具有集成显示系统的威胁检测和监视设备的制作方法

专利名称：具有集成显示系统的威胁检测和监视设备的制作方法
技术领域：
本发明 一般而言涉及具有集成显示系统的威胁检测和监视设备。 更具体而言，本发明涉及用作公共安全和紧急通知系统的设备，其调 适为检测和识别周围环境中的威胁并向公众显示有关该威胁的有用信 息或其它信息。
背景技术：
随着世界上恐怖组织的出现和发展，例如，需要具有在最早情况 下检测危险物质的能力和方法。例如，对辐射和核材料、化学制剂、 生物材料、爆炸物、禁运品、化学制剂和危险人物的检测在目前社会 中是最为重要的。由于围绕恐怖分子可获得的大规模杀伤性武器的存 在和识别的复杂性，直到今天才能实现能够检测宽范围内的潜在杀伤 性制剂的仪器和方法。
美国专利No.7，012，520和美国专利No.7，046，138中所述的主题结 合于此作为参考。
本发明解决了现有技术威胁检测系统的系统缺陷，同时提供了上 述的期望特征，

发明内容
本发明的目的和优点将在下述说明书和附图中列举并显而易见， 且也可以从实践本发明来学习。
本发明一般而言涉及具有集成显示系统的威胁检测和监视设备。 该设备是一种公共安全和紧急通知系统，通过广告来帮助与该设备相 关联的成本支出，该公共安全和紧急通知系统被设计和研发为解决试 图满足目前安全需求的城市所面临的资金短缺问题。尽管设计成以孤 立系统来工作，但是最终目的为，该系统将成为安装在全世界的城市的全球系统的一部分，
一般而言，本发明的威胁检测和监视设备包括用于显示有价值信
息给公众的包含观察屏幕例如平板屏幕LCD的显示装置。该信息可涉 及任何类型的大规模杀伤性武器(WMD)的存在，伴随着指示到达安 全的指令。
该设备还包括与该显示装置集成的一个或多个传感器，用于检测 威胁或用于监视环境。逻辑系统处理来自传感器的信息，并利用该信 息产生恰当消息给公众使用。可存在其它逻辑信息来操作该传感器以 获得预定最终结果。该设备还包括耦合到网络的通信装置，该通信装 置传递与检测的威胁相关的信息并响应于远程指令以显示相关信息。 最重要的传感器之一为由相关逻辑系统操作的高速引导相机系统，该 高速引导相机系统可以观察人们的可疑行为并随后记录该行为。所记 录的信息被分析，随后被传递以根据期望采取动作。该相机还监视在 显示装置上广告的产品和/或公司的潜在消费者，以确定广告的功效。
该设备结合全球操作监视和分析中心(GOMAC)以提供连续的 专业的监视服务、维护、技术援助以及质量控制保证。GOMAC集成 到该设备的计算机网络，以在该设备检测到威胁时监视、记录、分析、 报警和制定自动预批准电子对策。GOMAC复杂的自动告知系统确认 每个配置的检测器的恰当运作。
因此，本发明的设备满足了各种目的，包括为国家安全提供公 众人物(public face);允许公共官员可以直接与市民沟通；紧急情况 处理手段以提供系统级声明，例如通过提供信息来补充交通管理系统， 以防止对交通延迟、道路建筑或事故的附加交通累积；以及作为主要 收入来源来资助各个方面的国家安全行动。
该设备和公众之间的界面为加固的平坦观察屏幕LCD监视器。设 备可以安装和遍布公共运输站的任何都市区域；轨道车和公共汽车内 部；公共汽车站和候车亭；关键策略建筑内；以及许多人参与的事件。 该设备可以安装在固定器(例如，诸如公共汽车候车亭的街道用具) 或者安装成独立亭子。
优选地，该设备使得操作员能够具有更好的紧急情况处理能力来 接进市场，通过提供有关紧急情形以及交通和新闻报告的重要信息来 良好地服务公众，使得沟通更容易-节省时间和金钱。将理解，前述一般描述和后述详细说明都是示例性的且仅仅是出 于解释性目的，不应限制如权利要求所主张的本发明，本发明的另外 特征和目的将通过对优选实施例的下述描述以及附图而更加全面地显 而易见。


