Basemap入坑手冊

Basemap入坑手冊

前面的廢話

本來只是想畫個熱點圖，然後一路百度地圖API —> folium —> Basemap，因爲前兩個要html的知識，而我並沒有，所以最後入坑了Basemap。

然而網上的資源雖然很多，但是比較零散，不過找到英文版的tutorial，全英文的怕自己讀不下去，決定邊學邊記筆記，以及有好用的教程和資源也在這裏馬克一下。

0. 介紹

Python裏畫地圖的。

1. 安裝

~~每逢非pip可以安裝的包就有點頭大~~。

安裝部分官方也有指南，大概的意思就是先裝python ~~（廢話）~~、matplotlib、numpy、PROJ4、GEOS、Pillow（可選）再安裝Basemap。
我是Mac的Anaconda，所以直接在下載了Source Code (tar.gz)，解壓後在終端安裝。
具體過程：

解壓後文件夾裏會有setup.py的文件；
打開終端，輸入cd ./desktop/..（Change Directory到setup.py的位置）；
輸入python setup.py install；
在python裏輸入 from mpl_toolkits.basemap import Basemap，如果沒有報錯說明安裝成功。

更詳細的教程可以參考：

Mac：Mac Python+basemap安裝
Linux：python番外（2）——Basemap安裝
Windows：window下安裝basemap

2. 畫第一張圖

最基礎的圖代碼如下：

# 導入包
from mpl_toolkits.basemap import Basemap
import matplotlib.pyplot as plt

# 新建地圖
map = Basemap() #Basemap類有很多屬性，這裏全都使用默認參數

# 畫圖
map.drawcoastlines()

# 顯示結果
plt.show()

# 存儲結果
plt.savefig('test.png')

得到這樣的圖 $↓$

一丟丟進階的圖代碼如下：

# 導入包
from mpl_toolkits.basemap import Basemap
import matplotlib.pyplot as plt

# 更改投影方式
map = Basemap(projection = 'ortho', lat_0 = 0, lon_0 = 0) #’ortho’指正射投影，具體參數後面再討論；後面兩個參數是設置中心點

# 給整個地圖上藍色
map.drawmapboundary(fill_color = 'aqua')

# 給陸地塗上珊瑚色，湖泊塗上藍色
map.fillcontinents(color = 'coral', lake_color = 'aqua')

# 畫圖
map.drawcoastlines()

# 顯示結果
plt.show()

得到這樣的圖 $↓$

如果遇到error請點這裏看看。

3. 地圖投影專題

地圖投影是利用一定數學法則把地球表面的經、緯線轉換到平面上的理論和方法。——百度百科

tutorial指出Basemap裏的投影方式跟其他庫不太一樣（如GDAL），所以要好好學一學。

3.1 地圖投影基礎

Basemap的投影方式是由Basemap類中projection這一屬性控制的，默認爲cyl，可選項如下：

選項	描述	解釋
cyl	Cylindrical Equidistant	默認，圓柱投影
merc	Mercator	墨卡託投影，是正軸等角圓柱投影
tmerc	Transverse Mercator	橫軸墨卡託
omerc	Oblique Mercator
mill	Miller Cylindrical
gall	Gall Stereographic
cea	Cylindrical Equal-Area
lcc	Lambert Conformal
laea	Lambert Azimuthal Equal Area
nplaea	North-Polar Lambert
splaea	South-Polar Lambert
eqdc	Equidistant Conic
aeqd	Azimuthal Equidistant
npaeqd	North-Polar Azimuthal
spaeqd	South-Polar Azimuthal
aea	Albers Equal
stere	Stereographic
npstere	North-Polar Stereographic
spstere	South-Polar Stereographic
cass	Cassini-Soldner
poly	Polyconic
ortho	Orthographic
geos	Geostationary
nsper	Near-Sided Perspective
sinu	Sinusoidal
moll	Mollweide
hammer	Hammer
robin	Robinson
kav7	Kavrayskiy VII
eck4	Eckert IV
vandg	van der
mbtfpq	McBryde-Thomas Flat-Polar
gnom	Gnomonic
rotpole	Rotated Pole

