De belles cartes avec python : mise en pratique

La cartographie est un excellent moyen de diffuser une connaissance, y compris à des publics peu familiers de la statistique. Ce chapitre permet de découvrir la manière dont on peut utiliser Python pour construire des cartes standards (avec geopandas) ou réactives (folium). Cela se fera à travers un exercice permettant de visualiser la fréquentation par les vélos des routes parisiennes.

Visualisation
Exercice
Author

Lino Galiana

Published

2024-05-08

La pratique de la cartographie se fera, dans ce cours, en répliquant des cartes qu’on peut trouver sur la page de l’open-data de la ville de Paris ici.

Ce TP vise à initier :

Les données utilisées sont :

Avant de pouvoir commencer, il est nécessaire d’installer quelques packages au préalable:

# Sur colab
!pip install pandas fiona shapely pyproj rtree # à faire obligatoirement en premier pour utiliser rtree ou pygeos pour les jointures spatiales
!pip install contextily
!pip install geopandas
!pip install geoplot

Dans la première partie, nous allons utiliser les packages suivants :

import pandas as pd
import geopandas as gpd
import contextily as ctx
import geoplot
import matplotlib.pyplot as plt
import folium
ERROR 1: PROJ: proj_create_from_database: Open of /opt/mamba/share/proj failed

1 Première carte avec l’API matplotlib de geopandas

compteurs = compteurs.loc[
    ~compteurs["nom_compteur"].str.contains(r"(Bike IN|Bike OUT)")
]
/tmp/ipykernel_4678/3602001210.py:1: UserWarning:

This pattern is interpreted as a regular expression, and has match groups. To actually get the groups, use str.extract.

Maintenant, tout est prêt pour une première carte. matplotlib fonctionne selon le principe des couches. On va de la couche la plus lointaine à celle le plus en surface. L’exception est lorsqu’on ajoute un fond de carte contextily via ctx.add_basemap: on met cet appel en dernier.

Vous devriez obtenir cette carte:

ax.get_figure()

ax.get_figure()

ax.get_figure().savefig("featured_maps.png")

Le principe de la heatmap est de construire, à partir d’un nuage de point bidimensionnel, une distribution 2D lissée. La méthode repose sur les estimateurs à noyaux qui sont des méthodes de lissage local.

ax.get_figure()

2 Des cartes réactives grâce à folium

De plus en plus de données de visualisation reposent sur la cartographie réactive. Que ce soit dans l’exploration des données ou dans la représentation finale de résultats, la cartographie réactive est très appréciable.

folium offre une interface très flexible et très facile à prendre à main. Les cartes sont construites grâce à la librairie JavaScript Leaflet.js mais, sauf si on désire aller loin dans la customisation du résultat, il n’est pas nécessaire d’avoir des notions dans le domaine.

Un objet folium se construit par couche. La première est l’initialisation de la carte. Les couches suivantes sont les éléments à mettre en valeur. L’initialisation de la carte nécessite la définition d’un point central (paramètre location) et d’un zoom de départ (zoom_start). Plutôt que de fournir manuellement le point central et le zoom on peut :

  1. Déterminer le point central en construisant des colonnes longitudes et latitudes et en prenant la moyenne de celles-ci ;
  2. Utiliser la méthode fit_bounds qui cale la carte sur les coins sud-ouest et nord-est. En supposant que la carte s’appelle m, on fera m.fit_bounds([sw, ne])

Le bout de code suivant permet de calculer le centre de la carte

compteurs["lon"] = compteurs.geometry.x
compteurs["lat"] = compteurs.geometry.y
center = compteurs[["lat", "lon"]].mean().values.tolist()
print(center)
[48.85531869230769, 2.3506555923076924]

Alors que le code suivant permet de calculer les coins:

sw = compteurs[["lat", "lon"]].min().values.tolist()
ne = compteurs[["lat", "lon"]].max().values.tolist()
print(sw, ne)
[48.81964, 2.26526] [48.89907, 2.41143]
# Afficher la carte
m

La carte obtenue doit ressembler à la suivante :

# Afficher la carte
m

3 Exercices supplémentaires

3.1 Densité de population dans la petite couronne parisienne

Pour cet exercice, le package cartiflette va être pratique pour récupérer un fonds de carte mélangeant arrondissements parisiens et communes dans les autres villes.

Nous allons privilégier une carte à ronds proportionnels (bubble map) aux cartes chorolèpthes qui trompent l’oeil.

