在ggplot2中的地图上绘制具有一定半径的圆

Question

我有一张地图，上面标有 8 个点：

library(ggplot2)
library(ggmap)
data = data.frame(
    ID = as.numeric(c(1:8)),
    longitude = as.numeric(c(-63.27462, -63.26499, -63.25658, -63.2519, -63.2311, -63.2175, -63.23623, -63.25958)),
    latitude = as.numeric(c(17.6328, 17.64614, 17.64755, 17.64632, 17.64888, 17.63113, 17.61252, 17.62463))
)

island = get_map(location = c(lon = -63.247593, lat = 17.631598), zoom = 13, maptype = "satellite")
islandMap = ggmap(island, extent = "panel", legend = "bottomright")
RL = geom_point(aes(x = longitude, y = latitude), data = data, color = "#ff0000")
islandMap + RL + scale_x_continuous(limits = c(-63.280, -63.21), expand = c(0, 0)) + scale_y_continuous(limits = c(17.605, 17.66), expand = c(0, 0))

现在我想在 8 个绘制位置中的每一个周围绘制一个圆圈。圆的半径必须为 450 米。

这就是我的意思，但随后使用 ggplot：https://gis.stackexchange.com/questions/119736/ggmap-create-circle-symbol-where-radius-represents-distance-miles-or-km

我怎样才能做到这一点？

Answer 1

如果您只在地球的一小块区域工作，这里是一个近似值。纬度的每一度代表 40075 / 360 公里。每个经度度数代表 (40075 / 360) * cos(latitude) 公里。有了这个，我们可以近似计算一个数据框，包括圆上的所有点，知道圆心和半径。

library(ggplot2)
library(ggmap)
data = data.frame(
    ID = as.numeric(c(1:8)),
    longitude = as.numeric(c(-63.27462, -63.26499, -63.25658, -63.2519, -63.2311, -63.2175, -63.23623, -63.25958)),
    latitude = as.numeric(c(17.6328, 17.64614, 17.64755, 17.64632, 17.64888, 17.63113, 17.61252, 17.62463))
)

#################################################################################
# create circles data frame from the centers data frame
make_circles <- function(centers, radius, nPoints = 100){
    # centers: the data frame of centers with ID
    # radius: radius measured in kilometer
    #
    meanLat <- mean(centers$latitude)
    # length per longitude changes with lattitude, so need correction
    radiusLon <- radius /111 / cos(meanLat/57.3) 
    radiusLat <- radius / 111
    circleDF <- data.frame(ID = rep(centers$ID, each = nPoints))
    angle <- seq(0,2*pi,length.out = nPoints)

    circleDF$lon <- unlist(lapply(centers$longitude, function(x) x + radiusLon * cos(angle)))
    circleDF$lat <- unlist(lapply(centers$latitude, function(x) x + radiusLat * sin(angle)))
    return(circleDF)
}

# here is the data frame for all circles
myCircles <- make_circles(data, 0.45)
##################################################################################


island = get_map(location = c(lon = -63.247593, lat = 17.631598), zoom = 13, maptype = "satellite")
islandMap = ggmap(island, extent = "panel", legend = "bottomright")
RL = geom_point(aes(x = longitude, y = latitude), data = data, color = "#ff0000")
islandMap + RL + 
    scale_x_continuous(limits = c(-63.280, -63.21), expand = c(0, 0)) + 
    scale_y_continuous(limits = c(17.605, 17.66), expand = c(0, 0)) +
    ########### add circles
    geom_polygon(data = myCircles, aes(lon, lat, group = ID), color = "red", alpha = 0)

Answer 2

好吧，正如referred posting 已经建议的那样 - 切换到以米为单位的投影，然后返回：

library(rgeos)
library(sp)
d <- SpatialPointsDataFrame(coords = data[, -1], 
                            data = data, 
                            proj4string = CRS("+init=epsg:4326"))
d_mrc <- spTransform(d, CRS("+proj=merc +a=6378137 +b=6378137 +lat_ts=0.0 +lon_0=0.0 +x_0=0.0 +y_0=0 +k=1.0 +units=m +nadgrids=@null +no_defs"))