参考附图来描述优选实施例，其中相同的部件使用相同的参考标 记，且其中
图1为根据本发明构造成独立亭子的该设备的透视图； 图2为图l所示的亭子的基本结构的分解透视图；以及 图3为图1的亭子内的操作部件如何布置的示意性前视图。 应理解，本发明不限于所述优选实施例。
具体实施例方式
通常参考图l、 2和3,且在纵览本说明书之后，将理解本发明的 设备通常可以实施为诸多配置。
现在参考图l和2所示的优选实施例，威胁检测和监视设备10具 有前门面板ll、后门面板12以及两个保护侧面板13，这两个保护侧面 板13彼此相对且邻近所述门以形成基本上矩形外壳15。外壳15还包 括顶部闭合构件14和底部闭合构件16，该顶部、底部闭合构件在与前 门面板11、后门面板12和保护侧面板13组合时定义一内腔用于收纳 设备10的操作子组件。将理解，外壳15牢固地构造以防止损伤以及 与天气有关的渗漏。在优选实施例中，设备10仅由耐天气性材料以及 水密、防雨、防湿/防冷凝、以及耐阳光/UV的材料制成。例如，使用 高科技材料和/或方法构造的设备10可以由钢/不锈钢板和条和/或复合 物制成。使用这些高科技材料将潜在地抑制来自设备周围环境的有害 振动。使用的材料应能够屏蔽电磁干扰(EMI)和射频干扰(RFI)。
现在参考图3，显示装置20包括平坦观察屏幕21 、扬声器(speaker ) 系统26以及保护气候控制外壳15。在优选实施例中，显示装置20附 着到每个保护侧面板13的顶部，屏幕21面朝外以便公众观看。显示 装置20在屏幕21上显示感兴趣的信息，例如公共安全和紧急消息信 息。显示装置20也可以按预定间隔向公众显示预定广告。屏幕21是基于LCD或等离子体屏幕技术，且装备有视觉增亮技术从而使其高亮 或彩色透射反射，扬声器系统26为显示在显示装置20上的视频图像 提供音频。将理解，本发明可以容纳许多安装选项和配置。还将理解， 本发明可以使用任意数目以及各种尺寸的显示装置20和扬声器系统 26。
相机阵列22通过圆柱形传感器座23附着到顶部闭合构件14。在 本发明的优选实施例中，相机阵列22由高速引导相机组成，且附着围 绕传感器座23周边以实现360度照相、摇摄(pan)、倾斜和缩放功能。 相机阵列22是由相关逻辑系统操作，并结合面部和行为识别软件以观 察和解释其观察范围内的任何个体的面部特征和行为。该面部和行为
识别软件特别地利用所述逻辑系统和相机阵列22来分析其实时环境并 识别潜在的危险或嫌疑人行为、事件或对象。观察的行为随后可以被 记录和传递根据期望采取动作。相机阵列22也可以监视在显示装置20 上广告的产品和/或公司的潜在消费者，以确定广告的功效。
如图3所示，大众广告扩音器(loudspeaker)系统27可实现音频 通知紧急事件广播和公众感兴趣的信息。
设备10还单独或者多个组合地具有下述特征，即，联网蜂窝、卫 星、数字无线电(点对点或者多点)以及WiFi系统的能力。这些特征 是出于增强个人实体或公共实体基于"以量计价"或合同基础来使用的 在特定或远程位置的通信。这些特征也可以布置在受到自然或人为灾 难破坏或毁坏的区域。
设备IO包括由下述的任意组合组成的天线阵列25:蜂窝、卫星、 数字无线电(点对点或者多点)以及WiFi天线，其调适成收纳设备所 要求的通信，以满足具体装备要求。
如图2所示，用于接收操作子组件的内腔是由四个结构支撑构件 25定义。操作子组件是由下述组成与显示装置20集成的用于检测威 胁或监视环境的传感器；处理来自传感器的信息的逻辑系统；以及系 统运行所需的其它机械部件。逻辑系统利用来自传感器的经过处理的 信息，产生恰当消息以显示在显示装置20上供公众使用。内腔优选地 被隔板水平地划分为垂直对齐的端子30，如图3所示。该内腔内存在 任意数目的各种子组件，例如核检测器、辐射检测器、计算机辅助 痕量检测系统、枪炮射击检测器、相机、行为识别软件、语音解释软件、通信装置、公共地址用扩音器、电池、空气调节/加热单元、紧急
