Python資料科學之視覺化-BaseMap繪製地理影象

資料科學中，常用的一種視覺化型別是地理影象的繪製，Matplotlib中繪製這一型別影象的是

BaseMap

庫，它是在

mpl_toolkits

下的Matplotlib工具庫之一。相比於現在常用的其它繪圖工具，如leaflet， Google Maps API， BaseMap略顯笨重，但在Python中，它還是非常有效的地圖繪製工具，本章我們將講解下如果用BaseMap進行地理影象的繪製。

BaseMap安裝比較簡單，可以透過conda直接安裝或者下載按照，如果安裝過程中出現一些問題，可參照我另一篇文章《Basemap報錯KeyError： ‘PROJ_LIB’》尋找解決辦法。

$ conda install basemap

該模組的標準引用：

%matplotlib inlineimport numpy as npimport matplotlib。pyplot as pltfrom mpl_toolkits。basemap import Basemap

工具庫新增後便可以開始地圖的繪製，如繪製一個地球表面影象：

plt。figure（figsize = （8，8））m = Basemap（projection = ‘ortho’，resolution = None， lat_0=50， lon_0 = -100）m。bluemarble（scale=0。5）

A “bluemarble” projection of the Earth

裡面引數的含義我們稍後討論。

在BaseMap中，繪製出的影象不僅僅是一個圖片，它是帶有地理座標的，這意味著我們可以在影象上作資料標註。例如我們可以繪製出一張北美的地圖，然後在上面標註出西雅圖（Seattle）的位置。此處我們選擇一種

etopo

的影象（含陸地和海洋背景的一種影象）。

fig = plt。figure（figsize=（8， 8）） m = Basemap（projection=‘lcc’， resolution=None， width=8E6， height=8E6， lat_0=45， lon_0=-100，） m。etopo（scale=0。5， alpha=0。5） # 經緯度輸入（long， lat） to （x， y） x， y = m（-122。3， 47。6） plt。plot（x， y， ‘ok’， markersize=5） plt。text（x， y， ‘ Seattle’， fontsize=12）；

地圖標註影象

此處僅給出了地理視覺化的兩個簡單示例，簡單幾行程式碼，可實現地圖的視覺化繪製，下面我們深入介紹下BaseMap庫，透過下面幾個例子，你將能夠學會如何建立你想要的地理影象。

選擇Map Projection

繪製圖像第一件事是選擇採用哪種projection，我們都知道無法在一個平面上畫出一個球形圖，如果不對這個球形進行展開，在人類的歷史上，已經有發展出一些為人熟知的地理影象，這些通常就是一個個的projection。取決於我們使用地圖的目的，我們有大量的projection去選擇，此處我選擇幾個常見的進行介紹，我們首先定義一個繪製世界地圖的函式：

from itertools import chaindef draw_map（m， scale=0。2）： # 畫一個地貌圖 m。shadedrelief（scale=scale） # 建立經緯度字典 lats = m。drawparallels（np。linspace（-90， 90， 13）） lons = m。drawmeridians（np。linspace（-180， 180， 13）） # keys contain the plt。Line2D instances lat_lines = chain（*（tup［1］［0］ for tup in lats。items（））） lon_lines = chain（*（tup［1］［0］ for tup in lons。items（））） all_lines = chain（lat_lines， lon_lines） # cycle through these lines and set the desired style for line in all_lines： line。set（linestyle=‘-’， alpha=0。3， color=‘w’）

Cylindrical projections

Cylindrical projections幾乎是最簡單的projection，經緯度分別繪製成橫線和垂直線，這種圖形對於赤道附近的地區表現形式非常好，但對應極點附近的區域，表現就極端扭曲，因為緯線間的空間距離在不同的緯度上是不同的，所以扭曲程度也是不同的。下面是cylindrical projection的一個示例，我們選擇等距的cylindrical projections（projection=‘cyl’）），其它還有“merc”和“cea”，可自行嘗試。

fig = plt。figure（figsize=（8， 6）， edgecolor=‘w’） m = Basemap（projection=‘cyl’， resolution=None，draw_map（m）

Cylindrical equal-area projection

Pseudo-cylindrical projections

Pseudo-cylindrical projections解決了上圖在極點附近影象扭曲的現象，僅在赤道附近緯線是垂直的。Mollweide projection （projection=‘moll’）是常用的一種，它可以是幾點附件的影象顯示與實際一致的面積大小。其它的有Pseudo-cylindrical projections還有sinusoidal （projection=‘sinu’）和 Robinson （projection=‘robin’）。

fig = plt。figure（figsize=（8， 6）， edgecolor=‘w’） m = Basemap（projection=‘moll’， resolution=None， lat_0=0， lon_0=0）draw_map（m）

The Molleweide projection

Perspective projections

Perspective projections是為了檢視某一特定視角而採用的一種方式，如同你想在空間的某個視角拍攝地球。常用的一種是orthographic projection （projection=‘ortho’），它顯示的是地球的一面，其它的有gnomonic （projection=‘gnom’）和 stereographic （projection=‘stere’）。

fig = plt。figure（figsize=（8， 8）） m = Basemap（projection=‘ortho’， resolution=None， lat_0=50， lon_0=0） draw_map（m）；

The orthographic projection

Conic projections

Conic projections展示的是一個圓錐形，它能非常好地展示區域性特徵，但越遠離圓錐，影象扭曲會越嚴重。Lambert conformal conic projection （projection=‘lcc’），這個是我們開篇用到的繪製北美的projection，其它的有equidistant conic （projection=‘eqdc’）和 Albers equal-area （pro jection=‘aea’）。

fig = plt。figure（figsize=（8， 8）） m = Basemap（projection=‘lcc’， resolution=None， lon_0=0， lat_0=50， lat_1=45， lat_2=55， width=1。6E7， height=1。2E7）draw_map（m）