matplotlib刪除地圖投影上的等值線及風場

【前言】最近在編寫一個氣象應用程序，用來顯示某一時刻某一地區的氣溫等值線和風場，程序主要用到了第三方庫matplotlib及Basemap。在編寫的過程當中發現，若是不進行擦除操做直接繪製新的等值線或風場，新的等值線（風場）會與原來的等值線（風場）疊加在一塊兒，而繪製的等值線及風場沒有單獨的remove方法，因此若是想要擦除已經繪製的等值線就要將地圖從新投影一遍，若是地圖投影精度高一點，整個投影過程就會特別漫長。經過對等值線及風場的返回結果進行研究，我找到了一個沒必要從新投影地圖就可將等值線及風場擦除的方法。

1、matplotlib及Basemap

matplotlib是Python經常使用的數據繪製包。它基於numpy的數組運算功能，能夠輕易的畫出各類統計圖形，如散點圖，條行圖，餅圖，等值線圖等。
Basemap是Matplotlib的一個子包，負責地圖繪製。在數據可視化過程當中，咱們能夠將數據在地圖上畫出來。

利用matplotlib及Basemap畫圖的基本步驟是：

1. 建立一個figure實例
2. 在figure裏建立Axes容器實例
3. 在Axes容器內建立Basemap實例進行地圖投影
4. 調用Basemap實例的contour及barbs方法進行在地圖上繪圖

2、不進行擦除操做直接繪製新的等值線或風場效果演示

爲了方便演示，數據爲我本身手中的數據，其中values,x1,y1爲等值線的數據及座標，huvalues,hvvalues,x2,y2爲風場的數據及座標，數據的格式及得到方法就不作過多解釋

1. 繪製地圖投影

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

fig = plt.figure()
ax = fig.add_axes([0,0,1,1])
m = Basemap(projection= 'laea', lon_0= 90, lat_0= 40, width= 11000000, \
            height= 8000000,resolution='l',ax=ax)
m.drawcoastlines(color='tan')
plt.show()

咱們將獲得下圖演示的結果

2. 繪製等值線

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

fig = plt.figure()
ax = fig.add_axes([0,0,1,1])
m = Basemap(projection= 'laea', lon_0= 90, lat_0= 40, width= 11000000, \
            height= 8000000,resolution='l',ax=ax)
m.drawcoastlines(color='tan')
c= m.contour(x1,y1,values,15,linewidths=1.5)
plt.show()

獲得結果以下：

3. 繼續繪製風場

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

fig = plt.figure()
ax = fig.add_axes([0,0,1,1])
m = Basemap(projection= 'laea', lon_0= 90, lat_0= 40, width= 11000000, \
            height= 8000000,resolution='l',ax=ax)
m.drawcoastlines(color='tan')
c= m.contour(x1,y1,values,15,linewidths=1.5)
b= m.barbs(x2,y2,huvalues*2.5,hvvalues*2.5)
plt.show()

獲得結果以下：

由此咱們能夠看出，若是在繪製新的等值線或者風場前不進行擦除操做，全部的圖像都會疊加在一塊兒

3、經過從新進行地圖投影進行擦除操做

1. 繪製地圖投影

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

fig = plt.figure()
ax = fig.add_axes([0,0,1,1])
m = Basemap(projection= 'laea', lon_0= 90, lat_0= 40, width= 11000000, \
            height= 8000000,resolution='l',ax=ax)
m.drawcoastlines(color='tan')
plt.show()

咱們將獲得下圖演示的結果

2. 繪製等值線

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

fig = plt.figure()
ax = fig.add_axes([0,0,1,1])
m = Basemap(projection= 'laea', lon_0= 90, lat_0= 40, width= 11000000, \
            height= 8000000,resolution='l',ax=ax)
m.drawcoastlines(color='tan')
c= m.contour(x1,y1,values,15,linewidths=1.5)
plt.show()

獲得結果以下：

3. 擦除axes從新進行地圖投影

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

fig = plt.figure()
ax = fig.add_axes([0,0,1,1])
m = Basemap(projection= 'laea', lon_0= 90, lat_0= 40, width= 11000000, \
            height= 8000000,resolution='l',ax=ax)
m.drawcoastlines(color='tan')
x1,y1=m(lon,lat)
c= m.contour(x1,y1,values,15,linewidths=1.5)
ax.clear()
m = Basemap(projection= 'laea', lon_0= 90, lat_0= 40, width= 11000000, \
            height= 8000000,resolution='l',ax=ax)
m.drawcoastlines(color='tan')
plt.show()

獲得下圖結果：

4. 繪製風場

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

fig = plt.figure()
ax = fig.add_axes([0,0,1,1])
m = Basemap(projection= 'laea', lon_0= 90, lat_0= 40, width= 11000000, \
            height= 8000000,resolution='l',ax=ax)
m.drawcoastlines(color='tan')
c= m.contour(x1,y1,values,15,linewidths=1.5)
ax.clear()
m = Basemap(projection= 'laea', lon_0= 90, lat_0= 40, width= 11000000, \
            height= 8000000,resolution='l',ax=ax)
m.drawcoastlines(color='tan')
x2,y2= m(hulon,hulat)
b= m.barbs(x2,y2,huvalues*2.5,hvvalues*2.5)
plt.show()

