Python 裡最強的地圖繪制神器

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今天給大傢介紹一個非常 NB 的Python 庫，專門用來繪制地圖的，它叫 Folium 。

1. Folium簡介

Folium是一個基於leaflet.js的Python地圖庫，其中，Leaflet是一個非常輕的前端地圖可視化庫。即可以使用Python語言調用Leaflet的地圖可視化能力。它不單單可以在地圖上展示數據的分佈圖，還可以使用Vincent/Vega在地圖上加以標記。Folium可以讓你用Python強大生態系統來處理數據，然後用Leaflet地圖來展示。

Folium中有許多來自OpenStreetMap、MapQuest Open、MapQuestOpen Aerial、Mapbox和Stamen的內建地圖元件，而且支持使用Mapbox或Cloudmade的API密鑰來定制個性化的地圖元件。Folium支持GeoJSON和TopoJSON兩種文件格式的疊加，也可以將數據連接到這兩種文件格式的疊加層，最後可使用color-brewer配色方案創建分佈圖。

2. Folium的使用

地圖的生成

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folium.folium.Map()詳解

folium.folium.Map(location=None, width='100%', height='100%', left='0%', top='0%', position='relative', tiles='OpenStreetMap', attr=None, min_zoom=0, max_zoom=18, zoom_start=10, min_lat=-90, max_lat=90, min_lon=-180, max_lon=180, max_bounds=False, crs='EPSG3857', control_scale=False, prefer_canvas=False, no_touch=False, disable_3d=False, png_enabled=False, zoom_control=True, **kwargs)

參數說明：

  • location (tuple or list, default None)：緯度和經度
  • width (pixel int or percentage string (default: ‘100%’))：地圖寬度
  • height (pixel int or percentage string (default: ‘100%’))：地圖高度
  • tiles (str, default ‘OpenStreetMap’) ：瓦片名稱或使用TileLayer classass.
  • min_zoom (int, default 0)：地圖可縮放的最小級別
  • max_zoom (int, default 18)：地圖可縮放的最大級別
  • zoom_start (int, default 10) ：地圖的初始縮放級別
  • attr (string, default None)：當使用自定義瓦片時，傳入自定義瓦片的名詞
  • crs (str, default ‘EPSG3857′) ：投影坐標系標識
  • EPSG3857: Web墨卡托投影後的平面地圖，坐標單位為米。大部分國外地圖使用的時該標準。
  • EPSG4326: Web墨卡托投影後的平面地圖，但仍然使用WGS84的經度、緯度表示坐標。
  • EPSG3395: 墨卡托投影，主要用於航海圖
  • Simple: 簡單的x，y匹配，用於自定義瓦片(比如遊戲地圖)
  • control_scale (bool, default False) ：是否在地圖上顯示縮放標尺
  • prefer_canvas (bool, default False)：強制使用Canvas渲染
  • no_touch (bool, default False) ：是否允許觸摸事件
  • disable_3d (bool, default False) ：強制使用CSS 3D效果
  • zoom_control (bool, default True) ：是否要限制zoom操作
  • **kwargs ：Leaflets地圖類的其他參數: https://leafletjs.com/reference-1.5.1.html#map
  • “tiles”參數可選值：
  • “OpenStreetMap”
  • “Mapbox Bright” (Limited levels of zoom for free tiles)
  • “Mapbox Control Room” (Limited levels of zoom for free tiles)
  • “Stamen” (Terrain, Toner, and Watercolor)
  • “Cloudmade” (Must pass API key)
  • “Mapbox” (Must pass API key)
  • “CartoDB” (positron and dark_matter)

“tiles”的自定義設置：

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地球上同一個地理位置的經緯度，在不同的坐標系中，會有少量偏移，國內目前常見的坐標系主要分為三種：

  • 地球坐標系——WGS84：常見於GPS設備，Google地圖等國際標準的坐標體系。
  • 火星坐標系——GCJ-02：中國國內使用的被強制加密後的坐標體系，高德坐標就屬於該種坐標體系。
  • 百度坐標系——BD-09：百度地圖所使用的坐標體系，是在火星坐標系的基礎上又進行瞭一次加密處理。

