北京市环境电磁辐射自动站数据分析及网络建设

徐辉，宋福祥，阮黎东，佟晶，尚致楠，李飞

(1. 北京市辐射安全技术中心，北京 100089；2. 北京市环境保护局，北京 100048)

北京市环境电磁辐射自动站数据分析及网络建设

徐辉1，宋福祥2，阮黎东2，佟晶1，尚致楠1，李飞1

(1. 北京市辐射安全技术中心，北京 100089；2. 北京市环境保护局，北京 100048)

选取北京市环境电磁辐射自动监测站点2年多的数据，利用SPSS统计软件，对各站点数据进行了主要电磁辐射源、长期数据趋势、各站点时间代表性分析；并结合网格法监测数据，对自动站点空间代表性进行分析。结果表明， 5个环境电磁辐射自动站周围主要电磁辐射源均为移动通信基站；其总体电磁辐射水平为0.69～0.97 V/m，低于北京市1 V/m的电磁辐射环境本底水平，且单站点连续12个月的监测数据可以描述该点位电磁辐射平均水平和变化趋势；经分析，连续5年全市网格法电磁辐射射频电场的监测数据总体具有较好的一致性，但单站点的电磁辐射水平不能代表所在行政区的电磁辐射总体水平。提出了电磁辐射自动监测网络建设建议。

电磁辐射；自动监测站；监测数据；时间代表性；空间代表性；北京

近年来，随着广播电视发射塔周边房地产开发项目的增多和移动通信基站的加密建设，电磁辐射对周围环境的影响成为了公众投诉的热点。爱尔兰、意大利、希腊等国家在21世纪初建立了电磁环境自动监测系统[1]，对数据进行长期监测、分析，以消除公众疑虑[2]。北京于2014年建立了射频电磁辐射自动监测系统，布设了10余个监测点位，包括电磁辐射环境及大型电磁辐射源周围自动监测点位。现对5个环境电磁辐射自动监测站点2年多的数据进行相关性和长期趋势研究，提出电磁辐射自动监测网络建设建议。

1 研究方法

1.1 自动站布设

北京城6个区中的5个行政区各布设了一个环境自动监测点，长期监测环境电磁辐射水平。5个站点中4个布设于公园，1个布设于办公、居民区中；从离地高度分，4个位于人群不易到达的屋顶或山坡上，只有1个位于人群活动较少的地面，以有效防止人为干扰。

由于北京市区移动通信基站的覆盖范围为300～500 m，因此每个环境站点在可见视线内均有基站的存在，见表1。

表1 各站点6 min RMS数据中宽带与基站合成电场强度相关系数统计

1.2 自动站监测设备

5个环境电磁辐射自动监测设备主机为Narda公司的AMB 8057/03，探头为四合一的EP-4B-02，监测4个频段，其中1个是宽带综合场强，3个是移动通信基站频带，频率分别为0.1～7 000 MHz，925～960 MHz，1 805～1 880 MHz和 2 110～2 170 MHz；测量值分别为0.2～200和0.03～30 V/m。1.3 自动站监测数据

自动监测设备基础数据为6 min RMS均值，在本地数采设备中存储并传回中心机房数据库，后处理为小时均值、日均值、月均值、年均值等统计值，每条数据记录包括宽带和3个窄带的电场强度RMS均值和最大值。调取了5个自动站2014和2015年全年6 min RMS均值数据，及2016年部分数据，对数据进行筛选后重新进行日、月等均值计算。

2 数据分析

2.1 自动站点周围主要电磁辐射源

自动站每条6 min RMS数据包含宽带电场强度和3个移动通信频段的窄带电场强度值，将3个窄带电场强度合成记作基站合成电场强度，并与宽带电场强度值进行泊松相关性分析，以判断基站是否为主要电磁辐射源。

