Python展示不同投影方式

不同投影方式的原理和适用情况

地图投影是将地球的三维表面投影到二维平面上的方法。由于地球是球体，而地图是平面，投影过程中不可避免地会产生变形。不同的投影方式适用于不同的应用场景，以下是几种常见投影方式的原理和适用情况：

1. 等距圆柱投影（Plate Carree）

原理：将地球的经纬度直接映射到平面直角坐标系，经线和纬线都是等距的平行直线。
特点：
- 简单直观，易于计算。
- 高纬度地区变形严重，面积和形状失真。
适用情况：
- 适用于小范围地图或需要简单投影的场景。
- 常用于地理信息系统（GIS）和遥感影像的初始处理。

2. 罗宾逊投影（Robinson）

原理：一种折衷投影，试图在面积、形状和距离之间取得平衡。
特点：
- 全球地图的整体视觉效果较好。
- 高纬度地区仍有变形，但比等距圆柱投影更合理。
适用情况：
- 适用于世界地图的展示。
- 常用于教育和出版领域。

3. 墨卡托投影（Mercator）

原理：将地球投影到一个圆柱体上，然后展开圆柱体。
特点：
- 保持方向和角度的准确性，适合航海导航。
- 高纬度地区面积变形严重，极地地区无法显示。
适用情况：
- 适用于航海和航空导航。
- 常用于网络地图（如 Google Maps）。

4. 正射投影（Orthographic）

原理：将地球投影到一个切平面上，类似于从太空看地球的效果。
特点：
- 视觉效果逼真，适合展示半球或局部区域。
- 仅能显示地球的一部分，边缘变形严重。
适用情况：
- 适用于展示半球或局部区域。
- 常用于科学可视化或艺术效果图。

示例代码分块说明

1. 导入库

import cartopy.crs as ccrs
import cartopy.feature as cfeature
import matplotlib.pyplot as plt

功能：导入所需的库。
- cartopy.crs：用于定义地图投影。
- cartopy.feature：用于添加地理特征（如海岸线、国界线等）。
- matplotlib.pyplot：用于绘图。

2. 设置 matplotlib 的字体和符号显示

plt.rcParams["font.sans-serif"] = ["SimHei"]
plt.rcParams["axes.unicode_minus"] = False

功能：设置 matplotlib 的中文字体和解决负号显示问题。
- SimHei 是一种常用的中文字体。
- axes.unicode_minus=False 确保负号正常显示。

3. 定义投影方式和标题

projections = [
    ccrs.PlateCarree(),
    ccrs.Robinson(),
    ccrs.Mercator(),
    ccrs.Orthographic(central_longitude=0, central_latitude=90)
]

titles = ['等距圆柱投影', '罗宾逊投影', '墨卡托投影', '正射投影（北极视角）']

功能：定义四种投影方式和对应的标题。

4. 创建子图布局

fig, axes = plt.subplots(2, 2, figsize=(14, 10),
                         subplot_kw={'projection': projections[0]})

功能：创建一个 2x2 的子图布局，设置整体画布大小为 14x10，并初始化第一个子图的投影方式。

5. 遍历子图并设置投影方式

for i, ax in enumerate(axes.flat):
    ax.remove()  # 移除默认的子图
    ax = fig.add_subplot(2, 2, i+1, projection=projections[i])  # 重新添加子图，并设置投影方式
    
    ax.set_global()  # 设置地图范围为全球
    
    # 添加地理特征
    ax.add_feature(cfeature.COASTLINE, linewidth=0.5)  # 添加海岸线
    ax.add_feature(cfeature.BORDERS, linestyle=':', linewidth=0.5)  # 添加国界线
    ax.add_feature(cfeature.LAND, edgecolor='black', facecolor='lightgray')  # 添加陆地
    ax.add_feature(cfeature.OCEAN, facecolor='lightblue')  # 添加海洋
    
    # 添加网格线
    ax.gridlines(linestyle='--', color='gray', linewidth=0.5)
    
    # 设置子图标题
    ax.set_title(titles[i], fontsize=12, pad=10)