災害警報設備、系統和方法

專利名稱：災害警報設備、系統和方法
災害警報設備、系統和方法
技術領域：
本發明涉及災害警報設備，尤其涉及用于提供對諸如火災、龍巻風、海嘯、洪水、以及恐怖襲擊等實際的或即將來臨的災害的警報的此類系統。本申請是于
2006年6月23日提交的S/N. 11/473,769的部分接續案，并且要求于2007年2月8日提交的S/N. 60/900,414、于2007年3月2日提交的S/N. 60/904,503、以及于2006年4月29日提交的S/N. 60,795,922的權益。
背景技術：
災害警報設備是眾所周知的。災害警報設備應當能夠喚醒以及用其他方式提醒人們有緊迫的危險，并且向人們通報該危險的本質。由于災害通常很少見并且彼此相隔久遠，因此人們將不情愿購買或使用警告設備，除非其是廉價的、需要很少或不需要看管、并且產生很少假警報。由于災害可能中斷外部電源，因此該設備還不應單單依賴于外部功率。
火警和煙塵檢測器
最成功的災害警報設備或許就是簡單的火警檢測器。由George Darby在英國發明的早期火警檢測器在一塊黃油因火的熱量而融化藉此允許兩個觸點相會從而
閉合電路時引發警鈴。電離腔室煙塵檢測器(ICSD)于20世紀40年代早期在瑞士發明并于1951年傳入美國。電離檢測器的感測性組件是對大氣敞開的電離腔室。腔室內的放射性源發射會使腔室中的空氣離子化并使其導電的輻射。在1973年，僅售出250,000臺電離型煙塵檢測器。它們中的絕大多數去往公共和商業建筑。相對較少數安裝在家中。該數字在接下來5年來顯著地增加。在1978年，售出了大約1400萬臺電離檢測器，絕大多數供家中使用。這段時期以來，有煙塵檢測器的家庭百分比從10%上升到77%。目前，相信超過80%的家庭有一臺或更多臺電離檢測器。當今售出的絕大多數電離檢測器使用镅-241 (Am-241)的氧化物作為放射性源。現代住宅ICSD典型的輻射活度大約為1 ^Ci (微居里)，而在公共和商業建筑中使用的ICSD中的活度可能高達50 pCi。在1980年，住宅煙塵檢測器中采用的平均活度大約為3 pCi，比當今高3倍。Am-241是ct發射體，但其也發射低能量(59.5 keV)的y射線。Am-241與金混合并被納入到金銀箔復合夾層中。源的直徑為3到5 mm，并且或被褶曲或被焊入到腔室內某處。光學煙塵檢測器也在廣泛使用中。這些檢測器包括經準直的光源和定位成與光束成直角的光敏二極管或其他光電傳感器。若沒有煙，則光束在檢測器前方經過；但是當有可見煙塵進入光束時，此光中有一些被煙粒子散射并由傳感器檢測到。在一份2004年的報告中，美國國家科學測試研究所報告了電離檢測器比光學類型對明火響應更好，但光學類
型對陰燃火響應更快。煙塵檢測器是廉價的。最低價格的電離型檢測器成本大約為8美元，而最低價格的光學檢測器成本大約為30美元。
可用的電池電源
幾乎所有的煙塵檢測器都包含電池電源。對于這些檢測器中的大約72%而言，電池是唯一的電源。 一些煙塵檢測器連接至市電，但這些檢測器可能具有備用電池以防市電中斷。煙塵檢測器是一般位于人們居住和工作的裝備有總是可用的電源的場所的最常用設備。然而，還有許多其他需要總是可用的電源的現有設備也在使用中。這些包括商業和工業建筑中的應急燈或應急照明系統。有帶可再充電電池的插
入式手電筒可用并且其在家庭中廣泛用于應急照明。一些正常情況下連接至市電的計算機系統裝配有備用電池電源。膝上型計算機和許多其他電子設備裝備有可再充
電電池。應急庇護所典型地裝備有電池電源。
迫近的外部災害的警告煙塵檢測器是檢測發源于建筑物內的火災非常有價值的工具，但對諸如逼近的火災、龍巻風、海嘯、洪水、以及恐怖襲擊等外部的迫近災害提供很少的或并不提供警告。對這些類型的災害的警告典型地來自公共源。 一些地點有公共警笛，其在當地應急人員得知諸如龍巻風或海嘯等天氣相關事件時被運作。在一些情形中，公職人員使用帶揚聲器的卡車來警告有迫近災害。諸如警笛和揚聲器等警告系統對于離得太遠而不能聽見該警告的人們而言是無效的。由卡車上的揚聲器提供的警告只能被投放到該卡車能及時抵達以投放有效警告的那些地方。
NWR SAME系統
國家緊急警報系統(EAS)是由聯邦通信系統于1994年11月建立的。EAS代替緊急廣播系統作為美國總統和其他人可以用來通過無線電臺、電視臺、以及有
7線臺警告公眾關于緊急境況的工具。要求各臺中斷平常的節目編排并廣播該緊急信息。該廣播被無區別地定向到各種無線電臺和電視臺的受眾群。這些警告可能來自總統——若其是全國范圍，或來自州和地方權威機構。由無線電或電視投放的警告對于在該警告的時間沒有開啟其無線電或電視的人們而言是無效的。而且這樣的警告典型地被定向到遠大于必要的受眾群。
為了試圖向沒在觀看或收聽電視或無線電的人們提供警告以及為了試圖對受眾群提供一些限定，美國商務部、國家海洋暨大氣管理局(NOAA)、以及國家氣
象服務已經開發出國家氣象服務全部危害具體區域消息編碼系統(稱為NWR
SAME或SAME)，用于經由經編碼的無線電廣播來投放對迫近災害的警告。這
些經編碼的消息標識危險的類型并且試圖對其內存在該危險的地區進行某種標識。
NWR是指美國國內廣播天氣信息的一系列無線電臺。當今有884個臺在NWR網
絡上廣播，覆蓋美國人口的大約97%。 SAME系統在廣播中提供的頭部信息，其允許針對具體定義的、用戶選定的經預編程的地點和事件而自動觸發家中的接收機
警報器。描述該系統的出版物在本申請之時可從因特網上在http:〃www.nws.noaa.gov/directives/處獲取。與政府機構協作，消費者電子協會于2003年批準了用于公共警報無線電和電視接收機的標準。這些接收機監視來自NOAA和加拿大政府機構的免費公共廣播。這些公共警報設備可以被定制成響應由NWR或政府機構廣播的特定警報。這些廣播上的特定頭部給出關于該警告所定向到的地區和緊急的類型的消息。這些設備可以在許多代銷店以少于100美元的價格購得并且能被編程為響應62類災害列表中的任何哪種。頭部還被編程為指示警告被定向到的縣或縣的一些部分。當前，警告可以被定向到的最小區域是縣的十分之一。(這是用頭部編號0到9來進行的。)這些設備被編程為分析頭部并忽略除被選定要響應的警告類型之外的所有警告(62種警告的列表內的)，并且忽略所有在警告被定向到的區域以外的警告。這些設備以各種各樣的型號面市，帶有許多選項和功能，包括可調警笛、視覺讀出、靜默視覺模式、報時、以及語音信息。這些設備是基于數字數據解碼技術的，其允許通過能發警報的床邊無線電、家用安防系統、電視、和電話來觸發警報。這些設備在美國的全部50個州中提供警報并且一些型號被定制為覆蓋加拿大或美國和加拿大兩者。SAME系統存在的重要問題在于很難將這些設備編程為只接收你需要的警告而不接到許多你不需要或不想要的警告。例如，警告機構可能需要將警告發送到數千或數百萬人家中以警告可能處于危險中的僅少數人。沒人喜歡被不必要地喚醒。另外，這些設備中有許多編程起來是趨向于復雜的。此外，惡意的人可能傳送會導致群眾混亂的假警報。美國人口中
有非常小的百分比目前裝備有接收機以便能夠利用SAME警報系統。我們需要更
好的系統。
現有技術專利
美國專利No. 6，295，001描述了其中監視和過濾國家氣象服務廣播以標識特定地區的龍巻風風險的龍巻風警告系統。隨后向編程有同樣的落在該龍巻風威脅所在的地區或柵格塊內的子地址的尋呼機接收機廣播無線電警報信號。尋呼機隨即生成可聽信號。在一個特定實施例中，尋呼機與煙塵檢測器協同定位。另一個現有技術專利示例是美國專利No. 6,084,510，其中包含GPS接收機的警告設備分布在大量位置間。應急中心一旦識別出緊迫的災害就經由無線電傳送用標識該有風險地區的GPS信息來編碼的警告。警告設備將其自身的GPS方位與該標識出的有風險地區作比較并且如果它們相關，該設備就發出警告信號。
緯度和經度
地球上的任何位置都能由兩個數字——其緯度和經度——來描述。如果飛行員或船長想指定地圖上的方位，那么上述這些就是他們會使用的"坐標"。實際上，上述這些是以度、"弧分"和"弧秒"來衡量的兩個角度。這些由符號(°、'、")來表示，例如，35。43'9"意味著35度43分9秒的角度(不要將其與對于英尺和英寸的注記('、")相混淆)。l度包含60弧分，而1分包含60弧秒。
緯度
想象地球是個透明球體(實際上該形狀是稍微呈橢圓的；由于地球的旋轉，其赤道有點向外凸出)。透過該透明地球(繪圖)，我們能看到其赤道平面及其中央，此點為O，即地球的中心。為指定表面上某一點P的緯度，繪制到該點的半徑OP。則該點在赤道上方的仰角就是其諱度X，若在赤道北方則為北(N)緯，若在其南方則為南(S)緯。在地球儀上，緯線是不同大小的圓。最長的是赤道，其緯度為0，而在極點一一即在北緯90。和南緯90。處，這些圓收縮成點。
經度
在地球儀上，有恒長的經線("子午線")從極點延伸到極點。每條子午線必定穿越赤道。由于赤道是圓，因此我們可以像對任何圓一樣將其劃分成360度，如此一點的經度就是其子午線與赤道相會的分度的標值。該值為何當然取決于我們從何處開始計數，即取決于O經度在何處。出于歷史原因，穿過英國格林威治舊皇
家天文臺的子午線就是被選取作為0經度的那一條。
示出緯度和經度的數字地圖以幾英尺的精度示出地球上任何地方的緯度和經度的全球數字地圖可從因特網上獲得。個體家庭和街道是可以清楚辨認的，并且通過操作計算機鼠標，地球上任何點的緯度和經度以大約數秒就能確定。還能獲取允許確定美國以及許多其他地
