Пакеты R для пространственного анализа

Язык программирования R — это динамический инструмент, предлагающий мощные возможности статистики и анализа данных.

В последние годы анализ пространственных данных и ГИС-приложения становятся все более популярными, и R, с его обширными библиотеками и пакетами, естественно, стал предпочтительным инструментом для многих специалистов по обработке и анализу данных и ГИС-специалистов.

В этой статье кратко рассматриваются некоторые пространственные пакеты в R, которые доступны.

rgdal

В основе пространственного анализа в R лежит пакет rgdal, который обеспечивает привязку к библиотеке абстрактных геопространственных данных (GDAL - Geospatial Data Abstraction Library (GDAL) ) и доступ к операциям проецирования и преобразования из библиотеки PROJ.4.

Пакет rgdal позволяет читать и записывать широкий спектр форматов пространственных данных, как растровых, так и векторных. Это также позволяет управлять системой координат, что имеет решающее значение для пространственных операций, таких как наложение, пересечение и расчет расстояний.

sp

Пакет sp позволяет обрабатывать и хранить пространственные данные. Он определяет классы для точек, линий, многоугольников и сеток, а также классы для пространственных данных, которые объединяют эти фигуры с атрибутами. Другие пространственные пакеты в R, включая rgdal, построены на этих основных пространственных классах, и многие функции в этих пакетах возвращают объекты типов, определенных в sp.

rgeos

В то время как пакет rgdal предоставляет доступ к пространственным данным, rgeos предлагает функции для манипулирования и анализа пространственных данных на основе библиотеки Geometry Engine - Open Source (GEOS). Он выполняет геометрические операции с типами пространственных данных, такими как пересечение, объединение, разность и вычисление расстояний. Это имеет решающее значение для геометрических манипуляций и топологических отношений между геометриями.

raster

Пакет raster представляет классы и функции для создания, обработки, визуализации и анализа растровых данных. Он поддерживает большие наборы данных, обрабатывая их фрагментами и загружая в память только небольшой раздел за раз. Кроме того, пакет включает в себя функции для пространственного наложения, алгебры карт и пространственного моделирования, что делает его важным инструментом для операций с ГИС.

sf

Пакет sf (сокращение от «Simple Features») — это дополнение, которое обеспечивает более простой и удобный подход к пространственным данным в R. Он использует простой доступ к функциям для пространственных векторных данных и обеспечивает более простой и эффективный интерфейс, чем sp. Пакет sf напрямую взаимодействует с GDAL, что делает пространственные операции, такие как подмножество, агрегирование и объединение, более интуитивно понятными.

tmap

Пакет tmap — это мощный инструмент для создания статических и интерактивных тематических карт. Он легко интегрируется с пакетом sf и позволяет пользователям создавать готовые к публикации карты, используя простой синтаксис. TMAP полезен для создания хороплетных карт, пузырьковых карт или многослойных карт.

leaflet

Пакет leaflet переносит мощь библиотеки JavaScript Leaflet в R, предлагая интерактивные карты, которые могут быть встроены в веб-приложения. Он позволяет накладывать пространственные данные на ресурсы от различных веб-провайдеров карт, такие как OpenStreetMap, Stamen и Mapbox.

rasterVis

Пакет rasterVis расширяет возможности визуализации пакета raster. Он использует пакет lattice для создания элегантных и сложных проектов растровых данных. От представления уровней и контуров до 3D-визуализации местности, rasterVis помогает пользователям создавать различные сценарии для тщательного изучения растровых данных.

maptools

Пакет maptools — это еще один базовый пространственный пакет для R, который предлагает набор инструментов для управления и чтения географических данных, в частности, типов пространственных данных пакета sp. Он предоставляет служебные функции для операций топологии, таких как упрощение, смещение и поворот пространственных объектов.

gstat

Для геостатистического анализа пакет gstat является всеобъемлющим ресурсом. Он предлагает различные методы оценки вариограмм и выполнения пространственной интерполяции, включая кригинг и обратное взвешивание расстояний. GSAT поддерживает точечные, сетчатые и полигональные данные, что делает его универсальным инструментом для моделирования пространственных структур.

spatstat

Пакет spatstat специализируется на анализе пространственных точечных паттернов. Он предлагает широкий спектр методов для изучения и моделирования данных точечных шаблонов, от простых исследовательских инструментов до передовых методов подгонки модели. Spatstat уникален своей способностью обрабатывать нерегулярные окна наблюдения и пространственные ковариаты.

stars

Пакет stars (stars package ("spatiotemporal arrays, raster, and vector data cube")(«пространственно-временные массивы, растр и векторный куб данных») является более поздним дополнением к арсеналу пространственных данных R. Он расширяет работу, проделанную sf, включая поддержку растровых данных и данных временных рядов в формате. С помощью stars пользователи могут выполнять такие операции, как подмножество и агрегирование в нескольких измерениях одновременно.

geosphere

Пакет geosphere используется для расчетов, связанных со сферической геометрией. Это особенно полезно для анализа географических координат. Он включает в себя функции для вычисления расстояний, направлений, площадей полигонов и многого другого. Он также может вычислять кратчайшие пути или большие круги и может обрабатывать пересечение линии даты.

RgoogleMaps

Пакет RgoogleMaps позволяет легко использовать API Google Maps в R. Он обеспечивает интерфейс между R и Google Maps, позволяя пользователям загружать статические карты из Google Maps и использовать их в качестве графиков R. С помощью других пространственных пакетов пользователи могут накладывать пространственные данные на эти карты для создания информативных визуализаций.

Списки популярных пакетов R для пространственного анализа

Зев Росс опубликовал обширный список пакетов R, используемых для пространственного анализа. Его список является результатом информационного опроса в Twitter, где он попросил пользователей сообщить ему, какие пространственные пакеты R являются их любимыми.

Росс получил ответ от 27 человек, которые предоставили информацию о 45 различных пространственных пакетах R. Из этих ответов sf (Simple Features for R) был наиболее предложенным с 16 ответами. Как следует из названия, sf — это пакет, который обеспечивает простой доступ к функциям для R. Росс подробно излагает остальные результаты своего информационного опроса, перечисляя популярность пакетов по ответам. Он также подробно описывает популярность, основанную на ежемесячных загрузках пространственных пакетов, перечисленных в CRAN Task View: Analysis of Spatial Data.

В блоге Urban Demographics также есть небольшой список пакетов пространственного анализа для списков Rthat и описывается несколько дополнительных пакетов, не включенных в список Росса, таких как RgeoProfile, rayshader, dodgr и rmapshaper.

Сайт r-spatial также предоставляет ссылки на пространственные пакеты, найденные в CRAN в различных представлениях, а также краткий список пакетов R, разрабатываемых на GitHub, не перечисленных в CRAN. Посетите страницу r-spatial projects, чтобы увидеть ссылки.

Для R доступно множество пространственных пакетов

Это лишь некоторые из многих пространственных пакетов, доступных для R. Они предоставляют множество инструментов для обработки, анализа и визуализации пространственных данных, от базовых операций до расширенного пространственного моделирования и создания интерактивных карт.

Если вас интересует пространственный анализ или ГИС, эти пакеты R станут отличной отправной точкой. По мере того, как пространственные данные продолжают приобретать все большее значение во всех отраслях, знания и применение этих инструментов будут становиться все более ценными.