【python数据挖掘课程】二十二.Basemap地图包安装入门及基础知识讲解

这是《Python数据挖掘课程》系列文章,也是我上课内容及书籍中的一个案例。本文主要讲述Matplotlib子包,负责地图绘制,即Basemap扩展包。在做数据挖掘或可视化分析时,常常需要将数据显示到地图上,比如城市人口、空气环境、GDP分布、资源销售、全球热图等。本文主要讲解安装入门以及官网介绍的基础知识,后面文章将结合实例深入讲解。内容包括:
    1.Basemap安装过程
    2.地图绘制官方简单案例
    3.Basemap绘制地图

本篇文章为基础性文章,希望对你有所帮助,提供些思路,如果文章中存在错误或不足之处,还请海涵。同时,推荐大家阅读我以前的文章了解基础知识。

前文参考:
【Python数据挖掘课程】一.安装Python及爬虫入门介绍
【Python数据挖掘课程】二.Kmeans聚类数据分析及Anaconda介绍
【Python数据挖掘课程】三.Kmeans聚类代码实现、作业及优化
【Python数据挖掘课程】四.决策树DTC数据分析及鸢尾数据集分析
【Python数据挖掘课程】五.线性回归知识及预测糖尿病实例
【Python数据挖掘课程】六.Numpy、Pandas和Matplotlib包基础知识
【Python数据挖掘课程】七.PCA降维操作及subplot子图绘制
【Python数据挖掘课程】八.关联规则挖掘及Apriori实现购物推荐
【Python数据挖掘课程】九.回归模型LinearRegression简单分析氧化物数据
【python数据挖掘课程】十.Pandas、Matplotlib、PCA绘图实用代码补充
【python数据挖掘课程】十一.Pandas、Matplotlib结合SQL语句可视化分析
【python数据挖掘课程】十二.Pandas、Matplotlib结合SQL语句对比图分析
【python数据挖掘课程】十三.WordCloud词云配置过程及词频分析
【python数据挖掘课程】十四.Scipy调用curve_fit实现曲线拟合
【python数据挖掘课程】十五.Matplotlib调用imshow()函数绘制热图
【python数据挖掘课程】十六.逻辑回归LogisticRegression分析鸢尾花数据
【python数据挖掘课程】十七.社交网络Networkx库分析人物关系(初识篇)

【python数据挖掘课程】十八.线性回归及多项式回归分析四个案例分享

【python数据挖掘课程】十九.鸢尾花数据集可视化、线性回归、决策树花样分析

【python数据挖掘课程】二十.KNN最近邻分类算法分析详解及平衡秤TXT数据集读取

【python数据挖掘课程】二十一.朴素贝叶斯分类器详解及中文文本舆情分析



安装包及代码CSDN下载地址:http://download.csdn.net/download/eastmount/10230303
为何现在不能上传免费资源了,可惜啦!




一. Basemap安装过程


安装方法作者强推这篇文章: 
神农尝百草---Windows环境下为Python3.X安装basemap

这里作者只做简单介绍,我们从非官网网站下载下面两个扩展包,cp27表示Python2.7版本,Windows下64位环境,你需要找到适合自己环境的文件。下载地址为:https://www.lfd.uci.edu/~gohlke/pythonlibs/

  • basemap‑1.1.0‑cp27‑cp27m‑win_amd64.wh
  • pyproj‑1.9.5.1‑cp27‑cp27m‑win_amd64.whl

【python数据挖掘课程】二十二.Basemap地图包安装入门及基础知识讲解_第1张图片

接下来使用PIP命令去到whl文件所在目录,然后分别进行安装。
先安装Pyproj,再安装Basemap扩展包,命令如下:
cd C:\Software\Program Software\Python\Scripts\basemap
pip install pyproj-1.9.5.1-cp27-cp27m-win_amd64.whl
pip install basemap-1.1.0-cp27-cp27m-win_amd64.whl
安装如下图所示,显示"Successfully installed basemap-1.1.0"表示安装成功。

【python数据挖掘课程】二十二.Basemap地图包安装入门及基础知识讲解_第2张图片

接下来调用该扩展包,不再报错即表示安装成功。


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二. 地图绘制官方简单案例


首先作者给出官方文档的介绍以及简单案例,让读者体会下Basemap的魅力。
官方网址:
https://matplotlib.org/basema


介绍
Basemap工具包是Matplotlib包的子包,一个用于在Python绘制2D数据至地图的库,它提供了将坐标转化为25中不同地图投影的功能,然后调用Matplotlib扩展包绘制轮廓、图像和坐标点等。该扩展包提供了海岸线、河流、政治边界数据集以及绘制方法。其中GEOS库在内部用于将海岸线和边界特征剪切到所需的地图投影区域。

