Lewati ke isi
Profil penulisSeri Buku GIS Kehutanan dan Pertanian/ I2
Tampilkan bagian untuk:

BAB 5: Ajari Citra Mengenal Lahan: Klasifikasi Terbimbing

#Studi kasus: "Saya mau empat kelas, dan Kebun tidak boleh hilang"

Peta tak terbimbing di bab 4 menggabungkan Kebun dengan Sawah. Kepala Seksi tegas: keempat kelas harus ada. Anda sudah punya 24 poligon area latih dari kunjungan lapangan. Sekarang giliran Anda mengajari komputer: "Piksel seperti ini, itu Kebun. Piksel seperti itu, itu Sawah."

#Konsep: klasifikasi terbimbing dalam tiga kalimat

Pada klasifikasi terbimbing, Anda memberi contoh lebih dulu (area latih), komputer mempelajari ciri angka bandnya, lalu menerapkannya ke seluruh citra. Seperti melatih petugas baru: tunjukkan beberapa contoh tiap jenis lahan, lalu minta ia menilai sisanya. Hasilnya peta dengan kelas yang Anda tentukan sendiri.

Istilah baru bab ini:

  • Area latih: poligon berkelas pasti, dipakai untuk belajar.
  • Tanda spektral (signature): ciri angka band satu kelas (rata-rata dan sebarannya).
  • Jarak minimum: piksel masuk kelas yang rata-ratanya paling dekat.
  • Kemiripan maksimum (maximum likelihood): piksel masuk kelas yang paling mungkin, dengan memperhitungkan sebaran tiap kelas.
  • Kovarians: ukuran sebaran band dan hubungan antarband di satu kelas.
Ilustrasi 5.1: Alur klasifikasi terbimbing
Skema: area latih, tanda spektral, aturan penentu kelas, peta kelas; serta beda batas kelas jarak minimum dan kemiripan maksimum

Perbedaan dua aturan terlihat di gambar. Jarak minimum menarik batas tepat di tengah dua rata-rata. Kemiripan maksimum melihat bahwa satu kelas lebih tersebar dari kelas lain, sehingga batasnya bergeser ke arah kelas yang lebih sempit.

Syarat area latih yang baik: seragam (satu kelas saja, jangan di batas), cukup banyak (di data ini 864 piksel per kelas), dan tersebar di banyak lokasi agar mewakili variasi.

#Bagian A: QGIS

#Bagian A: Klasifikasi terbimbing di QGIS

Untuk klasifikasi, bab ini memakai skrip NumPy. Alasannya sudah dijelaskan di bab 4: pada pengujian, i.maxlik dari GRASS gagal membuka berkas tanda spektralnya.

#A1. Mengubah area latih menjadi raster

  1. Tambahkan Citra_Lahan.tif dan Area_Latih.gpkg.
  2. Buka Processing Toolbox ► Vector conversion ► Rasterize (vector to raster).
  3. Isi: Input layer = Area_Latih, Field to use for a burn-in value = Kode, Output raster size units = Georeferenced units, Width/Horizontal resolution = 1, Height/Vertical resolution = 1. Pada Output extent, pilih Calculate from layer ► Citra_Lahan. Pada Assign a specified nodata value, isi 0. Pada Output data type, pilih Byte.
  4. Simpan sebagai area_latih.tif, lalu Run.

Hasilnya: raster yang bernilai 1 sampai 4 di dalam poligon latih dan 0 di tempat lain. Skrip melakukan langkah ini sendiri.

#A2. Menjalankan skrip

  1. Buka i2_05_terbimbing.py di Python Console (Show Editor). Ubah jalur di bagian atas, lalu Run.

Skrip pertama-tama mencetak tanda spektral. Hasil uji (864 piksel latih per kelas):

KelasRGBNIR
Hutan35,481,835,5145,8
Kebun55,7101,846,9126,5
Sawah61,3108,250,4111,3
Lahan Terbuka133,9119,3102,496,0

Perhatikan Kebun dan Sawah: rata-ratanya dekat. Di bab 4 itulah yang membuat keduanya menyatu.

#A3. Dua aturan penentu kelas

Skrip menghitung dua peta. Jarak minimum:

PYTHON
jarak = np.stack([((piksel - rata[k]) ** 2).sum(axis=1) for k in NAMA], axis=1)
jarak_min = jarak.argmin(axis=1) + 1

Kemiripan maksimum, yang memakai kovarians tiap kelas:

PYTHON
def skor(x, mu, c):
    d = x - mu
    return -0.5 * np.einsum("ij,jk,ik->i", d, np.linalg.inv(c), d) - 0.5 * np.log(np.linalg.det(c))

kemiripan = np.stack([skor(piksel, rata[k], kov[k]) for k in NAMA], axis=1)
maks_lik = kemiripan.argmax(axis=1) + 1

Skor tertinggi menang. Dua hal di sini diasumsikan: tiap kelas bersebaran seperti lonceng (normal), dan semua kelas sama mungkin muncul (peluang awal sama).

