专利名称：地球仪经纬度检测器的制作方法
技术领域：
本发明涉及科学与教育技术领域，特别是一种应用于地球仪制造厂及其监管部门检验球面地球仪产品质量中与经纬度相关的地理信息和中小学地理与数学教学与活动的地球仪经纬度检测器。
背景技术：
地球仪是指人们为了便于认识地球，也便于展示地球表面的地理事物，按照一定的比例将其缩小，制作类似于地球的模型，这种模型的通用名称叫做地球仪，其表面是一个规则的球面，具有球的几何特征。按照数学空间思维观念，把地球看作一个球体，假设地球沿着一根轴旋转，这根轴叫做地轴，地轴北端与地球表面的交点叫做北极点，简称北极；地轴南端与地球表面的交点叫做南极点，简称南极。地球表面与南北极的球面距离相等的点的集合形成的大圆圈，是与地轴垂直的大圆圈，这个大圆圈叫做赤道。在地球仪的球面上，连结南北两极的半圆，叫做经线，又称子午线，子午线都指示南北方向。为了区别每一条经线，人们给经线标注了度数，这就是经度。国际上规定，通过英国伦敦格林威治天文台旧址的经线为0°经线，也称本初子午线。从0°经线向东、向西各180°，分别属于东经和西经。东经的度数用E标注，西经的度数用W标注。譬如，在地球仪球面上，到南北两个极点的球面距离都相等的点的集合形成赤道，与赤道平行的圆圈，叫做纬线，纬线都指示东西方向，赤道是最长的纬线，从赤道到两极，纬线的长逐渐缩短。为了区别每一条纬线，人们给纬线标注了度数，这就是纬度。赤道是划分纬度的起始线，从赤道到南极和从赤道到北极各分为90° ,赤道以北称北纬,赤道以南称南纬,北纬的度数用N标注，南纬的度数用S标注。在地球仪上，经线和纬线相互交织，构成经纬网。在经纬网上，地球上任何一个地点都有与其对应的一条经线和一条纬线，这个地点的位置就是这两条线的交点。目前市售的地球仪上均将地球近似地看作一个球体，并按照一定的比例缩小，做成地球的空间模型。在地球仪球面上，人们用不同的颜色、文字、符号来表示陆地、海洋、山脉、河流、平原、沙漠、城市等地理事物的位置及特征，形象直观，一目了然。但现有市售地球仪在加工制作过程中，受工人劳动态度和工人素质制约，还受工厂机器设备、生产工艺和技术工人技能各个方面的影响，导致绝大数成品地球仪都不同程度在经线、纬线、经度和纬度等的标注方面存在与标准地理出版物不相适应的一些问题。目前，在地球仪的生产过程中，通常应用平面半球地图冲压成型技术，以生产由两个半球合成的地球仪，其方法为首先把南半球、北半球各印在平面塑胶材质上，再放在半球冲压机上，冲压成半球地球仪，最后再合成为成品地球仪。现在包括发达国家如英国、美国、德国、法国、韩国等在内，都不能解决地球仪生产过程中存在拉伸受力不均挤压不匀等问题，导致把某些纬度压低了，把某些纬度拉高了，因此，很难得到合格标准水平的地球仪，同时，生产出的成品地球仪也缺乏相应的检测设备，难于发现地球仪产成品是否存在标注偏差等问题。
发明内容
本发明旨在解决现有成品地球仪缺乏相应的高精度快速标准检测设备等技术问题，以提供能够实现高精度、准确和快速地检测出市售地球仪是否存在标注偏差、成本低和应用广泛的地球仪经纬度检测器。本发明的目的是通过以下技术方案实现的。本发明的地球仪经纬度检测器，半瓜形透明球壳片I上印有经度为20°、纬度为90°的经纬网，并标注有经线2、纬线3、极点4、赤道线5、极圈线6和回归线7;半瓜形透明球壳片I凹面所在球的半径为R，R与需要检测经纬度的地球仪半径相同。本发明的地球仪经纬度检测器，所述赤道线5到极点4之间标注有9条局部纬线，分别为 0°、10。、20。、30。、40。、50。、60。、70。、80。，在极点处标注 90° ;每条经线 2长度为HR /2，每条经线均被90条纬线等分成90份，每一份的长均为jiR/180;赤道线5长度为n R/9，被20条经线等分成20份，每一份的长均为JiR/180。本发明的地球仪经纬度检测器，所述半瓜形透明球壳片I的下端经纬网两侧分别钻有小孔，每个小孔上可安装一个呈L型的把手9。
