如何在 R 的 geom_segment/ggplot2 中绘制定向蜘蛛网络？

Question

我正在努力画出所谓的spider network 或desire line，它说明事物（人、车辆等）在特定区域之间按方向移动。

这是我正在使用的数据框：

df <- data.frame(O=c(1,2,4,4,4,6,6,6,7,7,7,9,9,9,9,10,10,10,11,12,12,12,32,86,108,128,128,157,157,157,157,157),
D=c(2,1,6,7,32,4,7,157,4,6,157,10,11,12,157,9,12,157,9,9,10,157,4,128,128,86,108,6,7,9,10,12),
trip=c(971,971,416,621,330,416,620,1134,621,620,625,675,675,378,439,675,724,472,675,378,724,563,330,610,405,610,405,1134,625,439,472,563),
lon.x=c(697746.6,696929.6,696748.8,696748.8,696748.8,694906.4,694906.4,694906.4,696769.4,696769.4,696769.4,698802.2,698802.2,698802.2,698802.2,698900.5,698900.5,698900.5,699686.7,696822.0,696822.0,696822.0,698250.7,702314.7,700907.1,702839.5,702839.5,694518.9,694518.9,694518.9,694518.9,694518.9),
lat.x=c(9312405,9311051,9308338,9308338,9308338,9307087,9307087,9307087,9305947,9305947,9305947,9304338,9304338,9304338,9304338,9302314,9302314,9302314,9306300,9303080,9303080,9303080,9309423,9320738,9321302,9322619,9322619,9301921,9301921,9301921,9301921,9301921),
lon.y=c(696929.6,697746.6,694906.4,696769.4,698250.7,696748.8,696769.4,694518.9,696748.8,694906.4,694518.9,698900.5,699686.7,696822.0,694518.9,698802.2,696822.0,694518.9,698802.2,698802.2,698900.5,694518.9,696748.8,702839.5,702839.5,702314.7,700907.1,694906.4,696769.4,698802.2,698900.5,696822.0),
lat.y=c(9311051,9312405,9307087,9305947,9309423,9308338,9305947,9301921,9308338,9307087,9301921,9302314,9306300,9303080,9301921,9304338,9303080,9301921,9304338,9304338,9302314,9301921,9308338,9322619,9322619,9320738,9321302,9307087,9305947,9304338,9302314,9303080))

df 包含以下字段：
O：行程起点
D：行程目的地
trip：O 和 D 之间的行程次数
lon.x：原区经度
lat.x：原区纬度
lon.y：目的区经度
lat.y：目的区纬度

目前我可以使用geom_segment在ggplot2包中的脚本在这里绘制下图：

library(ggplot2)

ggplot() +
  geom_segment(data = df, aes(x = lon.x, y = lat.x, xend = lon.y, yend = lat.y, size = trip),
               color = "blue", alpha = 0.5, show.legend = TRUE,
               position = position_dodge2(width = 100)) +
 scale_size_continuous(range = c(0, 5), breaks = c(300, 600, 900, 1200),
                       limits = c(100, 1200), name = "Person trips/day (over 100 trips)") +
 theme(legend.key = element_rect(colour = "transparent", fill = alpha("black", 0))) + 
 guides(size = guide_legend(override.aes = list(alpha = 1.0))) +
 geom_point(data = df, aes(x = lon.x, y = lat.x), pch = 16, size = 2.4)

问题是从O 到D 和从D 到O 的每一行都是重叠的。我更喜欢根据中心线绘制被闪避的段，以正确可视化总行程数并查看区域对之间的行程平衡。

期望结果的示例如下所示。

虚线中心线不一定要显示（我只是为了显示余额是什么）。还优选按方向改变颜色，例如顺时针方向为红色，逆时针方向为蓝色。如果可以用彩色显示方向，则不需要箭头。

我找到了一些解决问题的示例，但目前我无法达到理想的结果。

坐标偏移量的计算
在这个例子中为每个方向设置偏移并不容易，因为我有大约 80 个区域，这导致了 6,400 对区域。 Offset geom_segment in ggplot

position_dodge2 函数
它说我可以使用变量在width 中设置段之间的边距，但是如果我在其中使用trip，它会返回错误。此外，尚不清楚我应该为适当的偏移量设置多少值以使线段遵循中心线。 https://ggplot2.tidyverse.org/reference/position_dodge.html

geom_curve 和 arrow
也可以用曲线画线，这样就可以解决上述问题。然而，曲线段很难观察到一个图形中的运动。箭头也有点难以看清方向，因为箭头的形状不尖锐，虽然我改变了它的样式。

color=variable 和 position=dodge
我还尝试spread/gatherdf 来获取新变量direction 并删除相反方向的OD 对，以便我认为我可以使用color=direction 和position=dodge 在ggplot2 中轻松躲避段，但是它效果不佳（部分仍然重叠）。小例子如下所示。

O   D trip  direction    lon.x   lat.x    lon.y   lat.y
1   2  971  clock     697746.6 9312405 696929.6 9311051
2   1  300  anticlock 696929.6 9311051 697746.6 9312405
4   6  416  clock     696748.8 9308338 694906.4 9307087
4   7  621  anticlock 694906.4 9307087 696748.8 9308338

我非常感谢您获得精心设计的人物的想法。
spider network的实际使用情况请参见下图。

Answer 1

您可以使用三角函数来计算偏移值，然后将其插入到ggplot() 调用中。下面是使用上述数据集的示例。我不太清楚你所说的顺时针是什么意思，所以我输入了一个简单的虚拟变量。

# make a dummy "clockwise" variable for now
df$clockwise = df$O > df$D
# angle from coordinates of stations
df$angle = atan((df$lat.y - df$lat.x)/(df$lon.y - df$lon.x))
# offsets from cos/sin of orthogonal angle
# scale the distance of the offsets by the trip size so wider bars offset more
# offset them one way if the trip is clockwise, the other way if not clockwise
df$xoffset = cos(df$angle - pi/2) * df$trip/5 * (2 * df$clockwise - 1)
df$yoffset = sin(df$angle - pi/2) * df$trip/5 * (2 * df$clockwise - 1)

ggplot() +
  geom_segment(data = df, aes(x = lon.x + xoffset, y = lat.x + yoffset, xend = lon.y + xoffset, yend = lat.y + yoffset, size = trip, color = clockwise),
               alpha = 0.5, show.legend = TRUE) +
  scale_size_continuous(range = c(0, 5), breaks = c(300, 600, 900, 1200),
                        limits = c(100, 1200), name = "Person trips/day (over 100 trips)") +
  theme(legend.key = element_rect(colour = "transparent", fill = alpha("black", 0))) + 
  guides(size = guide_legend(override.aes = list(alpha = 1.0))) +
  geom_point(data = df, aes(x = lon.x, y = lat.x), pch = 16, size = 2.4) +
  coord_fixed()