R语言sp包coordinates命令对SpatialPolygonsDataFrame的返回值解析

问题背景 #

我有一个用于描述物种分布的大型SpatialPolygonsDataFrame，包含4个代表不同分布区域（如繁殖区、越冬区）的主要要素，每个要素由多个不连续多边形组成。执行sp::coordinates(my_data)后得到四组坐标：

[,1]     [,2]
0 58.03994 43.18015
1 73.65654 29.37278
2 52.59073 37.45488
3 68.26932 36.04832

我推测每组坐标对应一个要素，但有以下疑问：

• 这些坐标是否为某种质心？
• 它们和SpatialPolygonsDataFrame中的标记坐标（labpt）完全相同，是sp包直接取用该值，还是从多边形计算而来？
• 这些值是否始终落在对应要素的多边形内，还是可能落在多边形外？

解答 #

1. 坐标的本质：就是labpt标记点，非严格几何质心 #

sp::coordinates()对SpatialPolygonsDataFrame调用时，返回的就是每个要素（即每个Polygons对象）的labpt属性值，并非基于多边形形状计算的几何质心。

2. labpt的来源 #

labpt的取值逻辑分两种情况：

• 若创建SpatialPolygons对象时手动指定了labpt参数，sp包直接沿用该值；
• 若未手动指定，sp会默认计算该要素所有多边形的边界框（bbox）中心，将其设为labpt。

3. 是否始终落在多边形内部？ #

不一定：

• 当要素是单块连通多边形时，边界框中心大概率处于多边形内部；
• 但如果要素是不连续的多块多边形（比如你的物种分布区分散在多个区域），边界框是包裹所有多边形的最小矩形，它的中心很可能落在所有多边形之外的空白区域。

比如某个分布区包含东北、西北两块不相连的多边形，边界框会覆盖这两个区域，中心可能落在两块之间的无分布地带，完全不在任何一个多边形内。

补充：获取真正几何质心的方法 #

如果需要每个要素基于面积加权的几何质心（更符合“分布中心”的实际意义），可以使用rgeos::gCentroid()函数，它会考虑多边形的实际形状和面积，计算出的质心大概率落在多边形内部（极端凹多边形除外，这类情况在物种分布数据中很少见）。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Emily O'Connor