北京市環(huán)境電磁輻射自動站數據分析及網絡建設

徐輝，宋福祥，阮黎東，佟晶，尚致楠，李飛

(1. 北京市輻射安全技術中心，北京 100089；2. 北京市環(huán)境保護局，北京 100048)

北京市環(huán)境電磁輻射自動站數據分析及網絡建設

徐輝1，宋福祥2，阮黎東2，佟晶1，尚致楠1，李飛1

(1. 北京市輻射安全技術中心，北京 100089；2. 北京市環(huán)境保護局，北京 100048)

選取北京市環(huán)境電磁輻射自動監(jiān)測站點2年多的數據，利用SPSS統(tǒng)計軟件，對各站點數據進行了主要電磁輻射源、長期數據趨勢、各站點時間代表性分析；并結合網格法監(jiān)測數據，對自動站點空間代表性進行分析。結果表明， 5個環(huán)境電磁輻射自動站周圍主要電磁輻射源均為移動通信基站；其總體電磁輻射水平為0.69～0.97 V/m，低于北京市1 V/m的電磁輻射環(huán)境本底水平，且單站點連續(xù)12個月的監(jiān)測數據可以描述該點位電磁輻射平均水平和變化趨勢；經分析，連續(xù)5年全市網格法電磁輻射射頻電場的監(jiān)測數據總體具有較好的一致性，但單站點的電磁輻射水平不能代表所在行政區(qū)的電磁輻射總體水平。提出了電磁輻射自動監(jiān)測網絡建設建議。

電磁輻射；自動監(jiān)測站；監(jiān)測數據；時間代表性；空間代表性；北京

近年來，隨著廣播電視發(fā)射塔周邊房地產開發(fā)項目的增多和移動通信基站的加密建設，電磁輻射對周圍環(huán)境的影響成為了公眾投訴的熱點。愛爾蘭、意大利、希臘等國家在21世紀初建立了電磁環(huán)境自動監(jiān)測系統(tǒng)[1]，對數據進行長期監(jiān)測、分析，以消除公眾疑慮[2]。北京于2014年建立了射頻電磁輻射自動監(jiān)測系統(tǒng)，布設了10余個監(jiān)測點位，包括電磁輻射環(huán)境及大型電磁輻射源周圍自動監(jiān)測點位?，F(xiàn)對5個環(huán)境電磁輻射自動監(jiān)測站點2年多的數據進行相關性和長期趨勢研究，提出電磁輻射自動監(jiān)測網絡建設建議。

1 研究方法

1.1 自動站布設

北京城6個區(qū)中的5個行政區(qū)各布設了一個環(huán)境自動監(jiān)測點，長期監(jiān)測環(huán)境電磁輻射水平。5個站點中4個布設于公園，1個布設于辦公、居民區(qū)中；從離地高度分，4個位于人群不易到達的屋頂或山坡上，只有1個位于人群活動較少的地面，以有效防止人為干擾。

由于北京市區(qū)移動通信基站的覆蓋范圍為300～500 m，因此每個環(huán)境站點在可見視線內均有基站的存在，見表1。

表1 各站點6 min RMS數據中寬帶與基站合成電場強度相關系數統(tǒng)計

1.2 自動站監(jiān)測設備

5個環(huán)境電磁輻射自動監(jiān)測設備主機為Narda公司的AMB 8057/03，探頭為四合一的EP-4B-02，監(jiān)測4個頻段，其中1個是寬帶綜合場強，3個是移動通信基站頻帶，頻率分別為0.1～7 000 MHz，925～960 MHz，1 805～1 880 MHz和 2 110～2 170 MHz；測量值分別為0.2～200和0.03～30 V/m。1.3 自動站監(jiān)測數據

自動監(jiān)測設備基礎數據為6 min RMS均值，在本地數采設備中存儲并傳回中心機房數據庫，后處理為小時均值、日均值、月均值、年均值等統(tǒng)計值，每條數據記錄包括寬帶和3個窄帶的電場強度RMS均值和最大值。調取了5個自動站2014和2015年全年6 min RMS均值數據，及2016年部分數據，對數據進行篩選后重新進行日、月等均值計算。

2 數據分析

2.1 自動站點周圍主要電磁輻射源

自動站每條6 min RMS數據包含寬帶電場強度和3個移動通信頻段的窄帶電場強度值，將3個窄帶電場強度合成記作基站合成電場強度，并與寬帶電場強度值進行泊松相關性分析，以判斷基站是否為主要電磁輻射源。