方的任何街道地址的緯度和經度的程序。Google Earth (谷歌地球) (http:〃earth.google.com/)是響應于鍵入街道地址而顯示美國國內以及絕大多數其他位置中任何位置的衛星圖像的因特網web網站。該圖像覆蓋有緯度和經度坐標。例如，圖8是示出美國加利福尼亞州德爾瑪市(Del Mar, California) Longboat路的彩色數字衛星圖像的黑白Google⑧打印輸出，Longboat路是在18處示出的死胡同街，其就在20處示出的在圣地亞哥(San Diego)市區北部約15英里處的州界5的西部。該圖像的各部分能被放大從而像汽車這樣小的對象都清楚可見。使用計算機鼠標將小箭頭定點在監視器屏幕上會產生被指向的諸如住所之類的任何對象的精確緯度和經度的數字顯示。例如，位于加利福尼亞州德爾瑪市Longboat路13020號的住所的緯度和經度為N 32° 56'14.60"和W 117° 14' 41.48"。指針的精度約為0.01到0.10弧秒，其對應于約0.3米到3米(約1到10英尺)。
加密
公鑰密碼術在本領域中是眾所周知的并且涉及使用兩個數型密鑰——一個公鑰和一個私鑰——來加密和解密信息的方法。私鑰是保密的并且僅被分發給一個或少數幾個個體。公鑰被廣泛分發給許多個體，并且其值是公眾知曉的。數據的加密使用這些密鑰中的一個發生，而數據的解密使用另一個密鑰來執行。對這些密鑰之一的知識以及使用它來解密數據的能力并不會賦予人們推導出用來執行數據加密功能的那個密鑰的能力(假設有充分大的密鑰長度)。
需要什么
所需要的是用于警告所有潛在災害的非常廉價、非常易于使用、能定向到像
10一個國家或幾個國家那么大的地區或者定向到像個人住所那么小的地區、并且能使得其對國家的實質上每個人可用的更好警報系統。
發明概述
本發明提供一種災害警報系統和供在該系統中使用的災害警報設備。每個災害警報設備包括無線電接收機和被編程為監視來自一個或更多個中心站的無線電傳輸以尋找定向到該災害警報設備的位置的災害警報的處理器。每個警報設備還包括音頻單元，用以提醒位于所該設備的地點處的人員注意該災害的確切本質。這些
災害警報設備預編程有標識該警告設備的精確使用位置的信息。此使用位置信息包括該使用位置的緯度和經度并且還可以包括諸如街道地址和郵政編碼之類的其他位置信息。從中心站廣播警告，這些警告用緯度和經度信息來標識自己所定向到的具體有風險地區，其可以是例如國家范圍的、州范圍的、縣范圍的、或定向到小得多的地區，諸如單條街上的若干幢房屋或甚至是單個住所。每個災害警報設備優選地被編程為忽略所有定向到不包括該設備的使用位置的緯度和經度的有風險地區的警告。
優選地，為使所需電池功率最小化，這些設備被編程為幾乎整日整夜都在休
眠，而僅在很短的時段中蘇醒并偵聽警告，諸如每5分鐘蘇醒1秒。蘇醒時段優選地對于位于相對較大的毗連地區中的所有電池供電的設備是相同的。廣播警告的中心站知曉這些蘇醒時間，并且中心站被編程為在蘇醒時段期間向那些設備廣播警告。災害警報設備中的校時組件保持它們與中心站處的計算機同步。優選地，每個中心站裝備有計算機系統——其帶有具備緯度和經度覆蓋的數字地圖，從而在中心站處的人員(或者與中心站聯系著的應急人員)能夠以一個或更多個矩形緯度和經度地區或其交點是由緯度和經度點來標識的多邊形的形式來指定有風險地區。中心站的計算機系統優選地被編程為快速地將此定義有風險地區的緯度和經度數據納
入消息頭部中，中心站將該消息頭部隨同向有風險地區中的人們提供警告和指令的音頻消息一起廣播。中心站無線電的無線電受眾內的災害警報設備在廣播期間是蘇醒的并且接收該頭部信息。該頭部信息被這些災害警報設備分析并且與它們被預編程的緯度和經度位置作比較。如果它們在有風險地區之外，則其返回休眠。如果它們落在該有風險地區內，則其通過記錄該警告和指令、發出警報聲、以及可聽地廣播該警告和指令來響應。
在優選實施例中，可使得納入了 GPS設備的移動災害警報設備對于諸如船只、汽車和卡車等移動交通工具可用。這些設備中的每一個將其實際的緯度和經度與中
心站廣播的緯度和經度信息作比較以確定該設備是否處于有風險地區中。這些移動警報警告系統還可以被納入到諸如膝上型計算機和蜂窩電話等人們典型地四處攜帶的電子設備中。這些設備能從所納入的GPS設備或其他源獲取其GPS方位。
本發明勝于現有技術的警報警告系統——包括在背景小節中討論的SAME系統——的重要優點在于警告是由負責提供這些警告的應急人員控制的。他們決定何時發出警告、警告的本質、以及誰接收它。個人除了獲得根據本發明的災害警報設備、將其定位在恰適地方、并且如果其是靠電池操作的則大約每年更換一次電池以外不需要采取任何動作。這些設備由提供這些設備的經訓練人員預編程有恰適的方位數據。不需要由用戶編程。
災害警報警告設備可以通過郵寄分發并且在郵寄之前由計算機編程，計算機在提供街道地址供郵寄該設備的同時基于該地址將恰適緯度和經度納入到該設備中。災害警報設備的使用位置優選地還被打印到該設備自身上。有了對警告和由誰接收它的控制，就允許中心局的應急人員能夠將警告僅限定于需要多小就多小的有風險地區內的那些人。災害警報設備可以是非常簡單的設備并且大量生產的成本應少于IO美元。假警報應是非常罕見的。預期這些設備將至少像煙塵檢測器那樣在住所和工作場所這兩者中普遍地利用是合情合理的。(實際上，在優選實施例中，可以將這些災害警報設備納入煙塵檢測器中或者將煙塵檢測器納入該設備中。)這些設備可能是公共權威機構要求必需有的或者被免費提供給居住在諸如洪水平原、遭受海嘯威脅的沿海地區、靠近化工廠的地區、以及靠近核工廠的地區之類的一些地區中的人。它們在新家和諸如學校等公共設施中也可能是要求必需有的。基本上，沒有很好的理由不使根據本發明的災害警報設備位于你工作和生活的地方。
災害警報設備的其他可能特征
1) 雙向通信特征。該通信可以被限定為僅對特定的定向的警告作出響應或者雙向通信可以是不受限的或者可以如下所述地提供其他受限的通信。
2) 來自這些設備的所有通信可以包括位置信息。
3) 用以避免頻譜過度擁擠的系統。
4) 用以控制接入的固定及移動基站。
5) 帶寬分配技術。
6) NWS廣播由商業AM或FM無線電臺重傳，尤其是在沒有NWS覆蓋的地區中。設備單元可以包含兩個無線電或兩種傳輸皆能接收的無線電。
7) NWS廣播由不同頻率的低成本轉發器或者低成本同頻率轉發器接收和重傳。
8) 納入供這些設備以用多種語言或除英語之外的特定語言來響應的設備或技術。
9) 附加上"幫助"按鈕或類似的特征，從而用戶能向這些設備的位置處傳送需要幫助的信號。
10) 緊急消息的歷史的存儲和歸檔以供應用戶要求重放。
其他可能的系統特征
1) 電視單元以及商業和公共電視臺和有線系統裝配有允許電視臺和有線系統或應急人員能開啟位于"有風險"地區(根據本發明來定義的)中的電視單元以允許這些電視臺進行緊急廣播的裝備。
2) 無線電單元以及商業和公共無線電臺裝配有允許無線電臺或應急人員能開啟位于"有風險"地區中的無線電單元以允許這些電視臺進行緊急廣播的裝備。
3) 因特網供應商裝配有允許互聯網供應商或應急人員能開啟連接到(或可供連接到)互聯網并位于"有風險"地區(根據本發明標識出的)中的計算機和其他設備以允許因特網供應商對這些計算機和其他設備進行緊急廣播的裝備。
附圖簡要說明


圖1和1A描述第一優選災害警報設備。
圖2描述本發明的災害警報系統。
圖3描述第二優選災害警報設備。
圖4是示出有風險地區的地圖。
圖5是該有風險地區的放大視圖。
圖6和7是示出優選實施例的特征的流程圖。
圖8是Google Earth (谷歌地球)地圖。
圖9是使用轉發器的災害警報系統的框圖。
圖IO是其中災害警報單元具有發射機的系統的圖。
圖11示出在優選實施例中的帶寬使用情況。
圖12示出在優選實施例中的頻率利用情況。
13優選實施例的詳細描述
第一優選實施例災害警報設備
通過參考圖1到8來描述本發明的第一優選實施例。圖1和1A在2處示出根據本發明的優選災害警報設備的組件。該設備是用9伏電池3進行電池供電的并且還包括用于接收和響應災害警報無線電警告的附加組件。這些附加組件包括無線電接收機6 (其可以是諸如Micrd公司零件號MICRF007或Analog Devices (模擬器件)公司ADF7021之類的接收機)、處理器8 (其可以是諸如Microchip (微芯)公司零件號PIC18F8722或Analog Devices (模擬器件)公司"Backfm" FB525C之類的處理器)、語音合成器10 (其可以是諸如RC Systems (RC系統)公司零件號RC8650之類的合成器)、揚聲器11、以及警報單元12。如圖1A中指出的，每一個災害警報設備優選地由該設備的供應商在銷售或安裝時用標識其"使用位置"的信息來編程。像煙塵檢測器一樣，無需消費者進行編程。該使用位置信息包括將安裝該設備的位置的緯度和經度。緯度和經度還能在銷售點使用地圖來確定。緯度和經度還可以由銷售人員——如果這些設備是挨家挨戶售出的、或由安裝人員使用GPS設備來方便地確定。Google Earth web網站和許多其他互聯網站也提供對應于街道地址的緯度和經度。Google網站為全球提供該信息。對于在因特網上購買的設備，緯度和經度信息優選地在將該用戶的地址打印到發貨包裹上的同時被編程到該設備中。該設備被貼上諸如圖1A中所示的標簽以提示用戶該設備被編程為僅供在一處位置使用。標簽優選地應在用此使用位置信息對設備編程時置于該設備上。
用于使這些警報警告設備市場化的潛在技術在于將該單元的使用位置以此形式提供給計算機芯片，而該芯片將被插入到在諸如Home Depot (家得寶)和RadioShack (瑞帝優上)之類的商業零售店銷售的無線電單元的插槽中。在銷售時，可經由因特網從中心位置處定購包含該單元的使用位置的計算機芯片，而該芯片將在此中心位置處由計算機用對應于該使用位置的郵寄地址的緯度和經度來編程。設備標簽也可以由計算機打印。經預編程的芯片和標簽隨后會被郵寄到使用位置并且由用戶插入到無線電單元的插槽中。假定要分發數百萬個這樣的芯片，則可以使此編程和郵寄芯片的過程全自動化。中心站
災害警告是從一個或更多個中心站廣播的。在美國，中心站優選地由國土安
