繪圖: matplotlib Basemap簡介

在資料視覺化過程中，我們常常需要將資料根據其採集的地理位置在地圖上顯示出來。比如說我們會想要在地圖上畫出城市，飛機的航線，乃至於軍事基地等等。通常來說，一個地理資訊系統都會帶有這樣的功能。今天我們討論如何在Python上實現，並且使用免費的工具包。

 

matplotlib是Python常用的資料繪製包。它基於numpy的陣列運算功能。matplotlib繪圖功能強大，可以輕易的畫出各種統計圖形，比如散點圖，條行圖，餅圖等。matplotlib常與numpy和scipy相配合，用於許多研究領域。他們是免費工具，但其功能足可以與科研界的大佬Matlab競爭。

Basemap是Matplotlib的一個子包，負責地圖繪製。 在資料視覺化過程中，我們常需要將資料在地圖上畫出來。比如說我們在地圖上畫出城市人口，飛機航線，軍事基地，礦藏分佈等等。這樣的地理繪圖有助於讀者理解空間相關的資訊。

 

我們下面用Basemap畫出亞洲主要城市的人口。如下圖，人口的數量用圓圈的大小表示：

資料如下(我從Wikipedia上整理的，你可以隨意使用)。將資料儲存在檔案major_city:

第一列是城市名，第二列是人口，第三第四列為緯度和經度，最後一列為所在國家。

 

下面是我的Python程式碼，用以繪製上面的地圖:

程式分為兩個部分，第一部分為從檔案讀取資料並處理。 第二部分才是真正用basemap繪圖。

 

地圖的大小、投影方法等重要資訊，是在Basemap()的呼叫中實現的：

map = Basemap(projection= ' ortho ',lat_0=35,lon_0=120,resolution= ' l ' )

projection引數規定了投影方法。改變投影方法，繪圖結果也將非常不同。

 

城市所在位置是經緯度。我們想要把經緯度對應影像的畫素點，需要轉換：

x, y =  map(lons, lats)

這個語句轉換為影像上的位置。

 

最後，呼叫繪製散點圖的方法scatter():

cs = map.scatter(i,j,s=size,marker= ' o ',color= ' #FF5600 ' )

在地圖上畫出資料。

 

總結

matplotlib中的Basemap是很好用的，具有專業標準的地圖繪製工具。它可以與matplotlib的一般繪圖功能結合，在地圖上繪製資料。

 

文中需要的軟體包:

numpy, matplotlib, mpl_toolkits

可以使用pip來下載安裝各個包。

 

在Ubuntu的repository中，你可以找到python-matplotlib包。