Struktura rasowo-etniczna wybranego hrabstwa w Stanach Zjednoczonych
Analiza geoinformacyjna
Anna Dmowska (dmowska@amu.edu.pl)
1 Cel ćwiczenia
Proszę przeanalizować strukturę rasowo-etniczną wybranego hrabstwa w danym roku W analizie proszę uwzględnić podział na kategorie rasowo-etniczne: biali, czarni, Azjaci, Latynosi, rdzenni Amerykanie, pozostali (tj. osoby deklarujące przynależność do więcej niż jednej grupy rasowo-etnicznej))
Każdemu uczestnikowi ćwiczeń zostało przydzielone jedno hrabstwo w określonym roku. Z udostępnionych danych należy wyselekcjonować przydzielone hrabstwo. Uwaga! Dane przygotowane w tym ćwiczeniu będą wykorzystywane także w kolejnych ćwiczeniach. Proszę przygotować dane i zapisać je do dalszego wykorzystania.
2 Źródło danych
Dane dotyczące rasowo-etnicznej struktury ludności w Stanach Zjednoczonych zbierane są w ramach Spisów Ludności, organizowanych co 10 lat (ostatni spis miał miejsce w 2020 roku)
Najlepszym źródłem danych pochodzących ze Spisów Ludności jest projekt National Historical Geographic Information System– NHGIS http://nhgis.org
Dane Spisu Ludności USA są udostępniane w postaci danych zagregowanych do jednostek spisowych. W USA obowiązuje kilka poziomów agregacji danych.
2.1 Poziomy agregacji danych
https://learn.arcgis.com/en/related-concepts/united-states-census-geography.htm
- Stany (ang. states)
- Hrabstwa (ang. counties)
- Obszary spisowe (ang. census tracts) - najczęściej wykorzystywane jednostki danych
- Grupy bloków spisowych (ang. block groups)
- Bloki spisowe (ang. blocks) - najmniejsze jednostki agregacji danych.
2.2 NHGIS - National Historical GIS
- Projekt udostępniający dane ze Spisów Ludności z lat 1790-2010
- Dane tabelaryczne na różnym poziomie agregacji
- Dane GIS (granice jednostek spisowych)
- Dane tabelaryczne oraz GIS posiadają wspólne ID ułatwiające połączenie obu źródeł danych.
- Pobieranie danych wymaga utworzenia konta oraz zalogowania. Dane są udostępniane bezpłatnie.
3 Dane do ćwiczeń
Dane zostały pobrane ze strony http://nhgis.org.
W ćwiczeniu zostaną wykorzystane dwa rodzeje danych:
- Dane dotyczące struktury rasowo-etnicznej wybranych hrabstw zagregowane do bloków spisowych (ang. blocks) dla lat 1990, 2000, 2010, 2020 (dane_atrybutowe.zip)
- Granice obszarów spisowych (ang. census tracts) dla wybranych hrabstw dla lat 1990, 2000, 2010, 2020 (dane_przestrzenne.zip)
3.1 Dane dotyczące struktury rasowo-etnicznej
Dane zawierają następujące pola:
- “GISJOIN” - identyfikator danych na poziomie bloków spisowych,
pozwalający na połączenie danych atrybutowych z danymi
przestrzennymi
- “GISJOIN_T” - identyfikator danych na poziomie obszarów spisowych,
pole będzie wykorzystane do zagregowania danych z bloków spisowych do
obszarów spisowych; pozwala na połączenie danych atrybutowych z danymi
przestrzennymi na poziomie obszarów spisowych.
- “COUNTY_CODE” - kod hrabstwa składający się z dwóch elementów - kodu stanu oraz kodu hrabstwa. Pozwala na identyfikację hrabstw w Stanach Zjednoczonych. Kod zostanie użyty do wyselekcjonowania danych dla wybranego hrabstwa.
- “STATEA” - kod stanu
- “COUNTYA” - kod hrabstwa
- “TRACTA” - kod obszaru spisowego
- “BLOCKA” - kod bloku
- zestaw kolumn zawierający dane dotyczące rasowo-etnicznej struktur ludności.