本发明的地球仪经纬度检测器，所述的经纬网印制于半瓜形透明球壳片I的内凹面。
本发明地球仪经纬度检测器的有益效果:
如球体球面的直径为30cm的地球仪，使用本发明发明半径为R=15cm的半瓜形透明球壳片，把半瓜形透明球壳片上的极点跟地球仪的北极重合，或跟地球仪的南极重合，且把赤道线跟地球仪上的赤道线重合，就可以直接看出工厂生产的地球仪球面上经纬网地理信息是否准确无误。应用本发明技术，可以分别制作半径R为5cm、10cm、15cm、20cm等规格和尺寸不相同的地球仪经纬度检测器，更简便地，可以直接把经纬网的信息印刷或冲压在透明胶片上，制成学生文具盒中的学习工具，用来测量地球仪上某点的经纬度，更加方便。本发明可用于研制地球仪的科研院所，生产制造地球仪的大型企业，本发明的通用产品用中小学教学活动，培养学生的动手能力和科学态度。对于应用瓜形粘贴技术制作的地球仪，如果应用本发明的地球仪经纬度检测器检测发现有经纬线重复、纬线错位、极点内移等情形，则可以快速发现地球仪存在产品质量问题。本发明可广泛应用于教育教学的实践中，可形象直观的演示经纬度，把十分抽象的地理经纬度概念转化为360等分赤道和180等分经线，并解释了经纬网的形成和阐述了经纬网空间结构，有利于培养学生的地球与空间观念。
图1为本发明结构示意图 图2为本发明半瓜形透明球壳片的示意图 图3为本发明之左把手示意图 图4为本发明之右把手示意图 图5为本发明之实施例示意图 图中标号说明
I半瓜形透明球壳片、2经线、3纬线、4极点、5赤道线、6极圈线、7回归线、8把手孔、9把手
具体实施例方式本发明的详细结构、应用原理、作用与功效，参照附图1-5，通过如下实施方式予以说明。 本发明的基本目的在于应用数学基本原理，将本发明的地球仪经纬度检测器之凹面和凸面都做成球面的一部分，凹面所在球面的半径，与地球仪球面的半径相同，凸面所在球面的半径，比地球仪球面的半径大些。本专利的基本原理是检测器的凹面所在球面半径与地球仪球面半径相同，如果把本发明的地球仪经纬度检测器之凹面北极与地球仪北极重合，那么当检测器附着在地球仪上时，任一重合的点经纬度必相同。本发明发明创新的目的，在于应用数学对立体几何球面的精密的计算方法、技术和结论，生产符合数学科学标准的地球仪经纬度检测器，用来检测相同球半径的地球仪。如果地球仪球面上标注的某些地理信息，譬如，地球仪上的赤道、北回归线、南回归线、极圈等，与《地球仪经纬度检测器》凹面上印刷的标准的地理信息不对应，那就可以判定被检测的地球仪为不合格产品，判定的依据是地球仪球面上标准的经纬度地理信息缺乏科学性。由于中小学广泛使用地球仪学习地理和数学科学知识，在地球仪为合格产品的情况下，由于地球仪球面仅印刷了 24至36条经线和20至36条纬线，人们使用地球仪时，不能直接读出任一位置的经纬度。这是地球仪应用性唯一的一个弱点。把经线、纬线多印刷一些，使地球仪上经纬网过密，影响了人们观察地球仪上其它重要的地理信息。本发明的另一个重要目的，就是要克服地球仪应用性的这个弱点。中小学师生广泛应用《地球仪经纬度检测器》学习地理，特别是对那些初学地理的学生，有利于在活动中对地球仪产生兴趣，应用本专利直接测量地球仪球面上任一位置的经纬度，直接读出并写出精确到O.1度的经度值和纬度值，帮助学生更好地认识和理解地球仪球面上经线、纬线、经度、纬度、子午线、本初子午线、南回归线、北回归线、赤道、南极圈、北极圈、极点等地理信息、地理概念等空间几何图形直观的几何特点。