【问题标题】:How to set the display bounds of a raster::plot?如何设置 raster::plot 的显示范围?
【发布时间】:2012-10-11 21:27:11
【问题描述】:

总结

如何将 R raster::plot 的显示限制在 Raster* 对象的范围内?为什么要问:

我是 R 初学者,必须

  1. 将未投影的(经纬度)全球空间数据从 ASCII 转换为 netCDF(已解决)
  2. “重新网格化”它:即将数据限制到一个区域,对其进行投影,然后缩小(减小网格单元的大小)(大部分已解决)

不幸的是,在科学工作中,主要是通过视觉检查来进行诸如此类的 QA 数据转换。上面的第 1 步看起来不错。但是尽管第 2 步现在看起来好多了,但我真的想绘制重新网格化的 RasterLayer 的边界(或 extents)。我在公共 git 存储库 (here) 中有由 bash 脚本驱动的 R 代码,它执行转换步骤,并绘制转换后的输出 apparently correctly。但是,我尝试使用 raster::plot 绘制重新网格化的输出并不完全正确(请参阅输出的前 3 页 here)。

如何解决?

详情

背景

我需要获取一些数据(全球海洋排放清单 (EI)),将其与其他数据(主要是其他 EI)相结合,然后将其输入到模型中。该模型想要使用 netCDF,并且它希望 netCDF 在空间域上略大于连续的美国 (CONUS)。此图像 的边界是域的边界。 (请注意,域的一部分,但只有一部分是海洋的。)该模型还希望 netCDF 以某种方式投影(LCC,分辨率为 12 公里)。我将其视为 2 个独立的问题:

  1. 将全局 EI 从其原生 ASCII 格式转换为 netCDF
  2. “重新网格化”netCDF 从全局/未投影到缩小(更精细)的投影子域。

我正在尝试使用我在this public git repository 存档的代码来解决这些问题。如果您克隆该 git 存储库,然后按照“第一个示例”in the README 的描述配置/运行 bash 驱动程序GEIA_to_netCDF.sh(并假设您的 R 已正确配置,特别是使用 packages=rasterncdf4)它将输出 netCDF 并绘制(使用fields::image.plot)输出到PDF,它应该看起来像这样:。输出数据的分布看起来是正确的,所以问题 1 似乎解决了。

问题

解决问题 2(又名“第二个示例”in the README)似乎需要 R package=raster。我的 bash 驱动程序 regrid_GEIA_netCDF.sh 调用 regrid.global.to.AQMEII.r(两者都是 in repository),它运行时没有错误,并显示其输出的 PDF。 GEIA_N2O_oceanic_regrid.pdf由4页组成,对应regrid.global.to.AQMEII.r末尾的4个代码块。这里只有前 3 页是相关的(第 4 页尝试使用fields::image.plot 并且有更大的问题)。

Page=1/4 来自重新网格化输出的简单 raster::plot,加上来自 wrld_simpl 的 CONUS 地图的投影版本:

plot(out.raster)
plot(map.us.proj, add=TRUE)

不幸的是,输出看起来是全局的,或者几乎是全局的: 但是输出重新网格化到的所需域要小得多:。所以我有 3 个问题(1 个主要问题,2 个后续问题):

  1. 默认情况下raster::plot 显示的图像是否显示其参数中给出的RasterLayer 的范围?
  2. 如果是这样,我的 regrid 出了什么问题? (更多下文)
  3. 如果不是(即,如果raster::plot默认显示更多超过其RasterLayer的范围),如何使raster::plot仅显示RasterLayer的范围?

regrid.global.to.AQMEII.r (here) 中执行重新网格化的代码似乎得到了正确的输出:

out.crs <- '+proj=lcc +lat_1=33 +lat_2=45 +lat_0=40 +lon_0=-97 +x_0=-2556000 +y_0=-1728000'