3.2 Granice obszarów spisowych.
Dane zawierają m.in pola:
GISJOIN - identyfikator danych na poziomie obszarów spisowych, pozwala na połączenie danych atrybutowych z danymi przestrzennymi na poziomie obszarów spisowych. Uwaga! Aby połączyć dane atrybutowe dla obszarów spisowych z danymi przestrzennymi należy użyć pola GISJOIN_T z plików tekstowych oraz pola GISJOIN w danych przestrzennych.
CNT_CODE - kod hrabstwa składający się z dwóch elementów - kodu stanu oraz kodu hrabstwa. Pozwala na identyfikację hrabstw w Stanach Zjednoczonych. Kod zostanie użyty do wyselekcjonowania danych dla wybranego hrabstwa. W danych w plikach tekstowych kod ten zapisany jest w kolumnie COUNTY_CODE.
3.3 Kategorie rasowo-etniczne w Spisach Ludności
Podział na kategorie rasowo-etniczne zmieniał się między Spisami Ludności. W ćwiczeniach będziemy wykorzystywać podział na 5 grup:
- Osoby nie wykazujące pochodzenia Latynowskiego (Not Hispanic or Latino) w podziale na grupy rasowe: Biali, Czarni, Azjaci, Rdzenni Amerykanie, Pozostali - osoby, które wskazały przynależność do więcej niż jednej grupy rasowo-etnicznej
- Latynosi (bez względu na grupę rasową)
Rok 1990
| Kod | Kategoria |
|---|---|
| ET2001 | Not Hispanic origin : White |
| ET2002 | Not Hispanic origin: Blacks |
| ET2003 | Not Hispanic origin: American Indian, Eskimo, or Aleut |
| ET2004 | Not Hispanic origin: Asian alone or Pacific Islander |
| ET2005 | Not Hispanic origin: Other race |
| ET2006 | Hispanic origin : White |
| ET2007 | Hispanic origin : Blacks |
| ET2008 | Hispanic origin : American Indian, Eskimo, or Aleut |
| ET2009 | Hispanic origin : Asian alone or Pacific Islander |
| ET2010 | Hispanic origin : Other race |
Rok 2000
| Kod | Kategoria |
|---|---|
| FYF001 | Not Hispanic or Latino : White alone |
| FYF002 | Not Hispanic or Latino : Black or African American alone |
| FYF003 | Not Hispanic or Latino : American Indian and Alaska Native alone |
| FYF004 | Not Hispanic or Latino : Asian alone |
| FYF005 | Not Hispanic or Latino : Native Hawaiian and Other Pacific Islander alone |
| FYF006 | Not Hispanic or Latino : Some other race alone |
| FYF007 | Not Hispanic or Latino : Two or more races |
| FYF008 | Hispanic or Latino : White alone |
| FYF009 | Hispanic or Latino : Black or African American alone |
| FYF010 | Hispanic or Latino : American Indian and Alaska Native alone |
| FYF011 | Hispanic or Latino : Asian alone |
| FYF012 | Hispanic or Latino : Native Hawaiian and Other Pacific Islander alone |
| FYF013 | Hispanic or Latino : Some other race alone |
| FYF014 | Hispanic or Latino : Two or more races |
Rok 2010
| Kod | Kategoria |
|---|---|
| H7Z001 | Total population |
| H7Z002 | Not Hispanic or Latino |
| H7Z003 | Not Hispanic or Latino : White alone |
| H7Z004 | Not Hispanic or Latino : Black or African American alone |
| H7Z005 | Not Hispanic or Latino : American Indian and Alaska Native alone |
| H7Z006 | Not Hispanic or Latino : Asian alone |
| H7Z007 | Not Hispanic or Latino : Native Hawaiian and Other Pacific Islander alone |
| H7Z008 | Not Hispanic or Latino : Some other race alone |
| H7Z009 | Not Hispanic or Latino : Two or more races |
| H7Z010 | Hispanic or Latino |
