R中stars::st_as_sf(merge=TRUE)未完全合并同值栅格点问题

问题描述 #

处理大栅格时，raster::rasterToPolygons(..., dissolve = TRUE)会因内存占用过高崩溃。改用stars包转sf对象时，sf::st_as_sf(..., merge = TRUE)仅能将相邻的相同值栅格单元合并，得到5908个要素，而非预期的单个多面体（所有有效栅格值均为242）。同时无法直接调用stars::st_as_sf，只能使用sf::st_as_sf。

环境配置 #

• Ubuntu 22.04.1 LTS
• R 4.2.1 (2022-06-23) -- "Funny-Looking Kid"
• RStudio 2022.07.2+576 "Spotted Wakerobin"
• 包版本：CropScapeR 1.1.4、httr 1.4.4、raster 3.6-3、sf 1.0-8、stars 0.5-6

可复现代码 #

library(CropScapeR)
library(httr)
library(stars)
library(raster)
library(sf)

# Linux系统下载USDA CDL数据需跳过SSL校验
httr::set_config(httr::config(ssl_verifypeer = 0L))
tif_file <- tempfile(fileext = '.tif')
ST_CDL1 <- GetCDLData(aoi = '34001', year = 2021, type = 'f', save_path = tif_file)
writeRaster(ST_CDL1, "ST_CDL1.tif", overwrite=TRUE)
ST_CDL1 = raster("ST_CDL1.tif")

# 创建仅保留蓝莓区域（值为242）的栅格，其余设为NA
ST_CDL_blueberries1 <- 
  raster::reclassify(ST_CDL1,
                     c(-0.1,241.9,NA,
                       242.1,255.1,NA),
                     progress="text")

# 转为stars对象后转sf
ST_CDL_blueberries1 <- stars::st_as_stars(ST_CDL_blueberries1)
# 不合并得到52260个要素
ST_CDL_blueberries1false <- sf::st_as_sf(ST_CDL_blueberries1, 
             as_points = FALSE, merge = FALSE)
# 合并后仅得到5908个要素，未达预期
ST_CDL_blueberries1true <- sf::st_as_sf(ST_CDL_blueberries1, 
             as_points = FALSE, merge = TRUE)

可行但内存不足的代码 #

# 重新分类保留蓝莓区域
ST_CDL_blueberries1 <- 
  raster::reclassify(ST_CDL,
                     c(-0.1,241.9,NA,
                       242.1,255.1,NA),
                     progress="text")

# 栅格转面并合并为单个要素，但大栅格下内存溢出
ST_CDL_blueberries1 <- rasterToPolygons(ST_CDL_blueberries1, dissolve = TRUE)
ST_CDL_blueberries1 <- st_as_sf(ST_CDL_blueberries1)

解决方案 #

核心原因 #

raster::rasterToPolygons(dissolve = TRUE)会将所有相同值的栅格单元合并为一个多面体（无论是否空间相邻），而sf::st_as_sf(..., merge = TRUE)仅合并空间相邻的相同值单元。因此当有效区域由多个不连续斑块组成时，stars方法会得到多个要素，而非单个。

解决步骤 #

利用stars包低内存的优势完成栅格转面后，使用sf::st_union()合并所有要素，得到单个多面体：

# 转为stars对象后转sf（合并相邻单元）
ST_CDL_blueberries_stars <- stars::st_as_stars(ST_CDL_blueberries1)
ST_CDL_blueberries_sf <- sf::st_as_sf(ST_CDL_blueberries_stars, 
                                      as_points = FALSE, merge = TRUE)

# 合并所有要素为单个多面体
ST_CDL_blueberries_union <- sf::st_union(ST_CDL_blueberries_sf)
# 转为sf对象（可选，方便后续操作）
ST_CDL_blueberries_final <- sf::st_sf(geometry = ST_CDL_blueberries_union)

额外优化 #

如果栅格极大，可考虑分块处理后再合并，但对于多数场景，上述方法已能解决内存问题，同时得到预期的单个多面体。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者RobertoAS