㊀第43卷㊀第4期2023年㊀7月㊀辐㊀射㊀防㊀护Radiation ProtectionVol.43㊀No.4㊀㊀July 2023㊃辐射防护监测㊃车载式选频测量(30MHz ~6GHz )在城市电磁环境水平监测的应用唐㊀辉,高㊀鹏,粟琨璞,唐研博,徐㊀彬,谷㊀洪,李元东,缪尔康(四川省辐射环境管理监测中心站,成都611139)㊀摘㊀要:为更高效率㊁更准确的测量城市电磁环境水平,掌握电磁环境构成,使用与成都点阵科技公司联合研制的DZER100车载式快速选频测量系统对成都市温江区涌泉街道部分城市区域电磁环境水平进行测量㊂该系统在30MHz ~6GHz 频段㊁100kHz 分辨率条件下,全频带扫描时间为300ms ,实现了行车速度60km /h 下测点间距5m ,可有效获取每个测量点位的场强总量㊁频谱及特定频段的电磁环境水平㊂5.3km 2区域测量得到有效点位数据14393个,通过系统数据自动分析得到全区域电场强度平均值约1.23V /m ,0~2V /m 量级的占比达到了87.411%;占标率平均值为1.41%,占标率超过20%的点位仅为0.24%;通过频谱可视化分析功能,可快速掌握关注点位的频谱构成及关注频段的贡献量㊂车载式选频测量(30MHz ~6GHz )可实现各点位场强总量和频谱的同时测量㊂关键词:车载式;选频测量;城市电磁环境水平;监测中图分类号:X837文献标识码:A㊀㊀收稿日期:2022-08-30作者简介:唐辉(1989 ),男,2013年毕业于成都理工大学核工程与核技术专业,2016年毕业于成都理工大学辐射防护及环境保护专业,获硕士学位,工程师㊂E -mail:tanghuijinhefuzhao@通信作者:缪尔康㊂E -mail:14917494@㊀㊀城市电磁环境又被称为一般电磁环境[1-2],是指在较大的城市范围内由各种电磁辐射源,通过传播途径造成的电磁辐射的背景值,具有电磁辐射频谱非常宽㊁属于电磁辐射远区场两大特点㊂国内外均有对城市区域开展电磁环境测量的测量规范,主要有网格布点[2-3]和车载巡测[3-4]两种方式㊂网格布点方式通过将城市区域划分为等大的网格空间,并按一定的布点规则测量每个网格的电磁场数据,由于所有点位的测量均依靠人工,通常每个网格只测一个点位[2],获取的数据量较少[5-10]㊂车载巡测方式通过整合监测仪器㊁卫星定位设备及数据采集设备[11],利用自动监测技术对车辆行驶道路进行连续测量并记录数据[12-13],相比网格测量方法,车载巡测方法在数据获取量㊁数据代表性以及监测效率上优于网格测量法[14-15]㊂目前车载巡测方法所使用的仪器主要为非选频监测仪器(综合场监测仪器)和选频监测仪器两大类㊂使用非选频监测仪器测量时,不区分被测点位电磁波的频率,只关心电磁波的大小,只要被测点位的电磁波频率在接收探头频率响应范围内,即可测得电磁场时域幅度大小,其缺点在于对一些测值较高的点位或要了解关注点位电磁辐射源项构成,则需要使用选频仪器进行复测[13-14],多次反复测量降低了数据的时效性也让监测效率受限㊂使用选频监测仪器时,可以将时域状态下的电磁波解析为频域上的多个电磁波分量,将频率和幅值同时测出,可以解决非选频监测仪器巡测不区分电磁场频率的问题,进一步提升城市电磁环境监测和评估效率[15-16]㊂本文使用与成都点阵科技公司联合研制的DZER100车载式快速选频测量系统对成都市温江区涌泉街道部分城市区域的电磁环境进行了测量和分析㊂1㊀监测系统与方法1.1㊀监测系统构成和主要设备㊀㊀选频式电磁辐射监测仪器是实现选频路测的㊀辐射防护第43卷㊀第4期关键,使用的路测系统主要由选频式电磁辐射监测仪器㊁卫星定位设备和数据采集设备构成,数据的采集㊁记录㊁处理和分析全部实现自动化,系统构成如图1所示㊂针对现有选频设备全频段扫描时间长㊁车辆巡测时速过低等制约性问题,新型选频测量设备DZER100在硬件性能上有较大的提升,可实现100kHz 分辨率条件下,30MHz ~6GHz频段,每300ms 一次的全频带扫描,1s 内可获取3个全频带测量数据;若按5m 一个点位间距获取数据,最快的行车速度可达60km /h㊂图1㊀系统构成示例Fig.1㊀Example of system composition该设备配置了30MHz ~6GHz 全向探头,测量带宽更宽,覆盖了常用电磁辐射源的频率㊂其各向同性误差小于2.5dB,满足现行国内标准对选频仪器性能参数的要求[16],可以较好地接收来自空间各个方向的电磁波;该仪器还使用了动态智能底噪滤除算法,系统在测量过程中可以根据行驶路径沿线电磁环境水平,实时调整量程并扣除底噪,实现各点位场强和频谱的准确记录,有效解决了非选频监测仪器测量后只能掌握各点位场强大小却无法及时追溯其贡献源的问题㊂在数据分析方面,配合DZE10数据分析系统,可以将大量数据进行可视化处理,监测人员可以快速掌握测试区域的电磁环境总体水平并实现电磁环境贡献来源分析,工作效率大幅提升㊂为便于拆卸安装且不破坏车体原有结构,系统采用了磁吸的方式将探头架设在车顶,探头与车顶的距离约0.6m,如图2所示㊂图2㊀选频仪器探头车顶安装示例Fig.2㊀Example