La carte obtenue devrait ressembler à celle-ci :

Text(0.3, 0.15, 'Source: IGN - AdminExpress')

Références supplémentaires

Informations additionnelles

environment files have been tested on.

Latest built version: 2024-05-08

Python version used:

'3.11.6 | packaged by conda-forge | (main, Oct  3 2023, 10:40:35) [GCC 12.3.0]'
Package Version
affine 2.4.0
aiobotocore 2.12.2
aiohttp 3.9.3
aioitertools 0.11.0
aiosignal 1.3.1
alembic 1.13.1
aniso8601 9.0.1
annotated-types 0.6.0
appdirs 1.4.4
archspec 0.2.3
astroid 3.1.0
asttokens 2.4.1
attrs 23.2.0
Babel 2.15.0
bcrypt 4.1.2
beautifulsoup4 4.12.3
black 24.4.2
blinker 1.7.0
blis 0.7.11
bokeh 3.4.0
boltons 23.1.1
boto3 1.34.51
botocore 1.34.51
branca 0.7.1
Brotli 1.1.0
cachetools 5.3.3
cartiflette 0.0.2
Cartopy 0.23.0
catalogue 2.0.10
cattrs 23.2.3
certifi 2024.2.2
cffi 1.16.0
charset-normalizer 3.3.2
chromedriver-autoinstaller 0.6.4
click 8.1.7
click-plugins 1.1.1
cligj 0.7.2
cloudpathlib 0.16.0
cloudpickle 3.0.0
colorama 0.4.6
comm 0.2.2
commonmark 0.9.1
conda 24.3.0
conda-libmamba-solver 24.1.0
conda-package-handling 2.2.0
conda_package_streaming 0.9.0
confection 0.1.4
contextily 1.6.0
contourpy 1.2.1
cryptography 42.0.5
cycler 0.12.1
cymem 2.0.8
cytoolz 0.12.3
dask 2024.4.1
dask-expr 1.0.10
debugpy 1.8.1
decorator 5.1.1
dill 0.3.8
distributed 2024.4.1
distro 1.9.0
docker 7.0.0
duckdb 0.10.1
en-core-web-sm 3.7.1
entrypoints 0.4
et-xmlfile 1.1.0
exceptiongroup 1.2.0
executing 2.0.1
fastjsonschema 2.19.1
fiona 1.9.6
flake8 7.0.0
Flask 3.0.2
folium 0.16.0
fontawesomefree 6.5.1
fonttools 4.51.0
frozenlist 1.4.1
fsspec 2023.12.2
GDAL 3.8.4
gensim 4.3.2
geographiclib 2.0
geopandas 0.12.2
geoplot 0.5.1
geopy 2.4.1
gitdb 4.0.11
GitPython 3.1.43
google-auth 2.29.0
graphene 3.3
graphql-core 3.2.3
graphql-relay 3.2.0
graphviz 0.20.3
great-tables 0.5.1
greenlet 3.0.3
gunicorn 21.2.0
h11 0.14.0
htmltools 0.5.1
hvac 2.1.0
idna 3.6
imageio 2.34.1
importlib_metadata 7.1.0
importlib_resources 6.4.0
inflate64 1.0.0
ipykernel 6.29.3
ipython 8.22.2
ipywidgets 8.1.2
isort 5.13.2
itsdangerous 2.1.2
jedi 0.19.1
Jinja2 3.1.3
jmespath 1.0.1
joblib 1.3.2
jsonpatch 1.33
jsonpointer 2.4
jsonschema 4.21.1
jsonschema-specifications 2023.12.1
jupyter-cache 1.0.0
jupyter_client 8.6.1
jupyter_core 5.7.2
jupyterlab_widgets 3.0.10
kaleido 0.2.1
kiwisolver 1.4.5
kubernetes 29.0.0
langcodes 3.4.0
language_data 1.2.0
lazy_loader 0.4
libmambapy 1.5.7
llvmlite 0.42.0
locket 1.0.0
lxml 5.2.1
lz4 4.3.3
Mako 1.3.2
mamba 1.5.7
mapclassify 2.6.1
marisa-trie 1.1.1
Markdown 3.6
MarkupSafe 2.1.5
matplotlib 3.8.3
matplotlib-inline 0.1.6
mccabe 0.7.0
menuinst 2.0.2
mercantile 1.2.1
mizani 0.11.2
mlflow 2.11.3
mlflow-skinny 2.11.3