Rok 2020
| Kod | Kategoria |
|---|---|
| U7C001 | Total population |
| U7C002 | Hispanic or Latino |
| U7C005 | Not Hispanic or Latino: White alone |
| U7C006 | Not Hispanic or Latino: Black or African American alone |
| U7C007 | Not Hispanic or Latino: American Indian and Alaska Native alone |
| U7C008 | Not Hispanic or Latino: Asian alone |
| U7C009 | Not Hispanic or Latino: Native Hawaiian and Other Pacific Islander alone |
| U7C010 | Not Hispanic or Latino: Some other race alone |
| U7C011 | Not Hispanic or Latino: Two or more races |
4 Przygotowanie danych do analizy
W wyniku przygotowania danych powinny powstać 3 pliki:
- plik tekstowy zawierający dane z bloków spisowych dla wybranego hrabstwa w roku X. [nazwa_hrabstwa]_[rok]_blocks_attr.csv
- plik tekstowy zawierający dane zagregowane do obszarów spisowych dla wybranego hrabstwa w roku X. [nazwa_hrabstwa]_[rok]_tracts_attr.csv
- plik z danymi przestrzennymi zawierający dane z obszarów spisowych połączone z granicami obszarów spisowych dla wybranego hrabstwa w roku X. Plik należy zapisać pod nazwą [nazwa_hrabstwa.gpkg, layer = tract_[rok]]
Pliki tekstowe csv należy zapisać w folderze data/dane_attr, natomiast plik gpkg w folderze data/dane_geo
Przygotowanie danych do analizy obejmuje 3 etapy:
- Wybór danych dla wskazanego hrabstwa.
- Klasyfikacja kategorii rasowo-etnicznych
- Agregacja danych z bloków spisowych do obszarów spisowych i połączenie ich z warstwą przestrzenną zawierającą granice obszarów spisowych.
4.1 Wybór danych dla wskazanego hrabstwa.
- Pliki w archiwum zip “dane_atrybutowe.zip” zawierają dane na poziomie bloków spisowych. Używając pola COUNTY_CODE proszę wybrać dane dla wskazanego hrabstwa. Proszę wykonać to zadanie dla dwóch wskazanych lat (np. 2000 oraz 2020).
- Pliki w archiwum zip “dane_przestrzenne.zip” zawierają granice obszarów spisowych. Używając pola CNT_CODE proszę wybrać dane dla wskazanego hrabstwa. Proszę wykonać to zadanie dla dwóch wskazanych lat (np. 2000 oraz 2020).
W wyniku powstaną 2 pliki stanowiące dane wejściowe do analizy:
- plik tekstowy zawierający dane z bloków spisowych dla wybranego hrabstwa w roku X (Nazwa pliku: [nazwa_hrabstwa]_[rok]_blocks.csv)
- granice obszarów spisowych dla wybranego hrabstwa w roku X (Nazwa pliku: [nazwa_hrabstwa]_[rok]_tracts.shp)
4.2 Klasyfikacja kategorii rasowo-etnicznych
Wykorzystując dane w pliku tekstowym zawierające dane z bloków spisowych dla wybranego hrabstwa w roku X (Nazwa pliku: [nazwa_hrabstwa]_[rok]blocks.csv) należy przeklasyfikować kategorie rasowe do 6 grup. Plik należy zapisać pod nazwą [nazwa_hrabstwa][rok]_blocks_attr.csv.
Pliki dla różnych lat zawierają różny podział na kategorie rasowo-etniczne. Dane należy przeklasyfikować do 6 kategorii:
- Biali (kolor żółty w tabelach),
- Czarni (kolor zielony w tabelach),
- Azjaci (kolor różowy w tabelach),
- Rdzenni Amerykanie (kolor niebieski w tabelach)
- Pozostali (kolor brązowy w tabelach),
- Latynosi (kolor fioletowy w tabelach).
4.3 Obliczenie liczby ludności
Używając danych dla poszczególnych grup rasowo-etnicznych należy obliczyć ogólną liczbę ludności zamieszkujących dany blok spisowy. Dane przypisać do kolumny POP.