如图2所示，本发明的半瓜形透明球壳片I的凹面，是半径为R的球的一部分，透明的半瓜形透明球壳片I的凸面，也是一个球的部分，但半径要比R大，半瓜形透明球壳片凹面印刷了经纬网，共有至少21条纬线和90条纬线的示意图，半瓜形透明球壳片凹面是达到严格质量标准要求符合几何图形特征具有球面性质的物体，也就是说，凹面上的每一个点都在以定点O为球心，定长R为半径的一个球上，进而推得凹面上印刷的经纬线也具有这一性质，经线或纬线上任一点到定点O的直线距离都为球半径R，在经线中，从边缘到中心，第6条经线和第11条经线为红色，在纬线中，从赤道线到极点，第I条、第11条、第21条、第31条、第41条、第51条、第61条、第71条、第81条均为红色，其余均为紫色，回归线与极圈线为红紫色，每条经线的长度等于半径为R的球的大圆周长的1/4，从极点开始，都被90条纬线分成相等的90等分，每相邻两条纬线间经线长jiR/180。从赤道线到极点，依次标注了 0°，10°，20°，30°，40°，50°，60°，70°，80°，90° (极点)，容易观察，得出结论，每条纬线表示的纬度，都是整数值。在赤道线上，21条经线与赤道线有21个交点，相邻两个交点间赤道线的长度也为n R/180，每条经线都有表示经度的整数值。如图3和图4为本发明的把手示意图，把手为直角圆柱形，一端有一个插柱头，插柱头的直径与半瓜形透明球壳片上的小孔的直径相同。图5为本发明实施示意图，图中的球体为一个地球仪的球面，半径为R,把半径为R的本发明地球仪经纬度检测器之半瓜形透明球壳片的极点与地球仪的极点重合，半瓜形透明球壳片的赤道线与地球仪的赤道线重合，移动半瓜形透明球壳片，使一条红色的经线与地球仪上某一条经线重合，就可以检测地球仪上某点的经纬度。实施例1地球仪产品基本地理信息经纬网准确，检测结论为合格的方法。制作半径分别为50mm、60mm、70mm、80mm、90mm、100mm、150mm、200mm、250mm、300mm、350mm和400mm等半径不同规格的本发明的地球仪经纬度检测器，待用。对于被检测的地球仪，其半径为R，选择半径为R的本发明的地球仪经纬度检测器，使检测器半瓜形透明球壳片的极点与被检测地球仪北极点重合，调节把手，使一条经线与北半球经度为整数值的经线重合，譬如，半瓜形透明球壳片上第I条经线与东经110°(110° E)重合。如果半瓜形片透明球壳上赤道线与地球仪上赤道线重合，即为正确地使用了本发明的地球仪经纬度检测器。如果其他纬线，如北纬40°纬线圈、北极圈、北回归线等，与本发明的地球仪经纬度检测器上的40°纬线、北极圈、北回归线一一对应，分别重合，即可判定:该地球仪产品基本地理信息中经纬网数据准确，判定地球仪为合格产品。
实施例2地球仪产品基本地理信息中经纬网不准确，检测结论为不合格的方法。准备规格不同的本发明的地球仪经纬度检测器，对于被检测的地球仪，其半径为R，选择半径为R的本发明的地球仪经纬度检测器，使检测器中半瓜形透明球壳片的极点与被检测的地球仪的南极点重合，调节把手，把半瓜形球壳片上第一条经线与地球仪上的一条经线重合，譬如与西经70° (70° W)经线重合，如果半瓜形透明球壳片上的赤道线、或回归线、极圈线等与地球仪上的相应纬线，不都一一对应地重合，或者半瓜形透明球壳片上的10°或15°的范围，不能跟地球仪上的10°或15°的范围相同，只要有或大于，或小于的现象，都可以判定:该地球仪产品基本地理信息中经纬网数据不准确，判定地球仪为不合格产品。应用本发明的地球仪经纬度检测器测量，或读某位置的经纬度，这些实施例可供中小学师生在地理的教学活动中参考和广泛使用。在地球仪上点A附近，选择一条经线和一条纬线的交点A0 (Xtl, Ytl),其中Xtl为点A0的经度，Ytl为点A0的纬度。应用本发明的地球仪经纬度检测器测出点A相对于点A0的经纬度的增加值(Λ X，Δ y),其中，Λ X是点A的经度相对于点Aci的经度的增加值,Δ y是点A的纬度相对于点Atl的纬度的增加值，对于经度增加值Λ X，分别以东经为标准，或以西径为标准，如果点A的经度比点A0的经度大，Δ X记为正值，如果点A的经度比点A0的经度小，Δ X记为负值。对于纬度的增加值Λ y，分别以北纬为标准，或以南纬为标准，如果点A的纬度比点Atl的纬度大，Δ y记为正值，如果点A的纬度比点Atl的纬度小，Λ y记为负值。根据这一约定的判定法则，使用本发明的地球仪经纬度检测器测量地球仪上某点的经纬度，可以直接使用等式
