基于GIS的车载环境电磁辐射监测系统的设计与应用

【摘要】文章提出了一种集成运用综合场强测量、频谱分析、GPs、Gls技术的车载环境电磁辐射监测系统，详细分析了系统的需求分析、硬件、软件和特点，最后给出了该系统成功应用于广东省21个地级城市区域电磁辐射水平调查和佛山市移动通信基站规划的效果。

【关键词】GIS　车载系统　电磁辐射　环境监测

随着社会经济和科技的发展，电磁辐射源的数量不断增加。特别是移动通信基站的数量增长迅速。到2006年底，广东省境内有超过27000个基站，平均每6.6km2就有1个基站，在城市人口密集区甚至可达到每0.25km2就有1个基站。1999年5月，国家环保总局将电磁辐射污染列为继大气污染、水污染和噪声污染之后的第4大污染。国内相关单位在20世纪80年代后相继开展了电磁辐射水平的调查和研究，各地如浙江、北京、上海、山东、云南等地环保部门也加强了对电磁辐射污染的监测。但这些监测主要针对单个电磁辐射源，以点为主，对城市区域内大量电磁辐射源分布产生的面的影响研究较少。

针对城市区域内电磁辐射源特别是移动通信基站数量多、分布广、影响面大的特点，我们开发了一套能快速、高效、全面地对区域电磁辐射水平进行监测和分析的基于GIS(Geographic lnformaljon System)的车载环境电磁辐射监测系统(以下简称“车载系统”)。该系统是国内首个车载环境电磁辐射监测系统，能够高效地完成区域电磁辐射水平调查，为区域移动通信基站环境影响评价、城市移动通信基站规划提供基础数据。

1　需求分析

1.1　测量部分

车载系统应既可以进行频谱分析、无线电干扰测量。又可进行综合场强测量：

(1)频率范围：9kHz～3GHz(频谱分析测量)、100kHz一18GHz(综合场强测量)；

(2)测量对象：0.15MHz～30MHz输变电系统无线电干扰测量、87MHz～110MHz广播信号场强测量、200MHz～700MHz电视与寻呼信号场强测量、870MHz～960MHz与1800MHz以及3G移动通信测量；

(3)测量天线：各个频段应配有相应的天线，并且这些天线应有较高的灵敏度，能满足环境移动监测的要求；

(4)应具有准峰值、峰值、平均值等检波功能；

(5)带宽200Hz、9kHz、120kHz和1MHz等；

(6)频率分辨率0.01Hz。

1.2　数据分析部分

可对实测数据进行统计、分析，能进行辐射源数据的输八、统计、分析和环境影响预测分析。

1.3　GIS和可视化部分

应包含数字地图各项基本功能，可将分析后的实测数据和预测数据以网格、等值线和半透明的形式覆盖在地图上，生成区域电磁辐射水平分布地图。

1.4　电源部分

能提供三种供电方式：市电供电、UPS电池组供电、汽车发电机结合逆变器供电，三种供电方式可以相互结合，互为补充。

2　硬件系统

车载无线电监测系统在无线电管理委员会的监测机构已得到广泛应用，主要由无线电频谱分析仪和测向系统组成，目的是了解无线电信号的频率、强度和方位。但是这种系统只能部分满足车载环境电磁辐射监测系统的需求，而作为环境电磁辐射的监测和管理部门。还需了解环境电磁辐射的总量和区域总体分布情况。因此，在车载系统设计过程中。我们将电磁辐射综合场强仪集成到系统内，这是国内第一个此类环境电磁辐射移动监测系统。

车载系统的硬件部分主要由EMR300电磁辐射综合场强仪、ESPl3测试接收机、天馈线系统、供电系统、避雷系统、供电系统集成通用设备、车辆等组成，具体描述见表1，详细硬件系统连接见图1：

3　软件系统

车载系统运行环境：

(1)硬件支撑环境：CPU P4 2G以上。RAM 1G。硬盘80G以上；

(2)软件支撑环境：Windows 2000 SP4。数据库管理系统：SQL SERVER 2000；Client软件：SQL SERVER2000 Cllent端软件，SQL SERVER 2000 ODBC接口驱动程序；

