TWI441103B - Emergency alarm system and method using low frequency wireless time - frequency propagation system - Google Patents

Description

利用低頻無線時頻傳播系統的緊急告警系統及方法

本發明係關於一種緊急告警系統及方法，利用低頻無線時頻傳播技術，單一發射台傳送緊急告警資訊的信息，提供如地震預警、海嘯警報、火山爆發、核能安全等緊急告警資訊即時發播服務。

低頻無線時頻傳播系統透過無線的方式提供國內大眾最方便的時間同步、頻率一致的服務，可廣泛應用在鐘錶、資訊家電、交通號誌、電腦等需要時間的設備上。衍生的技術對於交通運輸、通訊系統、電力輸配、國防，及電子商務都有重要的價值。

其特性為單一節點網路，信號範圍大，如單一電台可遍及全國。且低頻時頻信號電波穿透力強，涵蓋範圍可及室內。美國、德國、英國、日本、中國大陸等國家已陸續建置低頻無線時頻傳播系統，電波鐘錶應用亦日趨普及。

各國低頻無線時頻傳播系統的設計通常為：頻率範圍為40至80kHz，以一分鐘為一碼框，一秒傳送一位元或二位元，內容資訊含標準時間之小時、分鐘，以及日、月、年、星期等。除德國以一分鐘保留14位元來傳送告警及氣象外，其他皆只傳送標準時間。

世界專利WO0113551利用德國第1至14秒傳送告 警，資料傳送包含有無告警位元、告警地點、告警種類及錯誤更正碼。受限於時間碼碼框時間長度固定為一分鐘，此方法無法傳送時效在一分鐘以內的緊急告警資訊。

由此可見，上述習用方式仍有缺失，實非一良善之設計，而亟待加以改良。

本案發明人鑑於上述習用方式所衍生的缺點，乃亟思加以改良創新，並經多年苦心孤詣潛心研究後，終於成功研發完成本件一種利用低頻無線時頻傳播系統的緊急告警系統及方法。

本發明之目的即在於提供一種緊急告警系統及方法。係利用低頻無線時頻傳播系統傳送緊急告警資訊，達成單一發射台涵蓋全台灣，全國廣播的緊急告警系統。俾對全國人民的生命財產安全提供多一層的保障。

達成上述發明目的之一種利用低頻無線時頻傳播系統的緊急告警系統，係包括三大單元：(一)緊急告警資訊接收及轉換子系統，用以接收緊急告警資訊，並將緊急告警資訊轉換成可輸入低頻緊急告警訊號發射子系統的緊急告警指令、(二)低頻緊急告警訊號發射子系統，即改良過的低頻無線時頻傳播系統，用以接收緊急告警資訊接收及轉換子系統傳來的緊急告警指令，以廣播出低頻緊急告警訊號、(三)低頻緊急告警訊號接收終端，用以接收低頻 緊急告警訊號，並發出必要告警訊息。

傳統低頻無線時頻傳播系統以一分鐘為一碼框，本發明應用緊急告警資訊接收及轉換子系統使低頻無線時頻傳播系統能隨時載入並發播緊急告警資訊，達即時廣播之功能。低頻無線時頻傳播系統即時廣播低頻緊急告警訊號，低頻接收終端可即時收到低頻緊急告警訊號並產生告警。