广播系统(EBS)计算机、多阵列计算机、识别特定气体(毒气或危险 气体)的气体检测器系统、以及路由器。将理解，本发明可以使用各 种传感器和操作子组件。
每个操作子组件可置于分离端子30内。图3为示出操作子组件可 以布置于该内腔内的示意性前视图。将理解，如果特定设备不采用图3 的所有操作子组件，任意数目的端子30可用于结合不同的部件或操作 子组件。选定端子30在使用时也可以保持空闲。如所示，路由器35 示于图3的前视图。路由器35用作计算机联网装置，其将选定数据藉 由光纤、硬布线、同轴电缆或无线网络通过本发明计算机网络而发送 到预定目的地。与路由器35相邻的是响应于个体远程指令的紧急广播 /营销显示(EBS )计算机36。连同EBS计算机36 —起的是多阵列(本 地)计算机37,其将使用该逻辑系统以及所需的算法来编程以利用本 发明的操作子组件。将理解，本发明可以使用任意数目的计算机37。
如图3所示，存在通信装置38。该部件用于将第一反应者(first responder)(消防、警察、紧急事件等)的无线电通信相互联网(互相 协同)，并将其无线电传输通过网络连接往回发送到指挥中心 (GOMAC )。该指挥中心随后链接无线电网络并根据需要控制无线电 通信。
连同通信装置38 —起的是计算机辅助痕量检测系统(CATD ) 39， 其将在下文更详细描述。该传感器能够从周围环境提取空气并确定是 否存在爆炸物、化学制剂、禁运品或者其它威胁。另外包含有核检测 系统40，如下文所述，其检测在大多数核武器中发现的有害中子的存 在。在图3中与核检测系统40相接的是辐射检测系统41,也在下文更 全面地描述。辐射检测系统41使用铊掺杂碘化钠晶体用于检测，来确 定周围环境中是否存在辐射。最后，该前视图还示出空气调节/加热单 元42，其调节系统的温度。
下面是对下述传感器的更详细描述辐射检测系统41、核检测系 统40和计算机辅助痕量检测系统39。
辐射检测系统
一般而言，辐射检测器41使用铊掺杂碘化钠(Nal(Th))晶体用 于检测。使用该晶体是基于其高的灵敏度，且与其它闪烁晶体相比具有更好的能量分辨率。在辐射进入辐射检测器41之后，晶体闪烁并产 生与进入的辐射的能量成比例的光脉冲。来自该晶体的光脉冲进入附 着到该晶体的光电倍增管(PMT)。 PMT随后输出与原始辐射的能量 成比例的电压尖峰。该电压尖峰被捕获和数字化。该数字化的信息随 后被发送到辐射检测器41的用于存储的存储器。在成千上万的伽玛射 线被数字化和存储之后，辐射光谱变得可见。该光谱将具有由产生该 辐射的特定同位素所引起的峰。通过测量峰的位置，引起该辐射的同 位素可被确定且可以区分多个和"隐蔽"的源。
下面进一步描述检测过程的细节。检测过程的第一部分是捕获光 谱，该光谱包含尽可能多的神秘辐射(信号)以及尽可能少的背景辐 射(噪声)。为此，光谱的采集开始时间应在该神秘辐射存在时立即开 始，且在该神秘辐射消失时立即停止。该方法不仅使光谦的信噪比最 大化，且还优化检测统计。为达成这一点，短间隔光谱的移动平均值 存储于检测器41的存储器内。不同于传统的移动平均技术，部分移动 平均也被分析。相对于神秘辐射到达时间的不确定性，这不仅提供了 由移动平均方法提供的优点，还提供了类似于顺序概率比例侧视方法 的有关强源的快速警报。对各种部分移动平均的分析还提供了神秘辐 射存在的开始时间。