全局或在與其簽約的情況下操作。每一個在圖2中示為20這樣的中心站優選地裝備有發射機22，其優選地為在本警告系統中的所有警報警告設備的無線電接收機皆被調諧到的頻率范圍(諸如約162.5 MHz)中操作的調頻(VHF)無線電發射機。來自一個或數個中心站20的傳輸可以用本系統中所有警報警告設備都能識別的加密碼來加密。這些中心站可以作為在背景小節中討論的SAME系統的一部分來操作，并且利用國家氣象無線電網絡的設施中的一些。或者(諸)中心站可以獨立于SAME系統地操作。
有風險地區的標識
來自中心站的傳輸被定向到具體有風險地區中的警報警告設備。這些具體有風險地區優選地由諸如消防官員、氣象人員、警察、軍隊、以及國土安全人員等人來標識。向中心站傳達有風險地區的描述。在優選實施例中，在現場的應急管理者使用顯示地圖和其他地球空間信息的移動計算設備來確定有風險的地區。該計算設備自動地將應急人員的輸入轉換成一組多邊形頂點的緯度和經度坐標。定義出多邊形以使得其能夠涵蓋整個有風險的地區，并且盡可能多地排除無風險的地區。該移動計算設備隨后能將該緊急消息和對有風險地區的定義傳送給中心站。例如，應急管理者的計算設備能使用公共警報協議(CAP)和DHS災害管理可互操作性服務(DMIS)將該消息傳送給發射基站。替換地，本地應急管理者能向在中心站處的人員描述該有風險地區，在中心站處的人員能將對該有風險地區的描述轉換成有風險諱度和經度區劃。這些有風險區劃在絕大多數情形中將優選地盡可能接近地包封該有風險地區。用于這樣做的優選技術是利用諸如可從Google Earth獲得的衛星地圖之類的可在計算機監視器上顯示的數字地圖。如以上所解釋的，這些地圖可以覆蓋有分辨率為0.1弧秒(對應于約10英尺)或更細的緯線和經線。在中心站處的計算機優選地被編程為允許操作員使用計算機鼠標在監視器面上繪制包封起該有風險地區的最多達10個大致矩形區劃，其中使這些矩形區的邊界與緯度和經度0.1秒線協同對齊。圖2是其中有風險地區A被由緯線和經線定義的矩形區劃1和2包封的示例。該繪圖標識出區劃1和2中有13個將要向其傳送警告的接收機。
圖4是圖8中所示的Google Earth地圖在帶有包封位于死胡同街——加利福尼
15亞州德爾瑪市LongBoat路上的那些住宅的兩個矩形區劃的情況下的打印輸出的副本。森林地區位于Long Boat路的正北方且該地區中的森林火災可能會使居住在Long Boat路上的人們處于嚴重危險并且立即疏散可能是必需的。從消防官員向中心站處的國土安全人員作出的將LongBoat路標識為有風險地區的電話呼叫將允許中心站人員通過繪制如圖中所示的兩個矩形來創建如圖4和5上所示的包封位于Long Boat路上的38個家的兩個區劃。圖5示出使用Google Earth web網站通過操縱計算機鼠標來產生放大效果而產生的包括Long Boat路的地圖的經放大打印輸出。圖5示出用被標識到0.1弧秒(約10英尺)的精度的緯線和經線來創建這兩個有風險區劃所需的6條諱線和經線。
警告和指令消息
優選地，在中心局的計算機處理器編程有把以上描述的這兩個有風險區劃的緯度和經度信息轉換成能公式化地表示成消息頭部和數字消息的數字數據的軟件，該數字消息被傳送給位于該中心局的受眾地區內的所有警報警告設備并由其進行分析。警告和指令消息優選地由中心局人員準備并由處理器將其與上述頭部(其包含針對潛在有風險地區的災害警報設備喚醒信息)組合。中心局人員優選地被訓練成在有像這種來自消防官員的警報的情形中快速反應。申請人估計這些人員應能夠在接收到諸如此處所描述的那一個之類的合法警報的5分鐘內準備好供傳輸的消息。
編程警報警告設備
如以上所解釋的，優選實施例消除了由本發明的警報警告設備的實際擁有者
進行任何編程的需要。這些設備將很少被召起進行操作，但是當它們被召起進行操
作時，其能正當操作很可能就是生死攸關的。出于此原因，應該由對該設備非常熟悉的人對其編程并且一旦被編程，除了在恰適時更換其電池以外就不應該對其進行
篡改。應通過周期性測試來確認能正當操作，在測試中從中心局發出有預先通知的測試警告。
節約電池功率
在優選實施例中，許多——可能是絕大多數——警報警告設備像絕大多數煙塵檢測器那樣是靠電池來操作的。這允許這些設備能獨立于可能會被正是要傳達的
16警告的主題的相同災害造成不可用的市電。電池供電的單元還很可能比市電型墻上 供電的單元造價更低并且對于用戶而言更便宜。數字鐘表以每周少于0.007安時就 能進行操作，而無線電接收機若持續地操作則每周需要大約3安時。在煙塵檢測器
中使用的類型的典型長壽命電池能提供大約0.5安時的電能，因此該電池只能維持
典型的無線電接收機的持續操作不過幾天而已。申請人希望他們的警報警告設備在 兩次電池更換之間能例行操作達至少一年。為節約電池功率，申請人優選的電池供 電設備將其壽命的絕大部分在休眠模式下度過，就像走慢的鐘那樣操作，并且每周
僅消耗大約0.007安時。它們周期性地蘇醒以檢查事態并且若沒有緊急事件它們就
快速返回休眠。
為達到此目的，這些設備在工廠里被編程為正常情況下每5:00分鐘里有4:59 在休眠模式下操作，并且每5分鐘里僅有約1秒切換到無線電接收模式。優選地， 在這1秒的無線電模式操作時段期間向每個警報警告設備傳送非常短的消息。該設 備將記錄該消息并且分析它。該消息將包括由中心站創建的頭部，該頭部將指示是 否跟隨有針對該設備的大體位置的活躍警告消息，并且若如此則將指導該單元(蘇 醒'并檢査更多消息詳情。如果沒有檢測到'蘇醒'命令，則該設備立即恢復休眠 模式。每個設備知曉其自身的諱度和經度(全球方位)并且被編程為將其全球方位 與在由中心站傳送的消息的頭部中標識出的任何潛在'蘇醒'和'有風險'地區作 比較。典型地，每5分鐘一次從中心站傳來的這些消息將不包括任何定向警告，并 且當其的確包括定向警告時，該警告將僅被定向到中心站的受眾內的設備之中非常 小的一部分。當沒有警告時以及對于不在有警告被定向到的有風險區內的那些設 備，該頭部在實效上將是在說"對于您和您的家人而言沒有問題"，如此該設備立 即切換回休眠模式。如果該設備沒有接收到消息或者如果該消息并非"沒問題"， 則該設備保持蘇醒。
如果沒有接收到消息，則這可能意味著不知何故該設備的時鐘與中心局發射 機處的時鐘失步或者中心局有問題；因此，該設備被編程為停留于蘇醒狀態并且偵 聽來自中心局的時鐘同步信號。這樣的同步信號應該在5分鐘之內于來自中心局的 下一次例行傳輸時接收到。如果其接收到同步信號，則它同步其自身。如果它沒有 接收到同步信號，則其激活指示器(諸如低功耗LED)以提醒用戶有'信號丟失' 問題以及該警報警告設備沒在與中心局通信。該設備優選地被編程為若已歷經8 小時以上不同步則周期性地發出嗶嗶聲。該設備優選地還在電池電壓下降到足夠低 以指示其使用壽命正接近盡頭的情況下發出嗶嗶聲。以下描述對功耗的具體估計。功耗估計
警報接收機每5分鐘里操作1秒(占空因素大約為0.33%)就足以提供大于1
年的電池壽命。標準9伏電池(Duracell (金霸王)MN1604)提供500 mAH (毫 安時)以上的電流(4.5瓦時)。納入警報接收機中的設備可能有所變化，但對電 池將具有大致如下的電流消耗
接收機和控制器
RF接收機(類似于MicrelMICRF007):操作期間為3毫安(mA) 微控制器(類似于Microchip PIC 18F8722):操作期間為10mA 接收機和控制器在操作期間的總電流汲取13毫安(mA)
蘇醒接收機或定時器 蘇醒接收機(類似于AtmelATA5282):操作期間為4微安 占空因素定時器操作期間為10微安
約為0.33%的占空因素意味著接收機和控制器將僅在其檢查來自中心局的信 號的0.33%的時間期間才從電池汲取13 mA的電流。13 mA的分數0.33%約為0.043 mA。此外，蘇醒接收機或定時器將持續汲取約0.004到0.010 mA，從而總汲取正 常情況下將在約為0.05 mA的范圍中。如果采用了 500 mAH電池來對接收機單元 供電，則該電池將持續大約500/0.05小時=10,000小時，即大約13，9個月——比 一年還長一點。
若該設備接收到真的災害警報警告則如何 預期本發明的災害警報警告設備中只有非常小百分比的會的確接收到真的災 害警報警告。然而如果它們的確接收到，則其能正當地響應是非常重要的。如以上 指出的，在這些有規律的周期性l秒無線電模式區間中的每一個期間，該設備蘇醒 并且記錄和分析由中心站發送給它的消息。如果該消息并非"對于您和您的家人而 言沒有問題"，則該設備停留于蘇醒狀態。如果有警告要發送，則初始消息將這樣 指示，并且由中心局準備的消息將數字地被傳送。處理器優選地被編程為若被該消 息召喚則用如圖1中所示的警報單元12發出警報聲，并且將該數字語音消息轉回 由揚聲器11廣播的語音消息。該語音消息將優選地描述該警告的本質并且提供關
18于如何正當響應的指令。這樣的消息的具體示例在以下題為"災害示例"的小節中 提供。
標識災害的類型
本發明勝于現有技術的警告設備的重要改進之處在于可以傳送關于迫近災害 的具體本質的詳細消息。還可以提供關于如何正當響應的詳細指令。
加密技術
在本發明的優選實施例中，來自中心局的消息被加密并且使用公鑰來解密由 中心局發送出來的數據。只有中心局具有用于加密該數據的私鑰的知識。公鑰駐留 于安裝在家庭和企業中的每一個警告接收機中。公鑰將僅解密在中心局使用對應的 私鑰加密的消息。以此方式，使用公鑰來驗證發送者(中心局)的身份并且解密該 消息。這種類型的實現由于該操作的身份驗證本質而有時被稱為數字簽名。在許多 可獲得的現有技術源中詳細描述了有用的加密技術。例如，因特網上在
www.wikipedia.org處提供了良好的描述。請搜索"public-key cryptography (公鑰密 碼術)"。