本發明係為強化低頻無線時頻傳播系統的經濟效益，涵蓋全區的低頻無線時頻傳播系統除了傳送標準時間資訊與一般公共資訊外，也可廣播有即時性要求的緊急告警資訊的信息。

請參閱圖一所示，圖一為緊急告警系統架構。緊急告警資訊接收及轉換子系統11接收由相關權責單位所產生的緊急告警資訊後，將緊急告警資訊轉換成低頻無線時頻傳播系統所能處理的緊急告警指令，並發送緊急告警指令給後端的低頻緊急告警訊號發射子系統12。緊急告警資訊的實例如地震預警、海嘯警報、火山爆發、核能安全等等。低頻緊急告警訊號發射子系統12即改良過的低頻無線時頻傳播系統。低頻緊急告警訊號發射子系統12有兩種工作模式，分別是傳送時間與一般公共民生資訊的一般模式，與傳送低頻緊急告警訊號碼框的緊急模式。低頻緊 急告警訊號發射子系統12依接收到的緊急告警指令決定傳送的低頻訊號。若緊急告警指令指示低頻緊急告警訊號發射子系統12傳送緊急告警指令，則低頻緊急告警訊號發射子系統12必須在下一個秒同步中斷正在傳輸的時間或一般公共民生資訊，改傳送低頻緊急告警訊號碼框。低頻緊急告警訊號接收終端13在接收到低頻緊急告警訊號時，便能發出本地告警訊息通知使用者。

圖二為緊急告警資訊接收及轉換子系統11所輸出的緊急告警指令設計20。緊急告警指令長度可變，依本次欲傳送的緊急告警資訊而定。緊急告警指令的內容包括開始碼21、緊急指令功能22、緊急指令有效資訊23、保護碼24與結束碼25。

開始碼21用來讓低頻緊急告警訊號發射子系統12識別緊急告警指令的開始。緊急指令功能22用來指示低頻緊急告警訊號發射子系統12應進入的工作模式。若緊急告警指令指示低頻緊急告警訊號發射子系統12應進入一般模式，則緊急指令有效資訊23將不會傳送任何資訊。若緊急告警指令指示低頻緊急告警訊號發射子系統12應進入緊急模式，則緊急指令有效資訊23將會包括低頻緊急告警訊號發射子系統12須傳送的低頻緊急告警訊號碼框長度與相應碼框內容。保護碼24則是用來保護緊急告警指令的資料正確性，可以使用同位位元偵測或漢明碼等任意的編碼機制。結束碼25用來讓低頻緊急告警訊號發射子系統12識別緊急告警指令的結束。

若使用ASCII碼來傳送緊急告警指令，則開始碼21舉例來說固定為十六進制02X；結束碼25舉例來說固定為十六進制03X；而緊急指令功能22、緊急指令有效資訊23與保護碼24的內容可限制使用數字字元0到9與英文字母字元A到Z。

圖三為低頻緊急告警訊號發射子系統12工作在一般模式下的一分鐘碼框設計30。此碼框以一分鐘為單位，內容由第一同步訊號31、服務類型訊號32、服務載送資訊訊號33、時間資訊訊號34及第二同步訊號35等所組成。首先，第一同步訊號31與第二同步訊號35代表一分鐘的開始或特定秒的旗標，若其為一分鐘的開始時，後面接續為服務類型訊號32與服務載送資訊訊號33，此設計利於加快服務資訊的傳達及達到接收模組省電的設計。其中服務類型訊號32定義民生公共資訊種類，服務載送資訊訊號33則根據服務類型訊號32不同而承載不同的訊息。例如：當服務類型32為氣象預報資訊，則服務載送資訊33可含預報地區、氣象資訊或氣象特報等；若服務類型32為告警服務，服務載送資訊33則傳送發生告警之地區。因此，此編碼格式提供多種服務類型民生廣播資訊。

圖四為低頻緊急告警訊號發射子系統12工作在緊急模式下的緊急告警碼框設計40。緊急告警碼框長度不固定。緊急告警碼框的長度與內容由緊急告警資訊接收及轉換子系統11所輸出的緊急告警指令20所指定。緊急告警碼框內容應包含三大部分，分別為緊急告警同步訊號41、緊急告警災難規模訊號42與緊急告警其他重要資訊訊號43。緊急告警災難規模訊號42為最高位元先傳送。

圖五為緊急告警災難規模訊號42的一個實例50。緊急告警災難規模訊號實例50佔用5個位元，可以表示的數值從0到31。若低頻緊急告警訊號發射子系統資料傳輸率為一秒傳送一位元，則最高位元51將會最先被傳送；若低頻緊急告警訊號發射子系統資料傳輸率為一秒傳送二位元，則最高位元51與次高位元52將會最先被傳送。

