使用Python Basemap库绘制各种炫酷的地图

一、Basemap库简介

Basemap是Python中常用的绘制地图的库之一。它是Matplotlib的扩展模块，提供了基于Matplotlib的扩展绘图工具，可以绘制各种形状的地图，包括全球地图、区域地图、特定城市地图、地图投影等。Basemap库适用于科学、工程、地理信息等多个领域。

Basemap主要包含以下几个模块：

Basemap：用于创建基于地图投影的绘图对象。
cm：提供多种颜色映射方案。
pyproj：用于地图投影转换。
mpl_toolkits：提供更多的扩展制图工具。

二、绘制全球地图

使用Basemap库可以很方便地绘制全球地图，示例代码如下：


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

# 创建一个基于球形投影的地图对象
m = Basemap(projection='ortho', lat_0=0, lon_0=0, resolution='l')

# 绘制海岸线和国家边界线
m.drawcoastlines(linewidth=0.5)
m.drawcountries(linewidth=0.5)

# 显示结果
plt.show()

以上代码使用Orthographic投影方式创建了一个基于球形投影的地图对象，然后绘制了海岸线和国家边界线。

三、绘制区域地图

除了全球地图，Basemap库还可以绘制各种区域地图。比如，我们可以使用Basemap库绘制美国的地图，示例代码如下：


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

# 创建一个基于等距柱面投影的地图对象
m = Basemap(
    llcrnrlon=-119, llcrnrlat=22, # 左下角的经度和纬度
    urcrnrlon=-64, urcrnrlat=49, # 右上角的经度和纬度
    projection='lcc', # 投影方式
    lat_1=33, lat_2=45, lon_0=-95 # 投影参数
)

# 绘制州界和海岸线
m.drawstates(linewidth=0.5)
m.drawcoastlines(linewidth=0.5)

# 显示结果
plt.show()

以上代码使用等距柱面投影方式创建了一个基于美国的地图对象，并且绘制了州界和海岸线。

四、地图投影

Basemap库支持多种投影方式，它们分别适用于不同的地理区域和目的，投影方式的选择也会影响绘图的效果。以下是一些常用的投影方式：

经纬度投影方式：cyl、merc、npstere等。
圆锥投影方式：lcc、aea、eqdc等。
圆柱投影方式：ortho、robin、moll等。

在使用Basemap库时，需要根据具体情况选择合适的投影方式。比如，在绘制南极洲地图时，可以使用极射方投影（spstere）进行绘制，示例代码如下：


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

# 创建一个基于极射方投影的地图对象
m = Basemap(projection='spstere', boundinglat=-60, lon_0=180)

# 绘制海岸线、大圆和圆极点
m.drawcoastlines(linewidth=0.5)
m.drawgreatcircle(0, -90, 180, -90, linewidth=1, color='r')
m.plot(0, -90, 'bo')

# 显示结果
plt.show()

以上代码使用了spstere投影方式创建了一个基于南极洲的地图对象，并绘制了海岸线、大圆和圆极点。

五、自定义绘图

Basemap库提供了很多自定义选项，可以调整地图的样式和布局。下面是一些常用的自定义选项：

绘图大小：可以使用figure对象设置地图的大小。
颜色映射：可以在地图上使用多种颜色映射，比如渐变色、离散色等。
注释和图例：可以在地图上添加注释和图例。

以下是一个自定义绘图的例子，它绘制了中国地图，并使用了颜色映射和注释。


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

# 创建一个基于兰勃特投影的地图对象
m = Basemap(
    projection='lcc', lat_1=33, lat_2=45, lon_0=105,
    llcrnrlon=73, llcrnrlat=16, urcrnrlon=135, urcrnrlat=53,
    resolution='i'
)

# 读取中国省级行政区划数据
m.readshapefile('gadm36_CHN_shp/gadm36_CHN_1', 'states', drawbounds=True)

# 绘制省级行政区划，并根据数据值进行颜色填充
colors = {'province 1': 'r', 'province 2': 'y', 'province 3': 'g', 'province 4': 'b'}
for info, shape in zip(m.states_info, m.states):
    province = info['NAME_1']
    if province in colors:
        color = colors[province]
        plt.fill(*zip(*shape), color=color, alpha=0.5)

# 添加注释和图例
plt.title('中国地图')
plt.annotate('数据来源：xxxxxx', xy=(0, 0), xytext=(10, 24), fontsize=10, color='gray')
plt.annotate('图例', xy=(0, 0), xytext=(120, 24), fontsize=10, color='gray')
plt.plot([150, 170], [20, 20], 'r-', linewidth=3)
plt.annotate('数据值区间1', xy=(172, 18), fontsize=10, color='r')
plt.plot([150, 170], [15, 15], 'y-', linewidth=3)
plt.annotate('数据值区间2', xy=(172, 13), fontsize=10, color='y')
plt.plot([150, 170], [10, 10], 'g-', linewidth=3)
plt.annotate('数据值区间3', xy=(172, 8), fontsize=10, color='g')
plt.plot([150, 170], [5, 5], 'b-', linewidth=3)
plt.annotate('数据值区间4', xy=(172, 3), fontsize=10, color='b')

# 显示结果
plt.show()

以上代码绘制了一个基于兰勃特投影的中国地图，并使用了颜色填充以及注释和图例。

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