cnmaps使用指南

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cnmaps是一个致力于让中国地图的获取和使用更丝滑的python扩展包。

当前版本具有以下几个主要功能：

  1. 自带合规地图边界，数据源来自于高德等测绘机构，让你无需再额外寻找地图边界文件。

  2. 支持地图边界之间的加减、交并集等常规操作，让你可以自由地组合想要的地图形状。

  3. 具有易于使用的地图裁剪功能，且裁剪效果好，平滑无锯齿。

  4. 与cartopy集成，可以自动转换地图边界的投影。

_images/china-clip-projections.png

cnmaps使用指南

安装

cnmaps依赖于 cartopy>=0.19.0 ，因此在安装cnmaps之前请确保cartopy已安装，cartopy的安装方法 。

在完成cartopy的安装以后，你可以使用pip来安装cnmaps： $ pip install cnmaps==0.2.1

警告

由于cnmaps目前为探索和实验阶段，有些功能可能会随着版本的更新而发生巨大的变化，为了避免由于版本更新而导致代码不可用，请在安装时指定版本号。本文档是以 cnmaps==0.2.1 版本进行说明的，其他版本可能并不适用。

快速开始

用最简单直接的方式，来绘制你的第一张中国地图。

import cartopy.crs as ccrs
import matplotlib.pyplot as plt
from cnmaps import get_map, draw_map

fig = plt.figure(figsize=(10,10))
ax = fig.add_subplot(111, projection=ccrs.PlateCarree())
draw_map(get_map('中国'), color='k')
draw_map(get_map('南海'), color='k')

plt.show()
_images/china-line-with-south-sea.png

使用案例

绘制各省地图

分别绘制中国及河南省的边界。

import cartopy.crs as ccrs
import matplotlib.pyplot as plt
from cnmaps import get_map, draw_map

fig = plt.figure(figsize=(10,10))
ax = fig.add_subplot(111, projection=ccrs.PlateCarree())
draw_map(get_map('中国'), color='k')
draw_map(get_map('南海'), color='k')
draw_map(get_map('河南'), color='b')

plt.show()
_images/china-line-with-south-sea-and-henan.png

合并省界

将多个省（特区/直辖市）合并起来，我们用很简单的方式来可以绘制一张京津冀的轮廓图。

import cartopy.crs as ccrs
import matplotlib.pyplot as plt
from cnmaps import get_map, draw_map

jingjinji = get_map('北京') + get_map('天津') + get_map('河北')

fig = plt.figure(figsize=(10,10))
ax = fig.add_subplot(111, projection=ccrs.PlateCarree())
draw_map(jingjinji, color='k')

plt.show()
_images/jingjinji.png

绘制青藏高原

cnmaps还内置了青藏高原的边界，可以直接调取使用。

import cartopy.crs as ccrs
import matplotlib.pyplot as plt
from cnmaps import get_map, draw_map

fig = plt.figure(figsize=(10,10))
ax = fig.add_subplot(111, projection=ccrs.PlateCarree())
draw_map(get_map('青藏高原', map_set='geography'), color='k')

plt.show()
_images/qingzanggaoyuan.png

根据地图边界裁剪填色等值线

cnmaps可以利用地图边界对等值线图进行裁减，只需要一个 clip_contours_by_map 函数即可。

import cartopy.crs as ccrs
import matplotlib.pyplot as plt
from cnmaps import get_map, draw_map, clip_contours_by_map
from cnmaps.sample import load_dem

lons, lats, dem = load_dem()
fig = plt.figure(figsize=(10,10))

tp = get_map('青藏高原', map_set='geography')

ax = fig.add_subplot(111, projection=ccrs.PlateCarree())
cs = ax.contourf(lons, lats, dem, cmap=plt.cm.terrain)
clip_contours_by_map(cs, tp)
draw_map(tp, color='k')
_images/tp-clip.png

根据边界裁减填色网格图

cnmaps也可以对网格图进行裁减，使用 clip_pcolormesh_by_map 函数即可。

import cartopy.crs as ccrs
import matplotlib.pyplot as plt
from cnmaps import get_map, draw_map, clip_pcolormesh_by_map
from cnmaps.sample import load_dem

lons, lats, dem = load_dem()
fig = plt.figure(figsize=(10, 10))

tp = get_map('青藏高原', map_set='geography')

ax = fig.add_subplot(111, projection=ccrs.PlateCarree())
mesh = ax.pcolormesh(lons, lats, dem, cmap=plt.cm.terrain)
clip_pcolormesh_by_map(mesh, tp)
draw_map(tp, color='k')
ax.set_extent(tp.get_extent())
_images/tp-clip-pcolormesh.png

