GGPLOT2时间序列图与彩色编码风向箭头

Question

下午好，

我试图生产出的箭头显示风向和彩色显示风速强度的时间序列图。最后，我想获得一个情节是这样的（只是一个例子图片我在网上找到）：

我设法找到一个类似的帖子（见下文），我试图跟随，但我正确显示风向箭头时卡住了。

上类似的帖子： ggplot2 wind time series with arrows/vectors

我已经把这些代码到目前为止如下：

require(ggplot2) 
require(scales) 
require(gridExtra) 
require(lubridate) 

dat <- data.frame(datetime = ISOdatetime(2013,08,04,0,0,0) + 
        seq(0:23)*60*60, pollutant = runif(24, 25, 75)) 

## create wind speed data 
dat$ws <- runif(nrow(dat), 0 , 15) 

## create wind direction data 
dat$wd <- runif(nrow(dat), 0 , 360) 

# define an end point for geom_segment 
dat$x.end <- dat$datetime + minutes(60) 

ggplot(data = dat, aes(x = datetime, y = pollutant)) + 
    geom_line() + 
    geom_segment(data = dat, 
       size = 1, 
       aes(x = datetime, 
        xend = x.end, 
        y = pollutant, 
        yend = wd), 
       arrow = arrow(length = unit(0.5, "cm"))) + 
    theme() 

使用上面的代码，我得到了以下情节：

正如你所看到的情节开始箭头，我希望它开始，但方向和终点太长，我不知道我怎么可以缩放这是一个短呃用颜色编码加速的箭头。我非常感谢你对我如何实现这一目标的任何指导。

非常感谢， 阿燕

Answer 1

你看上面并没有给出正确的方向上的情节 - 例如dat$wd[1]约为190°，所以如果0°对应右侧的水平箭头，则190°应该给你一个向左和向下的箭头。要获得正确方向的箭头，需要将风向的余弦和正弦添加到箭头的起点以定义其终点（请参阅下面的代码）。因为（1）这些轴的尺寸完全不同，所以箭头的“长度”并不代表什么意思，（2）您的纵横比绘图设备会扭曲箭头的视觉长度。

我已经发布了一个解决方案草图，其中我将x和y方向上的箭头偏移量缩放为用于绘图的变量范围的10％，但这不会产生均匀视觉长度的向量。在任何情况下，这些箭头的长度都没有明确定义，因为（a）x轴和y轴代表不同的单位，（b）改变图的纵横比将改变这些箭头的长度。

## arrows go from (datetime, pollutant) to 
##     (datetime, pollutant) + scaling*(sin(wd), cos(wd)) 
scaling <- c(as.numeric(diff(range(dat$datetime)))*60*60, # convert to seconds 
        diff(range(dat$pollutant)))/10 
dat <- within(dat, { 
    x.end <- datetime + scaling[1] * cos(wd/180 * pi) 
    y.end <- pollutant + scaling[2] * sin(wd/180 * pi) 
}) 


ggplot(data = dat, aes(x = datetime, y = pollutant)) + 
    geom_line() + 
    geom_segment(data = dat, 
       size = 1, 
       aes(x = datetime, 
        xend = x.end, 
        y = pollutant, 
        yend = y.end, 
        colour=ws), 
       arrow = arrow(length = unit(0.1, "cm"))) + 
scale_colour_gradient(low="green", high="red") 

而改变纵横比那种混乱的事情了：

Answer 2

这是不完整的，但我希望这将是对你或别人一个开始。我是否正确理解以下内容？

1. 箭头的起始x是时间
2. 箭头的起始Y是污染物
3. 箭头的长度是风速
4. 箭头的方向是方向
5. 箭头的颜色是风速

如果是这样，一个缺少的部分是从极坐标转换到笛卡尔坐标。 （例如，​​）

坐标系是我没有想到的缺失部分。该图是两个坐标系的混合。箭头的起点基于（时间x污染物）。但矢量是方向和风速的极坐标。假设（时间x污染物）的纵横比不为1，则来自北部的5节小风将具有与来自东南部的5节小风不同的长度。

有两件事情需要调整。一个是（时间×污染物）纵横比。另一个是图形的物理尺寸。我不知道如何处理第二个问题，所以我将其固定为一个恒定值。但想象一下你会想要一些更好的方法 - 可能是通过查询一些底层网格属性。

dat <- data.frame(
datetime = 0:100, 
#datetime = ISOdatetime(2013,08,04,0,0,0) + seq(0:23)*60*60, 
pollutant = 0 #Swap the next two lines for a nonuniform pollutant 
#pollutant = runif(24, 25, 75) 
) 
## convert to a numeric variable 
# dat$datetime <- 0 
# dat$datetime <- as.numeric(dat$datetime) 

#Adjust the aspect ratio 
# xrange <- range(dat$datetime) 
xlimits <- c(-5, 100) 
xrange <- diff(range(xlimits)) 
ylimits <- c(-5, 10) 
yrange <- diff(range(ylimits)) 
aspectratio <- xrange/yrange 

## create wind speed data 
dat$ws <- 1 
# dat$ws <- runif(nrow(dat), 0, 15) 

## create wind direction data 
#dat$wd_degrees <- runif(nrow(dat), 0, 360) 
dat$wd_degrees <- seq(from=0, to=360, length.out=nrow(dat)) 
dat$wd_radians <- dat$wd_degrees * (pi/180) 


## convert from polar to cartesian 
dat$xend <- aspectratio * (dat$ws * sin(dat$wd_radians)) + dat$datetime 
dat$yend <- aspectratio * (dat$ws * cos(dat$wd_radians)) + dat$pollutant 

ggplot(data = dat, aes(x = datetime, y = pollutant)) + 
geom_line() + 
geom_segment(data = dat,   
      size = 1, 
      aes(xend = xend, 
       yend = yend, 
       color = ws), 
      arrow = arrow(length = unit(0.5, "cm"))) + 
coord_fixed(xlim=xlimits, ylim=ylimits, ratio=1) + 
theme() 

Answer 3

使用十进制度计算风向。假设你想0度北（上），使用以下内容：

ggplot(data = dat, aes(x=datetime, y=pollutant)) + 
    geom_text(aes(angle=-wd_degrees+90), label="→")