Titik Persampelan Secara Rawak Dalam Sempadan Poligon dalam R menggunakan Terra

Teknik Persampelan yang Cekap untuk Raster Besar

Dalam dunia analisis spatial, titik pensampelan dalam sempadan tertentu adalah tugas biasa tetapi kadangkala mahal dari segi pengiraan. Bagi mereka yang bekerja dengan raster dan vektor yang besar, seperti poligon merentasi kawasan yang luas, cabaran ini menjadi lebih ketara. Pada masa lalu, ramai pengguna terpaksa menggunting raster ke lapisan poligon, tetapi apabila saiz data bertambah, kaedah ini boleh menjadi tidak cekap dan intensif sumber dengan cepat. 🔍

Ambil, sebagai contoh, kes penganalisis geospatial yang bekerja dengan imejan satelit dan data guna tanah. Jika tugas itu melibatkan titik pensampelan merentas set data raster besar dalam sempadan poligon terputus, kaedah keratan tradisional mungkin kelihatan seperti satu-satunya penyelesaian. Walau bagaimanapun, dengan set data yang besar, seperti raster 10GB atau 20GB, keratan boleh menyebabkan kelewatan yang ketara dan memberi tekanan pada kuasa pemprosesan. Timbul persoalan: adakah terdapat cara yang lebih efisyen untuk mencapai matlamat ini? 🌍

Nasib baik, dalam R, alatan seperti pakej Terra menyediakan alternatif kepada keratan raster. Menggunakan batas lapisan, adalah mungkin untuk titik sampel dalam tahap poligon tanpa perlu mengubah suai raster itu sendiri. Pendekatan ini bukan sahaja menjimatkan masa tetapi juga mengurangkan penggunaan memori, menjadikannya lebih berskala untuk projek besar. Dengan kaedah ini, anda masih boleh memastikan bahawa titik rawak anda hanya berada dalam poligon yang dikehendaki tanpa membebankan sistem anda. 💡

Dalam artikel ini, kami akan meneroka cara melakukan persampelan rawak dalam sempadan poligon menggunakan Terra, membimbing anda melalui kod dan menyerlahkan langkah-langkah penting. Pada akhirnya, anda akan dilengkapi dengan kaedah yang lebih pantas dan lebih cekap untuk titik pensampelan dalam R, memastikan analisis geospatial anda tepat dan mesra sumber. Jadi, mari kita selami kaedah ini dan lihat bagaimana anda boleh menjadikan proses pensampelan anda lebih lancar dan lebih cekap!

Perintah	Penjelasan Penggunaan
rast()	Fungsi daripada pakej Terra ini digunakan untuk memuatkan objek raster ke dalam R. Ia adalah penting untuk bekerja dengan set data raster besar dalam format yang boleh dianalisis dan diproses. Contohnya, rast("large_raster.tif") memuatkan data raster daripada fail.
vect()	Fungsi vect() ialah sebahagian daripada pakej Terra dan digunakan untuk memuatkan data vektor (seperti shapefiles) ke dalam R sebagai objek spatial. Contohnya, vect("polygons.shp") memuatkan fail vektor yang mengandungi poligon yang akan digunakan sebagai sempadan pensampelan.
ext()	Fungsi ini mengembalikan luas objek spatial (cth., lapisan poligon). Tahap mentakrifkan kotak sempadan lapisan poligon, yang digunakan untuk menentukan kawasan di mana titik rawak akan dijadikan sampel. Contoh: ext(poligon).
spatSample()	Fungsi spatSample() dalam Terra digunakan untuk mengambil sampel mata daripada objek raster dalam takat atau poligon tertentu. Fungsi ini berguna untuk memilih titik rawak daripada set data raster yang besar, terutamanya apabila anda tidak mahu memotong raster. Contoh: spatSample(data_raster, saiz = num_points, ext = poligon_bounds).
st_read()	Daripada pakej sf, st_read() digunakan untuk membaca data vektor (seperti shapefiles) ke dalam R sebagai ciri spatial. Ia penting untuk memproses dan menganalisis data vektor, seperti sempadan poligon. Contoh: st_read("polygons.shp").
st_transform()	Fungsi st_transform() digunakan untuk memproyeksikan semula data spatial ke dalam sistem rujukan koordinat (CRS) yang berbeza. Ini penting untuk memastikan data raster dan vektor diselaraskan dengan betul dari segi rujukan spatial sebelum melaksanakan operasi seperti pensampelan titik. Contoh: st_transform(poligon, crs = crs(raster_data)).
st_bbox()	st_bbox() mengembalikan kotak sempadan objek sf, yang pada asasnya ialah takat spatial objek. Ini digunakan untuk menentukan kawasan di mana titik rawak akan dijadikan sampel. Contoh: st_bbox(polygons_sf).
st_sample()	Fungsi ini menjana titik rawak dalam objek sf tertentu (seperti poligon). Titik diedarkan secara rawak mengikut geometri objek, yang dalam kes ini digunakan untuk sampel titik dalam sempadan poligon. Contoh: st_sample(poligon_sf, saiz = num_points).
plot()	Fungsi plot() ialah fungsi asas dalam R untuk menggambarkan data spatial. Dalam konteks ini, ia digunakan untuk memplot raster, poligon dan titik rawak untuk mengesahkan bahawa titik-titik itu diambil sampel dengan betul dalam sempadan poligon. Contoh: plot(random_points, add = TRUE, col = "red").

