基于区域电磁环境质量车载监测的质量保障系统研究与设计

摘要：随着我国科学技术的发展，移动终端设备、无线电等电子设备使用量日益增加，为加强电磁辐射管理能力，保障公众生命财产安全，国内各省份已积极准备开展区域电磁辐射环境本底调查工作。本文主要介绍在调查过程中，为保障电磁辐射数据产出质量，研究开发了可视化质量保障系统的软件设计，并为未来优化技术路线提出建议。

关键词：电磁辐射；环境监测；车载巡测；质量保障系统

近年来国内科学技术通信技术发展迅速，5G通信技术面世以来，应用场景需求规模不断扩大，推进了5G基站的建设速度与提升了基站规模。截至2023年6月，国内累计建成5G基站为293.7万个，5G用户数量增长到67616.0万户，与此同时，国内类似于输变电设施、卫星通信、气象卫星等电磁设施逐步全面覆盖民用、商用与军用。综上所述，公众将不可避免地遭受逐年增加的电磁设施所产生的电磁辐射影响，且因为电磁辐射的不可视、不可闻、不可触等特殊性与公众对辐射危害的敏感性，国内各省份相关监管单位都已准备开展区域性的电磁辐射环境本底调查工作，强化对电磁辐射的管理能力，拓展本区域内对电磁辐射环境的了解。

在调查工作开展同时，为保障区域电磁辐射环境本底调查产出的数据的真实性、可靠性、有效性，建立有效的区域电磁辐射环境本底调查质量保障体系，并以数字化技术手段对开展调查全环节进行监管；同时使用大数据技术对数据库数据进行归集整合，以数据建模的逻辑对数据进行可视化处理，加强对区域内电磁辐射环境水平的了解，因此设计了基于车载式区域电磁辐射调查质量保障系统与成果可视化设计。本文介绍了区域电磁辐射环境本底调查质量保障系统软件的方案设计。

1质量保障工作难点分析

1.1监测区域规模过大不利于监测分工

参照《区域电磁环境调查与评估方法（试行）》要求，对监测区域以1千米边长的正方形网格进行划分。以杭州市为例，杭州市面积约为1.69万平方千米，则需要划分出16900个符合监测与评估方法的正方形网格，网格数量巨大且城市道路情况复杂，并不利于监测人员人为进行监测分工。

1.2监测工作缺乏质量保障

监测人员在以车载仪器方式进行区域监测时，难以保障车辆行驶轨迹全面覆盖网格内路线，且当前车载式电磁辐射环境监测执行中无法保障监测人员是否按照“应跑尽跑”原则，易出现人为因素所导致的数据误差，难以通过监测数据直接对被测区域电磁辐射环境水平进行评估，导致工作开展无意义化，拉低监测工作所带来的经济效益。

1.3数据在监测过程中易产生误差

1.3.1仪器设备因素

（1）因不同厂商仪器所产生的误差。目前随着科学技术与经济的发展，我国国内市场上已有自主研发的电磁辐射探头与配套的监测仪器。因各品牌厂商不同的产品设计方案，在协议与数据导出格式上有所差异，且当前暂未有相关协议标准对厂商硬件协议进行整合兼容，在开展监测过程中若未统一规定数据格式，则易产生数据误差。

（2）因仪器设备检定证书未在有效期内对数据可靠性的影响。若在区域电磁辐射环境水平调查工作开展时未对所使用的仪器设备进行检定，或仪器设备的使用并未在配套的检定证书有效期内，则无法保障数据误差在可控、可接受的范围内。

1.3.2车辆选用与监测人员因素

（1）车辆选用未达到要求。参考《区域电磁环境调查与评估方法（试行）》，不同品牌或不同车型在选用过程中应考虑仪器设备安置在监测车辆上需满足探头离地高度处于1.7～2.5米范围之内。若超出该数值范围，则会造成较大的数据误差。

（2）监测人员的不可控性。大部分监测人员都未有过开展车载式区域电磁辐射环境水平调查的工作经验，对车载式电磁辐射监测工作内容与要点了解甚少，且在监测开展时缺乏有效手段对监测人员行为进行感知，无法及时提醒修正。在这种不可控的情况下，调查监测数据难免出现较大的误差导致数据失效。

