如何用R语言的terra/sf包生成最近要素距离栅格？

问题描述 #

我有一个由线（道路）组成的simple feature对象，想要生成一个栅格，其中每个单元格代表到最近线的距离（即到最近道路的距离）。测试用多线sf对象代码如下：

library(sf)

# 创建多线字符串
s1 <- rbind(c(0,3),c(0,4),c(1,5),c(2,5))
s2 <- rbind(c(0.2,3), c(0.2,4), c(1,4.8), c(2,4.8))
s3 <- rbind(c(0,4.4), c(0.6,5))

# sf多线字符串对象
mls <- st_multilinestring(list(s1,s2,s3))

已知starsExtra有对应实现方案，但因实际数据量庞大，希望仅使用terra或sf包生态（已在项目中使用，减少额外依赖）替代starsExtra::dist_to_nearest。

解决方案 #

方法1：使用terra包（高效适配大数据量） #

terra的distance()函数原生支持栅格到矢量要素的最近距离计算，底层优化较好，适合处理大规模数据。

library(sf)
library(terra)

# 将sf多线对象转换为terra矢量格式
v <- vect(mls)

# 创建覆盖要素范围的空栅格，设置分辨率为0.01
ext <- ext(v)
r <- rast(ext, res = 0.01, crs = crs(v))

# 计算每个栅格单元到最近线的距离
dist_rast <- distance(r, v)

# 可视化结果
plot(dist_rast, breaks = "equal", axes = TRUE)
lines(v, col = "red")

方法2：纯sf生态实现（适合小数据量场景） #

如果依赖严格限制为sf，可以通过生成栅格中心点、计算点到线的距离，再转换为栅格的方式实现，大数据量下效率低于terra。

library(sf)

# 创建覆盖要素边界的栅格中心点网格
bbox <- st_bbox(mls)
grid_centers <- st_make_grid(
  x = bbox,
  cellsize = 0.01,
  what = "centers"
) %>% st_sfc() %>% st_sf()

# 计算每个中心点到最近线的距离
grid_centers$distance <- st_distance(grid_centers, st_sfc(mls), by_element = TRUE)

# 将点数据转换为栅格（借助terra完成格式转换）
library(terra)
dist_rast <- rast(grid_centers, type = "distance")

# 可视化
plot(dist_rast, breaks = "equal", axes = TRUE)
plot(st_geometry(mls), add = TRUE, col = "red")

内容的提问来源于stack exchange，提问作者André.B