5個自動站的寬帶綜合電場強度值與基站合成電場強度值的泊松相關系數為0.660～0.982，均為強相關，說明5個環(huán)境自動站點接收的電磁輻射主要來自移動通信基站。

2.2 自動站點電磁輻射水平長期變化規(guī)律

將各自動站2014—2016年篩選后的日均綜合場強值用SPSS制成箱式圖，見圖1。因各站點日均值經K-S檢驗為非正態(tài)分布，因此用中位值、四分位間距(IQR)分別描述數據的平均水平和離散程度。自動站點2014—2016年日均值變化趨勢見圖2(a)(b)。

圖1 各站點綜合電場強度日均值的箱式圖

圖2 自動站點2014—2016年日均值變化趨勢

(1)長期電磁輻射水平：各站點日均值的中位值，代表了站點所在位置的長期綜合電場強度平均水平。由圖1可見，東城區(qū)和石景山區(qū)站點的綜合電場強度中位值較高，分別為0.97和0.91 V/m，豐臺區(qū)和西城區(qū)較低，分別為0.71和0.69 V/m，朝陽區(qū)為0.76 V/m。

(2)長期電磁輻射變化趨勢：各站點日均值的四分位距(IQR)，反映了各站點綜合電場強度長期變化的穩(wěn)定性，由圖1可見，石景山區(qū)和西城區(qū)站點的IQR最低，均為0.09，即圖1中長方形箱子最短，說明這2個站點的日均值長期變化趨勢較平穩(wěn)；豐臺區(qū)和東城區(qū)站點IQR值分別為0.14和0.17，日均值長期變化也不大；朝陽區(qū)IQR值達到0.54，說明朝陽區(qū)2年多的日均值起伏較大。

由圖2(a)可見，朝陽區(qū)日均值偏高與偏低的時間段較集中，2014年10月—2015年9月日均值有較大增長，>1 V/m，這段時間前后基本處于<0.7 V/m的狀態(tài)，因此在集中時間段內日均值變化也較平穩(wěn)。

(3)異常值：圖中各長方形箱子內的橫線為中位值，箱子上、下邊緣分別為3/4值和1/4值，其往上、往下1.5倍IQR達到的線分別為上緣值和下緣值，處于上緣值和下緣值之外的圓點為異常值，*為離群值。

圖1顯示東城區(qū)站點中數值偏低的異常值較多；圖2(b)顯示該站點在每年元旦至正月十五之間數據偏低，分析原因，可能由于該站點位于公園內，春節(jié)期間人流較少使移動基站話務量下降，因此電場強度值變小。

2.3 自動站點監(jiān)測數據時間代表性

以月均值為基礎數據，每個站點連續(xù)12個月的月均值分成2組，每組約12個數據，用SPSS進行各站點不同年度間顯著性差異分析。各自動站點連續(xù)12個月均值的差異性分析結果統(tǒng)計見表2。

由表2可見，除東城區(qū)外，其他4個站點的sig.值均>0.05，表明各站點2個連續(xù)12個月的月均值數據具有一致性，即如果周圍環(huán)境和主要電磁輻射源工況起伏不大時，連續(xù)監(jiān)測12個月的數據可以代表該點的長期電磁輻射變化水平和趨勢。東城區(qū)的sig.值<0.05，表明2個連續(xù)12個月的月均值有差異。

對2組數據時間段內的6 min RMS值的百分位數絕對差值及相對差值進行進一步分析。以6 min RMS值為基礎數據，各站點以連續(xù)12個月數據為1組，計算百分位數值，繪制曲線圖，見圖3(a)(b)(c)(d)(e)。

表2 各自動站點連續(xù)12個月均值的差異性分析結果統(tǒng)計

①(95%置信度)Sig.值>0.05，沒有顯著性差異；Sig.值<0.05，有顯著性差異。

圖3 各站點2個連續(xù)12個月的6min RMS 百分位數對比

由圖3(a)(b)(c)(d)(e)可見，朝陽區(qū)、石景山區(qū)和西城區(qū)站點2個連續(xù)12個月的百分位數值非常接近，尤其是石景山區(qū)2條線基本重合，說明2組數據變化趨勢最接近，與表2中石景山區(qū)顯著性水平sig.值最大相吻合；豐臺區(qū)2條曲線變化趨勢相對較大，因此與朝陽區(qū)、石景山區(qū)和西城區(qū)相比sig.值也最小，但>0.05；東城區(qū)在20%處出現(xiàn)折點，即2015年80%的數據要低于2014年數據，且2條曲線差距幅度較大，顯著性水平sig.值<0.05。對各站點2組百分位數進行絕對差值和相對差值的均值計算，結果見圖4。

