武攀峰，陸煒，姚穎，王國(guó)旗，黃昕

（1.南通市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，江蘇南通226006；2.江蘇省核安全局，江蘇南京210019）

城市射頻公眾曝露區(qū)域監(jiān)測(cè)最優(yōu)網(wǎng)格尺度研究

武攀峰1，陸煒1，姚穎1，王國(guó)旗2，黃昕2

（1.南通市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，江蘇南通226006；2.江蘇省核安全局，江蘇南京210019）

采樣密度最優(yōu)化是當(dāng)前區(qū)域環(huán)境監(jiān)測(cè)的難點(diǎn)問題，然而對(duì)區(qū)域射頻公眾曝露監(jiān)測(cè)的最優(yōu)尺度研究仍處于空白。該文以江蘇省南通市為例，采用新型車載監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)城區(qū)區(qū)域射頻公眾曝露進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，構(gòu)建3種網(wǎng)絡(luò)分布特征。研究結(jié)果顯示，2km×2km、1km×1km和0.5km×0.5km這3種網(wǎng)格尺度所得南通城區(qū)平均電場(chǎng)強(qiáng)度分別為（0.56±0.24）V/m、（0.57±0.27）V/m和（0.56±0.31）V/m，其中以1km×1km測(cè)試值最接近總體均值。經(jīng)Cochran理論計(jì)算法驗(yàn)證，研究區(qū)域至少需要1km×1km網(wǎng)格密度的采樣尺度下，相對(duì)誤差為10%，才滿足Cochran公式獲取的最佳采樣網(wǎng)格數(shù)量。因此，1km×1km網(wǎng)格是以南通市為代表的我國(guó)II型大城市城區(qū)環(huán)境射頻電磁輻射測(cè)試的最優(yōu)網(wǎng)格尺度。

公眾曝露；射頻電磁輻射；區(qū)域監(jiān)測(cè)；最優(yōu)網(wǎng)格尺度

0 引言

移動(dòng)通信基站（下稱“基站”）為主要污染源的射頻電磁輻射（RF）[1-2]，因長(zhǎng)期照射可能會(huì)引起不孕不育甚至癌癥風(fēng)險(xiǎn)，引起了政府和公眾的關(guān)注[3-5]，為此，客觀、全面地評(píng)價(jià)城市區(qū)域射頻輻射公眾曝露特征顯得尤為重要，對(duì)此國(guó)內(nèi)外開展了廣泛研究[1，4-7]。目前我國(guó)主要采用網(wǎng)格布點(diǎn)法[8]，將研究區(qū)域全區(qū)劃分為1km×1km或2km×2km小方格，取方格中心為測(cè)試位置。然而，網(wǎng)格尺度對(duì)區(qū)域測(cè)試精度有較大影響，近年來針對(duì)最優(yōu)采樣密度的研究主要集中在區(qū)域土壤、水環(huán)境、空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域[9-12]。比如土壤的空間變異性存在于不同尺度上的主要影響因子有顯著差異，這種差異限制了從一個(gè)空間尺度到另一個(gè)空間尺度的信息轉(zhuǎn)換，是空間尺度效應(yīng)產(chǎn)生的根本原因[9]。電磁輻射因起步較晚且未引起足夠重視，至今對(duì)此項(xiàng)研究鮮有報(bào)道，而且電磁輻射受城市地形地物、高層建筑、樹木、高壓線等影響較大。為此，在區(qū)域監(jiān)測(cè)射頻電磁輻射時(shí)，選擇最優(yōu)網(wǎng)格尺度布點(diǎn)對(duì)測(cè)試結(jié)果將有較大影響，而且根據(jù)研究目的不同，可適當(dāng)選擇最佳網(wǎng)格尺度。

本文以江蘇省南通市為研究對(duì)象，采用車載監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)城區(qū)射頻電磁環(huán)境進(jìn)行了詳盡測(cè)試，通過網(wǎng)格化構(gòu)建，分析了3種網(wǎng)格尺度對(duì)區(qū)域場(chǎng)強(qiáng)統(tǒng)計(jì)結(jié)果及其區(qū)域空間分布的影響，并結(jié)合Cochran理論計(jì)算法提出我國(guó)II型大城市區(qū)域電磁環(huán)境監(jiān)測(cè)最優(yōu)網(wǎng)格布設(shè)密度，為我國(guó)電磁環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)網(wǎng)建設(shè)提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