圖六為緊急告警資訊發生時，本緊急告警系統的工作流程圖。

持續接收低頻訊號的低頻緊急告警訊號接收終端13在監控到發生緊急告警同步訊號41時，便能立刻知道有何種緊急告警資訊並發出相應的告警訊息；低頻緊急告警訊號接收終端13接下來接收緊急告警災難規模訊號42，由於最高位元先傳送，低頻緊急告警訊號接收子系統可在尚未完全接收緊急告警災難規模訊號42的情況下，就可以依照緊急告警災難規模訊號42最高位元的資訊獲知本次緊急告警資訊所要通知的災難規模等級。以圖五來說，若低頻緊急告警訊號發射子系統12資料傳輸率為一秒傳送二位元，則低頻緊急告警訊號接收終端13在花費1秒收到最高位元51與次高位元52時，就可以知道本次災難規模是落在0~7或是8~15或是16~23或是24~31四個區間中的哪一個區間，並發出相應的告警訊息，爭取告警的時效。在低頻緊急告警訊號接收子系統完全接收緊急告警碼框設計40的情況下，利用已制定好的編碼規則獲得由低頻緊急告警訊號發射子系統12發送的完整緊急告警指令。

圖七為緊急告警資訊發生時，低頻緊急告警訊號接收終端13接收緊急告警碼框40的運作流程圖。

本發明利用低頻無線時頻傳播系統單一發射台涵蓋全台灣的優點，利用緊急告警資訊接收及轉換子系統使得低頻無線時頻傳播系統能與緊急告警資訊同步，進而能隨時載入並發播緊急告警資訊，達即時廣播之功能。低頻無線時頻傳播系統即時廣播低頻緊急告警訊號，低頻接收終端可即時收到低頻緊急告警訊號並產生告警，達成具有即時性之全國廣播的緊急告警系統。

本發明所提供之緊急告警系統，與其他習用技術相互比較時，更具備下列優點：

1.結合高精度的國家標準時間及公共民生資訊廣播。

2.單一發射台廣播涵蓋半徑500公里以上，並可深入 偏遠山區。

3.低頻接收機可即時收到低頻緊急告警訊號並產生告警，達成具有即時性之全國廣播的緊急告警系統。。

上列詳細說明乃針對本發明之一可行實施例進行具體說明，惟該實施例並非用以限制本發明之專利範圍，凡未脫離本發明技藝精神所為之等效實施或變更，均應包含於本案之專利範圍中。

綜上所述，本案不僅於技術思想上確屬創新，並具備習用之傳統方法所不及之上述多項功效，已充分符合新穎性及進步性之法定發明專利要件，爰依法提出申請，懇請貴局核准本件發明專利申請案，以勵發明，至感德便。

11．．．緊急告警資訊接收及轉換子系統

12．．．低頻緊急告警訊號發射子系統

13．．．低頻緊急告警訊號接收終端

20．．．緊急告警指令

21．．．前導碼

22．．．緊急指令功能

23．．．緊急指令有效資訊

24．．．保護碼

25．．．結束碼

30．．．一般模式下的一分鐘碼框

31．．．第一同步訊號

32．．．服務類型訊號

33．．．服務載送資訊訊號

34．．．時間資訊訊號

35．．．第二同步訊號

40．．．緊急模式下的緊急告警碼框

41．．．緊急告警同步訊號

42．．．緊急告警災難規模訊號

43．．．緊急告警其他重要資訊訊號

50．．．緊急告警災難規模訊號5位元實例

51．．．最高位元

52．．．次高位元

53．．．第三高位元

54．．．第四高位元

55．．．最低位元

請參閱有關本發明之詳細說明及其附圖，將可進一步瞭解本發明之技術內容及其目的功效；有關附圖為：圖一為本發明一種利用低頻無線時頻傳播系統的緊急告警系統架構圖；圖二為本發明一種利用低頻無線時頻傳播系統的緊急告警系統之緊急告警資訊接收及轉換子系統所輸出的緊急告警指令編碼示意圖；圖三為該一種利用低頻無線時頻傳播系統的緊急告警系統之低頻緊急告警訊號發射子系統工作在一般模式下的一分鐘碼框設計示意圖；