圖4 各站點連續(xù)2個12個月的6min RMS百分位數絕對和相對差值對比

由圖4可見，除東城區(qū)站點外，其他站點百分位數絕對差值均值均<0.08 V/m，相對差值均值均<10%，其中石景山區(qū)站點絕對差值均值為0.02 V/m，說明該站點電磁輻射水平變化幅度非常小，變化趨于穩(wěn)定；從SPSS統(tǒng)計分析可知，東城區(qū)站點2個12個月時間段射頻電磁輻射水平有顯著差異。2組數據百分位數絕對差值均值為0.12 V/m，相對差值均值為13.67%，與12 V/m標準限值及1 V/m的環(huán)境平均本底水平相比變化幅度并不突出，變化原因可能與周圍環(huán)境變化、鄰近基站工況變化等相關，但由于無法實時跟蹤這些情況的變化，因此不能準確判斷原因。

綜上所述，5個站點中除東城區(qū)站點外，其他4個站點連續(xù)12個月的監(jiān)測數據可以代表該站點電磁輻射水平；東城區(qū)站點2個連續(xù)12個月監(jiān)測數據雖然有差異，但百分位數絕對差值也只有全市電磁輻射本底水平的1/100，變化并不明顯。

2.4 自動站點監(jiān)測數據空間代表性

北京市從2009—2013年連續(xù)5年進行了全市網格法電磁輻射工頻電磁場和射頻電場監(jiān)測，每個網格大小為2 km×2 km，全市共352個網格，其中5個電磁輻射自動站點所在的5個行政區(qū)為朝陽、東城、豐臺、石景山和西城區(qū)，共156個網格。

2.4.1 網格法監(jiān)測數據年度代表性分析

網格法監(jiān)測數據年度代表性分析：利用SPSS統(tǒng)計軟件的單因素方差分析，對156個網格5年的射頻電場監(jiān)測數據進行差異性分析，當顯著性水平>0.05時表示5年的監(jiān)測數據具有一致性。單個行政區(qū)5年網格法監(jiān)測數據單因素方差分析結果統(tǒng)計見表3。

表3 單個行政區(qū)5年網格法監(jiān)測數據單因素方差 分析結果統(tǒng)計

①2009—2013年；②方差齊性Sig.值>0.05，表明方差齊性，Sig.值<0.05，表明方差非齊性，不能進一步分析；③Sig.值>0.05，沒有顯著性差異，Sig.值<0.05，有顯著性差異。

由表3可見，每個行政區(qū)單因素方差分析顯著性水平均>0.05，表明各行政區(qū)網格法每年監(jiān)測的數據具有一致性，即各行政區(qū)每年的網格法監(jiān)測值均可表征該區(qū)域電磁輻射總體水平。

2.4.2 站點空間代表性分析

用網格法在各自動站點所在行政區(qū)進行監(jiān)測得到的5年均值作為一個數據組，各站點自動監(jiān)測數據的2年均值作為檢驗值，將各站點網格法數據組與檢驗值用單個樣本檢驗方法進行差異性分析，當顯著性水平>0.05時，表示監(jiān)測數據能代表該站點所在行政區(qū)的總體電磁輻射水平。各行政區(qū)網格監(jiān)測數據與自動站電場強度均值的單個樣本檢驗結果見表4。

表4 各行政區(qū)網格監(jiān)測數據與自動站電場強度均值的 單個樣本檢驗結果

①2009—2013年;②Sig.值>0.05，沒有顯著性差異，Sig.值<0.05，有顯著性差異。

由表4可見，各站點2年綜合電場強度均值與所在行政區(qū)網格法5年監(jiān)測數據的單個樣本檢驗結果均<0.05，表明每個行政區(qū)內布設單個自動站點的長期監(jiān)測數據無法代表該行政區(qū)總體電磁輻射水平。

3 結論

(1)經現(xiàn)場勘查及相關性分析可知，5個環(huán)境電磁輻射自動站周圍主要電磁輻射源均為移動通信基站；

(2)連續(xù)運行2年多的5個自動站總體電磁輻射水平為0.69～0.97 V/m，低于北京市1 V/m的電磁輻射環(huán)境本底水平。各站點綜合電場強度的高低與站點位置的選擇有較大的關系[3]，一般情況下離基站越近，測值越高；