示例
下面给出官网的翻译示例,源地址:https://matplotlib.org/basemap/users/geography.html

Basemap包括GSSH(现在是GSHHG)海岸线数据集以及GMT格式的河流、州和国家边界的数据集。这些数据集可以用来以不同的分辨率绘制海岸线、河流和政治边界地图。相关方法如下:
    drawcoastlines(): 绘制海岸线。
    fillcontinents(): 通过填充海岸线多边形为地图着色。
    drawcountries(): 绘制国家边界。
    drawstates(): 在北美绘制状态边界。
    drawrivers(): 绘制河流。


此外,可以将图像用作地图背景,而不是绘制海岸线和政治边界。Basemap提供了以下几个选项:
    drawlsmask(): 绘制高分辨率的海陆图像,指定陆地和海洋的颜色,数据源于GSHHS海岸线。
    bluemarble(): 绘制NASA蓝色大理石图像作为地图背景。
    shadedrelief(): 绘制阴影浮雕图像作为地图背景。
    etopo(): 绘制一张etopo浮雕图像作为地图背景。
    warpimage():  使用abitrary图像作为地图背景,必须是全球新的,从国际日东线向东和南极以北覆盖世界。


1.绘制海岸线、填充海洋和陆地区域
代码

# -*- coding: utf-8 -*-
from mpl_toolkits.basemap import Basemap
import matplotlib.pyplot as plt

# 设置basemap-Lambert Conformal 
m = Basemap(width=12000000,height=9000000,projection='lcc',
            resolution='c',lat_1=45.,lat_2=55,lat_0=50,lon_0=-107.)

# 绘制海岸线
m.drawcoastlines()
# 在地图周围绘制边界并填充背景aqua(这个背景最终成为海洋的颜色)
# 将大洲绘制在最上面
m.drawmapboundary(fill_color='aqua')

# 填充大陆coral颜色,并设置湖泊颜色为blue
m.fillcontinents(color='coral',lake_color='blue')
plt.show()
绘制图形如下所示:

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2.绘制一幅海陆罩(land-sea mask)图像
代码
# -*- coding: utf-8 -*-
from mpl_toolkits.basemap import Basemap
import matplotlib.pyplot as plt

# 设置basemap Lambert-Conformal 
# 设置分辨率参数resolution=None 跳过处理边界数据集
m = Basemap(width=12000000,height=9000000,projection='lcc',
            resolution=None,lat_1=45.,lat_2=55,lat_0=50,lon_0=-107.)

# 为地图背景绘制海陆罩
# lakes=True 意味着内陆湖和海洋颜色一致
m.drawlsmask(land_color='coral',ocean_color='aqua',lakes=True)
plt.show()
绘制如下图所示:

【python数据挖掘课程】二十二.Basemap地图包安装入门及基础知识讲解_第5张图片

3.绘制美国宇航局蓝色大理石图像(the NASA Blue Marble)
代码

from mpl_toolkits.basemap import Basemap
import matplotlib.pyplot as plt

m = Basemap(width=12000000,height=9000000,projection='lcc',
            resolution=None,lat_1=45.,lat_2=55,lat_0=50,lon_0=-107.)
m.bluemarble()
plt.show()
绘制如下图所示:

【python数据挖掘课程】二十二.Basemap地图包安装入门及基础知识讲解_第6张图片

4.绘制带阴影的浮雕图像
代码

from mpl_toolkits.basemap import Basemap
import matplotlib.pyplot as plt

m = Basemap(width=12000000,height=9000000,projection='lcc',
            resolution=None,lat_1=45.,lat_2=55,lat_0=50,lon_0=-107.)
m.shadedrelief()
plt.show()
绘制如下图所示:

【python数据挖掘课程】二十二.Basemap地图包安装入门及基础知识讲解_第7张图片

5.绘制etopo浮雕图像
代码

from mpl_toolkits.basemap import Basemap
import matplotlib.pyplot as plt

m = Basemap(width=12000000,height=9000000,projection='lcc',
            resolution=None,lat_1=45.,lat_2=55,lat_0=50,lon_0=-107.)
m.etopo()
plt.show()
绘制如下图所示:

