matplotlib+Basemap DIY画“西瓜足迹”or“脚步地图”

前言

从上周五开始，朋友圈就被“足迹”刷屏了，比如这位同学：

一位同学的足迹.jpg

识别图中二维码，就会进入小程序“西瓜足迹”

西瓜足迹小程序界面.jpg

很显然，这是将用户输入的城市转换成省份，然后在地图上将该省份对应区域染色即可。
恰好上周上班地铁上看到公众号“Python那些事”推送的文章"用Python画一个中国地图（上）"和"用Python画一个中国地图（下）"（公众号只是转帖，技术帖一、技术帖二），当时看的时候还在想，要是能有个case练练手就好了。

这不、巧了。

结合自己当时看帖的理解，感觉可以DIY做一波

番外：“西瓜足迹”刷屏! 创作者或被起诉? 动画揭它如何诞生

准备工作

参考技术帖一、技术帖二就知道要做的准备工作就是准备python的第三方类库和下载中国省区边界线的shape文件

• 安装matplotlib和Basemap
  在windows上，这两个库并不能直接使用pip install完成，应该先去pythonlibs下载whl文件，然后再使用pip install xxx.whl完成安装，下载时要注意py的版本(2 or 3)和操作系统的版本(32 or 64)
  如果不明白，可以做一下阅读理解 How to Install Matplotlib Basemap Module on Windows 7 with WinPython (or any Python stack install)?，或者再度一下。
• 下载中国省区边界线shape文件
  • 在这里下载，需要翻墙
  • 注意香港、澳门、台湾需要单独下载，仅下载china对应的文件‘gadm36_CHN_shp.zip’，只有31个省、直辖市、自治区的边界线。

  • 解压缩如下图，

    
    
    gadm36_CHN_shp解压缩结构.png
    
    

    - 后面的0/1/2/3对应行政级别，数字越大，行政级别越小，1对应的省，也就是我们此处要用到的。
    - 里面的license声明了，不可商用。

代码实现

技术帖二中有完整的代码示例，仔细阅读原帖或者自行调试代码示例的话，就知道只需要几行代码就能把省份边界线划出来，然后着色的话就是找到目标地址对应的经纬度列表一一染色即可。
我们需要实现的功能就是根据输入的省份，拿到相应的经纬度列表即可。
在调试中发现，关键在于m.states和m.states_info，前者包含了经纬度坐标、后者包含了区域名称等信息，而两者长度是一致的，因而判断是一一对应的，经测试表明我的判断是正确的。

m.states[0]

m.states_info[0]

下面直接贴代码，我只是在原有代码的基础上进行了修改：

• 主要做了简单的交互，模拟了小程序中用户选择城市的操作
• 其次就是增加了香港、澳门、台湾三个特别行政区迟早的事的处理
• 再次更新就是加了一下灰度背景，优化视觉效果。

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


def initMap():
    plt.figure(figsize=(16, 8))
    m = Basemap(
        llcrnrlon=77,
        llcrnrlat=14,
        urcrnrlon=140,
        urcrnrlat=51,
        projection='lcc',
        lat_1=33,
        lat_2=45,
        lon_0=100
    )
    m.drawcountries(linewidth=1.5)
    m.drawcoastlines()

    # 31个省、直辖市、自治区
    m.readshapefile('gadm36_CHN_1', 'states', drawbounds=True)
    # 香港
    m.readshapefile('gadm36_HKG_1', 'hongkong', drawbounds=True)
    # 澳门
    m.readshapefile('gadm36_MAC_1', 'macao', drawbounds=True)
    # 台湾
    m.readshapefile('gadm36_TWN_1', 'taiwan', drawbounds=True)
    return plt, m


class Map():

    def __init__(self):
        self.plt, self.m = initMap()

    def get_province_list(self):
        pl = []         # province_list
        for mm in self.m.states_info:
            nn = mm['NL_NAME_1'].split('|')
            pl.append(nn[1] if len(nn) > 1 else nn[0])
        pl = list(set(pl))
        pl.extend(['香港', '澳门', '台湾'])
        return pl

    def get_coordinate_list(self, pl):
        cl = []         # coordinate_list
        gcl = []        # gray
        for idx, mm in enumerate(self.m.states_info):
            nn = mm['NL_NAME_1'].split('|')
            name = nn[1] if len(nn) > 1 else nn[0]
            cl.append(self.m.states[idx]) if name in pl else gcl.append(
                self.m.states[idx])
        return cl, gcl

    def add_patch(self, item_l, color, enum=True):
        if enum:
            for nshape, seg in enumerate(item_l):
                poly = Polygon(seg, facecolor=color, edgecolor=color)
                self.ax.add_patch(poly)
        else:
            for seg in item_l:
                poly = Polygon(seg, facecolor=color, edgecolor=color)
                self.ax.add_patch(poly)

    # 小更一下，加一下灰度背景
    def draw(self, pl):
        cl, gcl = self.get_coordinate_list(pl)

        self.ax = self.plt.gca()

        self.add_patch(cl, 'r', False)
        self.add_patch(gcl, 'gray', False)
        self.add_patch(self.m.hongkong, 'r' if '香港' in pl else 'gray')
        self.add_patch(self.m.macao, 'r' if '澳门' in pl else 'gray')
        self.add_patch(self.m.taiwan, 'r' if '台湾' in pl else 'gray')

        self.plt.show()


if __name__ == '__main__':
    m = Map()
    province_list = m.get_province_list()
    print('告诉我你去过那些省、直辖市、自治区、特区？')
    print('\n')
    print(province_list)
    print('用空格将各个省名隔开，回车确认输入')
    print('\n')

    args = input()
    print('\n')
    print('等着，给你画')
    pl = args.split(' ')
    m.draw(pl)

代码很简单，应该都能看懂。
不足之处：

• 仅做了省一级，不过想做市县一级也可以，原理是一样的
• 处理方法简单粗暴，不够优雅美观
• 测试发现还存在问题：广西壮族自治区画不出来，这个慢慢查吧。
  有bug很正常，毕竟下载Basemap的whl文件花了1个小时，比编写调试代码的时候都更长。
• 画出来的图不如小程序的视觉效果好

测试

交互.png

画给你看.png

加灰度背景.png

参考

用Python画一个中国地图
用Python画中国地图（二）
windows下Python安装basemap教程
How to Install Matplotlib Basemap Module on Windows 7 with WinPython (or any Python stack install)?