2车载式区域电磁辐射环境水平调查质量保障系统需求

通过对车载式区域电磁辐射环境水平调查的质量保障难点的梳理，我们应该遵从科学合理的原则，建立质量保障体系。以质量保障体系为核心支柱，以需求作为功能设计基础，保障车载式区域电磁辐射环境水平调查产出数据真实有效，并用简明易懂的图形化组件对产出的数据进行数据可视的成果转化。

车载式区域电磁辐射环境水平调查质量保障系统应满足以下要求：

（1）以《区域电磁环境调查与评估方法（试行）》《射频电磁辐射车载巡测技术规范》作为技术支撑，设定满足监测数据真实性、有效性要求的质量保障体系。

（2）满足以数字化形式对前期监测工作准备进行统一规划要求，以GIS地理信息系统为基础，将待测区域多网格进行合理划分，整合成为任务对象进行派发，确保监测人员高效且有条理地开展监测工作。

（3）满足有效可靠数据的统一范围边界要求，通过整理合规的车辆、仪器与通过培训考核的监测人员信息，参照方法设定具体的规格范围边界。

（4）满足车载区域电磁辐射环境水平调查过程中加大把控力度的要求，应设计模块针对监测人员在开展监测工作的过程中的质量保障把控能力，收集监测过程中不合规的行为信息，在质量风险因素出现时及时提醒，并对已经出现不可控误差的数据进行及时剔除。

（5）满足数据在进行可视化成果转化过程中的多层级复核要求，设计组织权限体系，对通过上述过程中质量保障要求的数据进行再次复核，保障最终数据能通过统计算法进行数据可视化的成果转化。

（6）满足能够简明易懂的数据可视化要求，以通过质量保障体系要求的数据为基础，运用数学建模的方式对数据秉持科学合理原则的数据可视化展示，提升被测区域相关管理者对区域内电磁辐射环境水平的感知力度。

3车载式区域电磁辐射环境水平调查质量保障系统总体设计

3.1系统架构设计

设计研发车载式区域电磁辐射环境水平调查质量保障系统的主要核心为三个方面，对参与对象的规格范围边界进行统一设定、对调查工作进行全面感知、对产出数据进行有效建模。针对这三个核心要点，设计以下“四层、三系、两交互”的系统架构，架构图如图1所示：

3.1.1体系设计

（1）质量保障方法体系。参考《区域电磁环境调查与评估方法（试行）》与北京市地标《射频电磁辐射车载巡测技术规范》作为参与对象规格范围、与行为合规设定的基础技术支撑，对车辆规格、仪器搭载规范、调查过程行为进行统一具体边界设定，保障在多种质量风险因素影响下的数据真实可信程度。

（2）信息网络安全体系。因监测数据可直接或间接反映区域电磁辐射环境水平与相关重点电磁设施定点方位，参照《信息安全技术网络安全等级保护基本要求》（GB/T222392019）标准对系统进行三级等级保护设计，达到标准中所提及的四点要求，即安全通用要求、云计算安全拓展要求、移动互联网安全拓展要求、物联网安全拓展要求。

（3）组织权限体系。构建分级处理与显示的组织体系，以权限令牌的形式屏蔽分工角色差异，对数据进行三级校核，加强对信息数据的安全保障。

3.1.2层级设计

（1）基础感知层。通过移动终端技术与GIS地理信息系统、BDS北斗卫星导航系统提供的定位技术集成，设计互联网移动终端应用对调查监测车辆进行行为感知。

（2）基础数据层。通过在调查监测前的统一培训考核、车辆合规选配、仪器合规选配与仪器统一校对工作中归集相关参与对象信息数据，集成为基础质量边界数据库。

（3）数据支撑层。运用云计算技术下虚拟化服务器，将基础数据层的数据进行上云计算，根据质量保障体系中参照的方法对数据进行统计算法计算。

（4）业务应用层。以质量保障体系为基础设计整体车载式区域电磁辐射环境水平调查监测业务流程，以所划分的区域网格作为主体核心“任务”，再将任务进行下发。

（5）交互层。针对调查监测业务流程的不同分工情况，设计两种用户交互界面。以移动终端应用作为监测人员监测过程中使用的交互，以基于计算机Web技术开发的网页端提供给监测人员、质量保障组成员进行交互操作。

