Python使用 matplotlib的basemap绘图之一--几行代码画世界地图和中国地图

近来读到几篇Basemap绘图的文章，实践了一下，感觉很有意思，在此分享给各位朋友一起来感受一下它的魅力。

Basemap简介

简介
在数据可视化过程中，我们需要将数据在地图上画出来。 比如说我们在地图上画出城市人口，飞机航线，军事基地，矿藏分布等等。这样的地理绘图有助于读者理解空间相关的信息。basemap 是Python的一个强大的负责实现地理信息可视化的库，是Matplotlib的一个附加工具包，通过结合 matplotlib 可以绘制出很多漂亮的地图。
basemap包括GSSH海岸线数据集，以及来自GMT的河流、州和国家边界的数据集。这些数据集可用于在地图上以几种不同的分辨率绘制海岸线，河流和政治边界。basemap底层使用了Geometry Engine-Open Source(GEOS)库，用来将海岸线和边界特征剪切到所需的地图投影区域。此外，basemap还提供读取shapefile的功能。
basemap面向地球科学家的需求，特别是海洋学家和气象学家。起初，杰夫·惠特克（Jeff Whitaker）写“底图”（basemap）用来帮助他进行气候和天气预报的研究。到现在，basemap 不断被开发扩展已经具备了很多功能。多年来，basemap的功能随着各个学科（如生物学，地质学和地球物理学）的科学家的要求和贡献的新功能而演变。

1 环境准备

• 这里我使用Anaconda3的jupyter notebook,里面的python版本为3.7，需要软件的从百度云盘下载,参考50题matplotlib从入门到精通-手把手使用Anaconda实践里的下载网址和使用方法。
• basemap模块约为120M左右，其依赖库pyproj约为20M左右。
  由于basemap还没有pip检索，因此传统的（pip install basemap）安装方法不适用。Windows用户需要到https://www.lfd.uci.edu/~gohlke/pythonlibs/下载对应的wheel文件到本地，然后控制台进入其所在目录，使用pip install xxxx.whl文件安装。其依赖于pyproj库。具体安装过程参考https://zhuanlan.zhihu.com/p/34509847 。Linux用户安装步骤可参考 https://matplotlib.org/basemap/users/installing.html ，包括下载源码、安装GEOS库、设置GEOS_DIR环境变量等步骤，安装完成后可进入到examples文件夹，运行测试例子。 此外还可以通过Anaconda的Python发行版安装。
  
  
  本人在测试过程中，下载花了几个小时没成功，后终于另找到相关资料下载成功。在这里提供百度云盘链接供各位朋友下载。链接: https://pan.baidu.com/s/1EGw7XGDubyxr9VyfKM8H9w 提取码: 91iq
  需要注意的是，我提供的为基于我的编程环境的文件，Windows下python3.7的64位电脑。如果配置不同，需要自行下载。
  
• 安装，我在Anaconda Prompt运行相关库的安装，以保证Anaconda能正确调用相关库。
• • 安装geos,这个较小直接安装即可
    
• 安装Basemap
  
• pyproj同Basemap一样安装好后，我们就可以测试了。

2.绘制世界地图

1,五行代码绘制一个世界地图：

#画一个世界地图
import matplotlib.pyplot as plt   ##导入 matplotlib库
from mpl_toolkits.basemap import Basemap #导入Basemap库
m = Basemap()         #使用Basemap()创建一个地图
m.drawcoastlines()     #把海岸线画上
plt.show()              #显示这个地图

效果如图：

图有点小。这里设定一下图的长宽（单位：英寸）

import matplotlib.pyplot as plt   ##导入 matplotlib库
from mpl_toolkits.basemap import Basemap #导入Basemap库
plt.figure(figsize=(16,8))   #它的参数figsize=(16,8)定义了图的大小。
m = Basemap()         #使用Basemap()创建一个地图
m.drawcoastlines()     #把海岸线画上
m.drawcountries(linewidth=1.5) # 开始画上国家
plt.show()              #显示这个地图

效果如图：

黑白的颜色不好看，这里添加两行
m.drawmapboundary(fill_color = ‘aqua’)# 首先给地球涂上蓝色的一层
m.fillcontinents(color = ‘coral’, lake_color = ‘aqua’) # 再给大陆涂上棕黄色,给江河湖泊涂上大海一样的颜色

对代码m = Basemap()进行修改为：
m = Basemap(projection = ‘ortho’, lat_0 = 30, lon_0 = 100)
说明：参数：projection = ‘ortho’，是画一个球状世界地图，我想让中国显示在地图中心，这里设置东经100(),北纬30度为投影中心，并改变了一下上图中两行设定的地图的颜色，效果如图：

basemap提供了24种不同的投影模式，有需要了解的请自行百度了解。

利用epsg 设置地图投影

ESPG是一种标准的命名投影方式的数字编码。Basemap允许使用这些标记来创建地图，但只局限于某些特定的情况下。要使用ESPG标记，需要在Basemap（）里面加上epsg参数。

Basemap中的/mpl_toolkits/basemap/data/epsg对这种EPSG提供支持，但是有时使用这种方法还是会报错（ValueError: 23031 is not a supported EPSG code），所以不建议使用。

Basemap对带有"utm"的projection支持不太好，但是对带有"tmere"都能很好的支持。

下面的例子是用UTM投影显示祖国宝岛台湾省。

from mpl_toolkits.basemap import Basemap
import matplotlib.pyplot as plt
plt.figure(figsize=(16,8))
map = Basemap(llcrnrlon = 119.3, llcrnrlat = 20.7, urcrnrlon = 124.6, urcrnrlat = 26,resolution = 'h', epsg = 3415)
map.drawmapboundary(fill_color = 'aqua')
map.fillcontinents(color = 'coral', lake_color = 'aqua')
map.drawcoastlines()
plt.show()

效果如图:

3.画中国地图

中国经度范围:73°33′E至135°05′E;纬度范围:3°51′N至53°33′N。当中的字母E , 表示东经;字母N,表示北纬。东经正数,西经为负数;北纬为正数,南纬为负数。
画中国地图，只需要在创建Basemap时指定一下经纬度就行了：m= Basemap(llcrnrlon=73, llcrnrlat=18, urcrnrlon=135, urcrnrlat=53)
效果如图：

感觉有点变形，这是因为我们没有添加任何投影的原因。常用的是兰勃特投影，我们添加修改一下，并设置一下颜色：
m= Basemap(llcrnrlon=77, llcrnrlat=14, urcrnrlon=140, urcrnrlat=51, projection=‘lcc’, lat_1=33, lat_2=45, lon_0=100)
m.drawmapboundary(fill_color = ‘blue’)
m.fillcontinents(color = ‘yellow’, lake_color = ‘aqua’)
效果如图：

是不是有点喜欢上了你自己绘制出来的中国地图，我们来导出jpg图片保存一下。
修改代码：
plt.figure(figsize=(16,8))
为赋值给fig变量:
fig=plt.figure(figsize=(16, 8))
然后在代码最后添加
fig.savefig(’…/test/china.jpg’,dpi=600)
说明：这里是保存地图到根目录下的test文件夹，如我在D:/pythontest中运行jupyter notebook,则地图会保存到D:/pythontest/test文件夹中，请确保先建有该文件夹。

本文主要参考了文章《我用Python之basemap画图27问》
文章：《Basemap手册——第一章 入门》
笔者将继续实践和分享，有兴趣的朋友可以关注留言交流。