sf | 使用plot函数绘制地图

前面已经介绍过绘图基础包graphics中的plot函数是一个比较全能的函数，本篇就介绍如何使用plot函数绘制地图。在这里，plot是一个经过sf改装过的函数，但除了新增几个与地图相关的参数外，与原本用法差别并不大。

首先加载sf包，将plot(x, y, ...)中的x参数设置为sf对象，y缺省就可以绘制出一张地图。sf对象主要包括下图几种类型：

如果sf对象是点要素，那么就可以调用plot和par函数中有关点要素的美化参数，如果是线要素亦然。下面主要介绍面要素POLYGON的绘制方法。

先加载工具包和示例数据：

library(sf)
nc = st_read(system.file("gpkg/nc.gpkg", package="sf"), quiet = TRUE)
summary(nc)

# 部分输出结果
summary(nc)
##       AREA          PERIMETER         CNTY_         CNTY_ID            NAME   
##  Min.   :0.0420   Min.   :0.999   Min.   :1825   Min.   :1825   Alamance : 1  
##  1st Qu.:0.0910   1st Qu.:1.324   1st Qu.:1902   1st Qu.:1902   Alexander: 1  
##  Median :0.1205   Median :1.609   Median :1982   Median :1982   Alleghany: 1  
##  Mean   :0.1263   Mean   :1.673   Mean   :1986   Mean   :1986   Anson    : 1  
##  3rd Qu.:0.1542   3rd Qu.:1.859   3rd Qu.:2067   3rd Qu.:2067   Ashe     : 1  
##  Max.   :0.2410   Max.   :3.640   Max.   :2241   Max.   :2241   Avery    : 1  
##                                                                 (Other)  :94  
##       FIPS        FIPSNO         CRESS_ID          BIR74           SID74      
##  37001  : 1   Min.   :37001   Min.   :  1.00   Min.   :  248   Min.   : 0.00  
##  37003  : 1   1st Qu.:37051   1st Qu.: 25.75   1st Qu.: 1077   1st Qu.: 2.00  
##  37005  : 1   Median :37100   Median : 50.50   Median : 2180   Median : 4.00  
##  37007  : 1   Mean   :37100   Mean   : 50.50   Mean   : 3300   Mean   : 6.67  
##  37009  : 1   3rd Qu.:37150   3rd Qu.: 75.25   3rd Qu.: 3936   3rd Qu.: 8.25  
##  37011  : 1   Max.   :37199   Max.   :100.00   Max.   :21588   Max.   :44.00  
##  (Other):94                                                                   
##     NWBIR74           BIR79           SID79          NWBIR79       
##  Min.   :   1.0   Min.   :  319   Min.   : 0.00   Min.   :    3.0  
##  1st Qu.: 190.0   1st Qu.: 1336   1st Qu.: 2.00   1st Qu.:  250.5  
##  Median : 697.5   Median : 2636   Median : 5.00   Median :  874.5  
##  Mean   :1050.8   Mean   : 4224   Mean   : 8.36   Mean   : 1352.8  
##  3rd Qu.:1168.5   3rd Qu.: 4889   3rd Qu.:10.25   3rd Qu.: 1406.8  
##  Max.   :8027.0   Max.   :30757   Max.   :57.00   Max.   :11631.0  
##                                                                    
##             geom    
##  MULTIPOLYGON :100  
##  epsg:4267    :  0  
##  +proj=long...:  0  
##                     
##                     
##                     
## 

nc中有多个属性变量，直接使用plot(nc)可以绘制至多10个变量的分布情况：

plot(nc)

通过调整max.plot参数绘制全部变量的分布情况：

plot(nc, max.plot = 14)

前面也介绍过，使用st_geometry函数可以提取对象的几何信息（sfc格式），再用plot就可以只绘制对象的几何形状，而不进行属性填充：

plot(st_geometry(nc))

绘制单个属性变量的分布情况：

plot(nc["BIR79"])# 或者
library(tidyverse)
plot(select(nc, BIR79))

通过以下参数调整图例：

• key.pos：位置，1-4分别表示下、左、上、右；

• key.length：长度；

• key.width：宽度。

plot(nc["BIR79"], key.pos = 4, key.length = 1, key.width = 0.1)

通过以下参数可以绘制出常见的重分类地图：

• nbreaks：分类个数；

• breaks：分类方法，继承自classInt::classIntervals函数中的style参数，包括fixed、sd、pretty、equal、quantile、jenks、kmeans、hclust、bclust、fisher、dpih、headtails等方法，也可通过向量形式手动指定分割点；

plot(nc["BIR79"], nbreaks = 5, breaks = "quantile")

如果绘图变量是因子变量，nbreaks和breaks将失效：

nc$factor <- factor(round(runif(100, 1, 6)))
plot(nc["factor"], nbreaks = 5, breaks = "quantile")

• 尽管nbreaks参数设定的是5分类，但是由于factor变量是包含6个水平的因子变量，因此绘制出的地图仍然是6分类。

如果不满意默认配色，可以使用pal参数指定颜色组：

library(RColorBrewer)
plot(nc["BIR79"], nbreaks = 5, breaks = "hclust",pal = brewer.pal(5, "OrRd"))

col参数与pal参数的区别：

• pal是sf新增的参数，用在重分类时指定色卡；

• col是plot函数自有的参数，是按对象所包含要素的行序依次给要素指定颜色，与重分类无关；

• 两参数不能同时存在。

nc$n <- 1:100 # 行序号
plot(st_geometry(nc), col = brewer.pal(9, "Blues")[1:2],nbreaks = 5, breaks = "hclust")
text(st_coordinates(st_centroid(nc)), labels = nc$n)

• 从图中可以看出，行序号为奇数和偶数的分别同色，与重分类结果无关。

通过以下参数实现图层的叠加：

• reset：后续图层是否重设坐标系、尺寸等绘图属性，默认为TRUE；叠加图层时需要在第一个plot函数中将其设置为FALSE；

• add：同boxplot等函数的add参数。

nc2 <- dplyr::filter(nc, AREA > 0.2)
pt2 <- st_centroid(nc2)plot(nc["BIR79"], nbreaks = 5, breaks = "jenks",pal = brewer.pal(5, "OrRd"), reset = F)
plot(pt2, add = T, col = "black", pch = 16) # 添加面积超过0.2的县质心

• 从图中可以看出，基础绘图系统中用于设置点要素的pch参数仍然可以用于sf的点要素，其他参数亦然。

其他新增的参数还有：

• border：地图边界颜色，设置为NA时隐藏边界；

• graticule：经纬网；如果要显示经纬度数值，需要将plot的坐标轴显示参数axes设置为TRUE；

• col_graticule：经纬网颜色；

• extend：绘图范围；

• logz：对属性变量对数化。

而plot函数原有的参数仍然适用，如使用main参数修改标题：

plot(nc["BIR79"], nbreaks = 5, breaks = "hclust",pal = brewer.pal(5, "OrRd"), border = "blue", graticule = T, axes = T,main = "北卡罗莱纳州")

本篇只介绍plot函数绘制地图的基本用法，后续推文会介绍更精细的调整方法。

plot函数绘制地图的缺点在于不能添加比例尺和指北针。更专业的绘制地图工具包是tmap，后续将会重点介绍。