(3)周圍電磁環(huán)境無明顯變化的情況下，4個電磁輻射自動站連續(xù)12個月的綜合電場強度值能夠代表該點的電磁輻射水平；東城站點2個連續(xù)12個月的綜合電場強度值雖有差異，但平均絕對差值為0.12 V/m，僅為12 V/m標準限值的1/100；

(4)一年一次的網格法監(jiān)測雖然監(jiān)測時間短，但由于測點多、覆蓋面廣， 因此連續(xù)5年監(jiān)測數據的總體水平具有較好的一致性，監(jiān)測結果表明5年來北京市電磁輻射總體水平沒有顯著變化；

(5)每個行政區(qū)布設一個電磁輻射環(huán)境自動監(jiān)測站，其長期監(jiān)測數據并不能代表該行政區(qū)的電磁輻射總體水平。

4 電磁輻射自動監(jiān)測網絡建設

4.1 自動監(jiān)測網絡建設分析

(1)電磁輻射自動站建設目的。歐盟等國家建立電磁輻射自動站網絡的主要目的是應對公眾對電磁輻射影響的關切[3]，并將自動監(jiān)測數據在網站上公布以消除疑慮。而中國目前建立自動站主要是為了以自動監(jiān)測代替手工監(jiān)測，進行環(huán)境電磁輻射和大型電磁輻射源的監(jiān)測，監(jiān)測數據并未對公眾開放，從而失去一個向公眾宣傳的有效途徑；

(2)電磁輻射自動站點位布設及選址。不同的建設目的決定了監(jiān)測網絡點位布設及選址方案，歐盟的自動站主要布設在學校、醫(yī)院、住宅、政府辦公樓等敏感區(qū)域，以監(jiān)測周圍廣電設施、移動基站等對這些區(qū)域的電磁輻射影響水平，站址選在上述建筑樓頂，由于數據對他們公開，加上政府部門的協(xié)調，因此自動站安裝順暢，便于日后根據需求進行站點變動。而國內安裝自動站主要是為了進行環(huán)境質量監(jiān)測，數據不公開，得不到公眾的理解和支持，且政府各部門之間缺乏資源共享機制，因此站址選擇、安裝非常困難，周期較長，不利于日后站點的遷移；

(3)電磁輻射自動站數量?？紤]到空間代表性，站點數量自然越多越好，但受網絡建設目的、政府關注程度、資金配置等因素影響，站點設備采購數量有限。希臘在2002年、2006年已建設2期電磁輻射自動監(jiān)測網絡，又于2015年底新建了包括513個自動站在內的第三期監(jiān)測網絡[4]，所有數據全部在網站上公布。同時又將多年積累的數據用于深度分析，全面了解電磁輻射源周邊、熱點區(qū)域、敏感點、環(huán)境點及室內的電磁輻射水平，為政府決策和降低居民投訴發(fā)揮了積極作用。而北京市目前射頻自動站只有9個，5個環(huán)境點位，4個電磁輻射源點位，表征效果有限；

(4)電磁輻射自動站最短監(jiān)測時長。意大利電磁輻射自動站要求的最短監(jiān)測時長為2～3周，希臘為6個月。表2結論顯示，北京市電磁輻射環(huán)境自動站1年的監(jiān)測值基本能夠表征該點電磁輻射水平及變化趨勢，因此建議最短監(jiān)測時長為連續(xù)12個月，可根據需要在完成12個月的監(jiān)測后進行點位移動，能更有效地利用自動站。如希臘Pedion 24電磁輻射自動監(jiān)測網絡2006年建設時有21個自動站，通過點位移動目前已實現(xiàn)了231個點位的長期連續(xù)監(jiān)測工作[5]；

(5)電磁輻射自動站移點目的。意大利自動站點位移動的根據是市政府要求或居民投訴需求，主要針對基站或廣播發(fā)射設施周邊的敏感點，對于處于限值臨界點區(qū)域，如居民同意，則長期設點實時監(jiān)控。希臘自動站移點除以需求為導向外，還考慮均衡原則，如在一個行政區(qū)里某個學校設了自動站點，區(qū)域內所有學校都需要輪流設點監(jiān)測；

(6)電磁輻射自動站其他應用。意大利在新建項目環(huán)評階段利用預測軟件進行電磁輻射水平的預測，再利用電磁輻射自動站進行24 h監(jiān)測以驗證預測結果。希臘電磁輻射自動監(jiān)測網絡除配備寬帶電磁輻射自動站外，還采購了多臺電磁輻射選頻自動站，部分安裝在移動車上，在社區(qū)進行多頻段選頻監(jiān)測，不僅能讓公眾了解當地電磁輻射總體水平，還能對周圍電磁輻射源按頻段進行區(qū)分，特別是不同移動通信運營商基站電磁輻射水平的貢獻率。北京在大型廣播電視發(fā)射設施周圍電磁輻射水平調查中，采用自動監(jiān)測設備對天線輻射水平的時間分布等進行24 h或1周連續(xù)監(jiān)測。