of probe mounting on the roof of thefrequency selective instrument vehicle1.2㊀巡测区域和布点㊀㊀对成都市温江区涌泉街道一处约5.3km 2的城市区域开展了车载式选频测量,该区域以居住区为主㊂巡测路径尽量覆盖被测区域内的所有道路,测量时间为10时到14时,天气晴朗,通过严格控制车速不超过60km /h,以保证测量点位间距不大于5m,如图3所示㊂图3㊀测试区域示意图Fig.3㊀Analysis of test area1.3㊀测量参数㊀㊀区域电磁环境监测是对整个宏观大范围环境的监测而非针对电磁辐射设施监测,电磁环境是各种频率电磁波的总和,是电磁波脱离电磁辐射源向外传播并叠加的结果㊂宏观上看,其特点是频带宽,属于电磁波的远场区㊂路测是通过密集点位测试,从微观角度来采集整个区域的更多点位,必然会经过电磁设施临近位置,但所有测点都是整个区域局部电磁环境水平反映,所有点位均唐㊀辉等:车载式选频测量(30MHz~6GHz)在城市电磁环境水平监测的应用㊀属于大范围电磁环境的远场㊂根据电磁波理论,远场区中的电磁波趋近于平面波,电场与磁场相互垂直,且比值恒定,即E/H=120πʈ377,同时,波功率密度矢量(坡印廷矢量)S=EˑH[17],带入电场与磁场的比值关系式可得S=E2/377或S=H2ˑ377㊂可以看出,在电磁辐射的远区场,只需要测量其中一个指标即可得到另外两个指标㊂从仪器探头原理上看,仪器使用了三维正交偶极子电场探头,因此测量参数确定为电场强度㊂1.4㊀监测读数㊀㊀各点位读取选频式电磁辐射监测仪器的实时值,包括电场强度㊁对应的占标率以及点位的坐标数据㊂电场强度是全频段的场强积分值,按式(1)[1]计算:电场强度=ðn j=1E2j(1)㊀㊀方比率之和,按式(2)[18]计算,计算结果取百分数:占标率=ð300GHz j=100kHz E2j E2L,j(2)式中,E j表示第j个频率测得的电场强度,V/m;E L,j表示第j个频率对应的限值,V/m,均由选频式电磁辐射监测仪器自动计算并由数据采集设备自动记录[18]㊂测量过程中为避免监测数据受人为影响,监测人员避免使用移动电话等无线发射设备㊂1.5㊀仪器校准与比对㊀㊀监测时使用的DZER100车载式快速选频测量系统的主机和探头经中国测试技术研究院检定,检定结果符合监测要求㊂测量过程中采用人工定点监测方式对车载巡测实时结果开展了验证工作,以巡测方式获取的一个点位的实时数据,其电场强度值为2.931V/m,人工定点测量电场强度值为2.998V/m,两次测量结果一致性较好,说明通过车载式选频测量(30MHz~6GHz)测量城市电磁环境水平是可行的㊂2㊀结果与讨论2.1㊀区域电磁环境总体水平与评估㊀㊀本次测量得到有效点位数据14393个,电场强度平均值约 1.23V/m,占标率平均值约1.41%㊂2.1.1㊀电场强度分析㊀㊀图4给出了场强数据累积分布曲线,按照1V/m量级区间对测量数据进行统计,其中0~ 1V/m和1~2V/m两个量级的占比最高,分别达到了43.81%和43.6%,总共占比达到了87.41%;从图4看出,3V/m测值以上的点位已经很少㊂将场强大小按照1V/m为跨度对每个点位进行着色得到电场强度地图㊂可以看出在十字路口㊁交叉路口附近有一定数量的场强高值存在,如图5所示㊂出现这种情况的主要原因是在十字路口㊁交叉路口是布放基站的优选位置,这些位置基站出现的频率较一般情况高得多,故容易出现场强较大值㊂图4㊀场强累计分布图Fig.4㊀Distributiondiagram of field intensity cumulation图5㊀测量点位按场强大小的空间分布Fig.5㊀Spatial distribution of measuringpoints according to field intensity2.1.2㊀占标率分析㊀㊀参照现行标准‘辐射环境保护管理导则电磁㊀辐射防护第43卷㊀第4期辐射环境影响评价方法与标准“(HJ /T 10.3 1996)[19]对单个项目影响的限制规则,将占标率按大小划分得到0%~20%㊁20%~50%㊁50%~100%及100%以上4个区间,根据测量数据绘制占标率地图,如图6所示㊂图6更为直观地显示各点位多种频率电磁场所致曝露的水平,电磁环境水平偏高点位的分布更容易被观察到㊂从所有点位的占标率分布情况看,其中99.76%点位的占标率小于20%,超过20%的仅为0.24%,电磁环境总体占标率是远低于100%㊂图6㊀测量点位按占标率大小的空间分布Fig.6㊀Spatial distribution of measuring pointpositions according to scale occupancy ratio2.2㊀电磁环境构成分析2.2.1㊀关注点位电磁频谱分析㊀㊀以图5中测值较大的橙色点位为例,以往的工作方式需要再次使用选频设备到现场测量来了解该点主要电磁辐射贡献来源,而车载式选频系统记录了每个点位的频谱信息,可查阅任意感兴趣点位的频谱构成,如图7所示㊂图7㊀点位的频谱图Fig.7㊀Spectrum