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Basemap工具函数

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清单「Basemap工具函数」 02/04

Basemap工具函数(1)

bugsuse

addcyclic

添加一个经度值到经度数组中，并且添加一列值到数据数组中。当数据覆盖全部经度时，非常有利于添加缺省值。

mpl_toolkits.basemap.addcyclic(arrin, lonsin)

这不是一个 Basemap 方法，而是一个独立函数。
arrin 是输入数据。添加一列数据到 arrin 数组中以填充经度 -180 到 180 之间的空隙。
losin 是包含经度的一维数组。

from mpl_toolkits.basemap import Basemap
from mpl_toolkits.basemap import addcyclic
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

map = Basemap(projection='sinu', 
              lat_0=0, lon_0=0)

lons = np.arange(30, 390, 30)
lats = np.arange(0, 100, 10)

data = np.indices((lats.shape[0], lons.shape[0]))
data = data[0] + data[1]

data , lons = addcyclic(data, lons)

# 注意输出变量的顺序，经度，数据
lons, data = map.shiftdata(lons, datain = data, lon_0=0)

llons, llats = np.meshgrid(lons, lats)

x, y = map(llons, llats)

map.contourf(x, y, data)

map.drawcoastlines()
plt.show()

译注：

去除下列语句后

data , lons = addcyclic(data, lons)

可以得到下图

与之前的图相比，可以看出缺失了一部分数据，而这部分数据就是使用 addcyclic 函数添加的。

从上图中可以看出，执行 addcyclic 函数后，lons 数组多了 390 ，这就是为了使全球构成一个循环而添加的，390 与 30 代表同一个点。

data 数组中添加了灰线标记的一列。这一列和data数组的第一列是相同的。

colorbars

添加 colorbar，效果类似于 matplotlib 中的 colorbar。

colorbar(mappable=None, location=’right’, size=‘5%’, pad=‘2%’, fig=None, ax=None, **kwargs)

mappable 是一个非常重要的参数。在地图上的字段可以使用 colorscale 来解释。其值可以是 contourf，pcolormesh，contour 等。如果为 None，将呈现最后绘制的字段。
location 表示 color scale 将被绘制的位置。可以是 top，bottom，left，right。
size 以parent axis百分比的形式设置 colorbar 的宽度。默认值为 5%。
pad 同样以 parent axis 百分比的形式设置 colorbar 和 axes 之间的间隔。
fig 表示和 colorbar 相关的 figure
ax 表示要设置 colorbar 的 axes （译注）

大部分 matplotlib.colorbar 的参数均可使用，比如 label

colorbar 函数会返回一个对象，其具有一些有趣的方法：

add_lines 添加 lines 到 colorbar
set_ticks 可以改变 colorbar 上 ticks 和 labels 的位置

from mpl_toolkits.basemap import Basemap
import matplotlib.pyplot as plt
from osgeo import gdal
from numpy import linspace
from numpy import meshgrid

map = Basemap(projection='tmerc', 
              lat_0=0, lon_0=3,
              llcrnrlon=1.819757266426611, 
              llcrnrlat=41.583851612359275, 
              urcrnrlon=1.841589961763497, 
              urcrnrlat=41.598674173123)

ds = gdal.Open("../sample_files/dem.tiff")
data = ds.ReadAsArray()

x = linspace(0, map.urcrnrx, data.shape[1])
y = linspace(0, map.urcrnry, data.shape[0])

xx, yy = meshgrid(x, y)

cmap = plt.get_cmap('PiYG')

colormesh = map.pcolormesh(xx, yy, data, vmin = 500, vmax = 1300, cmap=cmap)
contour = map.contour(xx, yy, data, range(500, 1350, 50), colors = 'k', linestyles = 'solid')

map.colorbar(colormesh)
cb = map.colorbar(colormesh, location='bottom', label="contour lines")

cb.add_lines(contour)
cb.set_ticks([600, 760, 1030, 1210])

plt.show()

可以绘制 colormesh 和 contourf 场。能够使用一些高级 colorbar 属性。
第一个 colorbar （27行）。展示了默认使用的 colorbar。pcolormesh 作为参数被传递给 colorbar，从而强制此方法绘制 pcolormesh fields 以代替 contour fields。
第二个 colorbar 使用了更多的参数 1）位置改为 bottom 2）设置 label 3）使用 add_lines 方法添加 colorbar，从而同时显示 pcolormesh 和 contour 场 4）随机设置 tick 以展示如何改变 tick

