使用 ggplot2 在美国专题地图上重新定位阿拉斯加和夏威夷

Question

我正在尝试创建一张显示美国所有 50 个州的专题地图，但我无法以可靠的方式重新定位阿拉斯加和夏威夷。我有几个想法，但没有一个能很好地工作。我现在将演示它们。

首先我们需要导入数据；使用maps 包中的数据是不够的，因为它不包括夏威夷和阿拉斯加。

setwd(tempdir())
download.file("https://dl.dropbox.com/s/wl0z5rpygtowqbf/states_21basic.zip?dl=1", 
              "usmapdata.zip", 
              method = "curl")
# This is a mirror of http://www.arcgis.com/home/item.html?
# id=f7f805eb65eb4ab787a0a3e1116ca7e5
unzip("usmapdata.zip")

require(rgdal)
all_states <- readOGR("states_21basic/", "states")

require(ggplot2); require(maptools); require(rgeos); require(mapproj);
all_states <- fortify(all_states, region = "STATE_NAME")

现在我们定义一些情节美学：

p <- ggplot() + geom_polygon( 
  aes(x=long, y=lat, group = group, fill = as.numeric(as.factor(id))), 
  colour="white", size = 0.25
) + coord_map(projection="azequalarea") + 
scale_fill_gradient(limits = c(1,50))

现在我们移除所有背景等，这样当我们重叠非连续状态时它们不会发生冲突：

p <-   p + theme(axis.line=element_blank(),
            axis.text.x=element_blank(),
            axis.text.y=element_blank(),
            axis.ticks=element_blank(),
            axis.title.x=element_blank(),
            axis.title.y=element_blank(),
            panel.background=element_blank(),
            panel.border=element_blank(),
            panel.grid.major=element_blank(),
            panel.grid.minor=element_blank(),
            plot.background=element_blank())

使用视口

我的第一个想法是使用视口：

AK <- p %+% subset(all_states, id == "Alaska") + theme(legend.position = "none")
HI <- p %+% subset(all_states, id == "Hawaii") + theme(legend.position = "none")
contiguous <- p %+% subset(all_states, id != "Alaska" & id != "Hawaii")

grid.newpage()
vp <- viewport(width = 1, height = 1)
print(contiguous, vp = vp)
subvp1 <- viewport(width = 0.25, height = 0.25, x = 0.18, y = 0.33)
print(AK, vp = subvp1)
subvp2 <- viewport(width = 0.12, height = 0.12, x = 0.32, y = 0.27)
print(HI, vp = subvp2)

这看起来不错，但并不令人满意，因为它对图形的细微变化非常敏感，例如调整大小或图例的大小和形状的变化。

手动移动阿拉斯加和夏威夷

all_states_AKHImoved <- within(all_states, {
  lat[id == "Alaska"] <- lat[id == "Alaska"] - 45
  long[id == "Alaska"] <- long[id == "Alaska"] + 40
  lat[id == "Hawaii"] <- lat[id == "Hawaii"] + 0
  long[id == "Hawaii"] <- long[id == "Hawaii"] + 70
})
p %+% all_states_AKHImoved

这并不令人满意，因为阿拉斯加在大多数美国地图上通常没有按比例缩放，因此它看起来非常大。重新定位阿拉斯加和夏威夷也改变了地图投影引入的失真。

问题

有人有更好的方法吗？

Answer 1

以下是如何通过投影和变换来实现。您将需要：

require(maptools)
require(rgdal)

fixup <- function(usa,alaskaFix,hawaiiFix){

  alaska=usa[usa$STATE_NAME=="Alaska",]
  alaska = fix1(alaska,alaskaFix)
  proj4string(alaska) <- proj4string(usa)

  hawaii = usa[usa$STATE_NAME=="Hawaii",]
  hawaii = fix1(hawaii,hawaiiFix)
  proj4string(hawaii) <- proj4string(usa)

  usa = usa[! usa$STATE_NAME %in% c("Alaska","Hawaii"),]
  usa = rbind(usa,alaska,hawaii)

  return(usa)

}

fix1 <- function(object,params){
  r=params[1];scale=params[2];shift=params[3:4]
  object = elide(object,rotate=r)
  size = max(apply(bbox(object),1,diff))/scale
  object = elide(object,scale=size)
  object = elide(object,shift=shift)
  object
}

然后读入你的 shapefile。使用rgdal：

us = readOGR(dsn = "states_21basic",layer="states")

现在转换为等面积，并运行修正函数：

usAEA = spTransform(us,CRS("+init=epsg:2163"))
usfix = fixup(usAEA,c(-35,1.5,-2800000,-2600000),c(-35,1,6800000,-1600000))
plot(usfix)

参数分别是阿拉斯加和夏威夷的旋转、缩放、x 和 y 位移，是通过反复试验获得的。仔细调整它们。即使将夏威夷的比例参数更改为 0.99999，也会因为涉及的数量众多而将其送出地球。

如果你想把它改回经纬度：

usfixLL = spTransform(usfix,CRS("+init=epsg:4326"))
plot(usfixLL)

但我不确定您是否需要使用 ggplot 中的转换，因为我们已经使用 spTransform 完成了该操作。

您现在可以跳过ggplot2 fortify 业务。我不确定这对您是否重要，但请注意，usfix 版本中的州顺序不同 - 阿拉斯加和夏威夷现在是最后两个州。

Answer 2

我已经在 GitHub (devtools::install_github("wmurphyrd/fiftystater")) 上发布了 fiftystater R 包，以提供一个简单的解决方案。它基于 Spacedman 的答案中的步骤（将链接但代表不足）并发布为名为 fifty_states 的 ggplot2::geom_map 就绪形状数据框，以消除安装依赖项、追踪源形状文件或调整 elide 的需要价值观。

library(ggplot2)
library(mapproj)
library(fiftystater)

crimes <- data.frame(state = tolower(rownames(USArrests)), USArrests)

p <- ggplot(crimes, aes(map_id = state)) + 
  geom_map(aes(fill = Assault), map = fifty_states) + 
  expand_limits(x = fifty_states$long, y = fifty_states$lat) +
  coord_map()
p

^{五十州地图}

可以按通常的方式清理绘图噪音，包里还有fifty_states_inset_boxes函数可以添加插入框：

p + scale_x_continuous(breaks = NULL) + 
  scale_y_continuous(breaks = NULL) +
  labs(x = "", y = "") +
  theme(panel.background = element_blank()) +
  fifty_states_inset_boxes()

^{带有插入框的五十个州}

Answer 3

一旦您开始像这样改变事物，您不妨将阿拉斯加和夏威夷表示为墨西哥湾某处的方盒子。它还有一个额外的好处，那就是可以分辨夏威夷是什么颜色。

你可能会一直走下去，使用一个扭曲的系统，每个州都有相同的面积，然后你就可以看到罗德岛了。

USA Cartogram examples 在谷歌图片上显示了这种东西。不过不知道有多少人有 shapefile 或数据。

您真的对状态的相对大小感兴趣，还是想要一种让人们看到状态的价值的表示？