周睿東 楊旭富 孔令豐 廖建華

【摘要】文章提出了一種集成運用綜合場強測量、頻譜分析、GPs、Gls技術(shù)的車載環(huán)境電磁輻射監(jiān)測系統(tǒng)，詳細(xì)分析了系統(tǒng)的需求分析、硬件、軟件和特點，最后給出了該系統(tǒng)成功應(yīng)用于廣東省21個地級城市區(qū)域電磁輻射水平調(diào)查和佛山市移動通信基站規(guī)劃的效果。

【關(guān)鍵詞】GIS車載系統(tǒng)電磁輻射環(huán)境監(jiān)測

隨著社會經(jīng)濟和科技的發(fā)展，電磁輻射源的數(shù)量不斷增加。特別是移動通信基站的數(shù)量增長迅速。到2006年底，廣東省境內(nèi)有超過27000個基站，平均每6.6km2就有1個基站，在城市人口密集區(qū)甚至可達(dá)到每0.25km2就有1個基站。1999年5月，國家環(huán)保總局將電磁輻射污染列為繼大氣污染、水污染和噪聲污染之后的第4大污染。國內(nèi)相關(guān)單位在20世紀(jì)80年代后相繼開展了電磁輻射水平的調(diào)查和研究，各地如浙江、北京、上海、山東、云南等地環(huán)保部門也加強了對電磁輻射污染的監(jiān)測。但這些監(jiān)測主要針對單個電磁輻射源，以點為主，對城市區(qū)域內(nèi)大量電磁輻射源分布產(chǎn)生的面的影響研究較少。

針對城市區(qū)域內(nèi)電磁輻射源特別是移動通信基站數(shù)量多、分布廣、影響面大的特點，我們開發(fā)了一套能快速、高效、全面地對區(qū)域電磁輻射水平進(jìn)行監(jiān)測和分析的基于GIS(Geographic lnformaljon System)的車載環(huán)境電磁輻射監(jiān)測系統(tǒng)(以下簡稱“車載系統(tǒng)”)。該系統(tǒng)是國內(nèi)首個車載環(huán)境電磁輻射監(jiān)測系統(tǒng)，能夠高效地完成區(qū)域電磁輻射水平調(diào)查，為區(qū)域移動通信基站環(huán)境影響評價、城市移動通信基站規(guī)劃提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1需求分析

1.1測量部分

車載系統(tǒng)應(yīng)既可以進(jìn)行頻譜分析、無線電干擾測量。又可進(jìn)行綜合場強測量：

(1)頻率范圍：9kHz～3GHz(頻譜分析測量)、100kHz一18GHz(綜合場強測量)；

(2)測量對象：0.15MHz～30MHz輸變電系統(tǒng)無線電干擾測量、87MHz～110MHz廣播信號場強測量、200MHz～700MHz電視與尋呼信號場強測量、870MHz～960MHz與1800MHz以及3G移動通信測量；

(3)測量天線：各個頻段應(yīng)配有相應(yīng)的天線，并且這些天線應(yīng)有較高的靈敏度，能滿足環(huán)境移動監(jiān)測的要求；

(4)應(yīng)具有準(zhǔn)峰值、峰值、平均值等檢波功能；

(5)帶寬200Hz、9kHz、120kHz和1MHz等；

(6)頻率分辨率0.01Hz。

1.2數(shù)據(jù)分析部分

可對實測數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計、分析，能進(jìn)行輻射源數(shù)據(jù)的輸八、統(tǒng)計、分析和環(huán)境影響預(yù)測分析。

1.3GIS和可視化部分

應(yīng)包含數(shù)字地圖各項基本功能，可將分析后的實測數(shù)據(jù)和預(yù)測數(shù)據(jù)以網(wǎng)格、等值線和半透明的形式覆蓋在地圖上，生成區(qū)域電磁輻射水平分布地圖。

1.4電源部分

能提供三種供電方式：市電供電、UPS電池組供電、汽車發(fā)電機結(jié)合逆變器供電，三種供電方式可以相互結(jié)合，互為補充。

2硬件系統(tǒng)

