Ray Baum Act 和 E911

2018 年 3 月，美國國會通過 RAY BAUM'S Act 法案，旨在確保緊急服務部門能夠快速回應，無論呼叫者使用的是室內電話、手機、VoIP 還是其他技術。 截至 2022 年，美國聯邦通訊委員會 (FCC) 還納入指導方針和指標，目的是為 E911 呼叫提供樓層資料¹ 。這些法規造成影響，使得生產手機、平板裝置、智慧手錶，以及其他語音功能產品的公司，在產品中納入更精準的壓力感測器，以透過測量氣壓偵測海拔變化。

氣壓與海拔

氣壓與海拔有直接關係。簡單來說，我們上方的氣團越厚，我們所受的氣壓就越大。通常在大樓自動化和電梯系統中，會利用壓力感測器進行樓層偵測。

圖 1：氣壓與樓層的關係 (圖片來源：STMicroelectronics)

電梯在樓層之間移動時，感測器會測量氣壓的變化。電梯上升時，由於感測器上方的大氣減少，因此氣壓會降低。

滿足新要求面臨的挑戰

在微小的海拔變化之下，氣壓和海拔之間呈現線性關係，如圖 2 所示。在理想室溫條件下，每 25.8 ftt 的氣壓變化約 1 mbar，亦即在典型的高層建築中每層樓氣壓變化約 0.5 mbar。

圖 2：氣壓與海拔的關係 (圖片來源：STMicroelectronics)

但在實務中，利用氣壓進行樓層偵測有兩個主要挑戰。 首先，感測器在壓力和溫度工作範圍內的準確度；其次，如何補償因天氣、溫度、空氣亂流等當地條件造成的壓力變化。

感測器準確度

過去十年，MEMS 壓力感測器有重大進展，提高了所有操作條件下的準確度和穩定性。 壓力感測器現在搭載嵌入式溫度補償，晶片製造商也加強原廠校準作業，以提高壓力感測器隨時間和溫度變化的準確度和穩定性。

如表 1 的詳細介紹，表中對比早期的 MEMS 壓力感測器與現今最先進的 LPS22DF 絕對壓力感測器：

表 1：傳統壓力感測器對比現代壓力感測器的關鍵參數

LPS22DF 採用先進的 MEMS 設計，可大幅減少漂移並加速焊接後的恢復。此外，LPS22DF 在設計上限制隨時間推移的漂移，提供長期穩定性。現代壓力感測器 (如 LPS22DF) 能可靠偵測樓層變化。

當地天氣

天氣狀況會明顯影響大氣壓力，尤其是每日的溫度和濕度變化。任一天中，氣壓可在短短幾個小時發生變化，相當於幾層樓的變化。以下圖為例，3 mbar 的氣壓變化相當於海拔變化超過 78 ft。

圖 3：紐約市每小時的大氣壓力 (圖片來源：https://barometricpressure.app/new-york)

天氣和當地氣壓補償

天氣的補償必須依據即時大氣壓力資料進行校準並持續調整壓力讀數。

圖 4：針對不斷變化的天氣條件進行校準和補償 (圖片來源：STMicroelectronics)

NextNav³ 等公司提供精細的演算法和感測器融合技術，補償外部因素的影響。運用氣壓感測器為地理定位應用提供精確的「樓層」垂直定位。 此公司還部署一系列網管型伺服器和參考站，涵蓋整個大都會地區，為城市環境提供全面的 z 軸覆蓋。

Nextnav 也致力於透過 NextNav Certified 計畫，提高氣壓感測器的品質和準確度。NextNav 與裝置製造商合作，針對感測器模型制訂測試計劃，並依據商定的框架評估測試結果。感測器通過最終認證後，Nextnav 會頒發認證函，證明符合 NextNav Certified 標準。STMicroelectronics 的 LPS22DF 在絕對準確度和低漂移架構均大幅提升，是該公司首款獲得 NextNav Certification 的壓力感測器² 。

結論

自 2022 年起，監管機構規定所有支援語音的系統必須符合 RAY BAUM'S Act 法案和 FCC 訂立的要求。手機、平板裝置、智慧手錶和其他語音物聯網產品的設備製造商正在整合更精準的壓力感測器以滿足新標準。NextNav 等第三方公司提供認證服務以及軟體和硬體解決方案，以達到所需的垂直準確度。除了 E911 等服務之外，還有許多其他應用也將運用這些新的硬體和軟體功能。

參考資料

1. 911 呼叫的調度地點：https://www.fcc.gov/911-dispatchable-location
2. LPS22DF 具備獨特的功能，是 ST 首款獲得 NextNav 認證的壓力感測器：https://blog.st.com/lps22df-nextnav/
3. NextNav 為地理定位添加新維度：www.nextnav.com
4. 紐約氣壓預報與歷史記錄：https://barometricpressure.app/new-york
5. LPS001WP 和 LPS331AP 氣壓感測器：LPS001WP - MEMS 壓力感測器，300-1100 mbar 絕對數位輸出氣壓計 - STMicroelectronics