南通市位于江蘇省東南部，與上海、蘇州隔江相望。全市總面積10549km2，總?cè)丝?67.63萬(wàn)人，根據(jù)國(guó)務(wù)院《關(guān)于調(diào)整城市規(guī)模劃分標(biāo)準(zhǔn)的通知》（2014年），以城區(qū)常住人口為統(tǒng)計(jì)口徑，南通被列入II型大城市。2014年實(shí)現(xiàn)地區(qū)生產(chǎn)總值（GDP）5652.69億元[13]，列全國(guó)地級(jí)以上所有城市第25位，地級(jí)市第10位，年均增速11.5%以上。市轄4個(gè)行政區(qū)，市人民政府駐崇川區(qū)。經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展帶動(dòng)了城市信息化進(jìn)步，移動(dòng)通信在經(jīng)濟(jì)發(fā)展、政府事務(wù)、企業(yè)管理和百姓生活等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，南通市已先后被確定為國(guó)家第2批三網(wǎng)融合試點(diǎn)城市、國(guó)家智慧試點(diǎn)城市和中歐綠色智慧試點(diǎn)城市。近3年全市移動(dòng)通信基站增加4 700座[14]，高于2010年前的總和。與此同時(shí)，惠民智慧城市建設(shè)與基站“鄰避效應(yīng)”矛盾突出[15]。

1.2 測(cè)試裝置與方法

測(cè)試裝置采用江蘇省核安全局研制的車載電磁輻射環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，系統(tǒng)配置EMR300電磁輻射綜合場(chǎng)強(qiáng)儀（18C型探頭、頻響范圍為100kHz～3GHz、測(cè)試范圍為0.3～400V/m）、GPS等設(shè)備。車載儀器均通過計(jì)量檢定并在有效期內(nèi)。

根據(jù)區(qū)域測(cè)繪地圖，車輛基于0.5 km×0.5km網(wǎng)格加密沿路行駛，車速不超過30 km/h，數(shù)據(jù)獲取率為3次/s。測(cè)試時(shí)間為2015年11月至12月。射頻電磁以電場(chǎng)強(qiáng)度（或稱“場(chǎng)強(qiáng)值”）評(píng)價(jià)，單位為V/m。

1.3 數(shù)據(jù)處理及有效性分析

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)采用IBM SPSS 22.0軟件，繪圖工具采用SigmaPlot 12.5軟件。對(duì)車載系統(tǒng)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量控制，考慮到實(shí)際電磁環(huán)境的不穩(wěn)定性，測(cè)試數(shù)據(jù)中的極大極小值等異常值不能隨意剔除[13]，本次剔除的異常值主要是測(cè)量設(shè)備不穩(wěn)定運(yùn)行及受高壓線影響所產(chǎn)生的干擾數(shù)據(jù)，剔除異常值后即為有效測(cè)試數(shù)據(jù)。

1.4 網(wǎng)格化分析

首先建立數(shù)據(jù)庫(kù)，本研究共獲有效測(cè)試數(shù)據(jù)20 060組，每組數(shù)據(jù)包括測(cè)試時(shí)間、電場(chǎng)強(qiáng)度、經(jīng)度和緯度等信息；然后利用Mapinfo將研究區(qū)域劃分為2km×2km、1km×1km和0.5km×0.5km 3種尺度網(wǎng)格，得到各尺度網(wǎng)格數(shù)2km×2km為38個(gè)，1km×1km為152個(gè)，0.5km×0.5km為597個(gè)；然后統(tǒng)計(jì)每個(gè)網(wǎng)格經(jīng)緯度范圍內(nèi)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，并計(jì)算所有電場(chǎng)強(qiáng)度數(shù)值的平均值，同時(shí)將計(jì)算結(jié)果導(dǎo)出至數(shù)據(jù)表，以方便進(jìn)行后續(xù)的統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同網(wǎng)格尺度對(duì)場(chǎng)強(qiáng)范圍分布的影響