在本發明的優選實施例中，每個災害警報警告設備2的處理器8均被編程為 忽略中心站傳輸頻率上所有不包括正當加密碼的傳輸。這防止未經授權人員借災害 警報設備制造不正當警報。另外，選取供與本發明一起使用的頻率應該是為應急無 線電系統保留的頻率，以使得任何試圖傳送不正當或假警告的人應遭受刑事起訴。
消息格式
典型的精準地按5分鐘間隔從中心局傳來的消息分組可包括消息頭部、有風 險區劃定義、以及消息正文。警報警告設備精準地每5:00分鐘(同步到諸如12:00、 正午、下午12:05、下午12:10等標準時間)激活其無線電接收機和處理器控制器， 并且接收和檢查來自中心站的消息頭部，這花費不到l秒。絕大多數時候，'消息頭 部將不攜帶警告并且警報警告設備將恢復其休眠模式。但偶爾該消息頭部將包括對 于由最小和最大諱度以及最小和最大經度指定——優選地僅指定到最接近的弧分 即對應于約6，000英尺——標識出的"提名"有風險區的潛在風險。對有風險地區 的初始提名標識用于使災害警報設備最初需要分析的信息量最小化。這經常將允許 這些設備中的絕大多數返回休眠而不接收和分析所傳送警告的大塊主體。當傳送警告時，中心站的受眾內的所有警報警告單元將定義該提名有風險地區的緯度和經度 值與其自身的存儲在警報警告設備的存儲器中的緯度和經度作比較。如果處理器確 定該設備位于該提名有風險地區中，則處理器將設備的蘇醒時段延長到足以接收此 消息的下一段。消息的下一段包括精確的有風險區劃定義，其包含最多達10個大 致矩形區劃的緯度和經度邊界，定義到對應的最近十分之一弧秒。提名有風險地區 中的每個警報警告設備接下來將使用該精確的有風險區劃定義來確定其是否位于 精確的有風險區劃內。如果該警報警告設備確定其位于精確的有風險區劃內，則該 單元將保持蘇醒以對接下來的消息正文進行接收、記錄、解碼、以及動作。如果它 確定自己不在精確的有風險區劃內，則它返回休眠。
傳送提名有風險區諱度和經度信息的消息頭部包括64字節的信息，并且在每 個警報警告設備處花費不到1秒來接收和解讀。精確的有風險區定義包括給最多達
10個精確的有風險區的256字節的數據，并且可能要花費約4秒來接收和解讀。 實際時間將取決于所選取的數據率。這些估計是基于每秒64字節的數據率的。消 息正文優選地包括最多達18，880字節的信息，并且花費不到295秒來傳送并在警 報警告設備處接收。完整消息將包括 所有災害警報設備聽取的消息頭部(共64字節)1.同步信號8字節;2.返回休眠命令(任何地方皆無警報)2字節；3.提名有風險區最小緯度(度、分)5字節；4.提名有風險區最大緯度(度、分)5字節;5.提名有風險區最小經度(度、分)5字節；6.提名有風險區最大經度(度、分)5字節;7.其他初步信息、備用34字節;
"提名有風險地區"中的所有災害警報設備都聽取的達最接近的0.1弧秒的精確的 有風險區劃定義(共512字節)
1. 有風險區劃1的最小和最大緯度和經度40字節
2. 有風險區劃2的最小和最大緯度和經度40字節
3. 有風險區劃3的最小和最大緯度和經度40字節
4. 有風險區劃4的最小和最大緯度和經度40字節
5. 有風險區劃5的最小和最大緯度和經度40字節
6. 有風險區劃6的最小和最大緯度和經度40字節7. 有風險區劃7的最小和最大緯度和經度
8. 有風險區劃8的最小和最大諱度和經度
9. 有風險區劃9的最小和最大緯度和經度
10. 有風險區劃10的最小和最大諱度和經度
11. 其他有風險區劃信息、備用
40字節
40字節 40字節 40字節 112字節;
消息文本/音頻(共18,880字節)
1. 消息類型(文本、音頻、其他)
2. 跟隨著的消息長度(以字節計)
3. 消息
2字節;
4字節
N字節
消息傳輸
在優選實施例中，系統在大致為108.0 MHz的頻率工作。系統在108.0 MHz
頻率工作便允許能非視線工作并允許對建筑結構能有一定程度的穿透。該108.0 MHz頻率位于標準FM無線電頻帶的邊緣處并且在該頻率范圍中有各種各樣廉價 的組件可用。可以使用其他工作頻率，并且該選取除了對于想用相對少數的發射站 來覆蓋很大區域而言重要以外并不是那么重要。可以使用若干技術將數據調制到載 波上，但通常使用標準的頻移鍵控。在本實施例中假定每秒512比特的數據率并且 其提供在300秒(5分鐘)窗內傳輸上述數據的合適速率。可以使用更高的數據率 以允許更復雜的消息能被發送。警報警告設備的1秒蘇醒時間應當是寬裕的，并且 實際上或許能被縮短以延長電池壽命。
如以上所描述的，圖4和5示出迫近災害的假想示例。加利福尼亞州德爾瑪 市的Torrey松保護區中的森林火災正逼近位于如圖中所示的Long Boat路上的39 套房屋。如果在南加利福尼亞采用本發明，其中有中心站位于例如圣地亞哥縣的 WoocLon山上，則可以向居住在Long Boat路上的人們傳送警告而不會打擾圣地亞 哥縣中除這些人以外的任何人。
消防局人員將向中心站通報，應立即疏散居住在Long Boat路上的人們，因為 保護區中的火災正迅速接近這條街并且可能點燃該死胡同東端的房屋，從而困住這 條街上的所有居民。中心站處的計算機操作員能在如圖5中所示地顯示在計算機監 視器上的衛星地圖(諸如Google Earth地圖)上定位Long Boat路。(讀者應注意
災害示例
21到，圖4、 5和8基本上是Google Earth圖像的彩色打印輸出的黑白副本。彩色版 本的描述性比這些黑白副本強得多，并且我們鼓勵讀者登錄GoogleEarthweb網站 觀看實際的彩色圖像。單單通過插入圖1A中所提供的Long Boat路地址就能定位 到這些具體圖像。)操作員使用計算機鼠標在該地圖上繪制兩個大致矩形的形狀， 其中這些大致矩形的線條對應于如圖4和5中所示的諱線和經線。這些線被繪制成 達到如圖5中所示的0.1弧秒的精度。操作員僅使用兩個有風險區劃就能夠精確地 定義需要疏散的立即有風險地區，從而能向居住在Long Boat路上的人們傳送疏散 命令而不會不必要地驚嚇到任何其他人。操作員一旦確信他已經用這兩個矩形正當 地標識出了有風險地區，那么他就點擊監視器上提供的恰適徽標，并且計算機自動 創建對于要傳送的災害警告的消息的頭部以及部分。在計算機操作員正如上所述地 在標識這些有風險區劃的同時，中心站處的另一個操作員記錄以下語音消息
"這是來自國土安全局圣地亞哥辦公室的緊急警告！這不是測試！當前有森 林大火正在Long Boat路西北的Torrey松保護區中燃燒并且正逼近Long Boat路。我們指示占住位于Long Boat路和Long Boat徑上的建筑物的所有 居民立即朝Long Boat路往東方向疏散，隨后在Portofino道上朝南前進至 Carmel Valley公路。這不是測試，這是實際緊急情況。所有人應立即開始疏 散。"
該語音消息由中心站計算機使用mp3 (或其他)技術來數字化和壓縮并且與計算機 操作員所準備好的那部分消息組合。操作員隨后點擊徽標來傳送該經組合的消息。 計算機處理器隨后如上所述地在5分鐘間隔處的下一個1秒蘇醒窗傳送該消息。由 墻上電源供電的災害警報設備是持續蘇醒的，因此去往這些設備的消息一旦就緒就 可以發送。去往電池供電的單元的消息可能被延遲最多達5分鐘。
如以上指出的，消息的頭部部分將用以下緯度和經度信息來指定提名有風險 區劃-
N32。56' - N32。57'和Wl 17014' - Wl 17。 15'。
這對應于1平方英里以上的地區并且包括德爾瑪城的大部分和圣地亞哥城的一些 部分。該提名有風險地區中的所有警報警告設備都將保持蘇醒并且分析該消息的下 一部分。該消息其余部分中的第一部分用圖7中所示的兩個有風險區劃來更精確地 定義該有風險地區。此信息為
N32。56'06.0" - N32。56' 12.3"和W117。14'42.9" - Wl 17。14'47.4" N32。56'12.3"-皿°56' 15.0"和W117014'36.6" - W117。14'47.4"
22Long Boat路上這些家庭中的所有警報警告設備都通過從如圖1A中12處所示的警 報單元發起警報并且廣播以上刊印的語音消息來響應該中心站傳輸。在該精確的有 風險地區以外的警報警告設備將不會發起警報或者以其他方式打擾任何人。
由于這是大火災，因此消防局可能想要中心站向更大地區傳送不帶疏散命令 的普通警告。在這種情形中，消防局應給予中心站關于要被警告的更大地區的大小 的指導，并且應該對該更大地區中的人們經由他們的警報警告設備向他們發送第二 條消息。該消息不會要求疏散但可以解釋居住在LongBoat路上的人們已經被命令 疏散。
高度警報和甚高警報模式 如在以上的災害示例中指出的，中心站在發出警告時可能被延遲最多達5分 鐘，因為靠電池操作的警報警告設備在該時段中可能處于其睡眠模式下。為避免這 樣，可向災害警報設備提供能允許中心站使它們進入高度警報模式或甚高警報模式 的軟件。在優選實施例中，高度警報模式會導致這些設備以1分鐘間隔(代替5 分鐘)蘇醒達l秒，而在甚高警報模式下，可以導致這些設備持續保持蘇醒達指定 時段，諸如IO分鐘或另一恰適時間以準備要傳送的特定消息。可以基于如上所述 的諱度和經度指定來向落在中心站的受眾內的所有單元或其受眾之中的任何部分 傳送這種模式改變。優選地，中心站可以恰適地限定高度警報或甚高警報的時段， 因為在這些模式下操作會極大地增加電池消耗。如以上所解釋的，由墻上市電供電 的單元優選地被編程為在無線電接收模式下持續地停留在蘇醒狀態，這是由于該功
率消耗與典型的整個房屋的電功率使用相比而言是很小的；然而，這些設備也可以
被編程為利用為電池供電的單元所提議的相同休眠-蘇醒策略。
操作流程圖