Cara Skrip Berfungsi: Persampelan Rawak yang Cekap dalam Sempadan Poligon

Dalam contoh sebelumnya, matlamatnya adalah untuk mencuba titik rawak dengan cekap dalam batas poligon lapisan raster, mengelakkan beban pengiraan untuk memotong raster besar. Tugas ini amat penting apabila bekerja dengan set data yang besar dalam analisis spatial, seperti data penderiaan jauh atau pemodelan persekitaran. Penyelesaian yang disediakan dalam R, menggunakan pakej Terra dan sf, membolehkan proses pensampelan berlaku dalam sempadan poligon vektor, yang mewakili kawasan geografi tertentu yang menarik. Perintah itu memuatkan data raster ke dalam R, membolehkan manipulasi dan pensampelan tanpa benar-benar mengubah suai raster asal, memastikan proses kekal cekap walaupun dengan fail besar.

Langkah kritikal pertama dalam skrip melibatkan penggunaan berfungsi daripada pakej Terra untuk mengekstrak keluasan data poligon. Ini menyediakan kotak sempadan, pada asasnya tetingkap segi empat tepat, yang mentakrifkan kawasan di mana titik rawak harus dijadikan sampel. Sebagai contoh, dalam analisis penggunaan tanah, takat akan mewakili had geografi sesuatu wilayah, seperti kawasan hutan atau bandar. Kotak sempadan yang diperoleh daripada poligon memastikan bahawa hanya titik dalam kawasan pratakrif ini dipilih, menjadikan analisis khusus dan bermakna. Pendekatan ini juga menjimatkan kuasa pengkomputeran dengan menghapuskan keperluan untuk memotong raster itu sendiri.

The fungsi kemudiannya digunakan untuk sampel titik rawak daripada raster, berdasarkan sempadan poligon yang ditentukan. Fungsi ini membolehkan kami menentukan keluasan poligon yang tepat di mana titik harus muncul, sekali gus memastikan sampel dihadkan secara spatial ke kawasan yang diminati. Sebagai contoh, jika poligon mewakili tompok hutan yang berbeza di taman negara yang besar, titik rawak hanya akan berada dalam kawasan hutan ini, mengelakkan kawasan di luar sempadan poligon, seperti badan air atau kawasan bandar. Ini memastikan bahawa sampel adalah tepat dan berkaitan dengan analisis, tanpa manipulasi data atau penggunaan memori yang tidak perlu.

Penyelesaian kedua, yang menggabungkan pakej sf, memperkenalkan dan fungsi. Perintah ini membenarkan data vektor dibaca ke dalam R sebagai ciri spatial. Sebagai contoh, st_read() digunakan untuk mengimport shapefile yang mengandungi poligon yang mentakrifkan kawasan pensampelan. Selepas itu, st_transform() fungsi memastikan bahawa sistem rujukan koordinat (CRS) poligon sepadan dengan data raster. Penjajaran ini adalah penting untuk pensampelan yang tepat, kerana CRS yang tidak sepadan boleh menyebabkan ralat atau lokasi titik yang salah. Sebagai contoh, jika data poligon berada dalam unjuran yang berbeza daripada raster, ia boleh mengakibatkan titik pensampelan di luar kawasan yang dimaksudkan. Dengan mengubah CRS, penyelesaian menjadi lebih teguh dan boleh digunakan secara universal, tanpa mengira unjuran data input.