車載無線電監(jiān)測系統(tǒng)在無線電管理委員會的監(jiān)測機構(gòu)已得到廣泛應(yīng)用，主要由無線電頻譜分析儀和測向系統(tǒng)組成，目的是了解無線電信號的頻率、強度和方位。但是這種系統(tǒng)只能部分滿足車載環(huán)境電磁輻射監(jiān)測系統(tǒng)的需求，而作為環(huán)境電磁輻射的監(jiān)測和管理部門。還需了解環(huán)境電磁輻射的總量和區(qū)域總體分布情況。因此，在車載系統(tǒng)設(shè)計過程中。我們將電磁輻射綜合場強儀集成到系統(tǒng)內(nèi)，這是國內(nèi)第一個此類環(huán)境電磁輻射移動監(jiān)測系統(tǒng)。

車載系統(tǒng)的硬件部分主要由EMR300電磁輻射綜合場強儀、ESPl3測試接收機、天饋線系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、避雷系統(tǒng)、供電系統(tǒng)集成通用設(shè)備、車輛等組成，具體描述見表1，詳細(xì)硬件系統(tǒng)連接見圖1：

3軟件系統(tǒng)

車載系統(tǒng)運行環(huán)境：

(1)硬件支撐環(huán)境：CPU P4 2G以上。RAM 1G。硬盤80G以上；

(2)軟件支撐環(huán)境：Windows 2000 SP4。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)：SQL SERVER 2000；Client軟件：SQL SERVER2000 Cllent端軟件，SQL SERVER 2000 ODBC接口驅(qū)動程序；

(3)地圖環(huán)境：MapX5.0。

車載系統(tǒng)集成軟件的功能主要有電磁輻射監(jiān)測、分析、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、地圖控制、地理屬性、管理等。

3.1監(jiān)測模塊功能

此模塊主要是將ESPl3測試接收機和EMR300電磁輻射分析儀的測量數(shù)據(jù)實時地顯示和存儲。ESPi3測試接收機可以完成一般頻譜儀的功能：電平測量、頻率測量、頻段測量(頻段掃描)、頻譜分析、時域分析，通過控制軟件可以自動進(jìn)行任務(wù)測量，用戶可以根據(jù)需要設(shè)置開始和結(jié)束測量時間以及測量類型，測量儀器根據(jù)用戶的設(shè)置自動啟動、停止和記錄。EMR300電磁輻射分析儀通過光纖將測量數(shù)據(jù)實時傳送給控制系統(tǒng)，測量時間間隔可達(dá)每秒1個數(shù)據(jù)，控制系統(tǒng)將測量數(shù)據(jù)與GPS定位數(shù)據(jù)同時存儲。

3.2統(tǒng)計數(shù)據(jù)模塊

此模塊主要是在儀器測量后對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，能夠讓用戶清晰地了解某一區(qū)域的電磁輻射分布情況。用戶可以在地圖上選擇一定網(wǎng)格大小的(可任意設(shè)定，城市一般為500m×500m)區(qū)域并設(shè)置測量時間段以及測量類型。最終生成包含有網(wǎng)格編號、最大值、最小值、均值、均方根值等信息的統(tǒng)計報表。

3.3分析預(yù)測模塊

此模塊主要通過理論預(yù)測模式(自由空間和Okumuta-Hata模式等)和電磁輻射源的各項技術(shù)參數(shù)，計算出電磁輻射源周圍環(huán)境電磁輻射水平的空間分布。此模塊既可對單個輻射源進(jìn)行預(yù)測分析，又可對區(qū)域內(nèi)的多個輻射源進(jìn)行計算、分析、疊加。

