使用ggplot2与map_data('state')绘制美国州地图变形的解决方法

问题描述 #

我尝试使用ggplot2和usa <- map_data('state')绘制美国各州地图，虽然用coord_fixed()固定了宽高比，但地图仍呈现过宽过扁的错误形态，该如何修正？

当前代码：

ggplot(data = hiv_data, mapping = aes(x= long, y= lat, group = group, fill = delta)) +
  geom_polygon(color="blue") + 
  scale_fill_gradient2(
    limits=range(5,-175),
    low = "blue",
    high = "white"
  ) +
  theme_classic() +
  labs(
    x = "",
    y = "", 
    title = "Change in HIV per 100000 from 2008 to 2020"
  ) +
  theme( 
    axis.text.x = element_blank(),
    axis.text.y=element_blank(),
    axis.line = element_blank(),
    axis.ticks = element_blank()
  ) +
  coord_fixed()

错误原因 #

map_data('state')返回的是经纬度坐标，coord_fixed()默认使用1:1的宽高比，但地球是球体，同一经度差的实际距离会随纬度变化，美国本土的纬度范围下，经度方向的距离比纬度方向短，直接用默认比例会导致地图拉伸变形。

修正方案 #

方案1：使用专业地图投影（推荐） #

用coord_map()替代coord_fixed()，它支持多种地图投影，其中**阿尔伯斯投影（albers）**非常适合美国本土区域，能自动校正比例：

ggplot(data = hiv_data, mapping = aes(x= long, y= lat, group = group, fill = delta)) +
  geom_polygon(color="blue") + 
  scale_fill_gradient2(
    limits = c(-175, 5),  # 替换range(5,-175)，直接写范围更清晰
    low = "blue",
    high = "white"
  ) +
  theme_classic() +
  labs(
    x = "",
    y = "", 
    title = "2008至2020年每10万人HIV感染率变化"
  ) +
  theme( 
    axis.text.x = element_blank(),
    axis.text.y = element_blank(),
    axis.line = element_blank(),
    axis.ticks = element_blank()
  ) +
  coord_map(projection = "albers", lat0 = 39, lat1 = 45)  # 设置阿尔伯斯投影的标准纬度

方案2：手动调整宽高比 #

如果坚持用coord_fixed()，可以根据美国本土的经纬度范围手动设置ratio参数，通常设置为1.3左右能得到比较自然的比例：

ggplot(data = hiv_data, mapping = aes(x= long, y= lat, group = group, fill = delta)) +
  geom_polygon(color="blue") + 
  scale_fill_gradient2(
    limits = c(-175, 5),
    low = "blue",
    high = "white"
  ) +
  theme_classic() +
  labs(
    x = "",
    y = "", 
    title = "2008至2020年每10万人HIV感染率变化"
  ) +
  theme( 
    axis.text.x = element_blank(),
    axis.text.y = element_blank(),
    axis.line = element_blank(),
    axis.ticks = element_blank()
  ) +
  coord_fixed(ratio = 1.3)  # 手动调整宽高比

内容的提问来源于stack exchange，提问作者John