干货分享 | R_ggplot2地理信息可视化_史上最全(二)
前言：
上文R_ggplot2地理信息可视化_史上最全（一）讲了sp和sf数据类型，这篇讲解地图数据集以及与其他几何对象的结合，还有栅格地图。
注：蓝字表示文末有其网址链接
4.地图数据集
地图数据集常见2中格式：
▪json,包括GeoJSON(文件后缀为.geojson)TopoJson(文件后缀为.json)。
▪shp, shp对象比较特殊，是由很多个文件组成的，通常在同一个文件下还有.shx和.dbf格式的文件。这些文件必须在一起，否则不能成功读取。
▪.rds,这是一种文件格式，分为sp.rds和sf.rds两种，分别对应p和sf两种数据结构。
使用sp::readRDS()读取。
如上图所示,rgdal和sf功能比较全，用得也比较多。
地图集下载网站：
▪GADM，注意该网站中，中国地图不包含台湾。
▪中国县级地图 （见文末）提取码：uomy
▪OpenStreetMap
▪阿里云地图,左上角框框里面选择区域，左下角选择下载格式。
▪geojson.io,在线解析和转换格式。
▪mygeodata converter
▪IGIS Map Converter
推荐使用rmapshaper::ms_simplify()简化地图数据，可以指定简化比例，不然真的很卡，该包使用拓扑学的知识简化多边形，简化后在常规分辨率下根本看不出来差别。
该函数支持json，sp，sf等多种输入对象。
object.size()可以查看数据集的存储大小。
4.1 json格式
4.1.1 rgdal包读取
1## used (Mb) gc trigger (Mb) max used (Mb)
2## Ncells 901585 48.2 1744096 93.2 1744096 93.2
3## Vcells 1789510 13.7 9804475 74.9 12236244 93.4
4## OGR data source with driver: GeoJSON
5## Source: "E:\R_input_output\data_input\JSON\GeoJSON\China.geojson", layer: "中国"
6## with 35 features
7## It has 10 fields
4.2 sf包读取
sf包读取中文字符不会乱码。
1## used (Mb) gc trigger (Mb) max used (Mb)
2## Ncells 1112615 59.5 1744096 93.2 1744096 93.2
3## Vcells 2079841 15.9 9804475 74.9 12236244 93.4
4## Reading layer `涓浗' from data source `E:\R_input_output\data_input\JSON\GeoJSON\China.geojson' using driver `GeoJSON'
5## Simple feature collection with 35 features and 10 fields
6## geometry type: MULTIPOLYGON
7## dimension: XY
8## bbox: xmin: 73.50235 ymin: 3.397162 xmax: 135.0957 ymax: 53.56327
9## epsg (SRID): 4326
10## proj4string: +proj=longlat +datum=WGS84 +no_defs
4.3 shp格式
4.3.1 rgdal包读取
1## used (Mb) gc trigger (Mb) max used (Mb)
2## Ncells 1113970 59.5 1744096 93.2 1744096 93.2
3## Vcells 2050141 15.7 9804475 74.9 12236244 93.4
4## OGR data source with driver: ESRI Shapefile
5## Source: "E:\R_input_output\data_input\全国范围的行政边界和人口密度矢量图\CHN_adm\CHN_adm1.shp", layer: "CHN_adm1"
6## with 32 features
7## It has 16 fields
8## 17647616 bytes
9## 1590376 bytes
4.3.2 sf包读取
1## used (Mb) gc trigger (Mb) max used (Mb)
2## Ncells 1349388 72.1 2132915 114.0 2132915 114
3## Vcells 2990656 22.9 15829390 120.8 19786461 151
4## Reading layer `CHN_adm1' from data source `E:\R_input_output\data_input\鍏ㄥ浗鑼冨洿鐨勮鏀胯竟鐣屽拰浜哄彛瀵嗗害鐭㈤噺鍥綷CHN_adm\CHN_adm1.shp' using driver `ESRI Shapefile'
5## Simple feature collection with 32 features and 16 fields
6## geometry type: MULTIPOLYGON
7## dimension: XY
8## bbox: xmin: 73.5577 ymin: 15.78 xmax: 134.7739 ymax: 53.56086
9## epsg (SRID): 4326
10## proj4string: +proj=longlat +datum=WGS84 +no_defs
4.4 .rds数据格式
4.4.1 sp.rds数据
1## used (Mb) gc trigger (Mb) max used (Mb)
