使用R画地图数据

时间：2024-01-30 17:52:41

用R画地图数据

首先，从这里下载中国地图的GIS数据，这是一个压缩包，完全解压后包含三个文件（bou2_4p.dbf、bou2_4p.shp和bou2_4p.shx），将这三个文件解压到同一个目录下。

image

用R绘制地图比较简单。比如画一下全国范围的区域，可以用如下代码：

library(maptools)
mydat = readShapePoly("china-province-border-data.tar/china/bou2_4p.shp") #地图包位置，根据自己的角标位置设置
plot(mydat)

生成的图如下：

image

但是，可以看出这样绘制的地图的形状有些扁平。这是因为，在绘图的过程中，默认把经度和纬度作为普通数据，均匀平等对待，绘制在笛卡尔坐标系上造成的。其实，地球的球面图形如何映射到平面图上，在地理学上是有一系列不同的专业算法的。地图不应该画在普通的笛卡尔坐标系上，而是要画在地理学专业的坐标系上。

也可以安装maps和mapdata这两个包，然后输入下面的命令：

install.packages(mapdata)
install.packages("mapdata")
library(maps)
library(mapdata)
map("china")

生成的图如下：

image

其中map()函数还可以加上很多参数，大致如下：

map(database = "world", regions = ".", exact = FALSE, boundary = TRUE,
  interior = TRUE, projection = "", parameters = NULL, orientation = NULL,
  fill = FALSE, col = 1, plot = TRUE, add = FALSE, namesonly = FALSE,
  xlim = NULL, ylim = NULL, wrap = FALSE, resolution = if (plot) 1 else 0,
  type = "l", bg = par("bg"), mar = c(4.1, 4.1, par("mar")[3], 0.1),
  myborder = 0.01, ...)

可以设置数据库、地区、精确度、边界等，在这里就不一一详述，具体的用法可以?map。

给地图上色

在实际使用的过程中，我们往往会根据自己的需要对地图中的某些省份着以特定的颜色，这时就可以通过调节plot命令中的fg参数来予以实现。

首先看看R绘制地图的原理：

在绘制地图时，每一个省市自治区或者岛屿都是用一个多边形来表示的。之前的GIS数据，其实就是提供了每一个行政区其多边形逐点的坐标，然后R软件通过顺次连接这些坐标，就绘制出了一个多边形区域。在上面的数据中，一共包含了925个多边形的信息，之所以有这么多是因为一些省份有很多小的附属岛屿。在这925个多边形中，每一个都对应一个唯一的ID，编号分别从1到925。

plot命令中的fg参数在本例中应该是一个长度为925的向量，其第i个分量的取值就代表了地图中第i个多边形的颜色。一个简单的尝试是运行下面这个命令看看效果：

plot(x,col=gray(924:0/924));

生成的图如下所示：

image

于是自然就产生了一个问题：如何获取某一个特定地区的ID，进而设置我们想要的颜色？事实上，在变量x中，就已经存储了我们想要的信息。在R中输入“x[[2]]”或“x$att.data”，会得到一个925行7列的数据框，这其实是bou2_4p.dbf这个文件中存储的信息，之前的read.shape()函数虽然读取的是bou2_4p.shp文件，但在默认情况下会把dbf文件的信息也放到变量之中。对于这个数据框，其行名就是每一个区域的ID编号，第一列和第二列分别是面积和周长，最后一列是该区域所属的行政区名，其它的列应该也是一些编号性质的变量。于是，通过查找相应的行政区对应的行名，就可以对fg参数进行赋值了。下面是我编的一个函数，用来生成所需的col向量：

getColor=function(mapdata,provname,provcol,othercol)
{
     f=function(x,y) ifelse(x %in% y,which(y==x),0);
     colIndex=sapply(mapdata@data$NAME,f,provname);
     col=c(othercol,provcol)[colIndex+1];
     return(col);
 }

其中mapdata是存放地图数据的变量，在上面的例子中就是x，provname是需要改变颜色的地区的名称，provcol是对应于provname的代表颜色的向量（名称和数字均可），othercol是其它地区的颜色。举例如下：

provname=c("北京市","天津市","上海市","重庆市");
 provcol=c("red","green","yellow","purple");
 plot(x,col=getColor(x,provname,provcol,"white"));

生成的图数据如下：

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生成人口数据分布图

利用类似的方法就可以根据自己的需要对不同的区域进行着色，下面再举一例。从国家统计局获取2007年我国各地区的人口数据，然后根据人口的多少对各省份进行着色。程序如下：

provname=c("北京市","天津市","河北省","山西省","内蒙古自治区",
        "辽宁省","吉林省","黑龙江省","上海市","江苏省",
        "浙江省","安徽省","福建省","江西省","山东省",
        "河南省","湖北省","湖南省","广东省",
        "广西壮族自治区","海南省","重庆市","四川省","贵州省",
        "云南省","*自治区","陕西省","甘肃省","青海省",
        "宁夏回族自治区","**自治区","*省",
        "香港特别行政区");
pop=c(1633,1115,6943,3393,2405,4298,2730,3824,1858,7625,
        5060,6118,3581,4368,9367,9360,5699,6355,9449,
        4768,845,2816,8127,3762,4514,284,3748,2617,
        552,610,2095,2296,693);
provcol=rgb(red=1-pop/max(pop)/2,green=1-pop/max(pop)/2,blue=0);
plot(x,col=getColor(x,provname,provcol,"white"),xlab="",ylab="");