對應的具體效果見附錄（點擊鏈接查看對應例子，或Ctrl+F查找）。

解釋部分的參考：
- Matplotlib: Setting up the map
- 地圖投影種類-中英文對照
- 地圖投影的N種姿勢
- 以及百度百科

3.1.1 Using epsg to set the projection

沒太整明白

3.2 地圖投影拓展

如果不想展示整個地圖，可以通過修改地圖邊界或中心來展示部分區域。
除了cyl、merc、mill、cea和gall默認顯示整個地球llcrnrlon = -180, llcrnrlat = -90, urcrnrlon = 180, urcrnrlat=90，其他投影方式都要手動設置Basemap類的參數來設置所展示的區域。主要有三種方法：

方法一：設置邊界的經緯度

參數	解釋
llcrnrlon	longitude of lower left hand corner of the desired map domain (degrees). 地圖左邊經度
llcrnrlat	latitude of lower left hand corner of the desired map domain (degrees). 地圖下方緯度
urcrnrlon	longitude of upper right hand corner of the desired map domain (degrees). 地圖右邊經度
urcrnrlat	latitude of upper right hand corner of the desired map domain (degrees). 地圖上方緯度

方法二：設置邊界的座標

參數	解釋
llcrnrx	x value of lower left hand corner of the selected map domain in map projection coordinates. 地圖左下角的x值
llcrnry	y value of lower left hand corner of the selected map domain in map projection coordinates. 地圖左下角的y值
urcrnrx	x value of upper right hand corner of the selected map domain in map projection coordinates. 地圖右上角的x值
urcrnry	y value of upper right hand corner of the selected map domain in map projection coordinates. 地圖右上角的y值

方法三：設置中心點和高與寬

參數	解釋
width	width of desired map domain in projection coordinates (meters). 寬
height	height of desired map domain in projection coordinates (meters). 高
lon_0	center of desired map domain (in degrees). 中心點的經度
lat_0	center of desired map domain (in degrees). 中心點的緯度

附錄

附錄一：地圖投影示例

Cylindrical Equidistant

代碼：

# 導入包
from mpl_toolkits.basemap import Basemap
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

# 投影方式選擇
m = Basemap(projection = 'cyl')

# 畫海岸線
m.drawcoastlines()

# 上色
m.fillcontinents(color = 'coral', lake_color = 'aqua')
m.drawmapboundary(fill_color = 'aqua')

# 畫經緯度線
m.drawparallels(np.arange(-90.,91.,30.))
m.drawmeridians(np.arange(-180.,181.,60.))

# 送上標題
plt.title("Cylindrical Equidistant Projection")
plt.show()

結果：

返回地圖投影專題

Mercator

代碼：

# 導入包
from mpl_toolkits.basemap import Basemap
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

# 投影方式選擇
m = Basemap(projection = 'merc', llcrnrlat = -80, urcrnrlat = 80, llcrnrlon = -180, urcrnrlon = 180, lat_ts = 20, resolution = 'c')

# 畫海岸線
m.drawcoastlines()

# 上色
m.fillcontinents(color = 'coral', lake_color = 'aqua')
m.drawmapboundary(fill_color = 'aqua')

# 畫經緯度線
m.drawparallels(np.arange(-90.,91.,30.))
m.drawmeridians(np.arange(-180.,181.,60.))

# 送上標題
plt.title("Mercator Projection")
plt.show()

結果：

返回地圖投影專題

Transverse Mercator

代碼：

# 導入包
from mpl_toolkits.basemap import Basemap
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

# 投影方式選擇
m = Basemap(projection = 'tmerc', llcrnrlat = 49.5, urcrnrlat = 59.5, llcrnrlon = -10.5, urcrnrlon = 3.5, lon_0 = -4.36, lat_0 = 54.7, resolution = 'i')

# 畫海岸線
m.drawcoastlines()

# 上色
m.fillcontinents(color = 'coral', lake_color = 'aqua')
m.drawmapboundary(fill_color = 'aqua')

# 畫經緯度線
m.drawparallels(np.arange(-40,61.,2.))
m.drawmeridians(np.arange(-20.,21.,2.))

# 送上標題
plt.title("Transverse Mercator Projection")
plt.show()

結果：

返回地圖投影專題

Oblique Mercator

代碼：

# 導入包
from mpl_toolkits.basemap import Basemap
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

# 投影方式選擇
m = Basemap(projection = 'omerc', height = 16700000, width = 12000000, area_thresh = 1000., lon_0 = -100, lat_0 = 15, lon_1 = -50, lat_1 = -55, lon_2 = -120, lat_2 = 65, resolution = 'l')