2## Ncells 1352847 72.3 2132915 114.0 2132915 114
3## Vcells 3317435 25.4 15829390 120.8 19786461 151
4## [1] "SpatialPolygonsDataFrame"
5## attr(,"package")
6## [1] "sp"
4.4.2 sf.rds数据
1## used (Mb) gc trigger (Mb) max used (Mb)
2## Ncells 1353647 72.3 2710561 144.8 2710561 144.8
3## Vcells 4337426 33.1 33817672 258.1 42185982 321.9
4## [1] "sf" "data.frame"
5.与其他几何对象结合
5.1 sp对象与其它几何对象结合
1rm(list = ls()); gc() # 清空内存
2library(ggplot2)
1## used (Mb) gc trigger (Mb) max used (Mb)
2## Ncells 1359265 72.6 2710561 144.8 2710561 144.8
3## Vcells 4767536 36.4 26023171 198.6 42185982 321.9
5.1.1 气泡饼图
气泡饼图本来是可以用循环来绘制的。
但已经有现场的包了scatterpie。
里面有2个函数：
geom_scatterpie(), geom_scatterpie_legend()。
由于scatterpie目前不支持sf数据模型，且下载的中国地图数据包经过fortify()转化后，与业务数据没有公共变量，故不能合并数据集，只能用2个数据集绘图。
1## used (Mb) gc trigger (Mb) max used (Mb)
2## Ncells 1359664 72.7 2710561 144.8 2710561 144.8
3## Vcells 4770797 36.4 20818536 158.9 42185982 321.9
4## 'data.frame': 34 obs. of 4 variables:
5## $ id_numbers: int 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 ...
6## $ x : num 85.2 88.4 113.9 96 102.7 ...
7## $ y : num 41.1 31.5 44.1 35.7 30.6 ...
8## $ name : chr "新疆维吾尔自治区" "西藏自治区" "内蒙古自治区" "青海省" ...
9## OGR data source with driver: GeoJSON
10## Source: "E:\R_input_output\data_input\JSON\GeoJSON\China.geojson", layer: "中国"
11## with 35 features
12## It has 10 fields
5.2 sf对象与其它几何对象结合
5.2.1 插入散点图
我们使用的数据来自nycflights13数据包。一个美国民航领域的数据包。
其内含有5个数据集：flights, weather, planes, airports, airlines。
散点图一般坐标列的长度与地图数据集坐标列长度不一样，所以通常在ggplot2中用2个数据集绘图。
首先传递地图数据集，
在散点图的时候，指定新的数据集。
根据图层叠加原理，后添加的图层在表层。
最后进行坐标变换。
这里有个bug,变换为某些地图投影后，叠加的几何对象图层就消失了，只剩地图底层了。
1## used (Mb) gc trigger (Mb) max used (Mb)
2## Ncells 1418752 75.8 2710561 144.8 2710561 144.8
3## Vcells 4685554 35.8 20818536 158.9 42185982 321.9
4## [1] "tbl_df" "tbl" "data.frame"
5## Reading layer `cb_2013_us_state_20m' from data source `E:\R_input_output\data_input\cb_2013_us_state_20m\cb_2013_us_state_20m.shp' using driver `ESRI Shapefile'
6## Simple feature collection with 52 features and 9 fields
7## geometry type: MULTIPOLYGON
8## dimension: XY
9## bbox: xmin: -179.1473 ymin: 17.88481 xmax: 179.7785 ymax: 71.35256
10## epsg (SRID): 4269
11## proj4string: +proj=longlat +datum=NAD83 +no_defs
5.2.2 插入气泡图
很多时候，我们需要每个行政区一个图。
这时候可以合并数据集。
将业务数据与行政区域地图数据合并。然后绘图。
中国各省中心点坐标数据（见文末）提取码：kj2a。
1## used (Mb) gc trigger (Mb) max used (Mb)
2## Ncells 1424971 76.2 2710561 144.8 2710561 144.8
3## Vcells 4745575 36.3 20818536 158.9 42185982 321.9
4## 'data.frame': 34 obs. of 4 variables:
5## $ id_numbers: int 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 ...