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三. Basemap绘制地图


可能读者已经发现了,Basemap扩展包是绘制地图最重要的一个库,所以作者先讲解该库函数。同时,由于作者没有找到系统的参数介绍,只能摸着石头过河学习,也希望对您有点帮助。

为方便呈现,需要将三维球坐标系转换为二维笛卡尔坐标系,利用地图投影(Map Projection)实现。
官网给出的25种映射方式如下:https://matplotlib.org/basemap/users/mapsetup.html

【python数据挖掘课程】二十二.Basemap地图包安装入门及基础知识讲解_第9张图片

m = Basemap(width=12000000,height=9000000,projection='lcc',
                       resolution=None,lat_1=45.,lat_2=55,lat_0=50,lon_0=-107.)

参数介绍如下:
    width:宽度。
    height:高度。
    projection='lcc':表示规定的投影方法,改变投影方法绘制的结果也将不同,25种方式。
    resolution=None:表示跳过处理边界数据集。
    lat_0=50: 维度设置为50(Latitude,值为-90到90)。
    lon_0=-107:经度设置为-107( Longitude,值为-180到180)。
示例参考: https://matplotlib.org/basemap/users/aeqd.html

# -*- coding: cp936 -*-
from mpl_toolkits.basemap import Basemap
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

width = 28000000; lon_0 = -105; lat_0 = 40
m = Basemap(width=width,height=width,projection='aeqd',
            lat_0=lat_0,lon_0=lon_0)

# 填充背景
m.drawmapboundary(fill_color='aqua')
# 绘制海岸线并填充大陆
m.drawcoastlines(linewidth=0.5)
m.fillcontinents(color='coral',lake_color='aqua')
# 20度经纬度,范围-80到81 -180到180
m.drawparallels(np.arange(-80,81,20))
m.drawmeridians(np.arange(-180,180,20))
# 在中心绘制一个黑点
xpt, ypt = m(lon_0, lat_0)
m.plot([xpt],[ypt],'ko')
# 绘制标题
plt.title('Azimuthal Equidistant Projection')
plt.show()
绘制图形如下图所示:

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m = Basemap(projection='merc',llcrnrlat=-80,urcrnrlat=80,
                       llcrnrlon=-180,urcrnrlon=180)

参数介绍如下:
    projection=merc':表示规定的投影方法,墨卡托投影(Mercator Projection),广泛应用谷歌地图。
    llcrnrlat=-80:所需地图域左下角的纬度(度)Latitude
    urcrnrlat=80:所需地图域的右上角的纬度(度)Latitude。
    llcrnrlon=-180:所需地图域左下角的经度(度)Longitude。
    urcrnrlon=180:所需地图域(度)的右上角的经度Longitude。
示例:

# -*- coding: utf-8 -*-
from mpl_toolkits.basemap import Basemap
import matplotlib.pyplot as plt

m = Basemap(projection='merc', llcrnrlat=-80, urcrnrlat=80,
            llcrnrlon=-180, urcrnrlon=180)
m.drawcoastlines()
plt.show()
绘制图形如下所示:

【python数据挖掘课程】二十二.Basemap地图包安装入门及基础知识讲解_第11张图片

同时,绘制一个城市点代码的常见两种方式如下:

# 上海经纬度 (31.23N,121.47E)
x = 31.23
y = 121.47
xpt, ypt = m(x,y)
m.scatter(xpt,ypt,s=2)

x = 31.23
y = 121.47
xpt, ypt = m(x,y)
m.plot([xpt],[ypt],'ko')


最后给出比较好的参考资料,供自己和大家后面学习。希望文章对大家有所帮助,该篇文章主要是个安装引入,后面还将结合项目及管网深入介绍,如果存在错误或不足之处,还请海涵。
    python利用basemap叠加地图 - 瑜之姬
    地理信息可视化:Python之matplotlib Basemap简介 - dushenzhi
    BASEMAP使用筆記 - KalariKong
    Basemap可视化地图信息 - zm(强推)

    [经验总结] 一点总结:Ubuntu+anaconda+Python+basemap(+WRF) - 气象家园
    绘图: matplotlib Basemap简介 - Vamei
    Creating a Choropleth Map of the World in Python using Basemap
    Basemap绘制中国地图 - 落叶小唱
    用Python画一个中国地图 - 张京(强推)


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(By:Eastmount 2018-01-29 晚上7点    http://blog.csdn.net/eastmount/   )



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