圖四為該一種利用低頻無線時頻傳播系統的緊急告警系統之低頻緊急告警訊號發射子系統工作在緊急模式下的緊急告警碼框設計示意圖；

圖五為該一種利用低頻無線時頻傳播系統的緊急告警系統之低頻緊急告警訊號發射子系統工作在緊急模式下的緊急告警碼框中緊急告警災難規模訊號的5位元實例；

圖六為緊急告警資訊發生時，本緊急告警系統的工作流程圖；

圖七為緊急告警資訊發生時，低頻緊急告警訊號接收終端接收緊急告警碼框的運作流程圖。

11‧‧‧緊急告警資訊接收及轉換子系統

12‧‧‧低頻緊急告警訊號發射子系統

13‧‧‧低頻緊急告警訊號接收終端

Claims (18)

1. 一種利用低頻無線時頻傳播系統的緊急告警系統，係利用低頻無線時頻傳播技術在涵蓋範圍內傳送資訊，達成利用單一發射台實現全區涵蓋，其中包括：一緊急告警資訊接收及轉換子系統，用以接收緊急告警資訊產生子系統輸出的緊急告警資訊，並將緊急告警資訊轉換成可輸入低頻緊急告警訊號發射子系統的緊急告警指令；一低頻緊急告警訊號發射子系統，用以接收緊急告警資訊接收及轉換子系統傳來的緊急告警指令，以廣播出低頻緊急告警訊號；及一低頻緊急告警訊號接收終端，用以接收低頻緊急告警訊號，並發出必要告警訊息；其特徵在於，該緊急告警資訊接收及轉換子系統係利用緊急告警指令，指示低頻緊急告警訊號發射子系統的工作模式。
2. 如申請專利範圍第1項所述之利用低頻無線時頻傳播系統的緊急告警系統，其中該低頻緊急告警訊號發射子系統使用低頻進行傳輸，其頻率為30K至300KHz。
3. 如申請專利範圍第1項所述之利用低頻無線時頻傳播系統的緊急告警系統，其中該低頻緊急告警訊號發 射子系統係利用緊急告警碼框，將含有緊急告警資訊的低頻緊急告警訊號用廣播方式傳送出去，實現即時全國廣播之應用。
4. 如申請專利範圍第1項所述之利用低頻無線時頻傳播系統的緊急告警系統，其中該緊急告警資訊接收及轉換子系統之緊急告警指令含前導碼、緊急指令功能、緊急指令有效資訊、保護碼與結束碼。
5. 如申請專利範圍第3項所述之利用低頻無線時頻傳播系統的緊急告警系統，其中該低頻緊急告警訊號發射子系統之緊急告警碼框的內容由緊急告警資訊接收及轉換子系統發送的緊急告警指令決定。
6. 如申請專利範圍第3項所述之利用低頻無線時頻傳播系統的緊急告警系統，其中該低頻緊急告警訊號發射子系統之緊急告警碼框含緊急告警同步訊號、緊急告警災難規模訊號與緊急告警其他重要資訊訊號。
7. 如申請專利範圍第1項所述之利用低頻無線時頻傳播系統的緊急告警系統，其中該低頻緊急告警訊號接收終端，在開始正常工作後須持續接收低頻訊號，在監控到緊急告警同步訊號的發生時，便能立刻知道有緊急告警資訊發生，可利用聲、光、氣味等型式發出告警。
8. 如申請專利範圍第4項所述之利用低頻無線時頻傳 播系統的緊急告警系統，其中若緊急告警指令指示低頻緊急告警訊號發射子系統應從一般模式進入緊急模式，則緊急告警指令內的緊急指令有效資訊將會傳送低頻緊急告警訊號發射子系統須傳送的低頻緊急告警訊號碼框長度與相應碼框內容。
9. 如申請專利範圍第4項所述之利用低頻無線時頻傳播系統的緊急告警系統，其中若緊急告警指令指示低頻緊急告警訊號發射子系統應從緊急模式進入一般模式，則緊急告警指令內的緊急指令有效資訊將不會傳送任何資訊。
10. 如申請專利範圍第4項所述之利用低頻無線時頻傳播系統的緊急告警系統，其中該緊急告警指令包括的保護碼是用來保護緊急告警指令的資料正確性。