通过计算统计学上显著的水平来设置检测阈值，其足以防止由于 背景辐射的统计波动引起的错误警报。该阈值水平通常设置为高于背 景七个标准偏差。该阈值水平提供的由于统计波动引起的错误警报率 为小于每年1次。如果需要更低的错误警报率，则设置更高的阈值。 该阈值单位为标准偏差；然而，该阁值实际上与具有该数目的标准偏 差的高斯分布的统计置信度有关。由于辐射计数遵从泊松统计而非高 斯统计，如果使用纯标准偏差阈值，则错误警报的概率将依赖于背景 辐射率。为了防止在低背景辐射率下的意外的高错误警报率，使用泊 松分布的真统计置信度。
辐射检测系统41使用非常先进的算法来加速区别过程并提高高 威胁同位素的检测速度。
当检测到辐射时，消息往回发送到监视所有本地检测器的本地计 算机37。该消息包括有关辐射强度的信息以及统计学上最显著辐射的 能量范围。最显著辐射经常来自同位素的最低能量主光峰。这可用于提供对可能候选用于脏弹的高威胁同位素的快速警告。本地计算机37 也可以从检测器牵引光谱用于进一步分析。
当辐射源离开辐射检测器41的区域时，该检测器自动确定辐射离 开的时间并保存来自从该辐射开始到该辐射结束的间隔的光谱。该光 谱随后保存在检测器41的非易失性存储器内，且可由本地计算机用于 分析。
除了处理警报光谱之外，检测器41还周期性地收集背景光谱并使 用机载(onboard)已知标准源来自动校准。该背景光谱用于计算警报 阈值，且可由本地计算机37扣除来改善对警报光谱的分析。该背景光 谱被连续且同时收集，同时检测器41寻找威胁辐射源。在背景收集周 期结束时，检测器41通过测量内部电压并执行能量校准来检查其健康。
当本地计算机37收集光谱时，该光谱还被发送到全球操作监视和 分析中心(GOMAC)。该GOMAC为辐射检测器41的用户提供每天 24小时每周7天的支持。科学家可观看该光谞并在被请求时提供有关 警报起因的反馈。GOMAC也可以监视数据馈送并寻找检测器本身没 有注意的检测器异常。GOMAC也可以基于检测器读数来发送需要执 行预防性维护的通知。
核检测系统
特定核材料(SNM)是用于核武器的材料，例如高浓缩铀(HEU) 和武器级钚。仅伽玛射线检测系统难以区分特定类型的辐射性材料和 潜在的核武器。所有SNM的公共特性为，所有SNM发射中子，核检 测系统4(M吏得可以确认可能的SNM检测。该传感器还辅助对掩蔽良 好的核武器的检测。与伽玛射线相比，中子更难以阻挡。
如果遭受强的伽玛辐射束，某些类型的中子检测器将错误地指示 存在中子。核检测器40的关键特性是对伽玛射线不敏感。锂6玻璃是 这种类型检测器的示例。核检测器40专门使用锂6玻璃来构造以避免 这个问题。检测器的笫一部分是检测腔周围的塑料涂层。该塑料用于 緩和中子使得中子将更好地与锂6相互作用。中子随后穿过腔的金属 壁。该金属壁用于屏蔽背景中可能存在的阿尔法和贝塔辐射，且也用 于完成电离检测器的电路。 一旦中子位于腔内，某些中子将与壁上的 锂6相互作用。当中子与锂6相互作用时，产生阿尔法辐射。阿尔法 辐射与气体相互作用并产生大量电离。电离电荷的尺寸被记录以确定该电离电荷是否为中子.伽玛射线也产生气体的电离，但是因为伽玛 射线不与气体很好地相互作用，伽玛射线仅产生少量电离并且其大部
分能量快速穿过该腔。电离数量的差异允许核检测系统40区分中子和 伽玛射线。
计算机辅助痕量检测系统
作为操作子组件之一，痕量化学检测和识别传感器将有效地离析 和识别样品气流中的化学制剂。具体而言，该计算机辅助痕量检测系 统(CATD) 39可以从周围环境提取空气以确定是否存在大规模杀伤 性武器、爆炸物、轻武器、禁运品或人。CATD 39利用质谱分析、电 离技术以及参考计算机。