A (x, y) =(Χ0+ Δ x, Y0+ Δ y)
中X=Xtl+ Δ χ, y=Y0+ Δ y两个数学公式计算，容易测得点A的经纬度，读出或写出点A的经纬度。其中，点A的经度为χ,点A的纬度为γ。
实施例3在地球仪北半球上，应用本发明的地球仪经纬度检测器测量点A的经纬度。在地球仪北半球上，已知点A附近选择与点A最接近的点Aci (80° Ε,
40° N)，点Atl的经纬度是东经80°，北纬40°，点A位于点Atl附近。把本发明的地球仪经纬度检测器半瓜形透明球壳片的极点与地球仪的南极重合，半瓜形透明球壳片上的一条经线与东经80°经线重合，观察点A的位置，半瓜型透明球壳片上点A相对于点Atl经度的增加值为Λ X，半瓜形透明球壳片上点A相对于点Atl纬度的增加值为Λ y，分以下8种情况。如果点A在点Atl正北方，则Λ x=0，点A的经纬度为(80° E, (40° +
Δ y° )N)，Ay 为正值。
如果点A在点Atl正南方，则Λ x=0，点A的经纬度为(80° E, (40° +
Δ y° ) N)，Ay 为负值。如果点A在点Atl正西方，则Ay=O,点A的经纬度为(80° + Δ x° ) E， 40° N),Λ χ为负值。如果点A在点Atl正东方，则Ay=O,点A的经纬度为(80° + Δ x° ) E， 40° N)，Λχ为正值。如果点A不在点Atl正东、正南、正西、正北，无妨设I Λ x|=7.5°，
Δγ 1=10.4°，分以下4种情况。如果点A在点Atl东偏北方向，那么Λ χ > 0，Λ y > 0，点A的经纬度为 (87.5° E, 50.4° N)。如果点A在点Atl西偏北方向，那么Λ χ < 0，Λ y > 0，点A的经纬度为 (72.5° E, 50.4° N)。如果点A在点Atl西偏南方向，那么Λ χ < 0，Λ y < 0，点A的经纬度为 (72.5° E, 39.6° N)。如果点A在点Atl东偏南方向，那么Λ χ > Ο,Δγ < 0，点A的经纬度为 (87.5° E, 39.6° N)。
实施例4在地球仪北半球上，应用本发明的地球仪经纬度检测器测量点B的经纬度。假设有与点B最近的一条经线和一条纬线的交点为Btl (8° W，72° N)，点B在点B0的东偏北方向，应用本发明的地球仪经纬度检测器测得点B相对于点Btl的经纬度的增加值|Λχ|=12。，|Ay|=8°，那么因为点B在点B。的东偏北方向上，所以Λχ < 0，Ay >0，因此，应用计算公式8(1，7)=%+厶1，￥(|+厶7)，考虑点4在西经8°，北纬72°处，B(x,y) =((8-12) ° W，(72+8) ° N) = (_4° W，80° N)，这里，点 B 在点 B。东偏北方向，点 B的经度比点Btl的经度比点Btl的经度小，所以Λ χ取负值，而且-4° W是西经-4° ,就是东经4°，点Btl在东偏北方向，即点Btl先后向东走12°，当走了 8°时，就到了西经0°，即东经0°，再向东走4°，所以最后结论应是东经4°。因此，点B的经纬度为(4° Ε，80° N)。这里，判定点B在东经，点Btl在西经，比较关键。
实施例5在地球仪南半球上，应用本发明的地球仪经纬度检测器测量点C的经纬度。譬如，在地球仪南半球上的已知点C附近，选择与点C。(100° W，70° S)，即点C的经纬度是西经100°南纬70°，点C位于点Ctl附近。把本发明的地球仪经纬度检测器半瓜形透明球壳片上的极点与地球仪的南极重合，半瓜形透明球壳片上的一条经线与西经100°经线重合，观察点C的位置，设半瓜形透明球壳片上点C的经度相对于点Ctl的经度的增加值Λ X,点C的纬度相对于点Ctl的纬度的增加值Λ y，分以下8种情况。如果点C在点C。正北方，则Λ x=0，点C的经纬度为(100° W，(70° +