diagram of the points利用数据可视化分析[20],将频谱图转换为柱状图显示电磁辐射贡献来源,如图8所示,可以看出该点的主要贡献来源是中国移动㊂同时,通过峰值频率自动解析,还可以从最大值列表中掌握更明细的频率贡献来源,如图9所示,中国移动5G 和4G 信号在该点位的贡献明显㊂图8㊀点位的主要贡献源Fig.8㊀Main contribuion sources of thepoints图9㊀点位的最大值频率列表Fig.9㊀List of maximum frequency of the point2.2.2㊀关注频段的贡献分析㊀㊀公众日常生活中常见的电磁辐射设施(设备)主要有移动通信基站㊁广播电视㊁调频广播㊁对讲机㊁Wifi㊁数字集群通信等,这些设施(设备)的工作频率在30MHz ~6GHz 频率范围内,其产生的电磁场构成了人们日常接触的电磁环境,其贡献量是我们关注的重点㊂通过选频路测,可以将测量区域内这些频段的贡献水平一次性获取并加以统计,数据获取量远超人工测量的数量[21],数据统计更具代表性,如图10所示㊂可以看出,该区域内中国移动和中国电信的基站频段对电磁环境的贡献比较明显,而中国联通等其他频段的贡献值绝大多数在1V /m 以内㊂唐㊀辉等:车载式选频测量(30MHz ~6GHz)在城市电磁环境水平监测的应用㊀作为比较,将中国移动和中国联通的点位数据单独标记在地图上,如图11和图12所示,可以看到两个运营商对该区域的电磁环境贡献的空间分布和差异㊂图10㊀常见频段的贡献比较Fig.10㊀Contribution comparison of common frequencybands图11㊀中国移动场强大小的空间分布Fig.11㊀Spatial distribution of fieldstrength of ChinaMobile图12㊀中国联通场强大小的空间分布Fig.12㊀Spatial distribution of fieldstrength of China Unicom3㊀结论通过车载式选频测量(30MHz ~6GHz)显示该区域电磁辐射环境总体处于较低的水平,远低于限值标准㊂车载式选频测量(30MHz ~6GHz)可实现各测量点位场强总量和频谱的同时测量,有效解决了使用非选频式监测仪器巡测时不区分电磁场频率的问题,是一种更高效的区域环境电㊀㊀㊀㊀㊀磁辐射监测方法㊂使用车载式选频测量(30MHz ~6GHz),获取的数据量远多于传统网格测量方法,数据代表性更强,可更全面地反应区域内的电磁环境情况,满足区域电磁环境总水平的测量与评估,电磁环境源项构成分析等多种需求,为电磁环境管理提供更详细㊁更精准的基础数据㊂参考文献:[1]㊀邹澎.环境电磁场测量[M].北京:中国计量出版社,1992:12-17.[2]㊀国家环境保护局.辐射环境保护管理导则电磁辐射监测仪器与方法:HJ /T 10.2 1996[S].北京:中国环境科学出版社,1996.[3]㊀International Telecommunication Union.Generation of radiofrequency electromagnetic field level maps (Study Group 5):㊀辐射防护第43卷㊀第4期ITU-T K.113NOTE 2015[S].Geneva:The ITU s Press,2015.[4]㊀International Telecommunication Union.Guidance for assessment,evaluation and monitoring of human exposure to radiofrequency electromagnetic fields (Study Group 5):ITU-T K.91NOTE 2020[S].Geneva:The ITU s Press,2020.[5]㊀陆利通,刘芳君,邹亚玲,等.珠海市电磁辐射污染现况调查与对策探讨[J].实用预防医学,2012,19(6):817-819.[6]㊀罗立邦.深圳市电磁环境质量调查浅析[J].广东化工,2016,43(18):235-236.[7]㊀易丹.基于网格法的福州市射频电磁环境调查与分析[J].能源与环境,2018(06):65-67.[8]㊀张龙辉,许卓,李光,等.无锡市主城区环境电磁辐射水平现状调查[C]//2015年中国环境科学学会学术年会论文集.2015:1377-1380.[9]㊀Stefu N,Solyom I,Arama A.Radiofrequency electromagnetic field map of timisoara [J].Annals of West University ofTimisoara Physics,2015,58(1):72-80.[10]㊀段临林,杨传俊,唐超,等.厦门市电磁环境解析[J].中国环境监测,2018,34(02):122-129.[11]㊀周睿东,杨旭富,孔令丰,等.基于GIS 的车载环境电磁辐射监测系统的设计与应用[J].移动通信,2009,33(24):19-22.