3.4GIS和可視化模塊功能

此模塊包括實測數(shù)據(jù)和預(yù)測數(shù)據(jù)可視化兩部分。實測數(shù)據(jù)部分通過對EMR300電磁輻射分析儀和GPS獲得的區(qū)域測量數(shù)據(jù)按一定的網(wǎng)格大小(一般為500m×500m)進(jìn)行分析后，將分析結(jié)果以不同的顏色半透明地覆蓋在數(shù)字地圖上。預(yù)測數(shù)據(jù)可視化部分利用各電磁輻射源的經(jīng)緯度在地圖上定位后，將預(yù)測結(jié)果以等值線和不同的顏色半透明地覆蓋在數(shù)字地圖上。

3.5地圖屬性模塊功能

此模塊主要是在地圖上進(jìn)行相關(guān)地理信息的操作，包括地圖的放大、縮小、地圖全覽、大地圖輸出、定位、圖層管理、地圖導(dǎo)航、距離測量、面積測量、方位角測量、地形剖面分析、地名查詢等功能。

3.6管理模塊

此模塊主要是對電磁輻射源數(shù)據(jù)和測量數(shù)據(jù)進(jìn)行導(dǎo)入、導(dǎo)出、備份，以及對軟件系統(tǒng)進(jìn)行日常的管理和維護，包括用戶管理、日志管理、系統(tǒng)參數(shù)管理等。

4車載系統(tǒng)的特點

車載系統(tǒng)具有以下特點：

(1)這是國內(nèi)輻射監(jiān)測領(lǐng)域的第一套車載環(huán)境電磁輻射監(jiān)測系統(tǒng)，對全國車載環(huán)境電磁輻射監(jiān)測系統(tǒng)的建設(shè)具有借鑒和指導(dǎo)意義；目前江蘇省輻射環(huán)境監(jiān)測管理站已據(jù)此技術(shù)建立國內(nèi)第二套車載環(huán)境電磁輻射監(jiān)測系統(tǒng)。

(2)系統(tǒng)測量頻率為9kHz～18GHz，基本覆蓋了一般環(huán)境中存在的各種電磁輻射源的發(fā)射頻率。

(3)系統(tǒng)首次成功將綜合場強測量和頻譜分析集成在一起，既可了解環(huán)境電磁輻射的總體情況，又可以對單個或多個電磁輻射源進(jìn)行詳細(xì)分析，做到點面結(jié)合。

(4)系統(tǒng)的監(jiān)測分析軟件包含了GPS全球定位和地理信息分析功能，可以將現(xiàn)場調(diào)查和預(yù)測結(jié)果以不同的顏色非常直觀地覆蓋在地圖上，形成區(qū)域電磁輻射水平分布地圖。

(5)系統(tǒng)可以對電磁輻射事故或投訴做出快速反應(yīng)，并可高效地進(jìn)行大范圍的調(diào)查監(jiān)測。

(6)系統(tǒng)可以為區(qū)域電磁輻射源的規(guī)劃、建設(shè)提供環(huán)境電磁輻射現(xiàn)狀及預(yù)測結(jié)果。

5車載系統(tǒng)的應(yīng)用

車載系統(tǒng)主要用于區(qū)域電磁輻射水平調(diào)查、電磁輻射源的區(qū)域規(guī)劃和區(qū)域移動通信基站環(huán)境影響評價方面。目前，廣東省環(huán)境輻射研究監(jiān)測中心已利用這套系統(tǒng)完成廣東省21個地級市主城區(qū)的電磁輻射水平調(diào)查(結(jié)果見表2)和佛山市電磁輻射水平調(diào)查(用于電磁輻射源區(qū)域規(guī)劃)。

由表2可知，廣東省21個地級市主城區(qū)電磁輻射總體處于較低的水平，遠(yuǎn)小于《電磁輻射防護規(guī)定》(GB8702-88)中對各頻段限值的要求，尚有一定的電磁輻射環(huán)境容量。

佛山市移動通信基站規(guī)劃調(diào)查包括對禪城區(qū)、南海區(qū)、順德區(qū)、三水區(qū)、高明區(qū)的主城區(qū)的調(diào)查，順德區(qū)的調(diào)查結(jié)果見圖2。