Hasil uji, jumlah piksel per kelas pada peta:

KelasJarak minimumKemiripan maksimum
Hutan33.48433.415
Kebun23.20423.194
Sawah22.47022.447
Lahan Terbuka10.84210.944

Sekarang keempat kelas ada. Kebun tidak lagi hilang.

Ilustrasi 5.2: Peta hasil
Citra komposit warna semu, peta tak terbimbing enam kluster, dan peta terbimbing kemiripan maksimum
  1. Muat terbimbing_maks_lik.tif ke QGIS. Beri warna lewat Properties ► Symbology ► Paletted/Unique values, lalu Classify.

Perbedaan angka kedua aturan kecil. Mana yang benar-benar lebih akurat? Jangan menilainya dari mata. Bab 6 mengukurnya dengan titik uji yang tidak ikut dipakai untuk melatih.

#Bagian B: ArcGIS Pro

#Bagian B: ArcGIS Pro

Menurut dokumentasi Esri, ada dua jalur. [CEK]

  • Spatial Analyst: buat berkas tanda spektral dari area latih dengan Create Signatures, lalu jalankan Maximum Likelihood Classification. [CEK]
  • Image Analyst: Train Maximum Likelihood Classifier, lalu Classify Raster. Atau pakai Classification Wizard di tab Imagery, yang memandu pelatihan sampai hasil. [CEK]

Langkah ringkas:

  1. Siapkan area latih (poligon dengan field kelas). Samakan sistem koordinat dengan citra. [CEK]
  2. Buat tanda spektral dari area latih. [CEK]
  3. Jalankan klasifikasi kemiripan maksimum. [CEK]
  4. Aturan jarak minimum: padanan alat langsung tidak saya temukan pada pemeriksaan ini. [CEK]

#Bagian C: ArcMap 10.8

#Bagian C: ArcMap 10.8

Alat ada di Spatial Analyst Tools ► Multivariate: Create Signatures dan Maximum Likelihood Classification (nama diperiksa pada dokumentasi Esri). [CEK]

  1. Siapkan area latih sebagai poligon dengan field kelas. [CEK]
  2. Jalankan Create Signatures dengan raster masukan multiband dan sampel area latih. [CEK]
  3. Jalankan Maximum Likelihood Classification dengan berkas tanda spektral tadi. [CEK]
  4. ArcMap juga punya bilah Image Classification dengan Training Sample Manager untuk menggambar area latih. [CEK]

#Cek paham

  1. Apa isi "tanda spektral" suatu kelas?
  2. Apa beda jarak minimum dan kemiripan maksimum?
  3. Mengapa area latih harus berada di tengah bercak yang seragam?

Jawaban:

  1. Rata-rata tiap band dan sebarannya (kovarians) dari piksel latih kelas itu.
  2. Jarak minimum hanya melihat jarak ke rata-rata. Kemiripan maksimum juga memperhitungkan seberapa tersebar tiap kelas.
  3. Piksel di batas campuran dua kelas. Bila ikut melatih, tanda spektral jadi kabur.

#Kesalahan umum

  • Area latih terlalu sedikit atau terlalu kecil. Kovarians tidak stabil. Pakai ratusan piksel per kelas, dari beberapa lokasi.
  • Area latih satu lokasi saja. Variasi kelas tidak terwakili. Sebarkan.
  • Menguji dengan data latih. Akurasi menjadi terlalu bagus. Pakai titik uji terpisah.
  • Kelas tidak ada di area latih. Piksel kelas itu akan dipaksakan masuk kelas lain.

#Ringkasan dan latihan

Ringkasan: klasifikasi terbimbing belajar dari area latih. Tanda spektral berisi rata-rata dan kovarians. Jarak minimum sederhana. Kemiripan maksimum lebih teliti. Keduanya menghasilkan peta dengan empat kelas yang Anda tentukan.

Latihan:

  1. Kurangi area latih menjadi 2 poligon per kelas (hapus sisanya di salinan Area_Latih). Bagaimana jumlah piksel per kelas berubah?
  2. Tambahkan band NDVI (dari bab 1) sebagai band ke lima di skrip. Apa yang perlu diubah di piksel?

#Tabel perbandingan: klasifikasi terbimbing

HalQGISArcGIS ProArcMap 10.8
Alatskrip NumPy di buku (GRASS i.maxlik gagal pada uji)Create Signatures + Maximum Likelihood Classification; atau Train Maximum Likelihood Classifier + Classify Raster [CEK]Create Signatures + Maximum Likelihood Classification [CEK]
Jarak minimumskriptidak ditemukan alat langsung [CEK]tidak ditemukan alat langsung [CEK]
Panduan langkahtidak adaClassification Wizard [CEK]bilah Image Classification [CEK]
Syarattanpa ekstensiSpatial Analyst / Image Analyst [CEK]Spatial Analyst [CEK]