如何在R中将15分钟间隔的时间序列扩展为10秒间隔？

问题背景 #

我有一个土壤湿度（SM）与温度（T）的时间序列数据集，原始数据时间间隔为15分钟，示例数据如下：

DateTime              SMCount      T1        T2      T3  
2023-04-24 11:45:00   3960        12.875   15.625   17.5  
2023-04-24 12:00:00   3951        13.00    15.375   17.125         
2023-04-24 12:15:00   3955        13.25    15.6875  17.5  
2023-04-24 12:30:00   3961        13.1875  14.75    15.875 

需要将其扩展为10秒间隔的时间序列，每个原始时间点的SMCount、T1、T2、T3值在对应15分钟区间内重复填充，示例效果如下：

DateTime              SMCount      T1        T2      T3  
2023-04-24 11:45:00   3960        12.875   15.625   17.5  
2023-04-24 11:45:10   3960        12.875   15.625   17.5  
2023-04-24 11:45:20   3960        12.875   15.625   17.5  
2023-04-24 11:45:30   3960        12.875   15.625   17.5 

现有代码的错误分析 #

尝试的两种方案均存在语法错误，核心问题是管道操作（%>%）的使用逻辑错误：

1. 方案1错误：complete()函数内不能直接用soilmoisture$DateTime = ...赋值，管道操作会自动传递上游数据，只需指定列名；同时by = 1未明确时间单位，应指定为秒。

library(tidyr)
df <- complete(soilmoisture$DateTime = seq(from = min(soilmoisture$DateTime), to = max(soilmoisture$DateTime), by = 1)) %>%
  fill(SMCount)

报错：Error: unexpected '=' in "df %>% complete(soilmoisture$DateTime="

2. 方案2错误：mutate()函数内不能用soilmoisture$DateTime赋值，管道操作中直接使用列名即可；seq.POSIXt的步长设为"sec"是1秒，不符合10秒的需求，且存在拼写错误Datetime（应为DateTime）。

library(tidyverse)
data <- mutate(soilmoisture$DateTime = lubridate::ymd_hms(soilmoisture$DateTime))%>%
  complete(soilmoisture$DateTime = seq.POSIXt(min(soilmoisture$Datetime), max(soilmoisture$DateTime), by="sec"))%>%
  fill(SMCount)

报错：Error: unexpected '=' in "data <- mutate(soilmoisture$DateTime ="

正确解决方案 #

以下是修复后的完整代码，可实现10秒间隔扩展及多列批量填充：

library(tidyverse)
library(lubridate)

# 确保DateTime列为POSIXct格式（如果原始数据不是的话）
soilmoisture <- soilmoisture %>%
  mutate(DateTime = ymd_hms(DateTime))

# 扩展时间序列并批量填充所有需要重复的列
expanded_data <- soilmoisture %>%
  # 生成10秒间隔的时间序列，覆盖原始数据的时间范围
  complete(DateTime = seq(from = min(DateTime), to = max(DateTime), by = "10 sec")) %>%
  # 批量填充SMCount、T1、T2、T3列，按向下填充（默认逻辑）
  fill(SMCount, T1, T2, T3, .direction = "down")

代码说明 #

• 格式转换：用ymd_hms()将DateTime转换为POSIXct时间格式，确保时间序列操作正常执行。
• 时间扩展：complete()函数直接指定DateTime列，生成步长为10秒的连续时间序列，管道会自动调用上游的soilmoisture数据。
• 批量填充：fill()函数中列出所有需要填充的列，.direction = "down"表示从上到下填充，即每个原始时间点的值会填充到下一个原始时间点之前的所有10秒间隔行。

验证效果 #

运行代码后，expanded_data会包含10秒间隔的时间序列，每个15分钟区间内的SMCount、T1、T2、T3值与对应原始时间点的值完全一致，符合需求。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Steffi Carter