11. 如申請專利範圍第5項所述之利用低頻無線時頻傳播系統的緊急告警系統，其中該緊急告警碼框長度為一變數，由緊急告警資訊接收及轉換子系統所發送的緊急告警指令所決定。
12. 如申請專利範圍第5項所述之利用低頻無線時頻傳播系統的緊急告警系統，其中該緊急告警碼框之緊急告警災難規模訊號為最高位元先傳送。
13. 如申請專利範圍第7項所述之利用低頻無線時頻傳播系統的緊急告警系統，其中該低頻緊急告警訊號接 收終端，在監控到緊急告警同步訊號的發生後，持續接收緊急告警碼框，於下一秒可接收到緊急告警災難規模訊號的最高位元。
14. 如申請專利範圍第13項所述之利用低頻無線時頻傳播系統的緊急告警系統，其中該低頻緊急告警訊號接收終端，在接收到緊急告警災難規模訊號的最高位元後，可獲知緊急告警事件災難規模落入的區間，區間劃分個數的值為2的冪次，其指數為低頻緊急告警訊號發射子系統使用調變技術的每秒傳輸位元數。
15. 如申請專利範圍第14項所述之利用低頻無線時頻傳播系統的緊急告警系統，其中該低頻緊急告警訊號接收終端，可利用獲知的緊急告警事件災難規模落入區間與預先定義的門檻值比對，在緊急告警事件災難規模落入區間大於預先定義的門檻值的情況下發出大規模災難告警，加快大規模災難的預警時間。
16. 如申請專利範圍第14項所述之利用低頻無線時頻傳播系統的緊急告警系統，其中該低頻緊急告警訊號接收終端，在接收到緊急告警災難規模訊號的最高位元後，可持續接收完整緊急告警碼框，利用已制定好的編碼規則，獲得由低頻緊急告警訊號發射子系統發送的緊急告警指令並產生相應的告警資訊。
17. 一種利用低頻無線時頻傳播系統的緊急告警方法，其 特徵為利用低頻無線時頻傳播技術在涵蓋範圍內傳送資訊，達成利用單一發射台實現全區涵蓋告警，在緊急告警傳送端的步驟為：a.低頻緊急告警訊號發射子系統工作在一般模式；b.緊急告警資訊接收及轉換子系統偵測到緊急告警資訊輸入；c.緊急告警資訊接收及轉換子系統將接收到的緊急告警資訊轉換成緊急告警指令，並將緊急告警指令發送給低頻緊急告警訊號發射子系統；d.低頻緊急告警訊號發射子系統接收到緊急告警指令，從一般模式切為緊急模式並在下一秒前準備好欲傳送的緊急告警碼框；e.低頻緊急告警訊號發射子系統傳送緊急告警碼框；f.緊急告警資訊接收及轉換子系統偵測到緊急告警資訊時效已過期；g.緊急告警資訊接收及轉換子系統發送緊急告警指令，使得低頻緊急告警訊號發射子系統從緊急模式切為一般模式h.低頻緊急告警訊號發射子系統從下一分鐘開始傳送一般模式下的一分鐘碼框。
18. 一種利用低頻無線時頻傳播系統的緊急告警方法，其 特徵為利用低頻無線時頻傳播技術在涵蓋範圍內傳送資訊，達成利用單一發射台實現全區涵蓋告警，在緊急告警接收端的步驟為：a.低頻緊急告警訊號接收終端偵測到緊急告警同步訊號，獲知有緊急告警事件發生，發出「發生緊急告警事件」告警；b.低頻緊急告警訊號接收終端收到緊急告警災難規模訊號的最高位元，可判斷災害嚴重程度的區間；c.當低頻緊急告警訊號接收終端判斷災害嚴重程度超過設定門檻值，發出「災害規模程度極大」告警；d.低頻緊急告警訊號接收終端接收完整緊急告警碼框，獲得緊急告警碼框內所有的緊急告警訊息；e.低頻緊急告警訊號接收終端依獲得的所有的緊急告警訊息判斷是否發出相應告警訊息。