat sudut lainnya adalah :

Kiri – atas (x0, y0 + N*b) ; Kanan – bawah (x0 + M*a, y0) ; Kanan – atas (x0 + M*a, y0 + N*b)

Dengan memanfaatkan prinsip hitungan yang sama, maka dapat diketahui bahwa :

1. Koordinat titik pusat piksel baris ke i dan kolom ke j adalah (x0 + (j-0.5)*a, y0 + (i0.5)*b)
2.  Batas-batas piksel baris ke i dan kolom ke j adalah (x0 + (j-1)*a < x < x0 + j*a) untuk X dan (y0 + (i-1)*b < y < y0 + i*b) untuk y

Matrik raster memiliki bentuk yang teratur secara geometrik dan telah terurut secara otomatis, oleh sebab itu setiap posisi sel atau posisi pikselnya tidak harus direkam satu persatu. Jika semuanya direkam malah terjadi pemborosan memori yang sebenarnya tidak perlu. Hal inilah yang membedakannya dengan data vektor. Untuk membaca konten file data raster dengan benar, urutan perekaman data tersebut harus diperhatikan.

1. Karakteristik Model Raster
Raster memiliki beberapa karakteristik yang dapat membedakannya satu sama lain. Karakteristik tersebut antara lain :

• Resolusi
• Resolusi spasial dapat didefinisikan sebagai dimensi linier minimum dari satuan terkecil geographic space yang dapat direkam. Satuan terkecil ini, pada umumnya berbentuk segiempat dan dikenal sebagai sel-sel grid, elemen matriks, elemen terkecil dari suatu gambar, atau piksel. Resolusi suatu data raster pada dasarnya akan merujuk pada ukuran permukaan bumi yang dapat direpresentasikan oleh setiap pikselnya. Makin kecil area permukaan bumi yang dapat direpresentasikan oleh setiap pikselnya, maka berarti makin tinggi resolusi spasialnya dan data raster yang bersangkutan makin baik. Demikian pula sebaliknya. 

• Orientasi
• Orientasi di dalam sistem grid atau raster dibuat untuk merepresentasikan arah utara pada sistem grid. Yang paling sering dilakukan adalah mengimpitkan arah utara grid ini dengan arah utara yang sebenarnya di titik asal sistem koordinat grid yang bersangkutan. Walaupun demikian, karena masalah perubahan atau distorsi, adalah suatu hal yang tidak mungkin untuk mengimpitkan arah utara grid dan arah utara sebenarnya di semua titik yang terdapat di dalam grid tersebut. Dalam kaitan ini, jika suatu grid telah diorientasikan terhadap titik asal dan arah utara sebenarnya, maka sistem penomoran grid dan satuan-satuan ukurannya sudah dapat ditentukan.

• Zone
• Setiap zone ‘’layer’’ peta raster merupakan sekumpulan lokasi-lokasi yang memperlihatkan nilai-nilai (bisa diasumsikan Id atau nomor pengenal). Contoh zone yang dimaksud adalah persil-persil tanah milik, batas-batas administrasi, danau atau pulau, jenis tanah dan vegetasi, dll. Walaupun demikian, tidak semua layer peta raster memiliki zone, karena setiap isi sel grid dapat bervariasi secara kontinu di dalam daerah tertentu sehingga setiap sel juga memungkinkan untuk memiliki nilai yang berbeda (unik). 

• Domain Nilai Pixel
• Nilai dalam konteks data raster, adalah item informasi (atribut) yang disimpan di dalam sebuah layer untuk setiap pikselnya. Piksel-piksel di dalam zone atau area yang sejenis memiliki nilai (isi piksel atau Id) yang sama. Pada umumnya, nilai sebuah piksel data raster dikuantisasikan ke dalam domain bilangan bulat dengan panjang 8 bit (atau 1 byte). Meskipun demikian, tidak menutup kemungkinan jika data raster memiliki domain bilangan bulat dengan panjang 2 byte atau bahkan domain bilangan real 4,6, 8 byte atau lebih besar lagi. 

• Koordinat pixel atau lokasi unsur
• Pada umumnya, lokasi di dalam model raster secara langsung dapat diidentifikasikan dengan menggunakan pasangan koordinat lokalnya; kolom dan baris (x,y). meskipun demikian, posisi-posisi koordinat geografis yang sebenarnya dari beberapa piksel yang terletak di sudut-sudut citra raster juga diketahui melalui proses pengikatan; memerlukan beberapa titik control (GCP – Ground Control Point) 

2. Sampling Raster

Nilai yang merepresentasikan suatu piksel dapat dihasilkan dengan beberapa cara sampling yang berlainan :

• Nilai suatu piksel merupakan nilai rata-rata sampling untuk wilayah yang direpresentasikannya. Citra raster hasil penginderaan jauh sering menggunakan sampling tipe ini. Ukuran citra raster akan menjadi N x M piksel.
• Nilai suatu piksel adalah nilai sampling yang berposisi di pusat (di tengah) piksel yang bersangkutan. Teknik sampling ini sering digunakan untuk data raster model ketinggian dijital (DTM/DEM). Ukuran citra raster akan menjadi N x M piksel.
• Nilai suatu piksel adalah nilai sample yang terletak disudut-sudt grid-nya. Ukuran citra raster yang dihasilkan berukuran (N + 1) x (M + 1) piksel. 

3. Layer Raster

Pada umumnya setiap piksel atau sel grid memiliki nilai tunggal. Nilai piksel-piksel ini kemudian bekerja sama dalam membentuk layer data spasial. Dengan demikian, suatu baris data spasial (S-DBMS) kemungkinan besar mengandung lebih dari satu layer. Setiap layer akan bersifat kongruen terhadap layer yang lain di dalam basis data tersebut. Kongruen adalah memiliki keselarasan dengan batas-batas lokasi yang sama, jumlah yang sama baik pada kolom maupun barisnya, dan sistem koordinatnya sama. Penyimpanan layer pada kebanyakan basis data raster menggunakan arsitektur penyimpanan yang berbeda. Ada yang menggunakan arsitektur di mana semua layer data berikut headernya dimasukkan ke dalam sebuah file besar. Ada juga yang menggunakan arsitektur yang memisahkan antara setiap isi datanya dengan masing-masing header-nya ke dalam beberapa file yang terpisah. Pada bidang penginderaan jauh dan pengolahan citra dijital, kedua arsitektur penyimpanan ini sering digunakan untuk merepresentasikan data yang didapat dari beberapa sensor (band) di dalam satu file sekaligus. Dengan demikian, pada bidang penginderaan jauh dan pengolahan citra dijital ini dikenal istilah :