CATD39的第一项任务是从周围环境收集和过滤空气样品。在优 选实施例中，检测系统将按预定时间增量自动收集空气样品。该检测 系统优选地由聚四氟乙烯(PTFE)和PFA Teflon⑧制成，因为这些材 料在空气样品收集时不存在化学兼容性问题。具有集尘杯的旋风过滤 器应附着到该系统以从空气样品移除大颗粒和灰尘。Teflon⑧膜过滤器 也可以被用于移除甚至亚微米尺寸的颗粒。
CATD 39的第二项任务是从收集的空气样品浓缩感兴趣的化学制 剂。感兴趣的化学制剂可以定义为不是空气的正常主要成份例如氮气、 氧气、水、二氧化碳和氩气的任何化学物。为了浓缩感兴趣的化学制 剂，空气样品经过例如Tenax⑧的化学吸收树脂。
CATD 39的第三项任务是分离感兴趣的化学制剂，使得识别系统 每次只要识别单一化学制剂。通过加热Tenax⑧来释放所吸收的化学制 剂，且随后将该化学制剂馈送到气相色谱仪(GC)柱内，由此促进该 分离。对Tenax⑧的加热周期产生在预定时间进入GC的化学制剂脉冲。 该化学制剂脉沖行进经过GC时，较轻的更容易挥发的化学制剂行进 速度快于较重的不易挥发的化学制剂。这种行进速度的差异导致化学 制剂分离。在GC柱末端，各个感兴趣的化学制剂将在不同时间到达。
CATD 39的第四项任务是识别被GC分离的各个化学制剂。将理 解，质谱分析是识别许多化学制剂的有用技术。质谱分析由两个主要 部分组成，(l)样品的电离，以及(2)由该电离产生的离子的质荷比 的测量。包含100，000电子电离质谱的数据库用于辅助识别。对于某些 质语，在数据库核查之后，仍存在可能产生所观察到的质谱的几种可能化学化合物的清单。这种情况下，经常可以通过在称为离子成份洗
提(ICE) (ion composition elucidation)的技术中使用高分辨率光谱仪 来确定真正化学制剂。采用这种技术，分子量不仅测量到道尔顿 (Dalton)整数值，而且测量到微道尔顿(mDa)水平。
气体检测系统43与多阵列计算机37相邻。该系统是由具有发送 器、真空泵和进气用管道的特定气体传感器组成。真空泵牵引被过滤 的空气经过气体传感器。当传感器识别威胁气体时，传感器将信号发 送到发送器，该发送器确认该气体及浓度。气体检测器(传感器和发 送器)是气体专用的，且可以组合以检测各种危险(威胁)气体。
应理解，多个温度、防拆(tamper sensor)和振动传感器可遍布 该设备而布置。这些传感器将监视整体系统健康。包含至少一个温度 传感器以监视内腔的温度。包含至少一个防拆传感器以监视内腔的未 授权侵入。最后，包含至少一个振动传感器以监视有害振动水平。
不间断电源(UPS) 44集成在该设备内部，以在电源故障或断开 时为所有部件供电。可再充电电池也可用于为部件供应备用电。可结 合有变压器，以在存在其它输入电压时向UPS供应IIOV。最后，该设 备可包含开关(即，逆变器)以将直流电池电源转换为交流装备电源。
应理解，上文仅仅描述了本发明的优选实施例。然而，优选实施 例的许多调整和变型对于本领域技术人员而言是显而易见的，这些调 整和变型落在本发明的精神和范围之内。因此，本发明不应局限于所 述实施例。应参考所附权利要求来确定本发明的完整范围。
权利要求
1.一种威胁检测和监视设备，包括包含观察屏幕的显示装置；与所述显示装置集成的用于检测威胁和/或监视环境的一个或多个传感器；可操作地连接到所述传感器，以根据预选定的指令来处理从所述传感器接收的信息的逻辑系统；以及耦合至网络的通信装置，所述通信装置能够传递与检测的威胁相关的经过处理的信息并响应于远程指令，其中所述显示装置在所述屏幕上显示感兴趣的信息。
2. 如权利要求l所述的设备，还包括用于音频通知的大众广播扩 音器系统。