5个自动站的宽带综合电场强度值与基站合成电场强度值的泊松相关系数为0.660～0.982，均为强相关，说明5个环境自动站点接收的电磁辐射主要来自移动通信基站。

2.2 自动站点电磁辐射水平长期变化规律

将各自动站2014—2016年筛选后的日均综合场强值用SPSS制成箱式图，见图1。因各站点日均值经K-S检验为非正态分布，因此用中位值、四分位间距(IQR)分别描述数据的平均水平和离散程度。自动站点2014—2016年日均值变化趋势见图2(a)(b)。

图1 各站点综合电场强度日均值的箱式图

图2 自动站点2014—2016年日均值变化趋势

(1)长期电磁辐射水平：各站点日均值的中位值，代表了站点所在位置的长期综合电场强度平均水平。由图1可见，东城区和石景山区站点的综合电场强度中位值较高，分别为0.97和0.91 V/m，丰台区和西城区较低，分别为0.71和0.69 V/m，朝阳区为0.76 V/m。

(2)长期电磁辐射变化趋势：各站点日均值的四分位距(IQR)，反映了各站点综合电场强度长期变化的稳定性，由图1可见，石景山区和西城区站点的IQR最低，均为0.09，即图1中长方形箱子最短，说明这2个站点的日均值长期变化趋势较平稳；丰台区和东城区站点IQR值分别为0.14和0.17，日均值长期变化也不大；朝阳区IQR值达到0.54，说明朝阳区2年多的日均值起伏较大。

由图2(a)可见，朝阳区日均值偏高与偏低的时间段较集中，2014年10月—2015年9月日均值有较大增长，>1 V/m，这段时间前后基本处于<0.7 V/m的状态，因此在集中时间段内日均值变化也较平稳。

(3)异常值：图中各长方形箱子内的横线为中位值，箱子上、下边缘分别为3/4值和1/4值，其往上、往下1.5倍IQR达到的线分别为上缘值和下缘值，处于上缘值和下缘值之外的圆点为异常值，*为离群值。

图1显示东城区站点中数值偏低的异常值较多；图2(b)显示该站点在每年元旦至正月十五之间数据偏低，分析原因，可能由于该站点位于公园内，春节期间人流较少使移动基站话务量下降，因此电场强度值变小。

2.3 自动站点监测数据时间代表性

以月均值为基础数据，每个站点连续12个月的月均值分成2组，每组约12个数据，用SPSS进行各站点不同年度间显著性差异分析。各自动站点连续12个月均值的差异性分析结果统计见表2。

由表2可见，除东城区外，其他4个站点的sig.值均>0.05，表明各站点2个连续12个月的月均值数据具有一致性，即如果周围环境和主要电磁辐射源工况起伏不大时，连续监测12个月的数据可以代表该点的长期电磁辐射变化水平和趋势。东城区的sig.值<0.05，表明2个连续12个月的月均值有差异。

对2组数据时间段内的6 min RMS值的百分位数绝对差值及相对差值进行进一步分析。以6 min RMS值为基础数据，各站点以连续12个月数据为1组，计算百分位数值，绘制曲线图，见图3(a)(b)(c)(d)(e)。

表2 各自动站点连续12个月均值的差异性分析结果统计

①(95%置信度)Sig.值>0.05，没有显著性差异；Sig.值<0.05，有显著性差异。

图3 各站点2个连续12个月的6min RMS 百分位数对比

由图3(a)(b)(c)(d)(e)可见，朝阳区、石景山区和西城区站点2个连续12个月的百分位数值非常接近，尤其是石景山区2条线基本重合，说明2组数据变化趋势最接近，与表2中石景山区显著性水平sig.值最大相吻合；丰台区2条曲线变化趋势相对较大，因此与朝阳区、石景山区和西城区相比sig.值也最小，但>0.05；东城区在20%处出现折点，即2015年80%的数据要低于2014年数据，且2条曲线差距幅度较大，显著性水平sig.值<0.05。对各站点2组百分位数进行绝对差值和相对差值的均值计算，结果见图4。