圖6和7是描述在本發明的優選實施例中可以如何編程和操作中心站和警報 警告設備中的處理器的流程圖。如圖6中30和32處所示的，設立計算機處理器以 每5分鐘廣播至少同步信號來保持其受眾中的所有電池供電的警報警告設備處于 同步。如果有緊迫的災害，則其還如34處所示地廣播定向到由提名緯度和經度定 義的提名有風險地區的喚醒信號。這允許該提名有風險地區中的設備能接收和分析 精確的緯度和經度并確定它們是否落在其內。這典型地允許中心站的受眾中的警報 警告設備之中的絕大部分返回休眠。中心站還如36處所示地廣播精確的緯度和經度，如38處所示地廣播警報持續期，以及如39處所示地廣播帶有警告和指令的語 音消息。這些警報設備將廣播該消息達中心站指定的持續期。
圖7是描述在本發明的優選實施例中可以如何編程和操作警報警告設備中的 處理器的流程圖。該流程圖還如在40處概括示出地指示每5分鐘進行1秒的無線 電接收操作以節約電池功率的優選技術。如果處理器如在42處所示地根據頭部確 定該警報警告設備位于提名有風險地區內，則其解碼該消息的其余部分并且確定該 設備是否位于精確的有風險地區中。如果否，則該設備返回休眠。如果是，則其如 在44處所指示地發出警報聲并且廣播如中心局所指示的消息。若其不在該精確的 有風險地區中，則該設備返回休眠。
提醒應急工作隊
本發明能由中心局應用以策動應急工作隊。為此，中心局可以用諸如特警單 位和特殊消防單位等各種類型的工作隊的成員的住所的諱度和經度來編程其計算 機。這些列表可以在輪班的基礎上保存并持續更新，從而中心站人員能知曉在任何 時間哪群人員不當班。通過將消息定向到每個工作隊成員的災害警報設備上(通過 指定其精確的緯度和經度)，則萬一有嚴重的緊急事件，中心站人員就能立即向這 些人員發出報到請求。
原型設備
申請人最初是使用來自遙控玩具卡車和無線電接收機——這兩者皆是從 Radio Shack現貨購買的——的部件構造了本發明的粗略原型設備。玩具卡車發射 機和無線電接收機在75 MHz工作。還從Radio Shack購買了由發射機激活以提供 預先記錄的警告的數字語音記錄器。該設備納入了從Target購買的煙塵警報器。
語音消息替換方案
可以將該系統設立成通過各種各樣的替換方案來傳送語音消息。這些包括將 本應由警報警告設備經由語音合成器來廣播的語音數據進行數字傳輸。該辦法在傳 送特定語音消息所需的數據字節的意義上或許是最高效的。語音也能使用公知的 mp3技術數字地傳送并被轉換成質量高很多的語音。有能夠適于傳送和投放語音消 息的其他數字音頻技術可用。另一種辦法是使中心站向警報警告設備傳送切換到將 接收模擬無線電消息的接收配置的信號。警報警告設備可以預編程有各種各樣預記
24錄的文本和警告，其中每一個均可以基于指令來替中心站激活和廣播。
替換的有風險指定
指定有風險地區的優選手段是通過確定封入有風險地區的多邊形并且以其頂 點的緯度和經度的形式來定義該多邊形。然而除諱度和經度技術以外，還可以利用 替換技術以精確地標識有風險地區從而將警告從中心站定向到這些警報警告設備。 優選地，這些技術將使用與警報警告設備的位置相關聯的戳記。這些戳記包括諸如 郵政編碼、城市和州名、以及電話區號等地址信息。該信息可以被編程到警報警告 設備中，并且這些設備可以被編程為檢査頭部中是否有這些記號中的任何哪種以尋 找定向到落在所指出地區內的警告設備的警告。
測試信號
優選實施例可以提供周期性測試以使用戶確信他們的設備在正當地操作，而 又不會對不希望被打擾的那些人造成干擾。優選技術可以是在有規律的周期性時 間——諸如每周日正午或每月第一個周日的正午——從中心站傳送3秒動聽的鳥 鳴。用戶可以注意聆聽該定時傳輸以獲得該警告系統在工作以及其政府正替他們密
切關注的某種程度的確信。(可以設立web網站以允許用戶猜測鳥的類型。替換 地，可以播放著名歌曲的5個或6個音符并且用戶可以嘗試在該web網站"說出 該曲調的名稱"。這將是一種用于確信系統在工作的技術。)另一種辦法將是把警 報警告設備編程為在這些1秒蘇醒時段期間導通低功率LED。這將每5分鐘發生 一次并且也能給出該設備處于正常工作狀態的某種程度的確信。系統操作員還可以 安排預先有正當通知的對測試警告的測試傳輸。語音消息還可以解釋"這是測試"， 從而避免設備用戶產生任何不必要的恐慌。
接入總是可用的電源 作為以上詳細描述的電池供電辦法的替換方案，以上描述的這種類型的警報 警告設備可以利用其他可用的電力源。例如，這些單元可以用120伏(AC)的墻 上(市電)電源來供電，并且帶有或者沒有備用電池電源。警報警告設備可以被納 入到煙塵檢測器中并且利用其電源，無論是電池、墻上電源或帶有電池備用的墻上 電源。對于企業設施的良好解決方案是將災害警報設備與典型地利用相對較大的備 用電池電源的應急建筑照明合并。在有充足電力并且無需為更換電池操心的情況
25下，可以將這些設備編程為持續停留在無線電接收模式下。可以將警報警告設備納 入到無線電收音機或電視機中并且將其編程為若該機器并非已開動則將其開動以 接收經由電視或無線電臺而來的警告。警報警告設備還可以是持續地廣播音樂或其 他合需的節目編排——其僅在有警告要被定向到該特定的警報警告設備時才會被 中斷——的無線電或電視系統的一部分。如上所述，該設備可以被編程為如果有警 告要廣播時電視或無線電是關掉的則將其開動。
移動單元
在優選實施例中，使得納入了 GPS設備的移動災害警報設備對于諸如汽車、 卡車和船只等交通工具可用。這些設備將其實際的緯度和經度與中心站廣播的頭部
中所包括的緯度和經度信息作比較以確定該設備是否處于有風險地區中。這些移動 警報警告設備還可以被納入到諸如膝上型計算機和蜂窩電話等人們典型地四處攜
帶的電子設備中。這些設備能從所納入的GPS設備或其他源獲取其GPS位置。圖 3是示出帶有GPS接收機的單元的圖樣。我們之中的絕大多數并不是因預期有災 害才帶著我們的蜂窩電話到處走的。但是低成本的免費公共服務GPS蜂窩電話災 害警報系統的概念具有贏得很大市場份額的潛力。這是一次性購買價格，安裝并忘 記它，但是寬心的事是知道若你正在開車并有地方災害要發生時你會立即獲通報。 每個第一響應者交通工具可以安裝有GPS電話災害警報單元。這些第一響應
者包括救護車、消防車、警車、城、縣和州工程車、電業和自來水公司工程車等等。
正在建造非常尖端的實時基礎設施以向諸如蜂窩電話、個人導航系統、車輛 導航系統、車輛遠程信息系統、以及衛星無線電等眾多用戶設備供應實時交通信息， 以上所列僅是其中少數幾個。在有國家或地方緊急事件時，交通流在促進有序疏散 上可能是非常關鍵的。優選地，本發明的實施例將包括對這些實時交通和信息源中 的至少一種的接口。該信息已地理編碼并且能容易地針對本發明應用進行結構化并
且由中心服務器向任何災害區域再發布。可以將所發布的數據提供給EM工具包和 BAR工具包兩者以供在向緊急廣播添加之前進行審閱。如同其他生死攸關的信息 那樣，該交通信息能按需要周期性地更新并且作為供本地第一響應者用的本地工具 也是很有用的。當特定位置處的所有人員一起疏散時，可以指示他們隨身攜帶其災 害警報設備，從而中心站能繼續提供信息和指令。此外，以上述及的移動設備已經 知曉其位置并且添加了基本警報接收機電路系統的話則若它們位于有風險區域內便能接收有風險多邊形并且宣告警報。
編程為災害警報設備的移動電話 在本發明的優選實施例中，將要求所有提供移動電話服務的組織參與本發明 的災害警報系統。現代蜂窩電話系統被設計成跟蹤每個用戶的方位，從而應急操作 員能在發生911呼叫事件時派遣援助。該方位信息能用于在因位置而異的基礎上協 調災害警報。
如果使得蜂窩基站與本發明的災害警報系統兼容，則蜂窩電話系統能確定其 系統中所有位于由應急人員標識出的任何有風險地區中的電話的電話號碼。所有這 種信息能由計算機處理器組織起來并且能向這些電話傳送電話消息以警告用戶有 危險并提供指令。在具體區域中發生災害時，可以從中心站向蜂窩電話組織傳送警 報。在受影響的有風險地區中工作的蜂窩基站處將接收到該信號，并且那些蜂窩基 站隨后將解讀位置信息、將該信息與其區域中的電話位置作比較，并且如果有一些 特定電話位于該災害警報區域內，則蜂窩系統會自動撥號那些電話并且傳送恰適的 警告信息和指令。
編程為災害警報設備的其他設備 許多電視用戶具有通過有線電纜、衛星、光纖和常規電話線連接至網絡的數 字有線和數字衛星機頂盒。這些通信系統的所有者知道這些單元所在的街道地址并 且能容易地將這些街道地址轉換成緯度和經度位置。這些通信系統具有能個體地尋 址每一個機頂盒的能力并且能容易地下載盒位置的具體緯度和經度。在優選實施例 中，可以將電子組件連線至計算機、電視和無線電單元中——其將允許通信公司向 這些單元傳送信號以開動它們(若它們是關掉的)并且導致這些單元廣播恰適的災 害警報警告。替換地，要接受緯度和經度信息僅需要軟件改變。應急機構可以向這 些通信公司傳送緯度和經度有風險多邊形。這些公司的計算機將確定其客戶中有哪 些位于這些有風險地區內。隨后將向這些電視、計算機和無線電單元傳送信號以開 動它們并且廣播恰適的警告和指令。替換地，這些公司將只轉播該帶有緯度和經度 有風險多邊形的標準警報信息，而機頂盒能夠確定其是否位于該有風險地區中并且 采取恰適的行動，由此消除要由該公司來判定誰可能有或可能沒有風險的任何額外 負擔。
27擴展的中心站覆蓋
為使本發明的災害警報設備能非常成功，就需要使其優點對盡可能多的人可 用。這要求有非常寬廣的中心站無線電覆蓋。如果使用NWS無線電系統，則美國
本國約有97%的人能夠被覆蓋。在NWS不可用的地方，可以制造接收NWS廣播、
重新生成數字信號并且重新編碼該信號以供在商業AM或FM臺上廣播的轉發器。 這時災害警報單元可以設有兩個接收機。第一個將尋找來自國家網絡的標準信號。