6## $ x : num 85.2 88.4 113.9 96 102.7 ...
7## $ y : num 41.1 31.5 44.1 35.7 30.6 ...
8## $ name : chr "新疆维吾尔自治区" "西藏自治区" "内蒙古自治区" "青海省" ...
9## Reading layer `涓浗' from data source `E:\R_input_output\data_input\JSON\GeoJSON\China.geojson' using driver `GeoJSON'
10## Simple feature collection with 35 features and 10 fields
11## geometry type: MULTIPOLYGON
12## dimension: XY
13## bbox: xmin: 73.50235 ymin: 3.397162 xmax: 135.0957 ymax: 53.56327
14## epsg (SRID): 4326
15## proj4string: +proj=longlat +datum=WGS84 +no_defs
5.2.3 填充颜色
基于变量给行政区域填充颜色。
1## used (Mb) gc trigger (Mb) max used (Mb)
2## Ncells 1425301 76.2 2710561 144.8 2710561 144.8
3## Vcells 4676860 35.7 20818536 158.9 42185982 321.9
4## used (Mb) gc trigger (Mb) max used (Mb)
5## Ncells 1425323 76.2 2710561 144.8 2710561 144.8
6## Vcells 4676895 35.7 20818536 158.9 42185982 321.9
7## 'data.frame': 34 obs. of 4 variables:
8## $ id_numbers: int 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 ...
9## $ x : num 85.2 88.4 113.9 96 102.7 ...
10## $ y : num 41.1 31.5 44.1 35.7 30.6 ...
11## $ name : chr "新疆维吾尔自治区" "西藏自治区" "内蒙古自治区" "青海省" ...
12## Reading layer `涓浗' from data source `E:\R_input_output\data_input\JSON\GeoJSON\China.geojson' using driver `GeoJSON'
13## Simple feature collection with 35 features and 10 fields
14## geometry type: MULTIPOLYGON
15## dimension: XY
16## bbox: xmin: 73.50235 ymin: 3.397162 xmax: 135.0957 ymax: 53.56327
17## epsg (SRID): 4326
18## proj4string: +proj=longlat +datum=WGS84 +no_defs
5.2.4 插入条形图
因为geom_bar()或geom_col()绘制柱形图，其y坐标代表柱子的高度，而不是纬度。
所有不能之间使用其绘制条形图。
这里使用geom_linerange()函数插入柱形图。
geom_linerange()内有多个映射参数包括：x,ymin, ymax, size。
1## used (Mb) gc trigger (Mb) max used (Mb)
2## Ncells 1432071 76.5 2710561 144.8 2710561 144.8
3## Vcells 4697138 35.9 20818536 158.9 42185982 321.9
4## used (Mb) gc trigger (Mb) max used (Mb)
5## Ncells 1432090 76.5 2710561 144.8 2710561 144.8
6## Vcells 4697168 35.9 20818536 158.9 42185982 321.9
7## 'data.frame': 34 obs. of 4 variables:
8## $ id_numbers: int 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 ...
9## $ x : num 85.2 88.4 113.9 96 102.7 ...
10## $ y : num 41.1 31.5 44.1 35.7 30.6 ...
11## $ name : chr "新疆维吾尔自治区" "西藏自治区" "内蒙古自治区" "青海省" ...
