使用Python Basemap庫繪製各種炫酷的地圖

一、Basemap庫簡介

Basemap是Python中常用的繪製地圖的庫之一。它是Matplotlib的擴展模塊，提供了基於Matplotlib的擴展繪圖工具，可以繪製各種形狀的地圖，包括全球地圖、區域地圖、特定城市地圖、地圖投影等。Basemap庫適用於科學、工程、地理信息等多個領域。

Basemap主要包含以下幾個模塊：

• Basemap：用於創建基於地圖投影的繪圖對象。
• cm：提供多種顏色映射方案。
• pyproj：用於地圖投影轉換。
• mpl_toolkits：提供更多的擴展製圖工具。

二、繪製全球地圖

使用Basemap庫可以很方便地繪製全球地圖，示例代碼如下：

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

# 創建一個基於球形投影的地圖對象
m = Basemap(projection='ortho', lat_0=0, lon_0=0, resolution='l')

# 繪製海岸線和國家邊界線
m.drawcoastlines(linewidth=0.5)
m.drawcountries(linewidth=0.5)

# 顯示結果
plt.show()

以上代碼使用Orthographic投影方式創建了一個基於球形投影的地圖對象，然後繪製了海岸線和國家邊界線。

三、繪製區域地圖

除了全球地圖，Basemap庫還可以繪製各種區域地圖。比如，我們可以使用Basemap庫繪製美國的地圖，示例代碼如下：

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

# 創建一個基於等距柱面投影的地圖對象
m = Basemap(
    llcrnrlon=-119, llcrnrlat=22, # 左下角的經度和緯度
    urcrnrlon=-64, urcrnrlat=49, # 右上角的經度和緯度
    projection='lcc', # 投影方式
    lat_1=33, lat_2=45, lon_0=-95 # 投影參數
)

# 繪製州界和海岸線
m.drawstates(linewidth=0.5)
m.drawcoastlines(linewidth=0.5)

# 顯示結果
plt.show()

以上代碼使用等距柱面投影方式創建了一個基於美國的地圖對象，並且繪製了州界和海岸線。

四、地圖投影

Basemap庫支持多種投影方式，它們分別適用於不同的地理區域和目的，投影方式的選擇也會影響繪圖的效果。以下是一些常用的投影方式：

• 經緯度投影方式：cyl、merc、npstere等。
• 圓錐投影方式：lcc、aea、eqdc等。
• 圓柱投影方式：ortho、robin、moll等。

在使用Basemap庫時，需要根據具體情況選擇合適的投影方式。比如，在繪製南極洲地圖時，可以使用極射方投影（spstere）進行繪製，示例代碼如下：

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

# 創建一個基於極射方投影的地圖對象
m = Basemap(projection='spstere', boundinglat=-60, lon_0=180)

# 繪製海岸線、大圓和圓極點
m.drawcoastlines(linewidth=0.5)
m.drawgreatcircle(0, -90, 180, -90, linewidth=1, color='r')
m.plot(0, -90, 'bo')

# 顯示結果
plt.show()

以上代碼使用了spstere投影方式創建了一個基於南極洲的地圖對象，並繪製了海岸線、大圓和圓極點。

五、自定義繪圖

Basemap庫提供了很多自定義選項，可以調整地圖的樣式和布局。下面是一些常用的自定義選項：

• 繪圖大小：可以使用figure對象設置地圖的大小。
• 顏色映射：可以在地圖上使用多種顏色映射，比如漸變色、離散色等。
• 注釋和圖例：可以在地圖上添加註釋和圖例。

以下是一個自定義繪圖的例子，它繪製了中國地圖，並使用了顏色映射和注釋。

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

# 創建一個基於蘭勃特投影的地圖對象
m = Basemap(
    projection='lcc', lat_1=33, lat_2=45, lon_0=105,
    llcrnrlon=73, llcrnrlat=16, urcrnrlon=135, urcrnrlat=53,
    resolution='i'
)

# 讀取中國省級行政區劃數據
m.readshapefile('gadm36_CHN_shp/gadm36_CHN_1', 'states', drawbounds=True)

# 繪製省級行政區劃，並根據數據值進行顏色填充
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)

# 添加註釋和圖例
plt.title('中國地圖')
plt.annotate('數據來源：xxxxxx', xy=(0, 0), xytext=(10, 24), fontsize=10, color='gray')
plt.annotate('圖例', xy=(0, 0), xytext=(120, 24), fontsize=10, color='gray')
plt.plot([150, 170], [20, 20], 'r-', linewidth=3)
plt.annotate('數據值區間1', xy=(172, 18), fontsize=10, color='r')
plt.plot([150, 170], [15, 15], 'y-', linewidth=3)
plt.annotate('數據值區間2', xy=(172, 13), fontsize=10, color='y')
plt.plot([150, 170], [10, 10], 'g-', linewidth=3)
plt.annotate('數據值區間3', xy=(172, 8), fontsize=10, color='g')
plt.plot([150, 170], [5, 5], 'b-', linewidth=3)
plt.annotate('數據值區間4', xy=(172, 3), fontsize=10, color='b')

# 顯示結果
plt.show()

以上代碼繪製了一個基於蘭勃特投影的中國地圖，並使用了顏色填充以及注釋和圖例。