如果其不可用，則第二接收機可以搜索商業AM或FM無線電頻帶以尋找攜帶緊 急傳輸的數字信號。圖9示出該系統的頂層框圖。由NWS發射機廣播的數字信號 由轉發器50接收和解碼。該信號隨后被重新生成并被重新編碼成與標準商業AM 或FM無線電頻帶上的數字邊帶傳輸兼容的第二數字格式。AM邊帶傳輸可以是與 諸如由iBiquity公司設計的HD無線電系統等市售邊帶發射系統兼容的，或者可以 是與傳統的模擬FM和AM音頻廣播兼容的另一種類型。商業無線電臺隨后廣播 該信號。包含兩個接收機的災害警報單元決定哪個信號是最強的。針對商業AM和 FM臺的轉發器可以放置在接近AM和FM發射機處，其典型地位于有良好接收的 地區中，如在塔和/或山上高處。替換地，轉發器可以將數字信號饋給無線電臺辦 公室，后者可以將該信號插入到其標準發射機饋送中。在任何情形中，災害警報信 號的傳輸很少或完全不要求商業無線電人員介入。
向災害警報單元添加發射機 以上描述的災害警報設備當然的擴展是將發射機集成到其中，從而在所安裝 位置處的占住者能與應急響應者人員進行雙向通信。傳統警告消息的廣播仍將使用 諸如NWS無線電系統之類的發射機網絡繼續進行。這些原始的發射機將繼續傳送 因位置而異的警報警告和消息，但可以使用其他基站來支持與災害警報單元的雙向 通信。
從用戶向應急響應者的通信能采取許多各式各樣的形式。通信類型的范圍能 從其中僅允許占住者使用災害警報單元的傳輸能力來確認接收到應急管理者向其 傳送的消息的簡單和受限的情形， 一直到類似于公共交換電話網上存在的雙向"全 雙工"信道。優選地，在所有通信中，這些單元將把其內裝的位置信息納入到其傳 輸中以將其位置通知給應急管理人員。
不是向每個設備提供全雙工通信而是代之以考慮鏈路類型的原因在于要節約 有限的射頻通信帶寬。緊急境況會改變，并且通信需要也同樣改變。在一些境況中，
28只有少量設備可能是活動的并且全雙工通信或許是可行和恰適的。在其中同一地區 中涉及數千單元的許多情形中，全部進行全雙工無線電通信即使不是不可能也會非 常困難。
雙向通信有許多潛在用途。 一示例是對應急響應者的911類型的無線電呼叫。 占住者或許需要提醒應急人員他們尚不知曉的境況。應急響應者可能需要與某位置 處的個人通信。雙向通信在搜索幸存者時將會很有用。在或許要求災害警報單元用 戶不能遵循普通疏散命令的場合可能需要為疏散提供具體指令。例如，用戶可能需 要解釋他被限制在輪椅上。應急人員在進入建筑物之前可能需要詢問用戶。
經由災害警報設備僅提供非常有限的響應以節約帶寬可能是可取的；例如，
在災害警報單元中納入用是和否以及可能用從0到9的數字來回答問題的能力。
為了使雙向無線電通信能工作，必須運用某種接入控制來節約帶寬。接入控 制可以按許多方式來處置。例如，可以在這些設備與接收設備之間建立對等網絡， 并且仲裁以類似于其在商業對等網絡中被處置的方式來處置。然而，看起來最合情 理的方式是使用在應急響應者掌控下的基站來控制對災害警報傳輸帶寬的接入。在 應急響應者控制下的基站可以跨要服務的地區來設立。這些基站可以是塔中的固定 單元或者是汽車或手持式設備中的便攜單元。每個基站可以使用與蜂窩電話基站所 使用的不同的頻率，或者可以全部使用相同的頻帶并且一些用于基站接入控制。使
用TDMA、 CDMA、 OFDMA、或其他某種多址方案來共享可用的頻率空間就能給 予多個單元對廣播帶寬的接入。可以向不同類型的通信給予不同頻帶或接入空間。
例如，可以向一些頻帶指派簡單的雙工通信而向其他的指派全雙工接入。或者替換 地，與固定基站的通信可以被指派一個頻帶而與移動基站的通信被指派不同的帶寬 區域。圖10是災害警報設備的擴展部分的示意表達。兩個固定的廣播基站54和 56服務所討論的區域。這些基站向災害警報設備廣播因定位而異的標準單向警告 和指令。3個固定的雙工基站58、 60和62服務相同的區域。這些可以駐留于警察 局、消防站、或其他民防辦公室。可以在警車、消防車、救護車、以及其他移動和 手持式設備中按需部署移動雙工基站。要求有接入控制，從而各種基站和災害警報 設備不會彼此干擾并且由災害警報接入控制中心網來維護。
為擴展的雙工通信分配帶寬資源的一種可能方式是使用分配給NWS無線電 的頻率空間。將使得分配給無線電系統的7個模擬的25 kHz模擬信道的中心頻率 可用。對于任何位置，為經典的模擬NWS傳輸保留一個模擬信道。該頻率空間的 其余部分被劃分成大約300個正交的寬度為大約500Hz的頻率分區。此頻率共享方案將在本實施例中使用。其他實施例能使用諸如時分多址(TDMA)或碼分多址
(CDMA)等共享方案。IO個隙被保留用于數字單工傳輸，并且10個隙被分配用 于接入控制和網絡開銷。100個隙被保留用于以上描述的單工雙工通信并且最后 180個隙被保留用于全雙工通信。分配給任何給定區域的實際頻隙隨著本地模擬 NWS模擬信號的中心頻率移動而在所有可用頻率中循環。對于以上示例，模擬信 號在162.475 MHz上。然而，取決于位置，該本地模擬信號可以處于標準頻率之 中的任何頻率上。
實現雙向通信的另一種可能方式是利用700- 800MHz頻帶。FCC當前正考慮 將該頻譜范圍任命為應急用途頻帶，并且某些機構已經在將其用于此目的。例如， 哥倫比亞特區華盛頓市目前正在這些帶寬上實現WiFi網絡以提供應急管理者、警 察和其他應急響應者之間快速和高帶寬的通信。災害警報設備可以包含能允許它們 加入這樣的網絡的WiFi芯片組，并且使用已由WiFi協議提供的接入控制。這將 可利用本地基礎設施投資并且允許公眾與應急人員之間容易的互訪。
如果提供了某種雙向通信，則可以將本發明用作當今正使用的目前"電話警 報"設備的替換。該設備允許(通常是年長者)敲擊穿戴在他們脖子上的將會呼叫 應急服務的按鈕。災害警報設備能具有使其進行對服務供應商的中繼的潛力，而服 務供應商在需要時將呼叫應急服務。其優點將在于本發明的災害警報設備是"因位 置而異的"并且可以藉由緯度和經度來提醒應急響應者注意確切的家庭位置。申請 人已經獲悉有時(尤其是在農村區域)，應急服務要定位具體家庭很艱難。
短程無線
對本發明除基本概念的另一種潛在補充是向災害警報設備添加短程無線特 征。示例包括Bluetooth (藍牙)和ZigBee技術。有了這些特征，災害警報設備就 能被編程為每當這些設備接收到它們位于有風險地區內的警告時就開動計算機、電 視和無線電。通過連接至與因特網連接的計算機，該設備可以被編程為向諸如在其 工作場所的家人等有利害關系的人傳送電子郵件消息，或者在警報之際自動將關于 家庭及其占住者的虛擬信息直接轉送給第一響應者數據庫，從而消除了在911語音 線路很可能繁忙而不能接通時對911作出語音呼叫的需要。
存儲器卡和SD卡
災害警報設備能適于接受插入專門預編程的存儲器卡。例如，可以使得存儲
30有外語字典類型信息的卡可用，從而允許災害警報設備的處理器能將英語警告翻譯
成不同于英語的其他具體語言。可以為族群中所說的所有語言來準備卡。可以在銷 售點將這些卡插入，從而除了每年更換一次電池以外不要求用戶做任何事情。然而， 應該有程序就位以測試該單元從而確保其正當地工作。在一些情形中，用戶或許希 望編程他們的災害警報設備以執行特殊功能，在其具有或遠程或短程的傳輸能力時 尤甚。在這種情形中，標準災害警報可以包括允許插入能使用個人計算機來編程的 可編程卡的特征。有可能包括允許由災害警報發出的警告呈家庭中的家長之一的聲 音、或者供一家之主為每種類型的警報記錄將在標準警報結束時播放的具體消息的 特征。有證據表明比起陌生聲音而言，年幼的小孩更可能服從家長的聲音。如果災 害警報設備具有無線，則存儲器卡可以包含家庭人數、性別、年齡、殘障狀態、年 長者狀態、現有醫療條件，其全部都可以在警報之際立即傳遞到第一響應者數據庫 中，由此給予對警報的直接區域中所有的有風險家庭和占住者的瞬間概覽。
侵犯兒童者和危險人物警報 本發明的重要用途是警告受影響鄰里地區中的人們注意對侵犯兒童者或諸如 逃犯等其他危險人物的報告。
警報注冊表
本發明的另一個重要方面是每個警報設備都能個別地尋址的能力。可以建立 個人能注冊其警報設備(類似于擔保注冊)的注冊表，從而他們能利用個性化服務。 廣播數字消息和有風險多邊形的相同信號還能向個體警報設備或其群體廣播具體 消息。示例是其中僅有一個家庭處于違犯禁止令的侵犯者的風險中或者一住所處的 漏氣僅影響街區上的4幢房子。
高清晰度電視
TV廣播正處于提供HDTV能力的過程中。HDTV廣播臺的分布正在如此規 劃以使美國沒有哪個地方將不被HDTV廣播覆蓋(絕大多數區域將具有至少三個 交迭的信號)。HDTV發射機比模擬UHV/VHF發射機強大很多。已經在開發中的 是甚至在地下區域和縱深建筑區域中也能夠接收HDTV副載波的低功率芯片組。 在補充了電子電路系統的情況下通過接收3個HDTV發射機的信號，HDTV接收 機就能知曉其緯度和經度。HDTV發射機可用于廣播有風險多邊形和警報信息，并且每個HDTV能判定其是否位于該有風險地區中。
GPS接收機
GPS接收機由水手、漁民、徒步旅行者、背包族、登山者、以及滑雪者用來 在與主流社會聯系不上時進行導航和安保，并且在所有這些境況中，所有類型的天 氣暴發都會在一瞬間帶來立即和難以預測的危險。利用內建的GPS定位能力，本 發明客體的集成警報設備具有提醒用戶有危險境況并挽救GPS用戶生命的潛能。 作為功率節約特征，GPS接收機能具有在不需要警報接收機時將其關掉的軟件開 關。
字典通信
在優選實施例中，去往災害警報單元的無線電傳輸利用字典通信。字典安裝 在每個災害警報單元的存儲器中。字典包括經編號的句子、短語和詞。警告消息是 單單通過組合這些句子、短語和詞的編號來準備的。如果需要字典中沒有的詞，則 這些詞可以用更標準的格式作為數字信息來傳送。通過將字典中的經編號的句子、 短語和詞與任何需要的但字典中沒有的詞組合，警告和指令就能被準備和傳送。每 個災害警報設備中的處理器公式化表示這些警告和指令并且如中心站所指示地廣 播它們。可以使得任何語言的字典可用。該技術極大地減少了需要發送的信息量并 且在絕大多數情形中簡化并加快了在中心站準備警告和指令所需的時間。申請人提 議了包含65，536 (即216)個條目的字典。這些條目的一些示例在表l中列出。