查看 hexbin 示例可以得到如何设置对数刻度的信息。

drawmapscale

在指定位置添加地图比例尺。

drawmapscale(lon, lat, lon0, lat0, length, barstyle=’simple’, units=’km’, fontsize=9, yoffset=None, labelstyle=’simple’, fontcolor=’k’, fillcolor1=’w’, fillcolor2=’k’, ax=None, format=’%d’, zorder=None)

lon 和 lat 表示比例尺在地图上的位置。在地理坐标系中使用会有一个问题，就是比例尺无法放到地图外
lon0 和 lat0 表示要计算比例尺的点
length 表示比例尺上呈现的千米数
barstyle 表示比例尺的类型。可以是 'simple' 或 'fancy'。此例中展示了这两种类型
units 表示比例尺中使用的单位。默认是 km
fontsize 可以改变比例尺上单位的大小
fontcolor 设置比例尺上单位的颜色
yoffset 控制比例尺的高度。默认是地图高度的 0.02 倍。但在有些版本中可能会出问题。
fillcolor1 和 fillcolor2 用以设置当 labelstyle 为 'fancy' 时比例尺的颜色
format 设置比例尺上数字格式

注意：

默认的 cyl 投影无法使用此方法。[注1]

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

map = Basemap(llcrnrlon=-10.5,llcrnrlat=35,urcrnrlon=4.,urcrnrlat=44.,
             resolution='i', projection='tmerc', lat_0 = 39.5, lon_0 = -3.25)

map.drawmapboundary(fill_color='aqua')
map.fillcontinents(color='#cc9955',lake_color='aqua')
map.drawcoastlines()

map.drawmapscale(-7., 35.8, -3.25, 39.5, 500, barstyle='fancy')

map.drawmapscale(-0., 35.8, -3.25, 39.5, 500, fontsize = 14)

plt.show()

译注：

由下图可以看出，cyl投影不支持设置比例尺。（python 2.7 ，basemap 1.0.7）

gcpoints

沿着给定两个坐标点的线计算 n 个点。

gcpoints(lon1, lat1, lon2, lat2, npoints)

lon1 和 lat1 是地理坐标系中的起始点
lon2 和 lat2 是地理坐标系中的终止点
npoints 表示要计算的点数

注意：

要绘制大圆圈时，greatcircle 函数很容易使用。当使用 greatcircle 函数绘制出问题时， gcpoints 函数会很有用，尤其是获取点时。

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

map = Basemap(projection='merc', 
              lat_0=0, lon_0=0,
              llcrnrlon=-20.,llcrnrlat=0.,urcrnrlon=180.,urcrnrlat=80.)

map.drawmapboundary(fill_color='aqua')
map.fillcontinents(color='coral',lake_color='aqua')
map.drawcoastlines()

x, y = map.gcpoints(2.3, 48.9, 139.7, 35.6, 300)

print x, y

map.plot(x, y)
plt.show()

greatcircle

当传递两个球上的点给函数时，将会绘制最大的圆。[注2]

drawgreatcircle(lon1, lat1, lon2, lat2, del_s=100.0, **kwargs)

lon1 和 lat1 是地理坐标系中的起始点
lon2 和 lat2 是地理坐标系中的终止点
del_s 表示大圆上两点之间的距离（km）。默认为 100
linewidth 设置线宽
color 设置线的颜色

注意：

如果起始及终止点坐标不能覆盖全球的话（比如经度以 -179开始，179结束。），此函数无法很好的解决此问题。

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

map = Basemap(projection='merc', 
              lat_0=0, lon_0=0,
              llcrnrlon=-20.,llcrnrlat=0.,urcrnrlon=180.,urcrnrlat=80.)

map.drawmapboundary(fill_color='aqua')
map.fillcontinents(color='coral',lake_color='aqua')
map.drawcoastlines()

map.drawparallels(range(0, 90, 20))
map.drawmeridians(range(0, 180, 20))

#Paris-Tokyo
map.drawgreatcircle(2.3, 48.9, 139.7, 35.6,linewidth=2,color='r')
#Tokyo-Dubai
map.drawgreatcircle(139.7, 35.6, 55.2, 25.,linewidth=2,color='r')
#Dubai-Paris
map.drawgreatcircle(55.2, 25., 2.3, 48.9,linewidth=2,color='r')

plt.show()

当使用 Mercator 投影时，经纬度线将是直线，但绘制的大圆的线不是。

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

map = Basemap(projection='gnom', 
        width=15.e6,height=15.e6,
              lat_0=70, lon_0=80)

map.drawmapboundary(fill_color='aqua')
map.fillcontinents(color='coral',lake_color='aqua')
map.drawcoastlines()

map.drawparallels(range(0, 90, 20))
map.drawmeridians(range(0, 360, 20))

#Paris-Tokyo
map.drawgreatcircle(2.3, 48.9, 139.7, 35.6,linewidth=2,color='r')
#Tokyo-Dubai
map.drawgreatcircle(139.7, 35.6, 55.2, 25.,linewidth=2,color='r')
#Dubai-Paris
map.drawgreatcircle(55.2, 25., 2.3, 48.9,linewidth=2,color='r')

plt.show()

对于gnomonic 投影，大圆的线在任何方向都是直线。

注1：https://sourceforge.net/p/matplotlib/mailman/message/23863531/

注2： great circle https://en.wikipedia.org/wiki/Great_circle