r - 从多边形中删除与 R 中国际日期变更线相交的线(例如俄罗斯在 rnaturalearth)
问题描述
问题:跨越国际日期变更线的多边形经常有一条南北线穿过它们。rnaturalearth 包中的俄罗斯东部就是一个很好的例子,但我也遇到过其他空间数据。我希望能够删除这条线进行绘图。
尝试: 我主要使用 R 中的 sf 包进行映射。我尝试了各种解决方案,包括 st_union、st_combine、st_wrap_dateline、st_remove_holes,以及使用其他包中的函数,如聚合、合并和 gUnaryUnion,但到目前为止我的努力没有结果。
示例:以下代码使用流行的 rnaturalearth 包演示了俄罗斯沿国际日期变更线的问题线。
library(tidyverse)
library(rnaturalearth)
library(sf)
#Import data
world <- ne_countries(scale = "medium",
returnclass = "sf")
#I use the Alaska albers projection for this map,
#limit extent (https://spatialreference.org/ref/epsg/nad83-alaska-albers/)
xmin <- -2255938
xmax <- 1646517
ymin <- 449981
ymax <- 2676986
#plot
ggplot()+
geom_sf(data=world, color="black", size=1)+
coord_sf(crs=3338)+
xlim(c(xmin,xmax))+ylim(c(ymin,ymax))+
theme_bw()
谢谢!
解决方案
简短的回答
EPSG:3338 是问题所在 - 请改用 UTM(326XX 或 327XX)代码。
长答案
我的直觉是,这与将地理(经纬度)数据投影到平面的挑战有关——投影的 CRS,或者更简单地说是 RStudio 中绘图查看器窗格的平面。
我们知道,在地球的椭球模型上,-179 和 +179 经度之间的(最小)地面距离与 -1 和 +1 之间的距离相同,即 2 度的距离。然而从数值的角度来看,这两条经线之间的距离为 358 度。
想象一下,你是一个外星人(或平面地球人),看着下面的 的投影,world
你不知道地球是椭圆形的(或者你不知道这是一个投影)。如果您认为要从俄罗斯的一个地区(红色)到达另一个地区,您将不得不淋湿,那是可以原谅的。我猜默认情况下,ggplot
是一个扁平地球。
想象一下上图中的每个多边形都是拼图的一部分。在您的情节中,我猜您将原点设置为 EPSG:3338 ( coord_sf(crs = 3338)
) 的中心,我认为它位于阿拉斯加/加拿大的某个地方?(我在这里猜测是因为我不使用这种表示法,而是我更喜欢在发送到之前转换数据ggplot
)。无论如何,ggplot
知道它应该重新排列它的“拼图”,因此经度 -179 和 +179 彼此相邻 - 但这纯粹是视觉上的,就像在你的情节中一样:
所以,我的猜测是,当您尝试使用st_union()
orst_simplify()
时,多边形实际上并没有在空间中彼此相邻,因此没有连接。这是投影 CRS 应该解决问题的地方,将坐标转换为相对于 (long 0, lat 0) 以外的原点的值。
我认为这对你来说是一个麻烦的来源 - EPSG:3338 的快速谷歌说这对阿拉斯加有好处,但没有提到俄罗斯。当我在谷歌上搜索“utm russia”时,首先出现的是 EPSG:32635。因此,让我们看一下 EPSG 代码 4326 (WGS84 longlat)、3338 (NAD83 Alaska) 和 32635 的经度值。
# pull out russia
world %>%
filter(
str_detect(name_long, 'Russia')
) %>%
select(name_long, geometry) %>%
{. ->> russia}
# extract coords of each projection
russia %>%
st_transform(3338) %>%
{. ->> russia_3338} %>%
st_coordinates %>%
as_tibble %>%
select(X) %>%
mutate(
crs = 'utm_3338'
) %>%
{. ->> russia_coords_3338}
russia %>%
st_transform(4326) %>%
{. ->> russia_4326} %>%
st_coordinates %>%
as_tibble %>%
select(X) %>%
mutate(
crs = 'utm_4326'
) %>%
{. ->> russia_coords_4326}
russia %>%
st_transform(32635) %>%
{. ->> russia_32635} %>%
st_coordinates %>%
as_tibble %>%
select(X) %>%
mutate(
crs = 'utm_32635'
) %>%
{. ->> russia_coords_32635}
让我们将它们结合起来,看看经度值的直方图
# inspect X coords on a histogram
bind_rows(
russia_coords_3338,
russia_coords_4326,
russia_coords_32635,
) %>%
ggplot(aes(X))+
geom_histogram()+