4.4 Agregacja danych z bloków spisowych do obszarów spisowych
Plik tekstowy zawiera dane z bloków spisowych dla wybranego hrabstwa w roku X (Nazwa pliku: [nazwa_hrabstwa]_[rok]blocks.csv). Wykorzystując pole GISJOIN_T należy zagregować te dane do poziomu obszarów spisowych (census tract). Plik wynikowy zapisać jako [nazwa_hrabstwa][rok]_tracts_attr.csv Jeśli dane zostały zagregowane poprawnie, będzie je można połączyć z danymi przestrzennymi (granice obszarów spisowych dla danego roku).
Przykład: Jak zagregować dane z bloków spisowych do obszarów spisowych?
Dane dla bloków spisowych
Tabela przedstawia dane dotyczące struktury rasowo-etnicznej dla 16 bloków spisowych dla 6 kategorii rasowo-etnicznych (WHITE, BLACK, ASIAN, HISPANIC, NATIVE AMERICAN, OTHER). Dane te można zagregować do dwóch obszarów spisowych (pole TRACTA -> 12301 oraz 12302).
dat <- read.csv("data/cw2/ex.csv")| GISJOIN | GISJOIN_T | COUNTY_CODE | STATEA | COUNTYA | TRACTA | BLOCKA | WHITE | BLACK | ASIAN | AM | OTHER | HISPANIC | POP |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| G06007500123011000 | G0600750012301 | 6075 | 6 | 75 | 12301 | 1000 | 28 | 11 | 25 | 2 | 2 | 5 | 73 |
| G06007500123011001 | G0600750012301 | 6075 | 6 | 75 | 12301 | 1001 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| G06007500123011002 | G0600750012301 | 6075 | 6 | 75 | 12301 | 1002 | 22 | 8 | 90 | 1 | 5 | 2 | 128 |
| G06007500123011003 | G0600750012301 | 6075 | 6 | 75 | 12301 | 1003 | 5 | 2 | 4 | 0 | 0 | 4 | 15 |
| G06007500123011004 | G0600750012301 | 6075 | 6 | 75 | 12301 | 1004 | 1 | 2 | 0 | 0 | 0 | 1 | 4 |
| G06007500123011005 | G0600750012301 | 6075 | 6 | 75 | 12301 | 1005 | 395 | 211 | 234 | 7 | 37 | 258 | 1142 |
| G06007500123011006 | G0600750012301 | 6075 | 6 | 75 | 12301 | 1006 | 43 | 10 | 93 | 0 | 4 | 9 | 159 |
| G06007500123012000 | G0600750012301 | 6075 | 6 | 75 | 12301 | 2000 | 372 | 72 | 401 | 6 | 41 | 321 | 1213 |
| G06007500123021000 | G0600750012302 | 6075 | 6 | 75 | 12302 | 1000 | 453 | 55 | 259 | 11 | 46 | 118 | 942 |
| G06007500123021001 | G0600750012302 | 6075 | 6 | 75 | 12302 | 1001 | 368 | 72 | 220 | 3 | 42 | 116 | 821 |
| G06007500123022000 | G0600750012302 | 6075 | 6 | 75 | 12302 | 2000 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| G06007500123022001 | G0600750012302 | 6075 | 6 | 75 | 12302 | 2001 | 60 | 18 | 31 | 0 | 4 | 26 | 139 |
| G06007500123022002 | G0600750012302 | 6075 | 6 | 75 | 12302 | 2002 | 123 | 13 | 269 | 1 | 8 | 34 | 448 |
| G06007500123022003 | G0600750012302 | 6075 | 6 | 75 | 12302 | 2003 | 111 | 9 | 36 | 1 | 7 | 27 | 191 |
| G06007500123022004 | G0600750012302 | 6075 | 6 | 75 | 12302 | 2004 | 134 | 71 | 136 | 5 | 10 | 35 | 391 |
| G06007500123022005 | G0600750012302 | 6075 | 6 | 75 | 12302 | 2005 | 58 | 4 | 60 | 1 | 2 | 16 | 141 |
Dane dla obszarów spisowych (census tract)
Agregacja danych do obszarów spisowych