图4 各站点连续2个12个月的6min RMS百分位数绝对和相对差值对比

由图4可见，除东城区站点外，其他站点百分位数绝对差值均值均<0.08 V/m，相对差值均值均<10%，其中石景山区站点绝对差值均值为0.02 V/m，说明该站点电磁辐射水平变化幅度非常小，变化趋于稳定；从SPSS统计分析可知，东城区站点2个12个月时间段射频电磁辐射水平有显著差异。2组数据百分位数绝对差值均值为0.12 V/m，相对差值均值为13.67%，与12 V/m标准限值及1 V/m的环境平均本底水平相比变化幅度并不突出，变化原因可能与周围环境变化、邻近基站工况变化等相关，但由于无法实时跟踪这些情况的变化，因此不能准确判断原因。

综上所述，5个站点中除东城区站点外，其他4个站点连续12个月的监测数据可以代表该站点电磁辐射水平；东城区站点2个连续12个月监测数据虽然有差异，但百分位数绝对差值也只有全市电磁辐射本底水平的1/100，变化并不明显。

2.4 自动站点监测数据空间代表性

北京市从2009—2013年连续5年进行了全市网格法电磁辐射工频电磁场和射频电场监测，每个网格大小为2 km×2 km，全市共352个网格，其中5个电磁辐射自动站点所在的5个行政区为朝阳、东城、丰台、石景山和西城区，共156个网格。

2.4.1 网格法监测数据年度代表性分析

网格法监测数据年度代表性分析：利用SPSS统计软件的单因素方差分析，对156个网格5年的射频电场监测数据进行差异性分析，当显著性水平>0.05时表示5年的监测数据具有一致性。单个行政区5年网格法监测数据单因素方差分析结果统计见表3。

表3 单个行政区5年网格法监测数据单因素方差 分析结果统计

①2009—2013年；②方差齐性Sig.值>0.05，表明方差齐性，Sig.值<0.05，表明方差非齐性，不能进一步分析；③Sig.值>0.05，没有显著性差异，Sig.值<0.05，有显著性差异。

由表3可见，每个行政区单因素方差分析显著性水平均>0.05，表明各行政区网格法每年监测的数据具有一致性，即各行政区每年的网格法监测值均可表征该区域电磁辐射总体水平。

2.4.2 站点空间代表性分析

用网格法在各自动站点所在行政区进行监测得到的5年均值作为一个数据组，各站点自动监测数据的2年均值作为检验值，将各站点网格法数据组与检验值用单个样本检验方法进行差异性分析，当显著性水平>0.05时，表示监测数据能代表该站点所在行政区的总体电磁辐射水平。各行政区网格监测数据与自动站电场强度均值的单个样本检验结果见表4。

表4 各行政区网格监测数据与自动站电场强度均值的 单个样本检验结果

①2009—2013年;②Sig.值>0.05，没有显著性差异，Sig.值<0.05，有显著性差异。

由表4可见，各站点2年综合电场强度均值与所在行政区网格法5年监测数据的单个样本检验结果均<0.05，表明每个行政区内布设单个自动站点的长期监测数据无法代表该行政区总体电磁辐射水平。

3 结论

(1)经现场勘查及相关性分析可知，5个环境电磁辐射自动站周围主要电磁辐射源均为移动通信基站；

(2)连续运行2年多的5个自动站总体电磁辐射水平为0.69～0.97 V/m，低于北京市1 V/m的电磁辐射环境本底水平。各站点综合电场强度的高低与站点位置的选择有较大的关系[3]，一般情况下离基站越近，测值越高；

(3)周围电磁环境无明显变化的情况下，4个电磁辐射自动站连续12个月的综合电场强度值能够代表该点的电磁辐射水平；东城站点2个连续12个月的综合电场强度值虽有差异，但平均绝对差值为0.12 V/m，仅为12 V/m标准限值的1/100；

