地图上制作线路的动画

很久没有写教程案例了，因为很久没有学新的技术了。今天写一个最新做的案例，在一个paper中我们要展示某个数据在全国城市的分布的变化，原来的可视化方案是展示4个年份的地图facet，效果不是很好。最终决定使用动画地图的方案。

本文使用的所有技术全部来自Robin Lovelace, Jakub Nowosad, Jannes Muenchow的著作Geocomputation with R。

https://geocompr.robinlovelace.net/adv-map.html#animated-mapsgeocompr.robinlovelace.net

读入数据并认知数据结构

我们是用的中国地图数据是一个geojson格式，使用geojsonsf包（比sf读geojson更快更稳定更灵活）读入数据。

# install.packages('geojsonsf')
library(geojsonsf)
city <- geojson_sf('chinacity.geojson')

我们先来看下读入的city是一个什么数据结构（从数据科学家的角度来看，理解了一个问题的充分必要条件是理解其数据结构）。city看上去就是一个dataframe，除了geometry这列有所不同，其他都是普通的列向量（被称作特征）。实际上，我们确实可以用dplyr对city进行各种操作。

那geometry是什么东西呢？让我们输出一个结果看看。它是一个地理信息系统vector（与一般的vector同名不同义，另一个数据类型是raster，不展开），代表了城市代码110000（北京市）的地理边界。其类型是MULTIPOLYGON，即多个多边形组成的vector。一个多边形储存的方式就是一堆顶点的二维坐标构成的一个list，加下面最后一行，第一个点的经纬度是(116.6319 41.05877)。

city$geometry[1]输出为：
Geometry set for 1 feature
geometry type:  MULTIPOLYGON
dimension:      XY
bbox:           xmin: 115.413 ymin: 39.44117 xmax: 117.507 ymax: 41.05901
epsg (SRID):    4326
proj4string:    +proj=longlat +datum=WGS84 +no_defs
MULTIPOLYGON (((116.6319 41.05877, 116.6328 41....

2. 将特征加入geo data frame

当我们揭开神秘地理数据结构的面纱之后，接下来的操作就是平凡的了。

首先，在初级应用中，我们不需要修改geometry列，所有的工作只是根据特征来可视化；

那么，接下来要做的事情就是加入我们要画图的特征。

# 要用于可视化的特征数据组，读入之后要进行一些清理，此处略去
entry <- read.csv("entry.csv")
city_final <- left_join(city, entry, by = c("citycode","year")
# 我们加入的特征向量为num，是panel，year代表年份
# 需要注意的是，要把data frame 转换成sf对象
city_final <- st_sf(city_final)

3. 画地图

接下来，我们使用tmap包进行地图可视化，其语法与ggplot2类似（都是grammar of graphics），都属于图层式的。建议先花15分钟学习教程：

https://cran.r-project.org/web/packages/tmap/vignettes/tmap-getstarted.htmlcran.r-project.org

# 由于我们画的num是一个连续变量，因此需要定义一个切分（也可以使用style参数来调节自动切分）
pb <- c(0,300,1000,2000,4000,8000,15000,20000,30000,80000,300000)
# 取其中一年作为静态作图的数据
tmp <- city_final %>% filter(year == 2016)
# 使用tmp画静态地图
tm_shape(tmp) + tm_polygons("num", colorNA = NULL, palette = 'Blues', breaks = pb)
# 其中 tm_shape 相当于 ggplot(tmp)指定作图对象，tm_polygons 类似于ggline 之类的，告诉R要画多边形
# 与ggplot2语法不同的是，直接使用列名称“num”来制定填充对象
# palette 规定配色方案，breaks 规定连续变量num的分组标准
# 还可以用title参数规定图例的title

作图效果如下

配色参考：

https://www.nceas.ucsb.edu/~frazier/RSpatialGuides/colorPaletteCheatsheet.pdfwww.nceas.ucsb.edu

4. 动画化

在画动画地图之前，我们需要了解分片操作，tm_facets 的作用是指定一列作为分组标准，例如使用year 分组，相当于每一年做一张地图。

动画的效果便是同一个位置，连续的将facet的地图呈现出来，我们使用tmap_animation来实现，代码如下：

facet_anim <- tm_shape(tmp) + tm_polygons("num", colorNA = NULL, palette = 'Oranges', breaks = pb,title="Number") +tm_facets(free.scales.fill = FALSE, nrow = 1, ncol = 1, along = "year") +tm_layout(legend.position = c("left", "bottom"))
tmap_animation(tm = facet_anim, filename = "chinaexample.gif", width = 1600)
# 注意在geocomputation with R作者提供的code中没有指定width参数，会产生error

效果如下

进阶内容：互动地图以及map application

我就不写了，暂时用不到，哈哈哈！

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