调整图片边界位置

我们可以利用 get_extent 方法获取不同缩放等级的边界，例如下图，我们用12个不同等级的缩放来绘制青藏高原的海拔高度图

import cartopy.crs as ccrs
import matplotlib.pyplot as plt
from cnmaps import get_map, draw_map, clip_contours_by_map
from cnmaps.sample import load_dem

lons, lats, dem = load_dem()
fig = plt.figure(figsize=(12,6))
fig.tight_layout()

tp = get_map('青藏高原', map_set='geography')

for i in range(12):
    ax = fig.add_subplot(3,4,i+1, projection=ccrs.PlateCarree())
    cs = ax.contourf(lons, lats, dem, cmap=plt.cm.terrain)
    clip_contours_by_map(cs, tp)
    draw_map(tp, color='k')
    ax.set_extent(tp.get_extent(buffer=i*2))
    plt.title(f'buffer={i*2}')

plt.show()
_images/tp-clip-buffer.png

剪切等值线图

除了填色等值线，非填色的等值线也可以直接用 clip_contours_by_map 进行剪切。

import cartopy.crs as ccrs
import matplotlib.pyplot as plt
from cnmaps import get_map, draw_map, clip_contours_by_map
from cnmaps.sample import load_dem

lons, lats, dem = load_dem()
fig = plt.figure(figsize=(18, 9))
fig.tight_layout()

tp = get_map('青藏高原', map_set='geography')

ax = fig.add_subplot(111, projection=ccrs.PlateCarree())
cs = ax.contour(lons, lats, dem, cmap=plt.cm.terrain)
clip_contours_by_map(cs, tp)
draw_map(tp, color='k')
ax.set_extent(tp.get_extent(buffer=3))

plt.show()
_images/tp-clip-contour.png

对label的裁减

cnmaps的clip_clabels_by_map函数可以对超出边界的等值线标签进行裁减。

警告

由于Cartopy自身的设计缺陷，在0.18.0版本中，Cartopy重写的clabel方法不返回Label Text对象，因此在该版本中 clip_clabels_by_map 函数无法生效，在0.19.0中修复了这个bug，所以请尽量使用0.19.0及以上版本。

import cartopy.crs as ccrs
import matplotlib.pyplot as plt
from cnmaps import get_map, draw_map, clip_contours_by_map
from cnmaps.sample import load_dem

lons, lats, dem = load_dem()
fig = plt.figure(figsize=(18, 9))
fig.tight_layout()

tp = get_map('青藏高原', map_set='geography')

ax = fig.add_subplot(111, projection=ccrs.PlateCarree())
cs = ax.contour(lons, lats, dem, cmap=plt.cm.terrain)
clip_contours_by_map(cs, tp)

cb = ax.clabel(cs, colors='r')
clip_clabels_by_map(cb, tp)

draw_map(tp, color='k')
ax.set_extent(tp.get_extent(buffer=3))

plt.show()
_images/tp-clip-contour-labels.png

变换投影

上述的功能在其他投影下也都适用，我们用四种投影来展示一下变换投影的效果。

import cartopy.crs as ccrs
import matplotlib.pyplot as plt
from cnmaps import get_map, draw_map, clip_contours_by_map
from cnmaps.sample import load_dem

lons, lats, dem = load_dem()

PROJECTIONS = [
    ('Mercator', ccrs.Mercator(central_longitude=100)),
    ('Mollweide', ccrs.Mollweide(central_longitude=100)),
    ('Orthographic', ccrs.Orthographic(central_longitude=100)),
    ('Robinson', ccrs.Robinson(central_longitude=100))
]

fig = plt.figure(figsize=(16, 12))
fig.tight_layout()

china = get_map('中国')

for i, prj in enumerate(PROJECTIONS):
    ax = fig.add_subplot(2,2,i+1, projection=prj[1])
    cs = ax.contourf(lons, lats, dem, cmap=plt.cm.terrain, transform=ccrs.PlateCarree())
    clip_contours_by_map(cs, china)

    draw_map(china, color='k')
    ax.set_extent(china.get_extent(buffer=3))
    ax.set_global()
    ax.coastlines()
    plt.title(prj[0])

plt.show()
_images/china-clip-projections.png

资料引用

  1. 谢栋灿. 高德行政区边界获取与整理（shp格式）[EB/OL]. [2017.11.05]. http://i.xdc.at/2017/11/05/amap-district-to-shapefile/

  2. 张镱锂, 李炳元, 郑度. 青藏高原范围与界线地理信息系统数据[J/DB/OL]. 全球变化数据仓储电子杂志(中英文), 2014. https://doi.org/10.3974/geodb.2014.01.12.V1.

版本日志

0.2.1

发布时间: 2022-03-02

  • 修复了Windows系统中GBK编码无法加载数据的问题。

0.2.0

发布时间: 2022-02-16

  • 增加了对pcolormesh图的裁剪支持。

  • 修复了边界错误的问题。

0.1.11

发布时间: 2022-02-14

  • 尝试修复安装时出现gbk编码异常的问题。

0.1.10

发布时间: 2022-02-13

  • 增加功能: cnmaps.get_map函数: 获取地图。

  • 增加功能: cnmaps.draw_map函数: 绘制地图。

  • 增加功能: cnmaps.MapPolygon类: 地图对象, 包括: 加号(合并)、减号(剪切)、逻辑与(交集)运算符的支持，get_extent方法。

  • 增加功能: cnmaps.clip_contours_by_map函数: 基于MapPolygon类对等值线图做裁减。

  • 增加功能: cnmaps.sample.load_dem函数: 加载dem样例数据。

  • 增加功能: cnmaps.clip_clabels_by_map函数: 基于MapPolygon类对标签做裁减。

  • 对cartopy.crs各类投影的支持。

  • 对全国中国国界、全国各省(特区/直辖市)地图的预置, 且处理了已知的拓扑错误。

  • 集成了travis CI自动化测试。