生成的图如下：

image

其中颜色越深的地方代表人口数越多，反之为人口数越少。

画部分省地图

在绘制地图的过程中，还有一个比较有用的参数是recs，它是一个由多边形ID组成的向量，表示在地图中只画出这些ID所代表的区域。利用这个参数，就可以画出某一部分的地图，例如下面的例子是我国中部六省的地图：

getID=function(mapdata,provname)
{
    index=mapdata$att.data$NAME %in% provname;
    ids=rownames(mapdata$att.data[index,]);
    return(as.numeric(ids));
}
midchina=c("河南省","山西省","湖北省","安徽省","湖南省","江西省");
plot(x, col = getColor(x, midchina, rep("green", 6),
    "white"), border = "white", xlab = "", ylab = "")

生成的图：

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用R画中国地图并标注城市位置

画出的图上仍然可以用points()函数和text()函数加上点和文字，而maptools包中还提供了一个pointLabel()函数，用来解决文本标签的重叠问题。

par(mar=rep(0,4))
dat = read.csv(text = "城市,jd,wd
    北 京,116.4666667,39.9
    上 海,121.4833333,31.23333333
    天 津,117.1833333,39.15
    重 庆,106.5333333,29.53333333
    哈尔滨,126.6833333,45.75
    长 春,125.3166667,43.86666667
    沈 阳,123.4,41.83333333
    呼和浩特,111.8,40.81666667
    石家庄,114.4666667,38.03333333
    太 原,112.5666667,37.86666667
    济 南,117,36.63333333
    郑 州,113.7,34.8
    西 安,108.9,34.26666667
    兰 州,103.8166667,36.05
    银 川,106.2666667,38.33333333
    西 宁,101.75,36.63333333
    乌鲁木齐,87.6,43.8
    合 肥,117.3,31.85
    南 京,118.8333333,32.03333333
    杭 州,120.15,30.23333333
    长 沙,113,28.18333333
    南 昌,115.8666667,28.68333333
    武 汉,114.35,30.61666667
    成 都,104.0833333,30.65
    贵 阳,106.7,26.58333333
    福 州,119.3,26.08333333
    台 北,121.5166667,25.05
    广 州,113.25,23.13333333
    海 口,110.3333333,20.03333333
    南 宁,108.3333333,22.8
    昆 明,102.6833333,25
    拉 萨,91.16666667,29.66666667
    香 港,114.1666667,22.3
    澳门,113.5,22.2")
library(maps)
library(mapdata)
map("china", col = "darkgray", ylim = c(18, 54), panel.first = grid())
points(dat$jd, dat$wd, pch = 19, col = rgb(0, 0, 0, 0.5))
text(dat$jd, dat$wd, dat[, 1], cex = 0.9, col = rgb(0,
    0, 0, 0.7), pos = c(2, 4, 4, 4, 3, 4, 2, 3, 4, 2, 4, 2, 2,
    4, 3, 2, 1, 3, 1, 1, 2, 3, 2, 2, 1, 2, 4, 3, 1, 2, 2, 4, 4, 2))
axis(1, lwd = 0); axis(2, lwd = 0); axis(3, lwd = 0); axis(4, lwd = 0)

生成的图：

image

ggplot2绘制地图

以中国地图为例，下载最新的ArcGIS矢量地图数据，这种地图数据包含了很多信息，这是画地图的基础数据。下载地址：

http://download.csdn.net/detail/lgstarzkhl/9427677

用以下代码进行地图绘制：

library(maptools)
library(ggplot2)
library(plyr)
#读取地图文件
china_map<-readShapePoly("C:/Users/feng/Desktop/chinaprovinceborderdata_tar_gz/china-province-border-data.tar/Lambert/省级行政区.shp")
#提取用于绘图的地图数据
x<-china_map@data
xs<-data.frame(x,id.1=seq(0:33)-1)
#将地图数据转换为数据框
china_map1<-fortify(china_map)
#添加一个id.1字段，用于和上面的xs（各省市数据）糅合，合并
china_map1$id.1<-china_map1$id
#去掉china_map1中的id字段，避免在糅合数据的时候，出现两个相同字段id和id.1，保证只用id.1来糅合
china_map2<-china_map1[,-7]
#糅合地图数据
china_mapdata<-join(china_map2, xs, type = "full")
#绘制地图
ggplot(china_mapdata, aes(x = long, y = lat, group = group,fill=NAME))+
geom_polygon( )+
geom_path(colour = "grey40")+
scale_fill_manual(values=colours(),guide=FALSE)

生成的图：

image

总结

使用R的地图扩展包可以画出各种样式的地图，具体的展现形态及结合方式还有待进一步挖掘。

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