Akhir sekali, yang fungsi daripada pakej sf digunakan untuk menjana titik rawak dalam poligon. Fungsi ini agak berkuasa kerana ia menghormati geometri poligon dan memastikan bahawa titik diedarkan secara spatial dalam sempadan yang betul. Dalam konteks pemantauan alam sekitar, jika anda sedang mengkaji biodiversiti dalam ekosistem yang berbeza, anda boleh menggunakan fungsi ini untuk mengambil sampel titik rawak dalam tompok hutan, yang kemudiannya akan digunakan untuk analisis lanjut, seperti tinjauan tumbuh-tumbuhan atau pensampelan tanah. Gabungan arahan yang dioptimumkan ini menyediakan pendekatan yang kukuh dan cekap untuk persampelan rawak dalam sempadan poligon, menjadikannya alat penting untuk bekerja dengan set data raster dan vektor yang besar dalam R. 🌍

library(terra)
# Load raster and polygon data
raster_data <- rast("large_raster.tif")
polygons <- vect("polygons.shp")

# Get the extents of polygons
polygon_bounds <- ext(polygons)

# Generate random points within polygon bounds
num_points <- 1000
random_points <- spatSample(raster_data, size = num_points, ext = polygon_bounds)

# Plot the results
plot(raster_data)
plot(polygons, add = TRUE)
plot(random_points, add = TRUE, col = "red")
# End of code

library(terra)
library(sf)

# Load raster and polygon data
raster_data <- rast("large_raster.tif")
polygons <- st_read("polygons.shp")

# Use spatial indexing for polygons
polygons_sf <- st_transform(polygons, crs = crs(raster_data))
polygon_bounds <- st_bbox(polygons_sf)

# Randomly sample points using the bounding box of polygons
num_points <- 500
random_points <- st_sample(polygons_sf, size = num_points)

# Plot the results
plot(raster_data)
plot(polygons_sf$geometry, add = TRUE)
plot(random_points, add = TRUE, col = "blue")
# End of code

Penjelasan Perintah Utama yang Digunakan untuk Persampelan Titik Rawak dalam R

Di bawah ialah jadual yang menerangkan beberapa arahan R utama yang digunakan dalam contoh sebelumnya. Arahan ini penting untuk persampelan titik rawak dengan cekap dalam sempadan poligon, memfokuskan pada pengoptimuman prestasi dan analisis spatial.

Mengoptimumkan Persampelan Rawak Mata dalam Sempadan Poligon

Persampelan titik rawak dalam sempadan poligon tertentu pada set data raster besar boleh menjadi tugas yang mencabar dari segi pengiraan. Secara tradisinya, pengguna akan memotong raster menggunakan poligon dan kemudian mengambil sampel mata daripada data yang dipotong. Walaupun kaedah ini berfungsi, ia adalah intensif sumber dan tidak cekap apabila berurusan dengan fail raster yang besar, terutamanya dalam penderiaan jauh atau pemodelan persekitaran. Dengan kemajuan dalam pakej analisis spatial seperti Terra dan sf dalam R, pendekatan yang lebih dioptimumkan telah muncul. Daripada menggunting, kami boleh membuat sampel terus dalam sempadan poligon, mengurangkan pemprosesan data dan penggunaan memori yang tidak perlu. Pendekatan ini memanfaatkan kotak sempadan poligon untuk mengehadkan kawasan tempat titik rawak dijadikan sampel, memberikan penyelesaian yang lebih cekap dan berskala.

Dengan menggunakan fungsi spatSample() daripada pakej Terra, pengguna boleh terus mencuba titik rawak daripada raster dalam sempadan poligon. Fungsi ini membolehkan pengguna menentukan bilangan titik untuk dijadikan sampel dan jangkauan (iaitu, kotak sempadan) di mana pensampelan akan berlaku. Ini menghapuskan keperluan untuk memanipulasi keseluruhan raster, sekali gus menjimatkan masa pemprosesan dan memori sistem. Ia juga memastikan bahawa titik sampel mewakili poligon, yang penting untuk kajian seperti klasifikasi tutupan tanah atau analisis habitat, di mana hanya kawasan tertentu perlu dianalisis. Sebagai contoh, dalam penyelidikan ekologi, pensampelan boleh dihadkan kepada kawasan hutan, tidak termasuk badan air atau zon bandar, menjadikan analisis lebih disasarkan dan bermakna.