獲得結果以下：

此方法雖然能夠達到預期的效果，可是咱們的地圖投影並未作過改變，從新進行地圖投影毫無心義，並且還會佔用系統沒必要要的資源

4、對等值線實例及風場實例進行研究

1. 等值線

經過dir()命令咱們能夠查看建立的等值線實例c的屬性方法

print(dir(c))
['_A', '__class__', '__delattr__', '__dict__', '__dir__', '__doc__', '__eq__', '__format__', '__ge__', '__getattribute__', 
'__getstate__', '__gt__', '__hash__', '__init__', '__le__', '__lt__', '__module__', '__ne__', '__new__', '__reduce__', 
'__reduce_ex__', '__repr__', '__setattr__', '__sizeof__', '__str__', '__subclasshook__', '__weakref__', '_add_label',
 '_auto', '_autolev', '_check_xyz', '_contour_args', '_contour_generator', '_contour_level_args', '_corner_mask', 
'_get_allsegs_and_allkinds', '_get_label_clabeltext', '_get_label_text', '_get_lowers_and_uppers', '_initialize_x_y', 
'_levels', '_make_paths', '_process_args', '_process_colors', '_process_levels', '_process_linestyles', '_process_linewidths', 
'_transform', 'add_checker', 'add_label', 'add_label_clabeltext', 'add_label_near', 'allkinds', 'allsegs', 'alpha', 'antialiased', 
'autoscale', 'autoscale_None', 'ax', 'calc_label_rot_and_inline', 'callbacksSM', 'changed', 'check_update', 'clabel', 'cmap',
'collections', 'colorbar', 'colors', 'contour_doc', 'cvalues', 'extend', 'extent', 'filled', 'find_nearest_contour', 'get_alpha', 
'get_array', 'get_clim', 'get_cmap', 'get_label_coords', 'get_label_width', 'get_real_label_width', 'get_text', 'get_transform', 
'hatches', 'labelCValues', 'labelTexts', 'labels', 'layers', 'legend_elements', 'levels', 'linestyles', 'linewidths', 'locate_label',
 'locator', 'logscale', 'monochrome', 'nchunk', 'norm', 'origin', 'pop_label', 'print_label', 'set_alpha', 'set_array', 'set_clim',
 'set_cmap', 'set_label_props', 'set_norm', 'tcolors', 'tlinewidths', 'to_rgba', 'too_close', 'update_dict', 'vmax', 'vmin', 
'zmax', 'zmin']

經過查看，發如今c的屬性方法中並無remove()方法，可是咱們發現有一個屬性是collections，這裏的collections若是與Python的集合類相同，它就應該有remove()方法進刪除，因此繼續經過dir()命令進行查看

print(dir(c.collections)
['__add__', '__class__', '__contains__', '__delattr__', '__delitem__', '__dict__', '__dir__', '__doc__', '__eq__', 
'__format__', '__ge__', '__getattribute__', '__getitem__', '__getstate__', '__gt__', '__hash__', '__iadd__',
 '__imul__', '__init__', '__iter__', '__le__', '__len__', '__lt__', '__module__', '__mul__', '__ne__', '__new__',
 '__reduce__', '__reduce_ex__', '__repr__', '__reversed__', '__rmul__', '__setattr__', '__setitem__',
 '__setstate__', '__sizeof__', '__str__', '__subclasshook__', '__weakref__', 'append', 'clear', 'copy',
 'count', 'extend', 'index', 'insert', 'pop', 'remove', 'reverse', 'sort', 'type']

經過查看，發現c.collections有remove()方法，因此嘗試用c.collections.remove()進行刪除，因爲remove()方法一次只能刪除一個元素，因此要用for循環來進行刪除。

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

fig = plt.figure()
ax = fig.add_axes([0,0,1,1])
m = Basemap(projection= 'laea', lon_0= 90, lat_0= 40, width= 11000000, \
            height= 8000000,resolution='l',ax=ax)
m.drawcoastlines(color='tan')
c= m.contour(x1,y1,values,15,linewidths=1.5)
for i in c.collections:
       i.remove()
plt.show()

獲得下圖結果：

因而可知，此方法可行

2. 風場

經過dir()命令咱們能夠查看建立的等值線實例b的屬性方法

print(dir(b))
['__add__', '__class__', '__contains__', '__delattr__', '__dir__', '__doc__', '__eq__', '__format__',
 '__ge__', '__getattribute__', '__getitem__', '__getnewargs__', '__gt__', '__hash__', '__init__',
 '__iter__', '__le__', '__len__', '__lt__', '__mul__', '__ne__', '__new__', '__reduce__', '__reduce_ex__', 
'__repr__', '__rmul__', '__setattr__', '__sizeof__', '__str__', '__subclasshook__', 'count', 'index']