所以在設置“tiles”時需要考慮目前手中得經緯度屬於那種坐標系。

由於投影坐標系中沒有GCJ-02和BD-09對應的標識，所以在自定義瓦片時主要經緯度能匹配上，crs中的設置可保持不變。更多詳情介紹請看：瓦片坐標系學習

如果需要將地圖保存，隻需執行：m.save(“map.html”) 即可。

添加點、線、面要素

添加點

import folium m = folium.Map(location=[39.917834, 116.397036], zoom_start=13, width='50%',height='50%', zoom_control='False', tiles='http://webrd02.is.autonavi.com/appmaptile?lang=zh_cn&size=1&scale=1&style=8&x={x}&y={y}&z={z}&ltype=6',attr='AutoNavi') tooltip ='請點擊我查看該點信息' folium.Marker([39.937282,116.403187], popup='南鑼鼓巷',tooltip=tooltip).add_to(m) folium.Marker([39.917834,116.397036], popup='故宮',tooltip=tooltip).add_to(m) folium.Marker([39.928614,116.391746], popup='北海公園', tooltip=tooltip, icon=folium.Icon(color='red')).add_to(m) folium.Marker([39.942143,116.382590], popup='後海公園', tooltip=tooltip, icon=folium.Icon(color='green', prefix='fa', icon='taxi')).add_to(m) m

img

Folium.Icon類可以設置color, icon_color, icon, angle, prefix這5個參數：

  1. color的可選項包括：[‘red’, ‘blue’, ‘green’, ‘purple’, ‘orange’, ‘darkred’, ‘lightred’, ‘beige’, ‘darkblue’, ‘darkgreen’, ‘cadetblue’, ‘darkpurple’, ‘white’, ‘pink’, ‘lightblue’, ‘lightgreen’, ‘gray’, ‘black’, ‘lightgray’] ，或者HTML顏色代碼
  2. icon_color同上
  3. icon可以在Font-Awesome網站中找到對應的名字，並設置prefix參數為’fa’
  4. angle以度為單位設置

其他：

m.add_child(folium.LatLngPopup()) #顯示鼠標點擊點經緯度 m.add_child(folium.ClickForMarker(popup='Waypoint')) # 將鼠標點擊點添加到地圖上

添加圓

folium.Circle( radius=300, location=[39.928614,116.391746], popup='北海公園', color='crimson', fill=False, ).add_to(m) folium.CircleMarker( location=[39.942143,116.382590], radius=50, popup='後海公園', color='#3186cc', fill=True, fill_color='#3186cc' ).add_to(m)

img

Circle和CircleMarker的不同：CircleMarker的radius一個單位是像素，Circle的一個單位時米

添加線段

folium.PolyLine([ [39.917834,116.397036], [39.928614,116.391746], [39.937282,116.403187], [39.942143,116.382590] ],color='red').add_to(m)

添加多邊形

folium.Marker([39.917834,116.397036], popup='故宮').add_to(m) folium.Marker([39.928614,116.391746], popup='北海公園').add_to(m) folium.Marker([39.937282,116.403187], popup='南鑼鼓巷').add_to(m) folium.Marker([39.942143,116.382590], popup='後海公園').add_to(m) folium.Polygon([ [39.917834,116.397036], [39.928614,116.391746], [39.942143,116.382590], [39.937282,116.403187], ],color='blue', weight=2, fill=True, fill_color='blue', fill_opacity=0.3).add_to(m)

Folium的其他高級應用

在地圖上顯示前200條犯罪數據

import folium import pandas as pd san_map = folium.Map(location=[37.77, -122.42], zoom_start=12,width='50%',height='50%') # cdata = pd.read_csv('https://cocl.us/sanfran_crime_dataset') cdata = pd.read_csv('Police_Department_Incidents_-_Previous_Year__2016_.csv') #犯罪數據，包含犯罪所在經緯度 # get the first 200 crimes in the cdata limit = 200 data = cdata.iloc[0:limit, :] # Instantiate a feature group for the incidents in the dataframe incidents = folium.map.FeatureGroup() # Loop through the 200 crimes and add each to the incidents feature group for lat, lng, in zip(cdata.Y, data.X): incidents.add_child( folium.CircleMarker( [lat, lng], radius=7, # define how big you want the circle markers to be color='yellow', fill=True, fill_color='red', fill_opacity=0.4 ) ) san_map.add_child(incidents)

統計區域犯罪總數

from folium import plugins # let's start again with a clean copy of the map of San Francisco san_map = folium.Map(location=[37.77, -122.42], zoom_start=12,width='50%',height='50%') # instantiate a mark cluster object for the incidents in the dataframe incidents = plugins.MarkerCluster().add_to(san_map) # loop through the dataframe and add each data point to the mark cluster for lat, lng, label, in zip(data.Y, data.X, cdata.Category): folium.Marker( location=[lat, lng], icon=None, popup=label, ).add_to(incidents) # add incidents to map san_map.add_child(incidents)

以熱力圖的方式呈現

from folium.plugins import HeatMap san_map = folium.Map(location=[37.77, -122.42], zoom_start=12,width='50%',height='50%') # Convert data format heatdata = data[['Y','X']].values.tolist() # add incidents to map HeatMap(heatdata).add_to(san_map) san_map