# 畫海岸線
m.drawcoastlines()

# 上色
m.fillcontinents(color = 'coral', lake_color = 'aqua')
m.drawmapboundary(fill_color = 'aqua')

# 畫經緯度線
m.drawparallels(np.arange(-80.,81.,20.))
m.drawmeridians(np.arange(180.,181.,20.))

# 送上標題
plt.title("Oblique Mercator Projection")
plt.show()

結果：

返回地圖投影專題

Miller Cylindrical

代碼：

# 導入包
from mpl_toolkits.basemap import Basemap
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

# 投影方式選擇
m = Basemap(projection = 'mill', llcrnrlat = -90, urcrnrlat = 90, llcrnrlon = -180, urcrnrlon = 180, resolution = 'c')

# 畫海岸線
m.drawcoastlines()

# 上色
m.fillcontinents(color = 'coral', lake_color = 'aqua')
m.drawmapboundary(fill_color = 'aqua')

# 畫經緯度線
m.drawparallels(np.arange(-90.,91.,30.))
m.drawmeridians(np.arange(-180.,181.,60.))

# 送上標題
plt.title("Miller Cylindrical Projection")
plt.show()

結果：

返回地圖投影專題

Gall Stereographic

代碼：

# 導入包
from mpl_toolkits.basemap import Basemap
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

# 投影方式選擇
m = Basemap(projection = 'gall', llcrnrlat = -90, urcrnrlat = 90, llcrnrlon = -180, urcrnrlon = 180, resolution = 'c')

# 畫海岸線
m.drawcoastlines()

# 上色
m.fillcontinents(color = 'coral', lake_color = 'aqua')
m.drawmapboundary(fill_color = 'aqua')

# 畫經緯度線
m.drawparallels(np.arange(-90.,91.,30.))
m.drawmeridians(np.arange(-180.,181.,60.))

# 送上標題
plt.title("Gall Stereographic Projection")
plt.show()

結果：

返回地圖投影專題

Cylindrical Equal-Area

代碼：

# 導入包
from mpl_toolkits.basemap import Basemap
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

# 投影方式選擇
m = Basemap(projection = 'cea', llcrnrlat = -90, urcrnrlat = 90, llcrnrlon = -180, urcrnrlon = 180, resolution = 'c')

# 畫海岸線
m.drawcoastlines()

# 上色
m.fillcontinents(color = 'coral', lake_color = 'aqua')
m.drawmapboundary(fill_color = 'aqua')

# 畫經緯度線
m.drawparallels(np.arange(-90.,91.,30.))
m.drawmeridians(np.arange(-180.,181.,60.))

# 送上標題
plt.title("Cylindrical Equal-Area Projection")
plt.show()

結果：

返回地圖投影專題

Lambert Conformal

代碼：

# 導入包
from mpl_toolkits.basemap import Basemap
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

# 投影方式選擇
m = Basemap(projection = 'lcc', lat_0 = 50, lon_0 = -107., lat_1 = 45., lat_2 = 55, width = 12000000, height = 9000000, rsphere = (6378137.00, 6356752.3142), resolution = 'l')

# 畫海岸線
m.drawcoastlines()

# 上色
m.fillcontinents(color = 'coral', lake_color = 'aqua')
m.drawmapboundary(fill_color = 'aqua')

# 畫經緯度線
m.drawparallels(np.arange(-80.,81.,20.))
m.drawmeridians(np.arange(-180.,181.,20.))

# 送上標題
plt.title("Lambert Conformal Projection")
plt.show()

結果：

返回地圖投影專題

Lambert Azimuthal Equal Area

代碼：

# 導入包
from mpl_toolkits.basemap import Basemap
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

# 投影方式選擇
m = Basemap(projection = 'laea', lat_0 = 50, lon_0 = -107., lat_ts = 50, width = 12000000, height = 8000000, resolution = 'l')

# 畫海岸線
m.drawcoastlines()

# 上色
m.fillcontinents(color = 'coral', lake_color = 'aqua')
m.drawmapboundary(fill_color = 'aqua')

# 畫經緯度線
m.drawparallels(np.arange(-80.,81.,20.))
m.drawmeridians(np.arange(-180.,181.,20.))

# 送上標題
plt.title("Lambert Azimuthal Equal Area Projection")
plt.show()

結果：

返回地圖投影專題

North-Polar Lambert

代碼：

結果：

[Python] Basemap入坑手冊

Basemap入坑手冊

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1. 安裝

2. 畫第一張圖

3. 地圖投影專題

3.1 地圖投影基礎

3.1.1 Using epsg to set the projection

3.2 地圖投影拓展

附錄

附錄一：地圖投影示例