(4)一年一次的网格法监测虽然监测时间短，但由于测点多、覆盖面广， 因此连续5年监测数据的总体水平具有较好的一致性，监测结果表明5年来北京市电磁辐射总体水平没有显著变化；

(5)每个行政区布设一个电磁辐射环境自动监测站，其长期监测数据并不能代表该行政区的电磁辐射总体水平。

4 电磁辐射自动监测网络建设

4.1 自动监测网络建设分析

(1)电磁辐射自动站建设目的。欧盟等国家建立电磁辐射自动站网络的主要目的是应对公众对电磁辐射影响的关切[3]，并将自动监测数据在网站上公布以消除疑虑。而中国目前建立自动站主要是为了以自动监测代替手工监测，进行环境电磁辐射和大型电磁辐射源的监测，监测数据并未对公众开放，从而失去一个向公众宣传的有效途径；

(2)电磁辐射自动站点位布设及选址。不同的建设目的决定了监测网络点位布设及选址方案，欧盟的自动站主要布设在学校、医院、住宅、政府办公楼等敏感区域，以监测周围广电设施、移动基站等对这些区域的电磁辐射影响水平，站址选在上述建筑楼顶，由于数据对他们公开，加上政府部门的协调，因此自动站安装顺畅，便于日后根据需求进行站点变动。而国内安装自动站主要是为了进行环境质量监测，数据不公开，得不到公众的理解和支持，且政府各部门之间缺乏资源共享机制，因此站址选择、安装非常困难，周期较长，不利于日后站点的迁移；

(3)电磁辐射自动站数量。考虑到空间代表性，站点数量自然越多越好，但受网络建设目的、政府关注程度、资金配置等因素影响，站点设备采购数量有限。希腊在2002年、2006年已建设2期电磁辐射自动监测网络，又于2015年底新建了包括513个自动站在内的第三期监测网络[4]，所有数据全部在网站上公布。同时又将多年积累的数据用于深度分析，全面了解电磁辐射源周边、热点区域、敏感点、环境点及室内的电磁辐射水平，为政府决策和降低居民投诉发挥了积极作用。而北京市目前射频自动站只有9个，5个环境点位，4个电磁辐射源点位，表征效果有限；

(4)电磁辐射自动站最短监测时长。意大利电磁辐射自动站要求的最短监测时长为2～3周，希腊为6个月。表2结论显示，北京市电磁辐射环境自动站1年的监测值基本能够表征该点电磁辐射水平及变化趋势，因此建议最短监测时长为连续12个月，可根据需要在完成12个月的监测后进行点位移动，能更有效地利用自动站。如希腊Pedion 24电磁辐射自动监测网络2006年建设时有21个自动站，通过点位移动目前已实现了231个点位的长期连续监测工作[5]；

(5)电磁辐射自动站移点目的。意大利自动站点位移动的根据是市政府要求或居民投诉需求，主要针对基站或广播发射设施周边的敏感点，对于处于限值临界点区域，如居民同意，则长期设点实时监控。希腊自动站移点除以需求为导向外，还考虑均衡原则，如在一个行政区里某个学校设了自动站点，区域内所有学校都需要轮流设点监测；

(6)电磁辐射自动站其他应用。意大利在新建项目环评阶段利用预测软件进行电磁辐射水平的预测，再利用电磁辐射自动站进行24 h监测以验证预测结果。希腊电磁辐射自动监测网络除配备宽带电磁辐射自动站外，还采购了多台电磁辐射选频自动站，部分安装在移动车上，在社区进行多频段选频监测，不仅能让公众了解当地电磁辐射总体水平，还能对周围电磁辐射源按频段进行区分，特别是不同移动通信运营商基站电磁辐射水平的贡献率。北京在大型广播电视发射设施周围电磁辐射水平调查中，采用自动监测设备对天线辐射水平的时间分布等进行24 h或1周连续监测。