msgpack 1.0.7
multidict 6.0.5
multivolumefile 0.2.3
munkres 1.1.4
murmurhash 1.0.10
mypy 1.9.0
mypy-extensions 1.0.0
nbclient 0.10.0
nbformat 5.10.4
nest_asyncio 1.6.0
networkx 3.3
nltk 3.8.1
numba 0.59.1
numpy 1.26.4
oauthlib 3.2.2
opencv-python-headless 4.9.0.80
openpyxl 3.1.2
outcome 1.3.0.post0
OWSLib 0.28.1
packaging 23.2
pandas 2.2.1
paramiko 3.4.0
parso 0.8.4
partd 1.4.1
pathspec 0.12.1
patsy 0.5.6
Pebble 5.0.7
pexpect 4.9.0
pickleshare 0.7.5
pillow 10.3.0
pip 24.0
pkgutil_resolve_name 1.3.10
platformdirs 4.2.0
plotly 5.19.0
plotnine 0.13.5
pluggy 1.4.0
polars 0.20.18
preshed 3.0.9
prometheus_client 0.20.0
prometheus-flask-exporter 0.23.0
prompt-toolkit 3.0.42
protobuf 4.25.3
psutil 5.9.8
ptyprocess 0.7.0
pure-eval 0.2.2
py7zr 0.20.8
pyarrow 15.0.0
pyarrow-hotfix 0.6
pyasn1 0.5.1
pyasn1-modules 0.3.0
pybcj 1.0.2
pycodestyle 2.11.1
pycosat 0.6.6
pycparser 2.21
pycryptodomex 3.20.0
pydantic 2.7.1
pydantic_core 2.18.2
pyflakes 3.2.0
Pygments 2.17.2
PyJWT 2.8.0
pylint 3.1.0
PyNaCl 1.5.0
pynsee 0.1.7
pyOpenSSL 24.0.0
pyparsing 3.1.2
pyppmd 1.1.0
pyproj 3.6.1
pyshp 2.3.1
PySocks 1.7.1
python-dateutil 2.9.0
python-dotenv 1.0.1
python-magic 0.4.27
pytz 2024.1
pyu2f 0.1.5
pywaffle 1.1.0
PyYAML 6.0.1
pyzmq 25.1.2
pyzstd 0.15.10
QtPy 2.4.1
querystring-parser 1.2.4
rasterio 1.3.10
referencing 0.34.0
regex 2023.12.25
requests 2.31.0
requests-cache 1.2.0
requests-oauthlib 2.0.0
rpds-py 0.18.0
rsa 4.9
Rtree 1.2.0
ruamel.yaml 0.18.6
ruamel.yaml.clib 0.2.8
s3fs 2023.12.2
s3transfer 0.10.1
scikit-image 0.23.2
scikit-learn 1.4.1.post1
scipy 1.13.0
seaborn 0.13.2
selenium 4.20.0
setuptools 69.2.0
shapely 2.0.3
six 1.16.0
smart-open 6.4.0
smmap 5.0.0
sniffio 1.3.1
snuggs 1.4.7
sortedcontainers 2.4.0
soupsieve 2.5
spacy 3.7.4
spacy-legacy 3.0.12
spacy-loggers 1.0.5
SQLAlchemy 2.0.29
sqlparse 0.4.4
srsly 2.4.8
stack-data 0.6.2
statsmodels 0.14.1
tabulate 0.9.0
tblib 3.0.0
tenacity 8.2.3
texttable 1.7.0
thinc 8.2.3
threadpoolctl 3.4.0
tifffile 2024.5.3
tomli 2.0.1
tomlkit 0.12.4
toolz 0.12.1
topojson 1.8
tornado 6.4
tqdm 4.66.2
traitlets 5.14.2
trio 0.25.0
trio-websocket 0.11.1
truststore 0.8.0
typer 0.9.4
typing_extensions 4.11.0
tzdata 2024.1
Unidecode 1.3.8
url-normalize 1.4.3
urllib3 1.26.18
wasabi 1.1.2
wcwidth 0.2.13
weasel 0.3.4
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Citation

BibTeX citation:
@book{galiana2023,
  author = {Galiana, Lino},
  title = {Python Pour La Data Science},
  date = {2023},
  url = {https://pythonds.linogaliana.fr/},
  doi = {10.5281/zenodo.8229676},
  langid = {en}
}
For attribution, please cite this work as:
Galiana, Lino. 2023. Python Pour La Data Science. https://doi.org/10.5281/zenodo.8229676.