能夠發現風場的實例b沒有remove方法，也沒有collections屬性，因此決定先經過type()方法看看風場實例是什麼類型的

print(type(b))
<class 'tuple'>

能夠發現風場實例b是一個元組，因此繼續看它的元素有什麼屬性

print(dir(b[0]))
['_A', '__class__', '__delattr__', '__dict__', '__dir__', '__doc__', '__eq__', '__format__', '__ge__', '__getattribute__',
 '__getstate__', '__gt__', '__hash__', '__init__', '__le__', '__lt__', '__module__', '__ne__', '__new__', '__reduce__', 
'__reduce_ex__', '__repr__', '__setattr__', '__sizeof__', '__str__', '__subclasshook__', '__weakref__', '_agg_filter', 
'_alpha', '_animated', '_antialiaseds', '_axes', '_clipon', '_clippath', '_contains', '_edgecolors', 
'_edgecolors_original', '_facecolors', '_facecolors_original', '_factor', '_find_tails', '_get_bool',
 '_get_value', '_gid', '_hatch', '_is_filled', '_is_stroked', '_label', '_length', '_linestyles', '_linewidths',
 '_make_barbs', '_mouseover', '_offset_position', '_offsets', '_oid', '_path_effects', '_paths', '_picker',
 '_pickradius', '_pivot', '_prepare_points', '_propobservers', '_rasterized', '_remove_method',
 '_set_gc_clip', '_sizes', '_sketch', '_snap', '_stale', '_transOffset', '_transform', '_transformSet',
 '_transforms', '_uniform_offsets', '_url', '_urls', '_visible', 'add_callback', 'add_checker', 'aname',
 'autoscale', 'autoscale_None', 'axes', 'barb_increments', 'barbs_doc', 'callbacksSM', 'changed', 
'check_update', 'clipbox', 'cmap', 'colorbar', 'contains', 'convert_xunits', 'convert_yunits', 'draw', 
'eventson', 'figure', 'fill_empty', 'findobj', 'flip', 'format_cursor_data', 'get_agg_filter', 'get_alpha', 
'get_animated', 'get_array', 'get_axes', 'get_children', 'get_clim', 'get_clip_box', 'get_clip_on',
 'get_clip_path', 'get_cmap', 'get_contains', 'get_cursor_data', 'get_dashes', 'get_datalim', 
'get_edgecolor', 'get_edgecolors', 'get_facecolor', 'get_facecolors', 'get_figure', 'get_fill', 'get_gid', 
'get_hatch', 'get_label', 'get_linestyle', 'get_linestyles', 'get_linewidth', 'get_linewidths',
 'get_offset_position', 'get_offset_transform', 'get_offsets', 'get_path_effects', 'get_paths', 'get_picker',
 'get_pickradius', 'get_rasterized', 'get_sizes', 'get_sketch_params', 'get_snap', 'get_transform', 
'get_transformed_clip_path_and_affine', 'get_transforms', 'get_url', 'get_urls', 'get_visible', 
'get_window_extent', 'get_zorder', 'have_units', 'hitlist', 'is_figure_set', 'is_transform_set', 
'mouseover', 'norm', 'pchanged', 'pick', 'pickable', 'properties', 'remove', 'remove_callback',
 'rounding', 'set', 'set_UVC', 'set_agg_filter', 'set_alpha', 'set_animated', 'set_antialiased', 'set_antialiaseds', 
'set_array', 'set_axes', 'set_clim', 'set_clip_box', 'set_clip_on', 'set_clip_path', 'set_cmap', 'set_color',
 'set_contains', 'set_dashes', 'set_edgecolor', 'set_edgecolors', 'set_facecolor', 'set_facecolors', 'set_figure', 
'set_gid', 'set_hatch', 'set_label', 'set_linestyle', 'set_linestyles', 'set_linewidth', 'set_linewidths', 'set_lw',
 'set_norm', 'set_offset_position', 'set_offsets', 'set_path_effects', 'set_paths', 'set_picker', 'set_pickradius', 
'set_rasterized', 'set_sizes', 'set_sketch_params', 'set_snap', 'set_transform', 'set_url', 'set_urls', 'set_verts',
 'set_verts_and_codes', 'set_visible', 'set_zorder', 'sizes', 'stale', 'stale_callback', 'to_rgba', 'u', 'update',
 'update_dict', 'update_from', 'update_scalarmappable', 'v', 'x', 'y', 'zorder']

能夠發現風場實例元組的元素本身就有remove屬性，因此經過remove方法嘗試一下可不能夠進行風場的刪除

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

fig = plt.figure()
ax = fig.add_axes([0,0,1,1])
m = Basemap(projection= 'laea', lon_0= 90, lat_0= 40, width= 11000000, \
            height= 8000000,resolution='l',ax=ax)
m.drawcoastlines(color='tan')
b=m.barbs(x2,y2,huvalues*2.5,hvvalues*2.5)
for i in b:
    i.remove()
plt.show()

獲得下圖結果：

因而可知，此方法可行

5、總結

對於等值線，能夠經過等值線實例的collection屬性的remove方法進行刪除已經繪製等值線；
對於風場，能夠經過風場實例元組中個元素的remove方法進行刪除已繪製風場；
對於地圖上其餘繪圖方法，也能夠經過本文的方法進行一步步的嘗試。

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