表1 字典
1. 這是來自國土安全局的緊急警告！
2. 這不是測試！
3. 有森林大火正威脅此災害警報設備的位置。
4. 有破壞性龍巻風正威脅此災害警報設備的位置的髙度風險。
5. 有海嘯正威脅此災害警報設備的位置的高度風險。
6. 有破壞性洪水正威脅此災害警報設備的位置的高度風險。
7. 我們指示在此位置處的所有人立即疏散。
8. 我們指示在此的所有人立即前往防疾風庇護所。
9. 我們指示在此位置處的所有人立即疏散到高地。
10. a (—個)
11. able (能夠)
12. about (關于)
13. above (以上) 承
3265,536. zoo (動物園)
在以上題為"災害示例"的小節中建議的緊急消息由此可以縮短到僅僅4個 數字1、 2、 3和9。說英語的家庭會聽到該消息的英文形式，而說西班牙語的家 庭會聽到其西班牙語形式，因為可以給每個災害警報設備提供恰適語言的字典。
字典可以包括大量詞(諸如表1中列出的a打頭的詞)，從而這些詞可以藉 由編號來傳送。(這些a打頭的詞來自英語中1000個最常用詞的列表。)詞的字 母的傳送典型地每字母需要8比特，而數字(0到65,563之間)的傳送需要16比 特。由此，對于像"able"或"fire"等4個字母的詞，與傳送這4個字母要32比 特相比，傳送其字典編號將需要16比特。詞、短語或句子越長，藉由傳送字典編 號我們就能節省更多。我們還能以編號來代表諸如鋼琴鍵的音調之類的調子。
實現計劃
以下實現計劃嘗試取道提供該系統的競爭目標之間的最好折衷的合理途徑。 首先申請人描述他們提議為災害警報消息傳輸實現的兩種低層消息類型。被稱為中 心頻帶或帶內的第一種類型提供不要求對NWS/NWR發射機或饋送硬件作任何修 改或升級就能傳送消息的容易和廉價的途徑。被稱為混合或數字邊帶的第二種類型 需要對向NWS發射機進行饋送的硬件作一些適度的升級，但提供更高效和健壯的 消息傳輸方法。最后，申請人描述用于開展該服務的計劃。
消息類型 中心頻帶(帶內)消息 提議將中心頻帶消息類型作為不用修改任何現有RF發射機和局-發射機饋送 就能傳送與所有目前工作的NWS/NWR臺兼容的消息的手段。該消息類型接近類 似于當前NWS/NWR所支持的SAME (具體區域消息編碼)消息，但是比其具體 得多。本發明的消息用同步信號繼之以使用音頻頻移鍵控(ASFK)傳送的數字頭 部來發起。該頭部類似于用于SAME協議的消息頭部。這些消息可以使用與SAME 廣播所使用的相同的頻調或者可以使用與傳輸裝備兼容的其他頻調。與SAME消 息頭部不同的是，該消息頭部將需要納入以緯度和經度形式定義該緊急地區的位置 信息。傳送消息頭部之后，跟隨著消息正文。數字結束語跟隨在該消息正文之后以 指示該消息已完成。對于傳送消息正文而言存在若干可能性。以下描述這些可能性中最好的三個。
1. 數字地編碼該消息并且使用與傳送消息頭部所使用的相同的AFSK技術 來傳送它。
2. 數字地編碼該消息并且使用諸如高斯頻移鍵控(GFSK)等另一種形式的 信令來傳送它。
3. 用模擬FM音頻來調制該消息。這是在廣播SAME消息當中所使用的技術。
選取這些方法中的哪一個來使用仍有待定案。
以下簡要討論我們已經定義的中心頻帶消息的優缺點。
優點
o 不要求對任何現有NWS/NWR發射機和發射機饋送進行修改。
缺點
o AFSK消息中斷NWS/NWR的正常音頻廣播
o GFSK消息不需要完全中斷正常音頻廣播但的確對這些廣播導致顯 著減損
oAFSK的比特率相對較低并且因此消息遞送需時相對較長
o GFSK的比特率比AFSK的高但仍受中心頻帶寬度很窄和發射機饋 線損耗減損的限制
o 由于低比特率，在需要向一個發射機的射程內的不同地區發送不同 消息的緊急境況中發送多條消息所需的時間將花費相對較長的時間
o AFSK并未對RF帶寬加以高效利用——使用AFSK來傳送比其他 數字技術花費更多的Hz/ (比特/秒)
o AFSK不像其他數字調制技術那樣健壯和可靠。AFSK調制的每比 特噪聲對于給定的信號強度而言相對較高。
o 由于消息的傳輸需要中斷音頻廣播，并且類調制解調器頻調的傳輸 用傳統的音頻氣象無線電接收機是能聽見的，因此以一兩分鐘數量 級大小的間隔來廣播周期性同步和時基信號將是不可能的。這些周 期性信號的廣播通過允許接收機在絕大部分時間斷電來工程設計出 電池壽命很長的接收機。沒有這些信號的話，電池壽命將會受限并 且排他地由電池供電達許多個月的延長時段的災害警報單元是不可 能的。
34混合(數字邊帶)消息 提議將數字邊帶消息類型作為改進以上描述的中心頻帶技術的一些缺點的替 換方案。在實踐中，這具有一個主要缺點它要求升級NWS/NWR發射機和對這 些發射機的饋送。然而，它不遭受中心頻帶消息缺點的不利影響。此外，經升級的
發射機和廣播基礎設施將使得NWS/NWR在它們需要時或若它們想要時就能提供
新數字服務作為廣播的補充。
圖11示出典型的NWS/NWR音頻廣播的RF帶寬使用的示意表示。包括獲許 可的網絡帶寬的這7個信道的中心頻率之間的分隔為25 kHz。對于音頻和ASFK 信號兩者最大調制均是±5 kHz。在這些參數下，在頻譜的毗鄰信道間只有很小的間 隙。因此在模擬廣播外但在所指派頻譜的25kHz內沒有顯著的緩沖邊帶。由于該 信道規劃，混合數字LSDAD消息不能輕易地在所指派的25 kHz本地信道中廣播， 但能在這25 kHz以外但在許可給NWS/NWR網絡的總共175 kHz內的RF帶寬中 廣播。
圖12示出混合消息傳輸的一種可能實現的頻率利用。分配給本地站的模擬音 頻的中心25 kHz頻帶以外的帶寬被劃分成大約200 - 300Hz的數學上正交的小信 道，從而每個頻帶不與其鄰信道干擾。這種形式的帶寬分割通常被稱為正交頻分復 用(OFDM)，并且其一種形式在廣播無線電中使用，在此它被稱為HD無線電， 其還在Wi-Fi無線組網系統中使用。通過不在其獲分派的25 kHz頻譜中傳送，就 能避免與鄰站的模擬音頻廣播相干擾。并且通過避開鄰站所使用的OFDM信道或 者藉由在其他無線應用中所使用的方法——像跳頻，就能避免與鄰站的數字消息相 干擾。
像圖11中的擴展部分那樣，圖解整個獲許可帶寬之中的一小部分。橫軸表示 RF頻率。紅色陰影區域指示本地信道的中心25 kHz并且被保留用于傳承的音頻廣 播。分配給NWS/NWR網絡的整個125 kHz的其余部分被劃分成大約為200-300 Hz 寬的正交信道——這些OFDM頻帶的分區是由黑色垂直線所描繪的梳狀結構。在 這種情形中，中心音頻廣播每側的藍色陰影區域中的若干正交頻帶被保留供 LSDAD定時、同步、控制、和消息使用。其他OFDM信道可用于將來由NWS/NWR 提供的服務。
OFDM不是利用NWS/NWR頻譜中的額外帶寬而不與鄰站干擾的唯一方法。 例如，可以使用碼分多址(CDMA)方案。在其他系統已經使用OFDM的場合，由于NWS所采用的當前頻率重用規劃之故，最終CDMA可能是對NWS網絡最好 的。CDMA可以允許由附近發射機更好地利用NWS頻譜來廣播不同消息。
為傳輸LSDAD數字消息而升級NWS/NWR硬件意味著能將本地音頻廣播沒 有使用的頻譜用于其他服務作為LSDAD消息的補充。在非緊急工作期間，LSDAD 系統將使用對發射機和發射機饋送可用的新近可用額外帶寬的很少部分。即便在緊 急境況中，LSDAD廣播很可能并不需要指派給NWS/NWR的整.個125 kHz的帶寬。 因此，未使用的帶寬可用于提供附加服務。例如，可以傳送標準NWS/NWR音頻 氣象無線電廣播的文本等效以供失聰人士使用。類似地，也可以廣播其他數據和數 字音頻信息。
服務開展
假定對傳輸采用的低層消息類型與以上描述的那些類似，則用于在 NWS/NWR網絡上開展本發明的這些服務的一個具體計劃建議其自身作為盡可能 快捷和高效地提供覆蓋的手段。在這種情景中，所有部署的災害警報單元將能夠接 收和解碼中心頻帶和邊帶傳輸兩者。每個個體單元內的內部電路系統可以搜索 NWS/NWR頻帶內的邊帶傳輸。如果找到這樣的有充足信噪比的信號，則該單元 將依靠它來接收警告消息。如果沒有邊帶消息可用，則該單元將持續地監視最強的 中心頻帶NWS/NWR信道以尋找AFSK緊急消息。
雖然接收中心頻帶并針對有效邊帶消息進行搜索的能力可能需要稍微復雜一 些的單元，但其具有能夠立即提供來自每個NWS/NWR發射機的某種形式的消息 服務而不要求立即升級整個NWS/NWR服務的優點。NWS應能夠分階段實行發射 機的升級，首先集中于較重要的站并且隨著有資源變得可用而升級重要程度較低的 站。例如， 一旦災害警報單元變得可用，就可將服務人口尤為密集的區域或服務風 險特別高的區域的站升級到邊帶傳輸。服務人口較不密集區域或風險較低區域的其 他站在開始時可以提供僅中心頻帶傳輸。
隨著站被升級到邊帶傳輸，災害警報單元的用戶所作的轉變將是透明的。每 當有單元檢測到合適邊帶傳輸的可用性時，它將自動切換到使用這些作為其廣播 源。由于所有單元將能夠接收邊帶傳輸，因此NWS/NWR站在實現了邊帶傳輸時 甚至可以停止中心頻帶傳輸。這使中心頻帶頻率完全從提供災害警報服務中被釋 放，并且允許傳承的音頻NWS/NWR服務不受中斷地繼續。
雖然本發明已經以具體優選實施例和原型的形式進行了描述，但是讀者應理
36解能作出許多改變和修改但仍落在本發明范圍內。例如，能利用許多加密技術來確 保該系統不會被不當地操縱而產生假警報。中心站還可以通過使用除諱度和經度以 外的指定方式，諸如街道地址或區碼之類來指定要向其傳送警報的地區。另外，中 心站還可以廣播危害的位置和警告半徑，并且這些警報設備可以被編程為判定是否 應該提供警報。優選實施例將用向下整流到9伏的110伏AC的墻上電源帶9伏鎳 鎘電池備用來工作。例如，可以設立警報警笛來選擇性地(并且有所不同地)響應 來自以下組織的獨立警報
1. 本地家庭火警；