Δ y° ) S)，Ay 为负值。如果点C在点C。正南方，则Λ x=0，点C的经纬度为(100° W，(70° +
Δ y° )S)，Ay 为正值。如果点C在点C。正西方，则Ay=O,点C的经纬度为(100° + Λ x。)ff, 70° S)，Λχ为正值。如果点C在点C。正东方，则Λ y=0，点C的经纬度为(100° + Λ x。) W, 70° S),Λ χ为负值。如果点C不在点Ctl的正东、正南、正西、正北，无妨设I Λ χ|=6°，
Ay 1=10°，分以下4种情况。如果点C在点Ctl东偏北方向，那么Λ χ < 0，Λ y < 0，点C的经纬度为 (94。W，60。S)。如果点C在点Ctl西偏北方向，那么Λ χ > Ο,Δγ < 0，点C的经纬度为 (106。W，60。S)。如果点C在点Ctl西偏南方向，那么Λ χ > 0，Λ y > 0，点C的经纬度为 (106° W，80° S)。`如果点C在点Ctl东偏南方向，那么Λ χ < 0，Λ y > 0，点C的经纬度为 (94。W，80。S)。《地球仪经纬度检测器》两个最重要的检测原理为半径等于R的球面具有弧长相等性和位置确定性。由上述实施例及其制作原理，不难看出，半径为R的赤道所在平面的纬线大圆，其周长2jiR的360分之一是JiR/180，为1°范围内相邻两条经线在赤道上间隔的弧长。每条经线都是半径为R的半圆，经线半圆长JiR的180分之一是JiR/180，为1°范围内相邻两条纬线在子午线上间隔的弧长。在1°范围内，两条经线在赤道上间隔JiR/180的弧长，跟两条纬线在子午线上间隔nR/180的弧长相等，就是本发明检测原理的弧长相等性。应用跟地球仪半径相同的《地球仪经纬度检测器》，检测器的极点跟地球仪的极点重合，检测器凹面上的赤道线跟地球仪球面上的赤道线必然重合，这就是本发明检测原理的位置确定性。应用《地球仪经纬度检测器》，主要是应用弧长相等性和位置确定性的数学知识技能和物体几何形状特征来促进生产地球仪过程减少误差，提高质量。
权利要求
1.地球仪经纬度检测器，其特征在于:半瓜形透明球壳片(I)上印有经度为20°、纬度为90°的经纬网，并标注有经线(2)、纬线(3)、极点(4)、赤道线(5)、极圈线(6)和回归线(7);半瓜形透明球壳片(I)凹面所在球的半径为R，R与需要检测经纬度的地球仪球面半径相同。
2.根据权利要求1所述的地球仪经纬度检测器，其特征在于:所述赤道线(5)到极点(4)之间标注有 9 条局部纬线，分别为 0°、10。、20。、30。、40。、50。、60。、70。、80。，在极点处标注90° ;每条经线(2)长度为JiR /2，每条经线均被90条纬线等分成90份，每一份的弧长均为n R/180 ;赤道线(5)长度为π R/9，被20条经线等分成20份，每一份的弧长均为jiR/180。
3.根据权利要求1所述的地球仪经纬度检测器，其特征在于:所述半瓜形透明球壳片Cl)的下端经纬网两侧分别钻有小孔，每个小孔上可安装一个呈L型的把手(9)。
4.根据权利要求1所述的地球仪经纬度检测器，其特征在于:所述的经纬网印制于半瓜形透明球壳片(I)的内凹面。
全文摘要
本发明的地球仪经纬度检测器，涉及科学与教育技术领域，旨在解决现有成品地球仪缺乏相应的高精度快速标准检测设备等技术问题。本发明之半瓜形透明球壳片(1)上印有经度为20°、纬度为90°的经纬网，并标注有经线(2)、纬线(3)、极点(4)、赤道线(5)、极圈线(6)和回归线(7)；半瓜形透明球壳片(1)凹面所在球的半径为R，R与需要检测经纬度的地球仪半径相同。
文档编号G09B27/08GK103075996SQ201310057258
公开日2013年5月1日 申请日期2013年2月25日 优先权日2013年2月25日
发明者庞鸿宇 申请人:李中平