现在，width 可以以米为单位指定：

d_mrc_bff_mrc <- gBuffer(d_mrc, byid = TRUE, width = 450)

使用geom_path将其转换回来并添加到绘图中：

d_mrc_bff <- spTransform(d_mrc_bff_mrc, CRS("+init=epsg:4326"))
d_mrc_bff_fort <- fortify(d_mrc_bff)
islandMap + 
  RL + 
  geom_path(data=d_mrc_bff_fort, aes(long, lat, group=group), color="red") + 
  scale_x_continuous(limits = c(-63.280, -63.21), expand = c(0, 0)) + 
  scale_y_continuous(limits = c(17.605, 17.66), expand = c(0, 0)) 

Answer 3

在给定纬度和经度的情况下以千米为单位计算距离并不是很简单；例如，1 度纬度/经度在赤道处比在两极处更大。如果您想要一个简单的解决方法，您可以通过眼球获得准确性，您可以尝试：

islandMap + RL + 
  scale_x_continuous(limits = c(-63.280, -63.21), expand = c(0, 0)) + 
  scale_y_continuous(limits = c(17.605, 17.66), expand = c(0, 0)) + 
  geom_point(aes(x = longitude, y = latitude), data = data, size = 20, shape = 1,  color = "#ff0000")

您需要调整第二个geom_point 中的size 参数以更接近您想要的。希望对您有所帮助！

Answer 4

一个准确的解决方案是使用 geosphere::destPoint() 函数。这无需切换投影即可工作。

定义函数来确定一个点周围一定半径的360个点：

library(dplyr)
library(geosphere)

fn_circle <- function(id1, lon1, lat1, radius){ 
   data.frame(ID = id1, degree = 1:360) %>%
      rowwise() %>%
      mutate(lon = destPoint(c(lon1, lat1), degree, radius)[1]) %>%
      mutate(lat = destPoint(c(lon1, lat1), degree, radius)[2]) 
}

对data的每一行应用函数并转换为data.frame：

circle <- apply(data, 1, function(x) fn_circle(x[1], x[2], x[3], 450))
circle <- do.call(rbind, circle)

那么地图可以通过以下方式轻松获得：

islandMap + 
   RL +
   scale_x_continuous(limits = c(-63.280, -63.21), expand = c(0, 0)) + 
   scale_y_continuous(limits = c(17.605, 17.66), expand = c(0, 0)) +
   geom_polygon(data = circle, aes(lon, lat, group = ID), color = "red", alpha = 0)

Answer 5

使用 sf 包中的 st_buffer() 的解决方案。

library(ggmap)
library(ggplot2)
library(sf)

data <- data.frame(
  ID = 1:8,
  longitude = c(-63.27462, -63.26499, -63.25658, -63.2519, 
                -63.2311, -63.2175, -63.23623, -63.25958),
  latitude = c(17.6328, 17.64614, 17.64755, 17.64632, 
               17.64888, 17.63113, 17.61252, 17.62463)
)

将 data.frame 转换为 sf 对象：

points_sf <- sf::st_as_sf(data, coords = c("longitude", "latitude"), crs = 4326)

对于本例，我们使用 UTM 区域 20，其中包含岛屿的坐标：

data_sf_utm <- sf::st_transform(points_sf, "+proj=utm +zone=20")

现在我们可以将点缓冲 450 米：

circle <- sf::st_buffer(data_sf_utm, dist = 450)

ggmap 似乎对 geom_sf 有一些问题。将 inherit.aes 设置为 FALSE 会返回所需的映射。

island <- ggmap::get_map(location = c(lon = -63.247593, lat = 17.631598), zoom = 14, maptype = "satellite")

ggmap(island, extent = "panel", legend = "bottomright") + 
  geom_sf(data = points_sf, color = "red", inherit.aes = FALSE) +
  geom_sf(data = circle, color = "red", alpha = 0, inherit.aes = FALSE)

^{由reprex package (v0.3.0) 于 2020 年 10 月 11 日创建}