(3)地图环境：MapX5.0。

车载系统集成软件的功能主要有电磁辐射监测、分析、数据统计、地图控制、地理属性、管理等。

3.1　监测模块功能

此模块主要是将ESPl3测试接收机和EMR300电磁辐射分析仪的测量数据实时地显示和存储。ESPi3测试接收机可以完成一般频谱仪的功能：电平测量、频率测量、频段测量(频段扫描)、频谱分析、时域分析，通过控制软件可以自动进行任务测量，用户可以根据需要设置开始和结束测量时间以及测量类型，测量仪器根据用户的设置自动启动、停止和记录。EMR300电磁辐射分析仪通过光纤将测量数据实时传送给控制系统，测量时间间隔可达每秒1个数据，控制系统将测量数据与GPS定位数据同时存储。

3.2　统计数据模块

此模块主要是在仪器测量后对测量数据进行统计分析，能够让用户清晰地了解某一区域的电磁辐射分布情况。用户可以在地图上选择一定网格大小的(可任意设定，城市一般为500m×500m)区域并设置测量时间段以及测量类型。最终生成包含有网格编号、最大值、最小值、均值、均方根值等信息的统计报表。

3.3　分析预测模块

此模块主要通过理论预测模式(自由空间和Okumuta-Hata模式等)和电磁辐射源的各项技术参数，计算出电磁辐射源周围环境电磁辐射水平的空间分布。此模块既可对单个辐射源进行预测分析，又可对区域内的多个辐射源进行计算、分析、叠加。

3.4　GIS和可视化模块功能

此模块包括实测数据和预测数据可视化两部分。实测数据部分通过对EMR300电磁辐射分析仪和GPS获得的区域测量数据按一定的网格大小(一般为500m×500m)进行分析后，将分析结果以不同的颜色半透明地覆盖在数字地图上。预测数据可视化部分利用各电磁辐射源的经纬度在地图上定位后，将预测结果以等值线和不同的颜色半透明地覆盖在数字地图上。

3.5　地图属性模块功能

此模块主要是在地图上进行相关地理信息的操作，包括地图的放大、缩小、地图全览、大地图输出、定位、图层管理、地图导航、距离测量、面积测量、方位角测量、地形剖面分析、地名查询等功能。

3.6　管理模块

此模块主要是对电磁辐射源数据和测量数据进行导入、导出、备份，以及对软件系统进行日常的管理和维护，包括用户管理、日志管理、系统参数管理等。

4　车载系统的特点

车载系统具有以下特点：

(1)这是国内辐射监测领域的第一套车载环境电磁辐射监测系统，对全国车载环境电磁辐射监测系统的建设具有借鉴和指导意义；目前江苏省辐射环境监测管理站已据此技术建立国内第二套车载环境电磁辐射监测系统。

(2)系统测量频率为9kHz～18GHz，基本覆盖了一般环境中存在的各种电磁辐射源的发射频率。

(3)系统首次成功将综合场强测量和频谱分析集成在一起，既可了解环境电磁辐射的总体情况，又可以对单个或多个电磁辐射源进行详细分析，做到点面结合。

(4)系统的监测分析软件包含了GPS全球定位和地理信息分析功能，可以将现场调查和预测结果以不同的颜色非常直观地覆盖在地图上，形成区域电磁辐射水平分布地图。

(5)系统可以对电磁辐射事故或投诉做出快速反应，并可高效地进行大范围的调查监测。

(6)系统可以为区域电磁辐射源的规划、建设提供环境电磁辐射现状及预测结果。

5　车载系统的应用

车载系统主要用于区域电磁辐射水平调查、电磁辐射源的区域规划和区域移动通信基站环境影响评价方面。目前，广东省环境辐射研究监测中心已利用这套系统完成广东省21个地级市主城区的电磁辐射水平调查(结果见表2)和佛山市电磁辐射水平调查(用于电磁辐射源区域规划)。

由表2可知，广东省21个地级市主城区电磁辐射总体处于较低的水平，远小于《电磁辐射防护规定》(GB8702-88)中对各频段限值的要求，尚有一定的电磁辐射环境容量。

佛山市移动通信基站规划调查包括对禅城区、南海区、顺德区、三水区、高明区的主城区的调查，顺德区的调查结果见图2。