sp | sp格式的空间矢量对象及其函数方法简介

在前面的推文中，小编曾多次提到R语言的空间矢量数据有sp和sf两种类型。因为sf对象有诸多优点，所以前面对其做了重点介绍。本篇，我们来简单地介绍下sp对象。

创建sp对象

下图展示了sp格式的各类对象名称及其特征：

以点对象（points）为例，SpatialPoints表示只包含坐标信息、没有属性信息的点对象，SpatialPointsDataFrame表示既包含坐标信息、也包含属性信息的点对象。

sp对象的创建函数和它的类型名称相同（上图）。如创建不带属性数据的点对象的函数为SpatialPoints()，创建带属性数据的点对象的函数为SpatialPointsDataFrame()。下面依次举例说明。

点对象

SpatialPoints()函数的语法结构如下：

SpatialPoints(coords, proj4string = CRS(as.character(NA)),bbox = NULL)

coords：点的坐标，数据结构为矩阵或数据框；

proj4string：对应的投影坐标系；

bbox：坐标各维度的范围，可忽略。

SpatialPointsDataFrame()函数的语法结构如下：

SpatialPointsDataFrame(coords, data, coords.nrs = numeric(0), proj4string = CRS(as.character(NA)),match.ID, bbox = NULL)

data：存储属性数据的数据框。

示例数据为sp工具包中的meuse数据集：

library(sp)
data("meuse")

为了创建仅包含坐标信息的点对象，可以仅保留该数据集中的x和y变量作为输入对象：

xy <- subset(meuse, select = c(x, y))
sp.pts <- SpatialPoints(xy)

使用SpatialPointsDataFrame()函数需要将坐标信息和属性信息分别保存在一个数据框中：

xy <- subset(meuse, select = c(x, y))
df <- subset(meuse, select = -c(x, y))
sp.dfpts <- SpatialPointsDataFrame(xy, df)# coords参数也可以使用无属性的点对象
sp.dfpts <- SpatialPointsDataFrame(sp.pts, df)

创建包含属性信息的对象，还有一种更便捷的方法。如下例：

# 方法1
sp.dfpts2 <- meuse
coordinates(sp.dfpts2) <- ~ x + y# 方法2
sp.dfpts3 <- meuse
coordinates(sp.dfpts3) <- c("x", "y")

网格对象

创建网格对象前需要先创建一个网格的拓扑结构，使用函数为GridTopology()。语法结构如下：

GridTopology(cellcentre.offset,cellsize, cells.dim)

cellcentre.offset：网格中心在各维度的坐标起点；

cellsize：网格在各维度的单位大小；

cells.dim：各维度的网格个数。

示例：

gt <- GridTopology(c(0,0), c(0.5,1), c(10,5))

很容易理解，创建只包含坐标信息的网格对象的函数为SpatialGrid()：

SpatialGrid(grid, proj4string = CRS(as.character(NA)))

sp.grid <-SpatialGrid(gt)
plot(sp.grid)

创建包含属性信息的网格对象的函数为SpatialGridDataFrame():

df <- data.frame(attr = 1:50)
sp.dfgrid <- SpatialGridDataFrame(gt, df)

同点对象一样，网格对象也可以通过coordinates(sp) <- ~ x + y的方式创建。需要使用base工具包中的expand.grid()函数：

expand.grid(..., KEEP.OUT.ATTRS = TRUE,stringsAsFactors = TRUE)

...：各维度的坐标值。

示例如下：

gt2 <- expand.grid(x = seq(0, 4.5, 0.5),y = seq(0, 4, 1))
df2 <- data.frame(attr = 50)
sp.dfgrid2 <- data.frame(gt2, df2)
coordinates(sp.dfgrid2) <- ~ x + y

线、面对象

创建线、面对象的方法基本和点、网格对象类似，但远不如后者常用，在这里就不再进行介绍了，有需要的读者可以访问下方链接查看官方说明文档：

https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/CRAN/web/packages/sp/vignettes/intro_sp.pdf

函数方法

sp对象的数据结构如下图：

data：属性信息；

coords：坐标信息；

bbox：坐标范围；

proj4string：投影信息。

使用@符号可以提取sp对象的上述信息，如：

sp.dfpts@data

基本函数

下面列举了一些常用函数，这些函数的功能及名称基本与sf工具包的函数类似：

[]：提取属性数据中的列或行；
[[]]：提取属性数据中的列，即变量；
dimensions：查询维度；
bbox：查询各维度的坐标范围；
coordinates：提取坐标信息；
geometry：提取几何信息；
spplot：绘制地图，即可视化。

`rgeos`工具包

对sp对象进行处理的更多函数可见rgeos工具包。下图中的红色框内的函数，其名称以g开头，功能基本与sf工具包中的st_*系列函数类似：

说明

sp对象是R语言最初采用的数据结构形式，但近年来逐渐被sf对象所替代，而R中的许多空间处理方法对两者格式同样适用，因此小编建议以掌握sf对象的处理方法为主，sp对象的处理方法了解即可。