4.2 自动监测网络建设建议

(1)自动站点位布设。除大型电磁辐射源周围设长期自动监测站实时监督其运行情况外，城市其他区域的电磁辐射源主要来自移动通信基站，因此点位应布设在医院、学校、政府部门等楼顶平台，如果居民同意，可以在住宅楼顶架设；

(2)自动站监测方式。射频宽带自动站布设运行后，可不定期使用选频自动站摸清该点的电磁辐射源组成及各自电磁辐射贡献率，以便掌握该点电磁辐射变化的原因；

(3)自动监测数据公开。以各电磁辐射自动监测站为基础网络，建立电磁辐射自动监测数据信息系统，与地理信息平台相融合，并允许公众登录系统查询相关数据[6]；

(4)自动站在电磁辐射水平调查项目中的应用。用宽带电磁辐射自动站在大型电磁辐射设施调查中进行时间分布监测，并结合选频自动站说清该辐射源对该点电磁辐射水平的贡献率[7]；

(5)电磁辐射环境质量表征方法。欧盟国家要求电磁辐射自动监测数据不能作为电磁辐射环境质量评价依据，因为如果数据偏离变化规律曲线，则无法判断是自动站周围人为因素影响还是电磁辐射水平的本身变化，因此只能作为电磁辐射水平变化规律的依据。由表4可知，区域内单个自动站监测数据在空间上没有代表性，而网格法监测完全可以表征大区域的环境电磁辐射水平。国际电信联盟(ITU)的《绘制射频电磁场强地图》(K113)提出了用车载巡测法、模型预测法绘制射频电磁辐射场强地图表征区域电磁辐射水平[8]，研究采用车载巡测法，网格大小为0.5 km×0.5 km，结合宽带和选频自动站，以一个网格内的平均数据作为该网格的电磁辐射水平，然后用不同颜色表征不同的电磁辐射水平，最后绘制电磁辐射地图来表征城市的电磁辐射环境质量。

[1] NIKOLA D，MIROSLAV P，KAROLINA K L. Information network for continuous electromagnetic fields monitoring[J]. International Journal of Emergency Sciences， 2011，1(4)：516-525.

[2] EFHRAN.Report on the Level of Exposure (frequency， patterns and modulation) in the European Union Part 1： Radiofrequency (RF) radiation[R/OL] . http：//efhran.polimi.it/docs/D4_Report%20on%20the%20level%20of%20exposure%20in%20the%20European%20Union_Oct2010.pdf.

[3] MANASSAS A,BOURSIANIS A，AMARAS T.Continuous electromagnetic radiation monitoring in the environment analysis of the results in Greece[J].Radiation Protection Dosimetry，2012， 151(3)：437-442.

[4] National Observatory of Electromagnetic Fields’ project： A Project for Continuous Measurements of the Electromagnetic Radiation[EB/OL].https：//paratiritirioemf.eeae.gr/.

[5] GOTSIS A, PAPANIKOLAOU N, KNOMNAKOS D,et al.Non-ionizing Electromagnetic radiation monitoring in Greece[J]. Annals of elecommunications，2008， 63(1-2)： 109-123.

[6] 陆炜，姚颖，武攀峰. 楼顶式移动基站电磁辐射污染调查[J].环境监控与预警，2016，8(4)：50-53.

[7] 赵一亮，梅雯，秦勤. 通讯基站环境电磁辐射监管平台设计及运用[J].环境监控与预警，2016，8(1)：64-66.

[8] International Telecommunication Union (ITU). Generation of radiofrequency electromagnetic fields (RF-EMF) level maps：ITU-T K.113-2015[S].

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

徐辉(1971—)，女，高级工程师，本科，主要从事噪声和电磁辐射监测、科研工作。

X839

B

1674-6732(2017)02-0058-06