Analiza geoinformacyjna w R

class: center, middle, inverse, title-slide

# Analiza geoinformacyjna w R
### Jakub Nowosad, Paweł Bogawski
### VII Forum BioGIS, 2019-03-22, Poznań

---

class: inverse, left, bottom
# Ekosystem(y)

---
# Ekosystem(y)

<div class="figure" style="text-align: center">
<img src="figs/rb.png" alt="Z prezentacji Rogera Bivanda 'A practical history of R'" width="80%" />
<p class="caption">Z prezentacji Rogera Bivanda 'A practical history of R'</p>
</div>

---
# Ekosystem(y)

<div class="figure" style="text-align: center">
<img src="figs/rb2.png" alt="Z prezentacji Rogera Bivanda 'A practical history of R-sig-geo'" width="80%" />
<p class="caption">Z prezentacji Rogera Bivanda 'A practical history of R-sig-geo'</p>
</div>

---
# Ekosystem(y)

.pull-left[
Pakiety (moduły) R:

- **sf**, **raster** - klasy obiektów przestrzennych
- **dplyr**, **rmapshaper** - przetwarzanie tabel atrybutów/geometrii
- **rnaturalearth**, **osmdata**, **getlandsat** - pobieranie danych przestrzennych
- **rgrass7**, **RQGIS**, **RSAGA**, **link2GI** - łączenie z oprogramowaniem GIS
- **gstat**, **mlr**, **CAST** - modelowanie danych przestrzennych
- **rasterVis**, **tmap**, **ggplot** - wizualizacje statyczne
- **leaflet**, **mapview**, **mapdeck** - wizualizacje interaktywne
- wiele innych...
]

.pull-right[
<img src="figs/ecosystem.jpg" width="70%" style="display: block; margin: auto;" />
]

---
# Ekosystem(y)

.pull-left[
Klasy obiektów przestrzennych:

- **sf**
- **raster**
]

.pull-right[
Wizualizacje:

- **tmap**
]

---
# Ekosystem(y)

.pull-left[
Klasy obiektów przestrzennych:

- **sf**
- **raster**
- **sp**
- **stars**
- **terra**
- **spatial**
- ...
]

.pull-right[
Wizualizacje:

- **tmap**
- **ggplot** 
- **rasterVis**
- **leaflet**
- **mapview**
- **mapdeck**
- ...
]

---
# Wymagania wstępne

.pull-left[
Wszystkie pakiety używane w poniższych przykładach można zainstalować używając kodu poniżej:

```r
pkgs = c(
  "sf",                
  "raster",            
  "dplyr",            
  "tmap",              
  "landscapemetrics",
  "landscapetools",
  "usethis"
)
to_install = !pkgs %in% installed.packages()
if(any(to_install)) {
  install.packages(pkgs[to_install])
}
```
]

.pull-right[
Do pobrania materiałów na te warsztaty służy poniższy kod:

```r
usethis::use_course("http://bit.ly/biogis19")
```
]

---
# Zadania

1. Zastanów się w czym R może tobie pomóc? 
Dlaczego chcesz się nauczyć go używać do analiz geoinformacyjnych?
2. Przejrzyj [CRAN Task View: Analysis of Spatial Data](https://cran.r-project.org/web/views/Spatial.html) i sprawdź czy istnieją tam pakiety, które mogą się Tobie przydać w codziennej pracy?

---
class: inverse, left, bottom
# Reprezentacja danych przestrzennych

---
# Reprezentacja danych przestrzennych

**sf**:
- Pakiet **sf** to następca pakietu **sp** oparty o OGC standard Simple Features.
- Łączy on możliwości zarówno pakietu **sp** jak i pakietów **rgdal** i **rgeos**.
- Większość jego funkcji zaczyna się od prefiksu `st_`.
- Ten pakiet pozwala na obsługę dodatkowych typów danych wektorowych (np. poligon i multipoligon to dwie oddzielne klasy), łatwiejsze przetwarzanie danych, oraz obsługę przestrzennych baz danych takich jak PostGIS.
- https://r-spatial.github.io/sf/ oraz https://github.com/rstudio/cheatsheets/blob/master/sf.pdf