Satu lagi pertimbangan penting ialah bagaimana pakej sf boleh digunakan bersama dengan pakej Terra untuk pemprosesan data vektor. Fungsi st_transform() dan st_sample() membenarkan penjajaran yang betul bagi set data vektor dan raster dengan mengubah unjuran poligon agar sepadan dengan sistem rujukan koordinat (CRS) raster. Langkah ini adalah penting untuk pensampelan titik yang tepat kerana unjuran yang tidak sepadan boleh menyebabkan ralat pensampelan. Setelah data vektor diselaraskan dengan betul, titik rawak boleh dijadikan sampel dalam poligon menggunakan st_sample(). Kaedah ini amat berguna apabila bekerja dengan shapefiles poligon atau format vektor spatial lain, menawarkan penyelesaian yang lebih bersepadu dan komprehensif untuk analisis data spatial. 🌲

2. Anda boleh menggunakan berfungsi daripada pakej Terra dalam R untuk sampel titik rawak dalam sempadan poligon. Tentukan objek raster, bilangan titik dan sempadan poligon sebagai takat untuk pensampelan.
4. Menggunakan kotak sempadan poligon mengehadkan pensampelan rawak kepada kawasan geografi tertentu yang diminati, menjadikan analisis lebih relevan dan mengurangkan pengiraan yang tidak perlu untuk set data raster yang besar.
6. Ya, pakej sf dalam R membolehkan anda membaca data vektor (cth., shapefiles), mengubah sistem koordinatnya menggunakan , dan kemudian sampel titik menggunakan fungsi.
8. Menjajarkan sistem koordinat menggunakan memastikan bahawa kedua-dua data raster dan poligon berada dalam unjuran yang sama, mengelakkan salah jajaran semasa proses pensampelan titik dan memastikan keputusan yang tepat.
10. Fungsi berguna lain termasuk untuk memuatkan data raster, untuk mendapatkan takat poligon, dan untuk menggambarkan titik sampel di atas sempadan raster dan poligon.
12. Anda boleh menggunakan berfungsi untuk memaparkan raster, sempadan poligon, dan titik sampel. Ini penting untuk mengesahkan bahawa mata berada dalam kawasan yang dijangkakan.
14. Ya, persampelan rawak dalam sempadan poligon digunakan secara meluas dalam pemodelan alam sekitar, penilaian habitat, klasifikasi tutupan tanah, dan juga perancangan bandar untuk memastikan pensampelan dihadkan kepada kawasan yang menarik, seperti hutan, tanah lembap atau zon pertanian.
16. Ya, kaedah yang diterangkan boleh mencontohi titik merentas berbilang poligon terputus. Lapisan poligon boleh mengandungi beberapa poligon individu, dan titik akan diambil sampel dalam setiap poligon, menghormati sempadannya.
18. Mengelakkan keratan raster dengan ketara mengurangkan penggunaan memori dan beban pengiraan, terutamanya apabila bekerja dengan set data yang besar. Persampelan terus daripada raster dalam sempadan poligon menghilangkan keperluan untuk memproses dan menyimpan set data terpotong perantaraan yang besar.
20. Ya, anda boleh mengawal bilangan titik sampel dengan menyatakan parameter saiz dalam berfungsi atau melaraskan bilangan mata dalam fungsi, bergantung pada ketumpatan yang diperlukan untuk analisis anda.
22. Jika lapisan raster dan poligon mempunyai resolusi yang berbeza, anda mungkin perlu sampel semula raster untuk memadankan resolusi poligon atau melaraskan ketumpatan pensampelan untuk memastikan keserasian antara dua set data.

Artikel ini membincangkan kaedah untuk mata daripada set data raster besar dalam poligon tertentu . Apabila set data semakin besar, kaedah keratan tradisional boleh menjadi tidak cekap, jadi penggunaan pakej seperti menawarkan penyelesaian yang optimum. Persampelan terus dalam sempadan poligon membantu mengurangkan masa pemprosesan dan ingatan penggunaan, menjadikannya lebih cekap untuk tugasan analisis spatial seperti pemodelan alam sekitar 🌍.

Keupayaan untuk mengambil sampel mata dalam sempadan poligon pada set data raster yang besar adalah kemahiran penting bagi sesiapa sahaja yang bekerja dengan data spatial dalam R. Dengan memanfaatkan pakej, kami boleh mengoptimumkan proses pensampelan titik, menjadikannya lebih pantas dan lebih cekap. Persampelan terus daripada data raster tanpa keratan memastikan sumber digunakan dengan berkesan, terutamanya untuk analisis berskala besar 🌿.

Kesimpulannya, persampelan rawak dalam sempadan poligon menggunakan kaedah yang dioptimumkan membantu mengurus set data yang besar sambil memberikan hasil yang boleh dipercayai. Menggunakan pakej seperti dan , penyelidik boleh mengelakkan ketidakcekapan keratan dan mengendalikan tugas spatial yang kompleks dengan mudah. Perkara utama ialah ketepatan dan kecekapan boleh seiring apabila berurusan dengan data besar dalam analisis geospatial.