将空间相关的数据展绘到地图上是常见的需求，实际上也早有一些软件或工具包来完成这样的工作。比较专业的程序如支持 Windows、UNIX/Linux 等多种操作系统的命令行工具 GMT（Generic Mapping Tools），Python 绘图工具 matplotlib 的扩展包 Basemap，地理信息系统使用的专业软件 ArcGIS 等。但在我看来，这些工具也都有些美中不足之处。
本文将介绍 Python 的制图工具包 Cartopy，以及它在各平台的安装过程。
对于制作用于演示说明的地图而言，ArcGIS 毫无疑问是在大材小用，GMT 和 Basemap 相对而言比较合适。但 GMT 大多数时间还是在命令提示符界面（或终端）中使用，要集成到程序中比较困难；而作为 Python 2 的殉葬品，Basemap 将在 2020 年停止维护。因此，如果你在寻找一个在 Python 中使用的制图工具包，作为 Basemap 钦定的继承人，Cartopy 几乎就是最好的选择了。
Cartopy 是一个开源免费的第三方 Python 扩展包，由英国气象办公室的科学家们开发，支持 Python 2.7 和 Python 3，致力于使用最简单直观的方式生成地图，并提供对 matplotlib 友好的协作接口。该工具包使用 LGPLv3 协议，代码托管在 Github 网站上。
如果你正在使用 Python 的科学计算发行版 Anaconda，安装 Cartopy 非常容易。你只需要运行：
1$ conda install -c conda-forge cartopy
等待这个命令运行完毕，就能使用 Cartopy 了！
在 Linux 上，安装 Cartopy 也很容易。Cartopy 依赖于 GEOS 和 PROJ.4 这两个包，所以需要首先安装所需的依赖：
1 $ sudo apt-get install libgeos-dev
2 $ sudo apt-get install libgeos++-dev
3 $ sudo apt-get install proj-bin
4 $ sudo apt-get install libproj-dev
然后使用 PIP 安装 Cartopy：
1$ pip install cartopy
在 Windows 系统的计算机上，你还可以使用 PIP 来安装预编译包的 Wheel 包。安装 Cartopy 所需的包有：
pyproj：处理地图投影变形，Cartopy 基于它定义了丰富的地图投影；
pillow：Python 的图像处理包，读写和操作栅格图像；
pyshp：Python 实现的 ESRI Shapefile 读写包；
shapely：操作和分析空间地理对象；
cartopy：Cartopy 安装包，地图制图工具。
你可以在 UC Irvine 的页面上找到这些工具包针对 Windows 操作系统的预编译版本。下载适合你的安装包，然后按照以上清单的顺序将所需要的程序包安装到计算机中。例如，我使用的是 64 位的 Python 3.5，因此安装过程如下：
1 $ pip install pyproj-1.9.5.1-cp35-cp35m-win_amd64.whl
2 $ pip install Pillow-5.0.0-cp35-cp35m-win_amd64.whl
3 $ pip install pyshp‑1.2.12‑py2.py3‑none‑any.whl
4 $ pip install Shapely-1.6.4.post1-cp35-cp35m-win_amd64.whl
5 $ pip install Cartopy-0.16.0-cp35-cp35m-win_amd64.whl
Cartopy 可以读取 Shapefile 作为输入的数据源，并且原生支持由 Natural Earth 或 GSHHS 发布的开源地理数据。但为了保持 Cartopy 的精致小巧，该包并未附带任何地理数据。只有当你首次使用某个数据源时，它才会进行下载，并保存在数据目录下以备以后使用。
为了在离线的情况下也能使用 Cartopy，你可以将预下载的地图数据放在其指定的文件夹内。Cartopy 的配置信息保存在 cartopy.config 变量中，要查看数据文件夹位置，你可以在 Python 终端中运行以下命令：
1 >>> importcartopy
2 >>> print(cartopy.config['data_dir'])
你可以手动下载所需的数据并分门别类地放入 Cartopy 数据文件夹中。我已经下载并整理了常用的数据文件并打包为一个压缩文件，你可以解压后直接使用。它们包括：
1:10m、1:50m、1:110m 比例尺的海岸线；
1:10m、1:50m、1:110m 比例尺的海洋、陆地和岛屿；
1:10m、1:50m、1:110m 比例尺的湖泊、河流；
1:10m、1:50m、1:110m 比例尺的地理界线（赤道、回归线和极圈）；
1:10m、1:50m、1:110m 比例尺的国家界线；
1:10m、1:50m、1:110m 比例尺的省、州界线；
1:10m、1:50m、1:110m 比例尺的主要城市。
Cartopy 的工作流非常简单：设置地图投影，添加地图要素，最后显示地图。Cartopy 与 matplotlib 协作得很好，对于高阶的功能，你可以直接使用 matplotlib。
下面是一个 Cartopy 版本的 “Hello world”：
1 importmatplotlib.pyplotasplt
2 importcartopy.crsasccrs
3 # set projection
4 ax = plt.axes(projection=ccrs.Robinson(central_longitude=150))
5 # plot coastlines & gridlines
6 ax.coastlines()
7 ax.gridlines(linestyle='--')
8 # show figure
9 plt.show()
复制并运行以上命令，你将看到一副熟悉的世界地图。Cartopy 的使用就是这样，简单而直观！