4.2 自動監(jiān)測網絡建設建議

(1)自動站點位布設。除大型電磁輻射源周圍設長期自動監(jiān)測站實時監(jiān)督其運行情況外，城市其他區(qū)域的電磁輻射源主要來自移動通信基站，因此點位應布設在醫(yī)院、學校、政府部門等樓頂平臺，如果居民同意，可以在住宅樓頂架設；

(2)自動站監(jiān)測方式。射頻寬帶自動站布設運行后，可不定期使用選頻自動站摸清該點的電磁輻射源組成及各自電磁輻射貢獻率，以便掌握該點電磁輻射變化的原因；

(3)自動監(jiān)測數據公開。以各電磁輻射自動監(jiān)測站為基礎網絡，建立電磁輻射自動監(jiān)測數據信息系統(tǒng)，與地理信息平臺相融合，并允許公眾登錄系統(tǒng)查詢相關數據[6]；

(4)自動站在電磁輻射水平調查項目中的應用。用寬帶電磁輻射自動站在大型電磁輻射設施調查中進行時間分布監(jiān)測，并結合選頻自動站說清該輻射源對該點電磁輻射水平的貢獻率[7]；

(5)電磁輻射環(huán)境質量表征方法。歐盟國家要求電磁輻射自動監(jiān)測數據不能作為電磁輻射環(huán)境質量評價依據，因為如果數據偏離變化規(guī)律曲線，則無法判斷是自動站周圍人為因素影響還是電磁輻射水平的本身變化，因此只能作為電磁輻射水平變化規(guī)律的依據。由表4可知，區(qū)域內單個自動站監(jiān)測數據在空間上沒有代表性，而網格法監(jiān)測完全可以表征大區(qū)域的環(huán)境電磁輻射水平。國際電信聯(lián)盟(ITU)的《繪制射頻電磁場強地圖》(K113)提出了用車載巡測法、模型預測法繪制射頻電磁輻射場強地圖表征區(qū)域電磁輻射水平[8]，研究采用車載巡測法，網格大小為0.5 km×0.5 km，結合寬帶和選頻自動站，以一個網格內的平均數據作為該網格的電磁輻射水平，然后用不同顏色表征不同的電磁輻射水平，最后繪制電磁輻射地圖來表征城市的電磁輻射環(huán)境質量。

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Data Analysis of Environmental EMF Continuous Monitoring Stations and Its Network Construction Suggestions in Beijing Area

XU Hui1， SONG Fu-xiang2， RUAN Li-dong2， TONG Jing1， SHANG Zhi-nan1，LI Fei1

(1.BeijingRadiationSafetyTechnicalCenter，Beijing100089，China； 2.BeijingMunicipalEnvironmentalProtectionBureau，Beijing100048，China)

Retrieve， filter and reprocess over 2-year data from Beijing five environmental continuous monitoring stations of electromagnetic field (EMF)， to conduct 4 analyzing tasks with statistical software—SPSS， which includes determining main EMF sources in the vicinity of the monitoring station， interpreting long term trends of EMF，analyzing temporal representative on the basis of one year measurements， and combining grid data to analyze spacial representative. It reveals that the dominant electromagnetic radiation sources are telecommunication base stations in the vicinity of 5 environmental continuous monitoring stations； and the EMF levels range from 0.69 to 0.97 V/m， which are lower than the background level of 1V/m of Beijing and 12-month continious monitoring data of one station could describe the average EMF level and variation trend； Moreover， the results show that consecutive 5-year EMF levels of radio frequency in Beijing area with grid method have better consistency， but long term average level of one station could not represent the level of the district where the station located.Based on the analyzing results， suggestions on selection， minimum monitoring periods and so on have been discussed and put forward.

Electromagnetic radiation；Continuous monitoring station；Monitoring data； Time representative；Spacial representative； Beijing

10.3969/j.issn.1674-6732.2017.02.015

2016-09-05；

2016-11-09

徐輝(1971—)，女，高級工程師，本科，主要從事噪聲和電磁輻射監(jiān)測、科研工作。

X839

B

1674-6732(2017)02-0058-06