在地圖上呈現GeoJSON邊界數據

import json import requests # url = 'https://cocl.us/sanfran_geojson' url = 'san-francisco.geojson' san_geo = f'{url}' san_map = folium.Map(location=[37.77, -122.42], zoom_start=12,width='50%',height='50%') folium.GeoJson( san_geo, style_function=lambda feature: { 'fillColor': '#ffff00', 'color': 'blue', 'weight': 2, 'dashArray': '5, 5' } ).add_to(san_map) san_map

在GeoJSON上繪制Choropleth分級著色圖

# Count crime numbers in each neighborhood disdata = pd.DataFrame(cdata['PdDistrict'].value_counts()) disdata.reset_index(inplace=True) disdata.rename(columns={'index':'Neighborhood','PdDistrict':'Count'},inplace=True) san_map = folium.Map(location=[37.77, -122.42], zoom_start=12,width='50%',height='50%') folium.Choropleth( geo_data=san_geo, data=disdata, columns=['Neighborhood','Count'], key_on='feature.properties.DISTRICT', #fill_color='red', fill_color='YlOrRd', fill_opacity=0.7, line_opacity=0.2, highlight=True, legend_name='Crime Counts in San Francisco' ).add_to(san_map) san_map

3. 各地圖提供商瓦片服務地圖規則 高德地圖

目前高德的瓦片地址有如下兩種：

  • http://wprd0{1-4}.is.autonavi.com/appmaptile?x={x}&y={y}&z={z}&lang=zh_cn&size=1&scl=1&style=7&ltype=1
  • http://webst0{1-4}.is.autonavi.com/appmaptile?style=7&x={x}&y={y}&z={z}

前者是高德的新版地址，後者是老版地址。

高德新版的參數：

  • lang：可以通過zh_cn設置中文，en設置英文
  • size：基本無作用
  • scl：瓦片尺寸控制，1=256,2=512
  • style：設置影像和路網，style=6為衛星圖，style=7為街道圖，style=8為標註圖
  • ltype：線性控制，增加後，隻對地圖要素進行控制，沒有文字註記，要素多少，是否透明

這些規律並不是絕對的，有可能有的組合某些參數不起作用。

谷歌地圖

目前谷歌的瓦片地址也存在兩種：

  • 國內：

http://mt{0-3}.google.cn/vt/lyrs=m&hl=zh-CN&gl=cn&x={x}&y={y}&z={z}

  • 國外：

http://mt{0-3}.google.com/vt/lyrs=m&hl=zh-CN&gl=cn&x={x}&y={y}&z={z}

參數詳解：

  • lyrs = 類型
  • h = roads only 僅限道路
  • m = standard roadmap 標準路線圖
  • p = terrain 帶標簽的地形圖
  • r = somehow altered roadmap 某種改變的路線圖
  • s = satellite only 僅限衛星
  • t = terrain only 僅限地形
  • y = hybrid 帶標簽的衛星圖
  • gl = 坐標系
  • CN = 中國火星坐標系
  • hl = 地圖文字語言
  • zh-CN = 中文
  • en-US = 英文
  • x = 瓦片橫坐標
  • y = 瓦片縱坐標
  • z = 縮放級別 衛星圖0-14,路線圖0-17

百度地圖

百度當前的瓦片地址：

  • http://online{0-4}.map.bdimg.com/onlinelabel/?qt=tile&x={x}&y={y}&z={z}&styles=pl&udt=202004151&scaler=2&p=0
  • http://api{0-3}.map.bdimg.com/customimage/tile?&x={x}&y={y}&z={z}&udt=20180601&scale=1
  • http://its.map.baidu.com:8002/traffic/TrafficTileService?level={z}&x={x}&y={y}&time=1373790856265&label=web2D&;v=017

備註：瓦片地址中的x和y對應的並不是經緯度值，而是瓦片編號，中國主要地圖商的瓦片編號流派：

目前百度的瓦片編號比較特殊，Folium暫不支持。

其他參考資料：

  • https://github.com/geometalab/pyGeoTile
  • https://github.com/anzhihun/OpenLayers3Primer/blob/master/ch05/05-03.md
  • http://www.winseliu.com/blog/2018/01/30/map-started-guide/
  • https://github.com/CntChen/tile-lnglat-transform

騰訊地圖

騰訊地圖的瓦片地圖URL格式：

  • http://rt1.map.gtimg.com/realtimerender?z={z}&x={x}&y={y}&type=vector&style=0

由於騰訊地圖使用的瓦片編碼時TMS，所以使用時需要額外的設置。具體如下：

其他底圖

  • {0,1,2,3}代表瞭url的subDomain,在請求時會隨機的在url中使用mt0、mt1、mt2、mt3。{z}代表zoom，即縮放級別，{x}代表列號，{y}代表行號。
  • GeoQ 官網有公開的多個基於 ArcGIS 的地圖服務,均可使用,詳見

https://map.geoq.cn/arcgis/rest/services

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