[12]㊀武攀峰,王国旗,陆炜,等.基于车载监测法的Ⅱ型大城市射频公众曝露探讨[J].环境监测管理与技术,2017,29(05):60-63.[13]㊀Kurnaz C,Mutlu prehensive radiofrequency electromagnetic field measurements and assessments:A city centerexample[J].Environmental Monitoring and Assessment,2020,192(6):334.[14]㊀武攀峰,王国旗,陆炜,等.基于车载移动的区域射频电磁辐射监测方法比较研究[J].辐射防护,2017,37(05):374-379.[15]㊀徐辉,李飞,李苗,等.车载巡测在区域射频电磁环境质量监测与表征中的应用分析[J].环境监控与预警,2020,12(06):32-37.[16]㊀生态环境部.5G 移动通信基站电磁辐射环境监测方法:HJ 1151 2020[S].北京:中国环境科学出版社,2020.[17]㊀谢处方.电磁场与电磁波[M].北京:高等教育出版社,2006:206.[18]㊀环境保护部.电磁环境控制限制:GB 8702 2014[S].北京:中国环境科学出版社,2014.[19]㊀国家环境保护局.辐射环境保护管理导则电磁辐射环境影响评价方法与标准:HJ /T 10.3 1996[S].北京:中国环境科学出版社,1996.[20]㊀陈为.数据可视化[M].北京:电子工业出版社,2019:305-337.[21]㊀Zhu G,Gong X,Luo R.Characterizing and mapping of exposure to radiofrequency electromagnetic fields (20-3,000MHz)in Chengdu,China[J].Health Physics,2017,112(3):266.Application of vehicle-mounted frequency-selection measurementin urban electromagnetic environment monitoringTANG Hui,GAO Peng,SU Kunpu,TANG Yanbo,XU Bin,GU Hong,LI Yuandong,MIAO Erkang(Sichuan Management and Monitoring Center Station of Radioactive Environment,Chengdu 611139)Abstract :Objective :To measure the level of urban electromagnetic environment more efficiently and accuratelyand master the composition of electromagnetic environment.Methods :The DZER100vehicle-mounted fast frequency selection measurement system was developed jointly with Chengdu Dot Matrix Technology Co.,LTD.The full-band scanning time of the system was 300ms under the condition of 30MHz -6GHz frequency bandand 100kHz resolution.With a driving speed of 60km /h and a distance of 5m between measuring points,the total field intensity,spectrum and electromagnetic environment of specific frequency band of each measuring唐㊀辉等:车载式选频测量(30MHz~6GHz)在城市电磁环境水平监测的应用㊀point can be effectively obtained.Results:14393effective point data were obtained for5.3km2area.Through automatic analysis of system data,the average electric field intensity of the whole area was about1.23V/m, and the ratio of0V/m-2V/m reached87.411%.The average value of standard ratio was1.41%,and only 0.24%of the sites accounted for more than20%.Through the spectrum visualization