對(duì)實(shí)測(cè)20 060組數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析表明，南通城區(qū)總體電場(chǎng)強(qiáng)度為（0.58±0.28）V/m（平均值±標(biāo)準(zhǔn)差，下同），低于GB 8702——2014《電磁環(huán)境控制限值》中公眾曝露控制限值（取最嚴(yán)格限值即30～3000MHz對(duì)應(yīng)的電場(chǎng)強(qiáng)度為12V/m）。3種網(wǎng)格尺度下，2km×2km、1km×1km和0.5km×0.5km統(tǒng)計(jì)的研究區(qū)域平均電場(chǎng)強(qiáng)度分別為（0.56±0.24）V/m、（0.57±0.27）V/m和（0.56±0.31）V/m。以均值相比，2km×2km和0.5km×0.5km相等，1km×1km最接近總體均值（0.58V/m）；以標(biāo)準(zhǔn)差相比，數(shù)據(jù)離散程度以0.5 km×0.5 km最高，2 km×2 km最低，1 km×1 km居中。

圖1 不同網(wǎng)格尺度場(chǎng)強(qiáng)值頻數(shù)分布圖

圖1顯示了3種網(wǎng)格尺度下，各場(chǎng)強(qiáng)值的頻數(shù)分布情況，以百分比表示。由圖可知，當(dāng)場(chǎng)強(qiáng)值〈0.5V/m或＞1.5 V/m時(shí)，0.5km×0.5km網(wǎng)格尺度占比最大，1km×1km次之，2km×2km最小。相反，當(dāng)場(chǎng)強(qiáng)值位于0.51～1.5 V/m區(qū)間時(shí)，2 km×2 km網(wǎng)格尺度占比最大，1km×1km次之，0.5km×0.5km最小，很顯然隨著網(wǎng)格尺度增大，區(qū)域場(chǎng)強(qiáng)值被均化，趨向于中間水平。

2.2 不同網(wǎng)格尺度對(duì)場(chǎng)強(qiáng)空間分布的影響

為進(jìn)一步了解網(wǎng)格尺度表征對(duì)空間地理分布測(cè)試結(jié)果的影響，筆者采用MapInfo工具按照3種網(wǎng)格尺度分別構(gòu)建了南通城區(qū)射頻公眾曝露分布圖，圖中用不同顏色表示每個(gè)網(wǎng)格對(duì)應(yīng)的場(chǎng)強(qiáng)均值，圖中方格顏色由綠變紅，代表的綜合場(chǎng)強(qiáng)值變大，如圖2所示。其中圖2（a）表示2km×2km，圖2（b）表示1km×1km和圖2（c）表示0.5km×0.5km。

由圖可見，3種網(wǎng)格尺度表征結(jié)果均顯示南通城區(qū)射頻場(chǎng)強(qiáng)值地理空間分布呈現(xiàn)出中心高外圍低，主城區(qū)北高南低的特點(diǎn)，整體差異性不大。但是隨著網(wǎng)格尺度增大，場(chǎng)強(qiáng)值的空間分布趨于平滑，對(duì)細(xì)節(jié)的反映能力越來越弱，2 km×2 km（圖2（a））表征時(shí)最為明顯。比如，緊鄰?fù)▍芜\(yùn)河?xùn)|南側(cè)區(qū)域，在1km×1km和0.5km×0.5km分布圖（圖2（b）和圖2（c））上顯示為紅棕色，而在2km×2km中仍顯示為黃色，這主要是由于從小網(wǎng)格測(cè)試生成的大網(wǎng)格數(shù)據(jù)會(huì)造成部分特征空間數(shù)據(jù)信息的均化或丟失所致[16]。以綜合場(chǎng)強(qiáng)值超過1.0V/m為例，網(wǎng)格數(shù)從大到小依次為0.5km×0.5km為47個(gè)（占7.9%）、1km×1km為9個(gè)（占5.9%）、2km×2km為1個(gè)（占2.6%）。區(qū)域最大值分別為1.88，1.35，1.24V/m。網(wǎng)格尺度越小，網(wǎng)格越密，場(chǎng)強(qiáng)極值差別越明顯，越有利于選擇具有代表性的典型區(qū)域，但綜合考慮測(cè)試周期與成本，長(zhǎng)期例行監(jiān)測(cè)應(yīng)以1km×1km為佳。

2.3 不同網(wǎng)格尺度Cochran法驗(yàn)證

大量研究利用Cochran最佳采樣數(shù)量計(jì)算公式[17]，依靠數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)特征進(jìn)行最佳采樣數(shù)量的推薦。