facet_wrap(~crs, ncol = 1, scales = 'free')
因此,如您所见,投影 4326 和 3338 在地球两端有两组不同的坐标,有一个很大的中断(跨越x = 0
) 之间。但是,投影 32635 只有一组坐标,这表明根据该投影,俄罗斯的两个部分在数字上彼此相邻。投影 32635 之所以有效,是因为它将坐标转换为“与原点的(最小?)距离”;其起源(与长纬度坐标不同)不在世界的另一端,并且不需要在全球范围内走 2 个不同的方向来确定到该国任一端的最小距离(这就是导致中断的原因其他 2 个投影的经度坐标)。我对 EPSG:3338 了解不多,无法解释为什么它也会这样做,但怀疑这是因为它以阿拉斯加为重点,所以他们没有考虑过 180 度子午线。
如果我们进行绘图russia_32635
,我们可以看到这些片段彼此相邻,但请记住我们还不信任ggplot
。当我们使用st_simplify()
这条日期线(红色)消失时,证明这 2 个多边形彼此相邻并且可以简化/合并。
ggplot()+
geom_sf(data = russia_32635, colour = 'red')+
geom_sf(data = russia_32635 %>% st_simplify, fill = NA)
st_simplify()
已经消除了日期线上的 2 个边界,将我们的单个多边形数量从 100 个减少到 98 个。
russia_32635 %>%
st_cast('POLYGON')
# Simple feature collection with 100 features and 1 field
# Geometry type: POLYGON
# Dimension: XY
# Bounding box: xmin: 21006.08 ymin: 4772449 xmax: 6273473 ymax: 13233690
# Projected CRS: WGS 84 / UTM zone 35N
russia_32635 %>%
st_simplify %>%
st_cast('POLYGON')
# Simple feature collection with 98 features and 1 field
# Geometry type: POLYGON
# Dimension: XY
# Bounding box: xmin: 21006.08 ymin: 4772449 xmax: 6273473 ymax: 13233690
# Projected CRS: WGS 84 / UTM zone 35N
或者,它看起来st_union(..., by_feature = TRUE)
也有效 - 请参阅?st_union
:
如果
by_feature
为 TRUE,则合并每个要素几何。例如,这可用于在使用 . 组合多边形后解析内部边界st_combine
。
russia_32635 %>%
st_union(by_feature = TRUE) %>%
st_cast('POLYGON')
# Simple feature collection with 98 features and 1 field
# Geometry type: POLYGON
# Dimension: XY
# Bounding box: xmin: 21006.08 ymin: 4772449 xmax: 6273473 ymax: 13233690
# Projected CRS: WGS 84 / UTM zone 35N
所以,从技术上讲,你的俄罗斯情节没有日期线。我认为俄罗斯很难绘制,因为a)它靠近两极,b)它覆盖了如此广阔的区域,这意味着大多数预测将从该国的一端倾斜到另一端。
然而对我来说,将情节“北上”定位是有意义的。一种方法是制作您自己的“Mollweide”投影并将原点分配到俄罗斯的大致中心(lon 99,lat 65)。如果没有st_buffer(0)
,由于某种原因,这会与日期线一起绘制(参见此处和此处的示例,以及此处的第 6.5 节以获取解释)。
my_proj <- '+proj=moll +lon_0=99 +lat_0=65 +units=m'
russia_32635 %>%
st_buffer(0) %>%
st_transform(crs(my_proj)) %>%
st_simplify %>%
ggplot()+
geom_sf()
奖金
russia_32635 %>% st_simplify
我尝试使用tmap
and进行绘图leaflet
,但没有得到想要的结果。我认为这是因为这些软件包更喜欢地理(经纬度)坐标;据我所知,leaflet
只接受格式,虽然当然可以处理投影数据,但我的猜测是它在引擎盖下将它(或类似的)转换为它的首选投影。如果您真的想要这种可视化(此处、此处和此处),则可以在与上述相同的链接中找到解决方法。longlat
tmap
library(tmap)
russia_32635 %>%
st_simplify %>%
tm_shape()+
tm_polygons()
library(leaflet)
russia_32635 %>%
st_simplify %>%
st_transform(4326) %>% # because leaflet only works with longlat projections
leaflet %>%
addTiles %>%
addPolygons()
最终,您在投影数据时只能保留 2/3 的主要特征:面积、方向或距离。当投影像俄罗斯这样大而极地的东西时,这一点变得更加明显。希望这些选项之一适合您的问题。
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