analysis function,the spectrum composition of the focus point and the contribution of the focus frequency band can be quickly grasped.Conclusion:The vehicle-mounted frequency selection measurement(30MHz-6GHz)can realize the simultaneous measurement of the total field intensity and spectrum of each point,which effectively solves the remaining pain points caused by the use of non-frequency monitoring instruments.The obtained data amount is far more than that of the traditional grid measurement method,and the data are more representative,which can reflect the electromagnetic environment in the region more comprehensively.The vehicle-mounted frequency selection measurement can meet various requirements such as the measurement and evaluation of the overall level of regional electromagnetic environment and the analysis of the composition of the electromagnetic environment source terms,and provide more detailed and accurate basic data for the management of electromagnetic environment through visualized data.Key words:vehicle type;frequency selection measurement;urban electromagnetic environment level;monitoring㊃出版物介绍㊃ICRU的辐射防护出版物㊀㊀国际辐射单位与测量委员会(ICRU)的最初和持续目标是对放射科医生和患者的辐射防护,最初只针对X射线和伽马射线㊂自20世纪50年代以来,辐射防护领域已扩大到其他辐射工作者的职业照射和一般公众的环境照射以及其他类型的电离辐射照射㊂ICRU一直坚持对辐射防护领域概念和计量问题的关注㊂ICRU在辐射防护概念方面的工作包括1962年采用剂量当量,以便说明辐射质量㊂在国际放射防护委员会(ICRP)采用有效剂量当量作为核心但不可测量的辐射防护量之后,ICRU制定并采用了可测量的实用量,以便能够评估外照射的防护量㊂ICRU报告39(1985年)和ICRU报告43(1988年)介绍了ICRU的实用量㊂测量这些实用量的指南报告47(光子) (1992年)和第66号报告(中子)(2001年)㊂关于实用量概念和实际实施的修订和更新,请参见关于外照射辐射防护实用量的第95(2020)号报告(与ICRP联合发布)㊂关于概念方面,ICRU发布了关于低剂量和其他特殊照射的量和报告的第86号报告(2011年)㊂作为其职权范围的一部分,ICRU公布了用于实际辐射防护的基本数据㊂1998年,ICRU发表了第57号报告, 外照射的辐射防护的转换系数 (也作为ICRP第74号出版物出版)㊂与ICRP联合编写了最新资料‘外照射辐射防护量的剂量转换系数“,并作为ICRP第116号出版物(2010年)出版㊂‘机组人员宇宙辐射照射剂量的参考数据的有效性“与ICRU联合发布在第84号报告(2010年)中㊂在辐射防护测量领域,ICRU就具体技术和程序提供了指导和建议的下列报告:关于环境中伽马射线能谱法的第53号报告(1994年)㊁关于辐射防护外部β射线剂量测定的第56号报告(1997年)㊁关于直接测定放射性核素体内含量的第69号报告(2003年)㊁关于测量和报告氡暴露的第88号报告(2012年)㊂关于电离辐射照射回顾性评估的第68号报告(2002年)已更新,并由关于急性照射后初始阶段人员剂量评估方法的第94号报告(2019年)加以补充㊂在环境照射领域,ICRU发表了关于放射生态学的量㊁单位和术语的第65号报告(2001年)㊁关于环境中放射性核素采样的第75号报告(2006年)和关于环境中伽马射线能谱法的第53号报告(1994年)㊂根据切尔诺贝利和福岛核事故后的经验教训,ICRU发布了关于放射性核素大量释放到环境中后保护公众的辐射监测的第92号报告(2015)㊂(来源:ICRU网站)。