3. 如权利要求l所述的设备，其中所述设备具有联网蜂窝、卫星、 数字无线电(点对点或者多点)以及WiFi系统的能力。
4. 如权利要求3所述的设备，天线阵列包括下述的任意组合蜂 窝、卫星、数字无线电(点对点或者多点)以及WiFi天线。
5. 如权利要求l所述的设备，其中至少一个传感器为响应于来自 所述逻辑系统的指令的相机。
6. 如权利要求5所述的设备，其中所述相机为高速引导相机。
7. 如权利要求6所述的设备，其中所述相机具有正面和摇摄、倾 斜和缩放功能。
8. 如权利要求7所述的设备，其中所述逻辑系统包含使得所述设 备能够确定人的行为特性的软件。
9. 如权利要求l所述的设备，其中包含至少一个传感器用于核材 料或者核副产物检测。
10. 如权利要求9所述的设备，其中所述传感器利用锂6。
11. 如权利要求1所述的设备，其中包含至少一个传感器用于辐 射检测。
12. 如权利要求11所述的设备，其中所述传感器利用铊掺杂碘化 钠晶体来检测辐射的存在。
13. 如权利要求1所述的设备，其中至少一个传感器为计算机辅 助痕量检测系统。
14. 如权利要求13所述的设备，其中所述传感器包含质谱分析仪 和气相色谱仪柱。
15. 如权利要求1所述的设备，其中包含至少一个传感器用于枪 炮射击检测。
16. —种威胁检测和监视设备，包括 包含观察屏幕的显示装置；与所述显示装置集成的用于检测威胁和/或监视环境的一个或多个 传感器；其中至少一个传感器为计算机辅助痕量检测系统；其中至少 一个传感器为核检测系统；以及其中至少一个传感器为辐射检测 系统；可操作地连接到所述传感器，从而根据预选指令来处理从所述传 感器接收的信息的逻辑系统；耦合至网络的通信装置，所述通信装置能够传递与检测的威胁相 关的经过处理的信息并响应于远程指令；用于音频通知的大众广播扩音器系统；包括下述任意组合的天线阵列蜂窝、卫星、数字无线电(点对 点或者多点)以及WiFi天线；其中所述显示装置在所述屏幕上显示感兴趣的信息。
17. —种威胁检测和监视设备，包括 包含观察屏幕的显示装置；用于核检测、化学检测、辐射检测、枪炮射击检测、爆炸物检测、 禁运品检测、以及人行为识别的传感器；可操作地连接到所述传感器，从而根据预选指令来处理从所述传 感器接收的信息的逻辑系统；以及耦合至网络的通信装置，所述通信装置能够传递与检测的威胁相 关的经过处理的信息并响应于远程指令，其中所述显示装置在所述屏幕上显示感兴趣的信息。
18. 如权利要求1所述的设备，其中包含气体检测系统来识别特 定气体。
19. 如权利要求18所述的设备，其中包含至少一个传感器来检测 危险气体。
20. 如权利要求l所述的设备，其中包含外壳来定义内腔。
21. 如权利要求20所述的设备，其中包含至少一个温度传感器来 监视所述内腔的温度。
22. 如权利要求20所述的设备，其中包含至少一个防拆传感器来 监视所述内腔的未授权侵入。
23. 如权利要求20所述的设备，其中包含至少一个振动传感器来 监视所述内腔内的有害振动水平.
24. 如权利要求1所述的设备，其中包含不间断电源以在电源故 障时供电。
25. 如权利要求1所述的设备，其中所述设备使用可再充电电池 向部件供应备用电。
26. 如权利要求1所述的设备，其中所述设备利用开关将直流蓄 电池电源转为交流电源。
全文摘要
本发明一般而言涉及具有集成显示系统的威胁检测和监视设备。更具体而言，本发明涉及用作公共安全和紧急通知系统的设备，其调适为检测和识别周围环境中的威胁并向公众显示有关该威胁的有用信息或其它公共信息。
文档编号H04N7/18GK101300845SQ200680041267
公开日2008年11月5日 申请日期2006年9月6日 优先权日2005年9月6日
发明者G·E·韦布 申请人:因弗拉吉斯公司