请注意,CRS 似乎与给定 here 的输出域的定义相匹配。 (进入链接页面后,滚动浏览地图。)

out.raster <-
  projectRaster(
from=in.raster, to=template.raster, method='bilinear', crs=out.crs,
overwrite=TRUE, progress='window', format='CDF',
# args from writeRaster
NAflag=-999.0,  # match emi_n2o:missing_value,_FillValue (TODO: copy)
varname=data.var.name, 
varunit='ton N2O-N/yr',
longname='N2O emissions',
xname='COL',
yname='ROW',
filename=out.fp)
out.raster
# made with CRS
#> class       : RasterLayer 
#> dimensions  : 299, 459, 137241  (nrow, ncol, ncell)
#> resolution  : 53369.55, 56883.69  (x, y)
#> extent      : -14802449, 9694173, -6258782, 10749443  (xmin, xmax, ymin, ymax)
# ??? why still proj=longlat ???
#> coord. ref. : +proj=longlat +datum=WGS84 +ellps=WGS84 +towgs84=0,0,0 
#> data source : /home/rtd/code/R/GEIA_to_netCDF/GEIA_N2O_oceanic_regrid.nc
#> names       : N2O.emissions 
#> zvar        : emi_n2o 

但是,如前所述,regrid 输出 (out.raster) 在其 CRS 中显示为 lon-lat:我不确定这是为什么,或者它是否暗示 out.raster 在范围内是全局的。

我还尝试通过两种方式限制情节本身:

首先,我尝试在情节中添加extents,即,

plot(out.raster, ext=template.raster)
plot(map.us.proj, add=TRUE)

生成页面=2/4 of the PDF。不幸的是,这根本不会改变输出:AFAICS,它与 page=1/4(上图)完全相同。

其次,我尝试使用 raster::crop 绑定重新网格化的 netCDF 本身,然后使用与绑定重新网格相同的 RasterLayer 对象 (template.raster):

template.raster.extent <- extent(template.raster)
out.raster.crop <-
  # overwrite the uncropped file
  crop(out.raster, template.raster.extent, filename=out.fp, overwrite=TRUE)
...
plot(out.raster.crop)
plot(map.us.proj, add=TRUE)

生成页面=3/4 of the PDF。不幸的是,它显然也与 page=1/4(上图)完全相同。

(如果您想知道,PDF 的第 4 页是使用 fields::image.plot 生成的,它有一个不同的问题,描述为 here,除非 StackOverflow 破坏了该链接。)

感谢您对这位 R 新手的帮助!

【问题讨论】:

    标签: r plot spatial raster


    【解决方案1】:

    总结

    我的问题

    How to limit display of an R `raster::plot` to the bounds of a `Raster*` object?
    

    是基于我对问题的错误诊断。解决方案是正确设置底层Raster* data 对象(即绘图的数据源)的边界(或extent),尤其是

    1. 通过查询其基础文件来获取模板对象(用于创建数据对象)的边界(不要做任何假设!)
    2. 通过查询其基础文件来获取模板对象的 CRS(不要做任何假设!)
    3. 直接为模板对象设置边界和CRS

    但是

    • 不要试图只在Extent上设置分辨率;至少对我来说,这是挂起的
    • raster::plot 地图仍有一个小的边界问题;至少,相对于我与fields::image.plot 一起使用的地图

    详情

    这个问题的答案实际上是另一个问题的答案:如何正确设置Raster*对象的extent?因为一旦我正确设置了我想要绘制的对象的范围,raster::plot 问题就基本消失了。 (有一个小例外——见下文。)这可能是 raster 的主要开发人员 Robert J. Hijmans 在 this post 中试图传达的内容,但如果是这样,我当时并没有意识到这一点。

    我在收到两个建议后解决了这个问题,这些建议本身并不是我需要的,但它们让我走上了正确的道路。在这种情况下,该路径通向R package M3,这对于处理 CMAQ 和 WRF 的数据输入和输出非常有用。建议是