list_race <- c("WHITE", "BLACK", "ASIAN", "HISPANIC", "AM", "OTHER")dat_ct <- aggregate(.~GISJOIN_T, dat[, c("GISJOIN_T", list_race, "POP")], FUN=sum) | GISJOIN_T | WHITE | BLACK | ASIAN | HISPANIC | AM | OTHER | POP |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| G0600750012301 | 866 | 316 | 847 | 600 | 16 | 89 | 2734 |
| G0600750012302 | 1307 | 242 | 1011 | 372 | 22 | 119 | 3073 |
Połączenie danych atrybutowych oraz danych geoprzestrzennych
library(sf)## Linking to GEOS 3.6.2, GDAL 2.2.3, PROJ 4.9.3; sf_use_s2() is TRUEct_bnd <- st_read("data/cw2/ct_gis.shp")## Reading layer `ct_gis' from data source
## `/home/anna/DYDAKTYKA/Analiza_geoinformacyjna/cwiczenia2022_23/na_www/data/cw2/ct_gis.shp'
## using driver `ESRI Shapefile'
## Simple feature collection with 2 features and 15 fields
## Geometry type: POLYGON
## Dimension: XY
## Bounding box: xmin: -2274715 ymin: 1956801 xmax: -2274097 ymax: 1957183
## proj4string: +proj=aea +lat_1=29.5 +lat_2=45.5 +lat_0=23 +lon_0=-96 +x_0=0 +y_0=0 +datum=NAD83 +units=m +no_defsct_attr <- merge(ct_bnd, dat_ct, by.x = "GISJOIN", by.y = "GISJOIN_T", all.x = TRUE)st_write(ct_attr, "data/dane_geo/tract_attr.gpkg", delete_dsn = TRUE)## Deleting source `data/dane_geo/tract_attr.gpkg' using driver `GPKG'
## Writing layer `tract_attr' to data source
## `data/dane_geo/tract_attr.gpkg' using driver `GPKG'
## Writing 2 features with 22 fields and geometry type Polygon.5 Analiza struktury rasowo-etnicznej w wybranym hrabstwie w roku X.
Wykorzystując przygotowane dane na poziomie bloków spisowych (zapisane w plikach tekstowych) proszę obliczyć procentowy udział ludności w hrabstwie X w analizowanym roku.
6 Wynik pracy grupowej
6.1 Dane
- Folder data/dane_attr zawierający pliki tekstowe (csv) dla bloków oraz obszarów spisowych dla każdego roku.
- Folder data/dane_geo zawierający dane przestrzenne na poziomie obszarów spisowych:
- Proszę przygotować pliki z granicami obszarów spisowych. Należy stworzyć jeden plik [nazwa_hrabstwa].gpkg wraz z warstwami zawierającymi dane dla poszczególnych lat.
- Proszę przygotować pliki z dołączonymi danymi atrybutowymi. Należy stworzyć jeden plik [nazwa_hrabstwa]_attr.gpkg wraz z warstwami zawierającymi dane dla poszczególnych lat.
6.2 Analiza struktury rasowo-etnicznej w wybranym hrabstwie w latach 1990-2020.
Poniższe zadanie wymaga zestawienia wyników otrzymanych w danej grupie analizującej wybrane hrabstwo.
Uwaga! W przypadku grup 3 osobowych należy wykonać analizę dla lat 1990-2010.
Wykorzystując przygotowane dane na poziomie bloków spisowych (zapisane w plikach tekstowych) proszę przeanalizować jak zmieniła się struktura rasowa w hrabstwie w latach 1990-2020. Wyniki powinny zostać przedstawione w postaci 1 stronicowego raportu zawierający tabelę oraz krótki komentarz (max 250 słów).
- Tabela 1. Liczba ludności w hrabstwie X w latach…
| ROK | POP | BIALI | CZARNI | AZJACI | RDZENNI_AMERYKANIE | POZOSTALI | LATYNOSI |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1990 | |||||||
| 2000 | |||||||
| 2010 | |||||||
| 2020 |