圖2 不同網(wǎng)格尺度南通城區(qū)公眾曝露分布圖

Cochran法是針對(duì)區(qū)域純隨機(jī)采樣而構(gòu)造的最佳采樣網(wǎng)格數(shù)量計(jì)算方法，目前在很多研究中被廣泛應(yīng)用，計(jì)算公式為

式中：n——所需的采樣網(wǎng)格數(shù)量；

t——顯著性水平相對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)偏差；

Std——樣本標(biāo)準(zhǔn)差；

d——樣本平均值乘以相對(duì)誤差，%。

根據(jù)上述公式計(jì)算了南通城區(qū)射頻公眾曝露在一定置信水平和誤差要求下的合理采樣網(wǎng)格數(shù)量見表1。

表1 利用Cochran最佳采樣數(shù)量計(jì)算公式獲取研究區(qū)射頻公眾曝露合理網(wǎng)格數(shù)

由表可知，按照Cochran最佳網(wǎng)格數(shù)量公式，在置信水平為95%，相對(duì)誤差10%條件下，得到最佳采樣網(wǎng)格數(shù)為90個(gè)，即使當(dāng)相對(duì)誤差達(dá)15%時(shí)，最佳采樣網(wǎng)格數(shù)也需40個(gè)以上。因此，研究區(qū)域至少需要1km×1km網(wǎng)格密度的采樣尺度下，相對(duì)誤差為10%，才滿足Cochran公式獲取的最佳采樣網(wǎng)格數(shù)量，而0.5km×0.5km尺度網(wǎng)格數(shù)為597個(gè)，遠(yuǎn)大于94個(gè)明顯偏密。由此可見，1km×1km網(wǎng)格是以南通市為代表的我國(guó)II型大城市城區(qū)環(huán)境射頻電磁輻射測(cè)試的最優(yōu)網(wǎng)格尺度。

3 結(jié)束語(yǔ)

1）2 km×2 km、1 km×1 km和0.5 km×0.5 km共3種網(wǎng)格尺度所得南通城區(qū)平均電場(chǎng)強(qiáng)度分別為0.56±0.24V/m、0.57±0.27V/m和0.56±0.31V/m，均低于GB 8702——2014中公眾曝露控制限值。其中以1km×1km測(cè)試值最接近總體均值，數(shù)值離散度及極值以0.5km×0.5km最高，1km×1 km次之，2 km×2km最低。

2）隨著網(wǎng)格尺度增大，場(chǎng)強(qiáng)值的地理空間分布趨于平滑，對(duì)細(xì)節(jié)的表征能力變?nèi)酢＞W(wǎng)格尺度越小，網(wǎng)格越密，場(chǎng)強(qiáng)極值差別越明顯，越有利于選擇具有代表性的典型區(qū)域，但綜合考慮測(cè)試周期與成本，并經(jīng)Cochran區(qū)域純隨機(jī)最佳采樣網(wǎng)格數(shù)量公式計(jì)算驗(yàn)證，1km×1km網(wǎng)格是以江蘇南通市為代表的我國(guó)II型大城市城區(qū)環(huán)境射頻公眾曝露測(cè)試的最優(yōu)網(wǎng)格尺度。

[1]殷建華，張健.北京市局部地區(qū)電磁輻射監(jiān)測(cè)結(jié)果分析[J].地球物理學(xué)進(jìn)展，2006，21（4）：1346-1351.

[2]張邦俊，張莉，翟國(guó)慶，等.移動(dòng)基站近距離區(qū)域電磁輻射污染分布特征[J].中國(guó)環(huán)境科學(xué)，2002，22（6）：565-568.

[3]ABDULLAH N，ROFFEEI S H M，KAMARULZAMAN Y，et al.Evaluating the performance of electromagnetic fields（EMF）research work（2003-2013）[J].Scientometrics，2015，105（1）：261-278.

[4]張寧遠(yuǎn)，張志華，徐昊，等.南京市通訊輻射環(huán)境調(diào)查[J].環(huán)境監(jiān)測(cè)管理與技術(shù)，2012，24（6）：39-42.

[5]陸利通，劉芳君，鄒亞玲，等.珠海市電磁輻射污染現(xiàn)況調(diào)查與對(duì)策探討[J].實(shí)用預(yù)防醫(yī)學(xué)，2012，19（6）：817-819.

[6]ORBACH A S，ABGRALL S，BRAVO C A.Recent data fromtheliteratureonthebiologicalandpathologic effectsofelectromagneticradiation,radiowavesand stray currents[J].Pathol Biol（Paris），1999，47（10）：1085-1093.