**raster**:
- Pakiet **raster** zawiera klasy i metody reprezentujące obiekty i operacje rastrowe.
- Pozwala on na wczytywanie i zapisywanie danych rastrowych.
- Umożliwia algebrę rastrów i przetwarzanie rastrów.
- W jego skład wchodzi szereg dodatkowych funkcji, np. do analiz charakterystyk terenu.
- Pozwala na pracę na dużych zbiorach danych.
- ?`raster-package` oraz http://www.rpubs.com/etiennebr/visualraster

---
# Wczytywanie danych przestrzennych - wektor

.pull-left[

```r
library(sf)
polska = st_read("data/polska.gpkg")
```

```
## Reading layer `polska' from data source `/home/jn/Science/conferences/BioGIS_19/workshop-pl/data/polska.gpkg' using driver `GPKG'
## Simple feature collection with 1 feature and 3 fields
## geometry type:  POLYGON
## dimension:      XY
## bbox:           xmin: 171842.5 ymin: 132323.8 xmax: 861798.4 ymax: 775305.9
## epsg (SRID):    NA
## proj4string:    +proj=tmerc +lat_0=0 +lon_0=19 +k=0.9993 +x_0=500000 +y_0=-5300000 +ellps=GRS80 +towgs84=0,0,0,0,0,0,0 +units=m +no_defs
```
- Do zapisywania danych wektorowych służy funkcja `st_write()`.
]

.pull-right[

```r
plot(polska)
```

]

---
# Struktura obiektów przestrzennych - wektor

```r
polska
```

```
## Simple feature collection with 1 feature and 3 fields
## geometry type:  POLYGON
## dimension:      XY
## bbox:           xmin: 171842.5 ymin: 132323.8 xmax: 861798.4 ymax: 775305.9
## epsg (SRID):    NA
## proj4string:    +proj=tmerc +lat_0=0 +lon_0=19 +k=0.9993 +x_0=500000 +y_0=-5300000 +ellps=GRS80 +towgs84=0,0,0,0,0,0,0 +units=m +no_defs
##     name  pop_est gdp_md_est                           geom
## 1 Poland 38476269    1052000 POLYGON ((487928.3 182549, ...
```

---
# Wczytywanie danych przestrzennych - raster

.pull-left[

```r
library(raster)
dem = raster("data/polska_srtm.tif")
```

- Do zapisywania danych rastrowych służy funkcja `writeRaster()`.
]

.pull-right[

```r
plot(dem)
```

<img src="index_files/figure-html/unnamed-chunk-10-1.png" style="display: block; margin: auto;" />
]

---
# Struktura obiektów przestrzennych - raster

```r
dem
```

```
## class      : RasterLayer 
## dimensions : 702, 1202, 843804  (nrow, ncol, ncell)
## resolution : 0.008333333, 0.008333333  (x, y)
## extent     : 14.125, 24.14167, 48.99167, 54.84167  (xmin, xmax, ymin, ymax)
## crs        : +proj=longlat +datum=WGS84 +no_defs +ellps=WGS84 +towgs84=0,0,0 
## source     : /home/jn/Science/conferences/BioGIS_19/workshop-pl/data/polska_srtm.tif 
## names      : polska_srtm 
## values     : -9, 2220  (min, max)
```

---
# Zadania

1. Wczytaj do R plik `wlkp_pn.gpkg` zawierający granice Wielkopolskiego Parku Narodowego.
Wyświetl ten obiekt i przejrzyj jego strukturę.
Co możesz powiedzieć o zawartości tego pliku? 
Jaki typ danych on przechowuje? 
Jaki ma układ współrzędnych?
Ile atrybutów zawiera?
Jaka jest jego geometria?
2. Wczytaj do R plik `wlkp_pn_dem.tif` zawierający cyfrowy model wysokościowy dla obszaru Wielkopolskiego Parku Narodowego.
Wyświetl ten obiekt i przejrzyj jego strukturę.
Co możesz powiedzieć o zawartości tego pliku? 
Jaki typ danych on przechowuje? 
Jaki ma układ współrzędnych?
Ile atrybutów zawiera?
Jakie ma wymiary i rozdzielczość?

---
class: inverse, left, bottom
# Wizualizacja przestrzenna