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R绘制中国地图,并展示流行病学数据

本文作者:姜晓东,博士毕业于上海交通大学,目前任教于湖南师范大学医学院,专业神经毒理学。

流行病学的数据讲究“三间分布”,即人群分布、时间分布和空间分布。其中的“空间分布”最好是在地图上展示,才比较清楚。R软件集统计分析与高级绘图于大成,是最适合做这项工作了。关于地图的绘制过程,谢益辉、邱怡轩和陈丽云等人都早有文章讲述,开R地图中文教程之先河。由于目前指导毕业论文用到,因此研究了一下。本来因为网上教程很多,曾打消了写些文字的计划,但怡轩版主鼓励说“教程者众,整合者鲜”,所以才战胜拖延症,提起拙笔综述整合一下,并对DIY统计GIS地图提出了一点自己的想法。

1 地图GIS数据的来源与R绘制软件包

中国地图GIS数据的官方数据可以在国家基础地理信息中心的网站(http://nfgis.nsdi.gov.cn)里面可以免费下载。官方公开的数据包括:地图数据,及居住地、交通、河流等辅助数据。今年6月开始,官方正组织开始制作新版数据。老数据暂时无法下载,读者要自行百度搜索,本文以旧版数据为例。旧版地图数据中部分地名和地市区划已经过时,使用时需注意。

地图数据有4个压缩文件:bou1_4m.zip、bou2_4m.zip、bou3_4m.zip和bou4_4m.zip。bou代表边界的意思,数字1~4代表国家、省、市、县的4级行政划分;4m代表比例是400万分之一,这个比例的图形是公开的。每个文件解压缩后含有两类文件:以字母p结尾的表示多边形数据,用来绘制区域;以字母l结尾的文件是线形数据,用来绘制边界。但是老版数据中,市级数据中缺少绘制区域的多边形数据,让市级分布图的绘制稍麻烦一些,新版中也许会有改进。

用R绘制地图比较简单。比如画一下全国范围的区域,可以用如下代码:

library(maptools)
mydat = readShapePoly("maps/bou1/bou1_4p.shp")
plot(mydat)

unnamed-chunk-1
但是,可以看出这样绘制的地图的形状有些扁平。这是因为,在绘图的过程中,默认把经度和纬度作为普通数据,均匀平等对待,绘制在笛卡尔坐标系上造成的。其实,地球的球面图形如何映射到平面图上,在地理学上是有一系列不同的专业算法的。地图不应该画在普通的笛卡尔坐标系上,而是要画在地理学专业的坐标系上。在这一点上,R的ggplot2包提供了专门的coord_map()函数。所以推荐R的ggplot2包来绘制地图。

library(ggplot2)
mymap = ggplot(data = fortify(mydat)) +
    geom_polygon(aes(x = long, y = lat, group = id), colour = "black",
                 fill = NA) +
    theme_grey()
print(mymap + coord_map())

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这次中国地图的形状与百度地图一样了。 继续阅读R绘制中国地图,并展示流行病学数据