[7]LERCHL A.Electromagnetic pollution:another risk factor for infertility or a red herring?[J].Asian Journal of Anthology，2013（15）：201-203.

[8]輻射環(huán)境保護(hù)管理導(dǎo)則電磁輻射監(jiān)測(cè)儀器和方法：HJ/T 10.2-1996[S].北京：國(guó)家環(huán)境保護(hù)局，1996.

[9]LARK R M，BELLAMY P H，RAWLINS B G.Spatiotemporal variability of some metal concentrations in the soilofeasternEnglandandimplicationsforsoil monitoring[J].Geoderma，2006，133（3）：363-379.

[10]劉世梁，郭旭東，連綱，等.黃土高原土壤養(yǎng)分空間變異的多尺度分析——以橫山縣為例[J].水土保持學(xué)報(bào)，2005，19（5）：105-108.

[11]董殿偉，林沛，晏嬰，等.北京平原地下水水位監(jiān)測(cè)網(wǎng)優(yōu)化[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2007（1）：10-19.

[12]MATTHEW L，JOSEPH F，CHRISTIAN B.EPA's National Dioxin Air Monitoring Network（NDAMN）：Design implementation and final results[J].Atmospheric Environment，2013（77）：311-317.

[13]南通市統(tǒng)計(jì)局，國(guó)家統(tǒng)計(jì)局南通調(diào)查隊(duì).南通統(tǒng)計(jì)年鑒-2015[M].北京：中國(guó)統(tǒng)計(jì)出版社，2015：26-82.

[14]南通市政府.南通市信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)三年行動(dòng)計(jì)劃（2013-2015）[EB/Z].[2016-09-15].http：//www.nantong.gov.cn/art/2013/8/30/art_41739_1509510.html.

[15]武攀峰，蔡佳辰，於香湘，等.電磁輻射環(huán)境信訪分析與應(yīng)對(duì)措施探討[J].環(huán)境監(jiān)測(cè)管理與技術(shù)，2014，26（3）：5-34.[16]葉許春，張奇.網(wǎng)格大小選擇對(duì)大尺度分布式水文模型水文過程模擬的影響[J].水土保持通報(bào)，2010，30（3）：112-116.

[17]UMD，UIASS.Sampling techniques[M].3rd edition.New York：John Wiley&Sons，Inc.，2007：323-335.

（編輯：劉楊）

Study on optimal grid scale for regional monitoring of urban radio frequency public exposure

WU Panfeng1，LU Wei1，YAO Ying1，WANG Guoqi2，HUANG Xin2
（1.Nantong Environmental Monitoring Centre，Nantong 226006，China；2.Jiangsu Nuclear Safety Administration，Nanjing 210019，China）

The optimization of sampling density is a difficult problem in current regional environment monitoring.However，the research on the optimal scale of radio frequency public exposure regional monitoring is still in the blank.Taking Nantong city of Jiangsu Province as an example，the paper conducts field measurement of urban radio frequency public exposure with a new vehicle-mounted monitoring technology and constructs three kinds of network distribution characteristics.The results show that the average electric field strength of the city of Nantong，in terms of three grid scales，i.e.2km×2km，1km×1km and 0.5km×0.5km，are（0.56±0.24）V/m，（0.57±0.27）V/m and（0.56±0.31）V/m respectively，of which the value measured under 1km×1km is close to the overall mean value most.With the Cochran theoreticalcalculationmethod，it is proved that theoptimal sampling grid number obtained with the Cochran formula can only be realized when the relative error is 10%under a grid density of at least 1km×1km.Therefore，the grid of 1km×1 km is the optimal grid scale for the environmental radio frequency electromagnetic radiation measurement in the urban area in type II big cities represented by Nantong in China.

public exposure；radio frequency electromagnetic radiation；regional monitoring；the optimal grid scale

A

1674-5124（2017）08-0024-04

2016-09-20；

2016-11-08

江蘇省環(huán)?？蒲许?xiàng)目（2014030）；南通市科技計(jì)劃項(xiàng)目（HS2014022）

武攀峰（1979-），男，山西孝義市人，高級(jí)工程師，碩士，主要從事環(huán)境監(jiān)測(cè)與研究工作。

10.11857/j.issn.1674-5124.2017.08.006