12## Reading layer `涓浗' from data source `E:\R_input_output\data_input\JSON\GeoJSON\China.geojson' using driver `GeoJSON'
13## Simple feature collection with 35 features and 10 fields
14## geometry type: MULTIPOLYGON
15## dimension: XY
16## bbox: xmin: 73.50235 ymin: 3.397162 xmax: 135.0957 ymax: 53.56327
17## epsg (SRID): 4326
18## proj4string: +proj=longlat +datum=WGS84 +no_defs
6.栅格地图
栅格数据可以映射到地图上，但是很多时候变量通常是点数据，如各个气象观测点的气象数据。
这时候需要用插值将点数据插值成栅格数据，再添加到地图底图上。
ggplot2这个实现该功能比较困难。geom_raster()及stat_density_2d()只能使用栅格数据。
这里推荐使用tmap包实现栅格颜色可视化地图。
7.参考资料
geom_map
https://ggplot2.tidyverse.org/reference/geom_map.html
coord_map
https://ggplot2.tidyverse.org/reference/coord_map.html
geom_density_2d
https://ggplot2.tidyverse.org/reference/geom_density_2d.html
geom_tile
https://ggplot2.tidyverse.org/reference/geom_tile.html
利用R语言绘制世界航班路线图
scatterpie离散饼图
https://cran.r-project.org/web/packages/scatterpie/vignettes/scatterpie.html
ggplot2与sf包结合画地图
https://cfss.uchicago.edu/geoviz_plot.html
部分地图投影参考图
https://www.r-bloggers.com/map-projections-in-oce/
Projectionlist源码
https://github.com/zachcp/phylogeo/blob/master/R/utility-functions.R
sf对象详细介绍
https://cran.r-project.org/web/packages/sf/vignettes/sf1.html#what_is_a_feature
rgdal Tips
http://zevross.com/blog/2016/01/13/tips-for-reading-spatial-files-into-r-with-rgdal/
手把手教你使用ggplot2绘制中国地图
weather Visualizatio
https://homepage.divms.uiowa.edu/~luke/classes/STAT4580/weather.html
文中网址
墨卡托投影
http://desktop.arcgis.com/zh-cn/arcmap/10.3/guide-books/map-projections/mercator.htm
正弦曲线投影
http://desktop.arcgis.com/zh-cn/arcmap/10.3/guide-books/map-projections/sinusoidal.htm
摩尔维特投影
http://desktop.arcgis.com/zh-cn/arcmap/10.3/guide-books/map-projections/mollweide.htm
等距方位投影
http://desktop.arcgis.com/zh-cn/arcmap/10.3/guide-books/map-projections/azimuthal-equidistant.htm
亚尔勃斯等积圆锥投影
http://desktop.arcgis.com/zh-cn/arcmap/10.3/guide-books/map-projections/albers-equal-area-conic.htm
球心投影
http://desktop.arcgis.com/zh-cn/arcmap/10.3/guide-books/map-projections/gnomonic.htm
正射投影
http://desktop.arcgis.com/zh-cn/arcmap/10.3/guide-books/map-projections/orthographic.htm
简单圆锥投影
http://desktop.arcgis.com/zh-cn/arcmap/10.3/guide-books/map-projections/simple-conic.htm
兰勃特等角圆锥投影
http://desktop.arcgis.com/zh-cn/arcmap/10.3/guide-books/map-projections/lambert-conformal-conic.htm
Projection methods
https://proj4.org/operations/projections/index.html
GADM
https://gadm.org/download_country_v3.html
中国县级地图
https://pan.baidu.com/share/init?surl=JALgWfl7CmlntmujyqtjaQ 提取码：uomy
OpenStreetMap
https://www.openstreetmap.org./#map=1/-70/111
阿里云地图,
http://datav.aliyun.com/tools/atlas/#&lat=33.521903996156105&lng=104.29849999999999&zoom=4
geojson.io
http://geojson.io/#map=7/36.421/118.751
mygeodata converter
https://mygeodata.cloud/converter/shp-to-geojson
IGIS Map Converter
https://map.igismap.com/converter
中国各省中心点坐标数据
https://pan.baidu.com/share/init?surl=tFK7HBjpWF3cJ9M4rJgVZA
提取码：kj2a
-The End-
来源 | R语言中文社区公众号
排版编辑 | 姜畔
责任编辑 | 陈诗音
审核 | 任宇飞 王冠 常贵蒋
猜你喜欢
全国地研联
没时间解释了，快长按左边二维码关注我们～～
觉得不错，请点给地小联点👍哦~