基于GIS的車載環境電磁輻射監測系統的設計與應用

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技術的車載環境電磁輻射監測系統，詳細分析了系統的需求分析、硬件、軟件和特點，最后給出了該系統成功應用于廣東省21個地級城市區域電磁輻射水平調查和佛山市移動通信基站規劃的效果。

【關鍵詞】GIS車載系統電磁輻射環境監測

隨著社會經濟和科技的發展，電磁輻射源的數量不斷增加。特別是移動通信基站的數量增長迅速。到2006年底，廣東省境內有超過27000個基站，平均每6.6km2就有1個基站，在城市人口密集區甚至可達到每0.25km2就有1個基站。1999年5月，國家環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。國內相關單位在20世紀80年代后相繼開展了電磁輻射水平的調查和研究，各地如浙江、北京、上海、山東、云南等地環保部門也加強了對電磁輻射污染的監測。但這些監測主要針對單個電磁輻射源，以點為主，對城市區域內大量電磁輻射源分布產生的面的影響研究較少。

針對城市區域內電磁輻射源特別是移動通信基站數量多、分布廣、影響面大的特點，我們開發了一套能快速、高效、全面地對區域電磁輻射水平進行監測和分析的基于GIS(Geographic lnformaljon System)的車載環境電磁輻射監測系統(以下簡稱“車載系統”)。該系統是國內首個車載環境電磁輻射監測系統，能夠高效地完成區域電磁輻射水平調查，為區域移動通信基站環境影響評價、城市移動通信基站規劃提供基礎數據。

1需求分析

1.1測量部分

車載系統應既可以進行頻譜分析、無線電干擾測量。又可進行綜合場強測量：

(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：各個頻段應配有相應的天線，并且這些天線應有較高的靈敏度，能滿足環境移動監測的要求；

(4)應具有準峰值、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數據分析部分

可對實測數據進行統計、分析，能進行輻射源數據的輸八、統計、分析和環境影響預測分析。

1.3GIS和可視化部分

應包含數字地圖各項基本功能，可將分析后的實測數據和預測數據以網格、等值線和半透明的形式覆蓋在地圖上，生成區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、汽車發電機結合逆變器供電，三種供電方式可以相互結合，互為補充。

2硬件系統

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

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

3軟件系統

車載系統運行環境：

(1)硬件支撐環境：CPU P4 2G以上。RAM 1G。硬盤80G以上；

(2)軟件支撐環境：Windows 2000 SP4。數據庫管理系統：SQL SERVER 2000；Client軟件：SQL SERVER2000 Cllent端軟件，SQL SERVER 2000 ODBC接口驅動程序；

(3)地圖環境：MapX5.0。

車載系統集成軟件的功能主要有電磁輻射監測、分析、數據統計、地圖控制、地理屬性、管理等。

3.1監測模塊功能

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據實時地顯示和存儲。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行任務測量，用戶可以根據需要設置開始和結束測量時間以及測量類型，測量儀器根據用戶的設置自動啟動、停止和記錄。EMR300電磁輻射分析儀通過光纖將測量數據實時傳送給控制系統，測量時間間隔可達每秒1個數據，控制系統將測量數據與GPS定位數據同時存儲。

3.2統計數據模塊

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

3.3分析預測模塊

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

3.4GIS和可視化模塊功能

此模塊包括實測數據和預測數據可視化兩部分。實測數據部分通過對EMR300電磁輻射分析儀和GPS獲得的區域測量數據按一定的網格大小(一般為500m×500m)進行分析后，將分析結果以不同的顏色半透明地覆蓋在數字地圖上。預測數據可視化部分利用各電磁輻射源的經緯度在地圖上定位后，將預測結果以等值線和不同的顏色半透明地覆蓋在數字地圖上。

3.5地圖屬性模塊功能

此模塊主要是在地圖上進行相關地理信息的操作，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據和測量數據進行導入、導出、備份，以及對軟件系統進行日常的管理和維護，包括用戶管理、日志管理、系統參數管理等。

4車載系統的特點

車載系統具有以下特點：

(1)這是國內輻射監測領域的第一套車載環境電磁輻射監測系統，對全國車載環境電磁輻射監測系統的建設具有借鑒和指導意義；目前江蘇省輻射環境監測管理站已據此技術建立國內第二套車載環境電磁輻射監測系統。

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

(3)系統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行詳細分析，做到點面結合。

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

(5)系統可以對電磁輻射事故或投訴做出快速反應，并可高效地進行大范圍的調查監測。

(6)系統可以為區域電磁輻射源的規劃、建設提供環境電磁輻射現狀及預測結果。

5車載系統的應用

車載系統主要用于區域電磁輻射水平調查、電磁輻射源的區域規劃和區域移動通信基站環境影響評價方面。目前，廣東省環境輻射研究監測中心已利用這套系統完成廣東省21個地級市主城區的電磁輻射水平調查(結果見表2)和佛山市電磁輻射水平調查(用于電磁輻射源區域規劃)。

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

佛山市移動通信基站規劃調查包括對禪城區、南海區、順德區、三水區、高明區的主城區的調查，順德區的調查結果見圖2。