    1. 使用project.lonlat.to.M3 进行重新网格化任务。
    2. 绘图问题可能与球面投影的生成模型 (CMAQ) 的假设有关。

    第二个建议似乎是合理的,因为我知道我正在使用 +ellps=WGS84 获取并设置 CRS。 (请参阅 this repository 中大量评论的 R,特别是 regrid.global.to.AQMEII.r。)所以我决定调查一下。

    我知道第一个建议只会有困难(因为它只会投射分数),但为了确定,我查看了M3 doc。它的 ToC 中的以下功能立即引起了我的注意:

    1. get.proj.info.M3,它不仅从模板文件返回了一个球形 PROJ.4 字符串,而且还没有我认为我需要提供的虚假东向和北向:

      # use package=M3 to get CRS from template file
      out.crs <- get.proj.info.M3(template.in.fp)
      cat(sprintf('out.crs=%s\n', out.crs)) # debugging
      # out.crs=+proj=lcc +lat_1=33 +lat_2=45 +lat_0=40 +lon_0=-97 +a=6370000 +b=6370000
      
    2. get.grid.info.M3,稍加努力就可以返回模板文件的边界/范围:

      extents.info <- get.grid.info.M3(template.in.fp)
      extents.xmin <- extents.info$x.orig
      extents.xmax <- max(
        get.coord.for.dimension(
          file=template.in.fp, dimension="col", position="upper", units="m")$coords)
      extents.ymin <- extents.info$y.orig
      extents.ymax <- max(
        get.coord.for.dimension(
          file=template.in.fp, dimension="row", position="upper", units="m")$coords)
      template.extents <-
        extent(extents.xmin, extents.xmax, extents.ymin, extents.ymax)
      

    然后可以在模板Raster*上设置这些边界

    template.in.raster <- raster(template.in.fp, ...)
    template.raster <- projectExtent(template.in.raster, crs=out.crs)
    template.raster@extent <- template.extents
    

    并使用模板重新排列输入Raster*

    out.raster <-
      projectRaster(
        # give a template with extents--fast, but gotta calculate extents
        from=in.raster, to=template.raster, crs=out.crs,
        # give a resolution instead of a template? no, that hangs
    #    from=in.raster, res=grid.res, crs=out.crs,
        method='bilinear', overwrite=TRUE, format='CDF',
        # args from writeRaster
        NAflag=-999.0,  # match emi_n2o:missing_value,_FillValue (TODO: copy)
        varname=data.var.name, 
        varunit='ton N2O-N/yr',
        longname='N2O emissions',
        xname='COL',
        yname='ROW',
        filename=out.fp)
    # above fails to set CRS, so
    out.raster@crs <- CRS(out.crs)
    

    (如上所述,通过设置模板重新网格化只需要 7 秒,但通过设置网格分辨率重新网格化在 2 小时后未能完成,当我终止工作时。)在那之后,raster::plot

    map.us.unproj <- wrld_simpl[wrld_simpl$ISO3 %in% c('CAN', 'MEX', 'USA'),]
    map.us.proj <-
      spTransform(map.us.unproj, CRS(out.crs)) # projected
    ...
    pdf(file=pdf.fp, width=5.5, height=4.25)
    ...
    plot(out.raster, # remaining args from image.plot
      main=title, sub=subtitle,
      xlab='', ylab='', axes=F, col=colors(100),
      axis.args=list(at=quantiles, labels=quantiles.formatted))
    # add a projected CONUS map
    plot(map.us.proj, add=TRUE)
    

    几乎符合预期,但有一个例外: 地图向南北延伸(尽管不是东西),导致图像与该领域的已发布图像不够相似,例如this。有趣的是,当我用fields::image.plot 绘图时,就像

    # see code in
    # https://github.com/TomRoche/GEIA_to_netCDF/blob/master/plotLayersForTimestep.r
    plot.raster(
      raster=out.raster,
      title=title,
      subtitle=subtitle,
      q.vec=probabilities.vec,
      colors,
      map.cmaq
    )
    

    我不明白这个问题:。所以我可能会使用fields::image.plot 来显示,至少目前是这样。

    【讨论】:

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