2. 本地家庭入侵者警報；
3. 針對惡劣天氣或龍巻風的國家氣象服務；
4. 針對公共緊急事件或預報咨詢的本地消防/警察；
5. 緊急廣播系統；
6. 州政府警報；
7. FEMA;
8. 海嘯預報咨詢組織；
9. 國防部；
10. 其他經授權和選定的機構。
背景小節中描述的SAME系統已經發展出針對這許多緊急境況的62種代碼，
并且可以將這些代碼納入到本發明的系統中。每個始發機構或系統將可以有其自己
的私鑰用于加密激活信號(其由該組織保密)。每個家庭或企業中的每個警報接收 機具有對于這些組織的相同的一組解密密鑰(公鑰)。接收機僅在警報信號是使用
保密的私鑰來加密的情況下才將其解密(使用公鑰)。在這些加密密鑰之一泄密的 情況下，可在開放信道上重新編程解密密鑰。系統的安裝可以包括(自動地經由空 中)初始化解密公鑰。在公共緊急事件或危害發生之際，中心局將把其傳輸切換到 來自始發機構的經加密信號，其隨后將在人們家中的警告接收機單元處被解密并且 生成恰適的警報警笛、文本、或語音消息。在有高建筑物的城市中，警報警告設備 可以編程有海拔，從而可以將警告定向到位于具體定位處的建筑物的具體樓層上的 設備。在911境況中， 一旦國土安全部獲悉有航線飛機已被劫持，恰適地區內所有 高建筑物的上層中的人們就能被疏散。可以向諸如圖3中所示的災害警報設備添加 更多特征。可以添加化學傳感器或生物危害傳感器。因此本發明的范圍應由所附權 利要求書及其合法等效來決定。
3權利要求
1.一種災害警報系統，包括A)至少一個中心站，用于通過定向到處在由緯度和經度定義的具體有風險地區中的使用位置處的災害警報設備的無線電來傳送災害警報信息，B)多個災害警報設備，每一個設備適于在災害警報系統中的使用位置處使用，其中每一個災害警報設備包括1)無線電接收機，2)音頻單元，用于提醒位于所述使用位置處的人注意災害的確切本質，以及3)處理器，包括其中存儲有所述使用位置的緯度和經度的存儲器單元，其中所述處理器a)編程為監視來自中心站的無線電傳輸以尋找定向到位于由緯度和經度信息定義的有風險地區內的所有災害警報設備的災害警報，b)編程為將由所述中心站傳送的所述緯度和經度信息與其存儲器單元中所存儲著的所述緯度和經度信息作比較以確定消息是否是被定向到該災害警報單元的，以及c)編程為當且僅當該災害警報設備在來自所述中心站的傳輸被定向到的這些災害警報設備當中時才基于該災害警報設備從所述中心站接收到的信息經由所述音頻單元向處在所述使用位置處的人提供關于潛在或實際風險的本質的語音警告。
2. 如權利要求1所述的災害警報系統，其特征在于，所述多個災害警報設備是電池供電的。
3. 如權利要求2所述的災害警報系統，其特征在于，所述多個電池供電的災 害警報設備編程有休眠模式以節約電池功率。
4. 如權利要求1所述的災害警報系統，其特征在于，所述中心站包括被編程 為在具有頭部部分和消息部分的傳輸中傳送災害警告的無線電發射系統，其中所述 傳輸的所述頭部部分包含定義至少一個潛在有風險地區的緯度和經度信息。
5. 如權利要求4所述的災害警報系統，其特征在于，所述潛在有風險地區在 所述頭部部分中被提名地定義到第一精度，并且所述無線電發射系統還被編程為在 所述消息部分中傳送補充緯度和經度信息以用比所述第一精度更精確的第二精度的補充緯度和經度信息來定義精確的有風險地區。
6. 如權利要求5所述的災害警報系統，其特征在于，所述第一第二精度將緯 度和經度定義到0.1弧秒或更小的精度。
7. 如權利要求4所述的災害警報系統，其特征在于，所述頭部中的所述緯度 和經度信息是以達到1.0弧秒或更小的精度來提供的。
8. 如權利要求4所述的災害警報系統，其特征在于，所述頭部中的所述緯度 和經度信息是以達到0.5弧秒或更小的精度來提供的。
9. 如權利要求4所述的災害警報系統，其特征在于，所述頭部中的所述諱度 和經度信息是以達到0.1弧秒或更小的精度來提供的。
10. 如權利要求1所述的設備，其特征在于，所述處理器編程有解密軟件用 以解碼來自所述中心站的經加密傳輸。
11. 如權利要求l所述的設備，其特征在于，所述音頻單元是語音合成器。
12. 如權利要求l所述的設備，其特征在于，所述音頻單元包括揚聲器。
13. 如權利要求l所述的設備，其特征在于，所述音頻單元是數字記錄設備。
14. 如權利要求1所述的設備，其特征在于，所述處理器在銷售或安裝時用 標識該設備的使用位置的信息來編程。
15. 如權利要求14所述的設備，其特征在于，所述緯度和經度信息是從因特 網獲得的。
16. 如權利要求14所述的設備，其特征在于，所述緯度和經度信息是從GPS 設備獲得的。
17. —種適于在災害警報系統中的使用位置處使用的災害警報設備，所述災 害警報設備包括1) 無線電接收機，2) 音頻單元，用于提醒位于所述使用位置處的人注意災害的確切本質， 以及3) 處理器，包括其中存儲有所述使用位置的緯度和經度的存儲器單元， 其中所述處理器a) 編程為監視來自中心站的無線電傳輸以尋找定向到位于由緯度 和經度信息定義的有風險地區內的所有災害警報設備的災害警報，b) 編程為將由所述中心站傳送的所述緯度和經度信息與其存儲器 單元中所存儲著的所述緯度和經度信息作比較以確定消息是否是被定向到該災害警報單元的，以及C)編程為當且僅當所述災害警報設備在來自所述中心站的傳輸被 定向到的這些災害警報設備當中時才基于該災害警報設備從所述中 心站接收到的信息經由所述音頻單元向處在所述使用位置處的人提 供關于潛在或實際風險的本質的語音警告。
18. 如權利要求17所述的災害警報設備，其特征在于，所述災害警報設備是 電池供電的。
19. 如權利要求18所述的災害警報設備，其特征在于，所述設備編程有休眠 模式以節約電池功率。
20. 如權利要求17所述的設備， 解碼來自所述中心站的經加密傳輸。
21. 如權利要求17所述的設備，
22. 如權利要求17所述的設備，
23. 如權利要求17所述的設備， 標識該設備的使用位置的信息來編程
24. 如權利要求1所述的系統， 發射機。
25. 如權利要求24所述的系統，送信息。
26. 如權利要求24所述的系統， 備傳送信息。
27. —種操作災害警報系統的方法，包括以下步驟A) 建立至少一個中心站，用于通過定向到處在由緯度和經度定義的具體有風 險地區中的使用位置處的災害警報設備的無線電來傳送災害警報信息，B) 向用戶分布多個災害警報設備，每一個設備適于在災害警報系統中的使用 位置處使用，其中每一個災害警報設備包括1) 無線電接收機，2) 音頻單元，用于提醒位于所述使用位置處的人注意災害的精確本質， 以及3) 處理器，包括其中存儲有所述使用位置的緯度和經度的存儲器單元， 其中所述處理器其特征在于，所述設備編程有解密軟件用以其特征在于，所述音頻單元是語音合成器。 其特征在于，所述音頻單元包括揚聲器。 其特征在于，所述處理器在銷售或安裝時用其特征在于，所述多個災害警報設備還包括其特征在于，所述發射機適于向應急人員傳其特征在于，所述發射機適于向附近電子裝a) 編程為監視來自中心站的無線電傳輸以尋找定向到位于由緯度 和經度信息定義的有風險地區內的所有災害警報設備的災害警報，b) 編程為將由所述中心站傳送的所述緯度和經度信息與其存儲器 單元中所存儲著的所述緯度和經度信息作比較以確定消息是否是被 定向到該災害警報單元的，以及C)編程為當且僅當該災害警報設備在來自所述中心站的傳輸被定 向到的這些災害警報設備當中時才基于該災害警報設備從所述中心 站接收到的信息經由所述音頻單元向處在所述使用位置處的人提供 關于潛在或實際風險的本質的語音警告； C)使所述至少一個中心站處的人員響應地區中有潛在災害的通知1) 標識出包圍所述有潛在災害的地區的有風險地區，2) 準備針對所述有風險地區中的人的警告和指令，以及3) 傳送以緯度和經度的形式定義所述有風險地區的無線電消息； 其中所述有風險地區中的人由來自所述災害警報設備的語音警告來警告其注意所 述潛在災害并且獲得提供關于如何應對該潛在災害的指令。
28. 如權利要求27所述的方法，其特征在于，還包括使移動電話公司向位于 所述有風險地區中的移動電話傳送警告消息的步驟。
29. 如權利要求27所述的方法，其特征在于，還包括使因特網供應商向位于 所述有風險地區中的計算機傳送警告消息的步驟。
30. 如權利要求27所述的方法，其特征在于，還包括使有線電視供應商向位 于所述有風險地區中的電視機傳送警告消息的步驟。
31. 如權利要求27所述的方法，其特征在于，還包括使提供有線電話服務的 公司向位于所述有風險地區中的有線電話傳送警告消息的步驟。
32. 如權利要求27所述的方法，其特征在于，還包括利用商業電視發射機將 有風險消息向災害警報設備重傳的步驟。
33. 如權利要求27所述的方法，其特征在于，還包括利用商業無線電發射機 將有風險消息向災害警報設備重傳的步驟。
全文摘要
一種災害警報系統和供在該系統中使用的災害警報設備。每個災害警報設備包括無線電接收機、和被編程為監視來自一個或更多個中心站的無線電傳輸以尋找定向到該災害警報設備的位置的災害警報的處理器。每個警報設備還包括音頻單元，用以提醒位于該設備的地點處的人員注意該災害的確切本質。這些災害警報設備預編程有標識該警告設備的精確使用位置的信息。此使用位置信息包括該使用位置的緯度和經度并且還可以包括諸如街道地址和郵政編碼之類的其他位置信息。從中心站廣播警告，這些警告用位置信息來標識自己所定向到的具體有風險地區，其可以是例如國家范圍的、州范圍的、縣范圍的、單條街或單個住所。
文檔編號G08B29/00GK101496075SQ200780028685
公開日2009年7月29日 申請日期2007年4月28日 優先權日2006年6月23日
發明者B·珀金斯, D·C·埃爾叟德, K·Y·唐, P·約翰遜, P·費爾柴爾德, T·巴雷特 申請人:雀萊斯企業股份有限公司