3.2系统业务流程设计

针对车载式电磁辐射环境本底调查各环节的研究以任务作为核心主体，将调查流程整体分为三个阶段，即调查准备阶段、监测阶段、信息归集阶段，并将调查监测参与对象分为三类，即人员、车辆、监测仪器。

3.2.1准备阶段

质量保障组成员对待测区域以网格形式进行科学合理的划分，将多网格组以任务的形式下发给监测组，监测负责人接收下发任务后安排监测人员在规定时间内对任务区域进行车载式监测。

3.2.2调查阶段

监测人员在开启车载式监测时需在规定时间内使用移动终端应用进行监测人员人脸识别与现场情况拍照，图片要求包含监测人员、车辆及车辆所搭载的监测仪器设备，保证监测人员与使用车辆仪器设备属于基础质量边界数据库条目，则可开始进行监测任务。

任务执行过程中需保持移动终端应用实时开启上传BDS北斗卫星导航系统实时上传的定位数据，以供质量保障组成员在系统中可感知，且留存记录。若出现违反质量保障体系情况则第一时间进行提醒。

3.2.3信息归集阶段

由于不同仪器厂商的产品产出的数据格式不同，监测人员按照系统设定模板进行统一预处理与数据校对上传至基础数据库。数据通过数据支撑层的算法统计先进行自动处理，并进行三级数据检验，再由质量保障组成员结合感知记录数据库数据对数据真实性进行复核，确认产出数据能真实反映被测区域电磁辐射环境水平，最后根据设定的数据可视化建模方式进行可视化成果展示，至此任务结束形成闭环。

3.3系统功能设计

系统功能设计以两交互面进行展开叙述，依照贯彻质量保障体系为原则，根据分工不同情况下应用场景进行功能设计描述。

3.3.1移动终端应用功能

（1）参与对象信息与行为合规检查场景。人脸识别功能：确保任务监测人员属于基础质量边界数据库中的资质授信人员条目；相机图片上传功能：上传相机拍摄的现场图片至基础感知数据库进行数据留痕。（2）参与对象行为合规感知应用场景。BDS北斗卫星导航系统定位技术：实时上传车辆行驶路线轨迹，比对质量保障体系，若出现违反质量体系行为则及时提醒，并将路线轨迹数据留存在基础感知数据库中；消息提醒功能：违规情况用于提醒。

3.3.2Web端应用功能

（1）数据校对与算法统计应用场景。数据格式校对与数据冗余提出功能：数据上传时对格式进行校对，并提出点位间隔小于5m范围内的冗余数据；数据分级校验功能：参照组织权限体系，对数据在进行成果转化时进行三级校验；通过上传至基础数据库的数据按设计的数据支持层统计算法进行处理，计算单一网格内监测时间或监测点位数量、网格EMQI数值。（2）过程感知应用场景。监测车辆现场情况展示功能：以GIS地理信息系统为基础，显示车辆巡测路线、巡测时间与巡航速度；历史查询功能：查询监测车辆历史巡测路线、巡测时间与巡航速度数据。（3）成果转化应用场景。数据可视化功能：按照数据建模方式对产出数据进行可视化展示。

4结语与展望

本文主要介绍了车载式区域电磁辐射环境水平调查质量保障系统的研究与设计，参照方法设计了质量保障体系，并以数字化的形式介入调查监测工作中，实现了可靠数据边界设定、监测过程可知可控、成果可视化展示等功能。在整个研究环节中同时产生了诸多新的想法。

（1）监测仪器设备集成。获取相关仪器设备协议，通过嵌入式物联网的通信方式直接获取仪器数据上传至系统服务器中。

（2）以任务网格为基础的导航算法。设计涵盖所有网格内路线且结合路况信息提供监测导航的算法，以提高调查监测效率。

综上所述，车载式区域电磁辐射环境调查质量保障系统仍有改进潜力，在未来的不断优化中逐步提高产出数据的真实性与可靠性，加大电磁辐射感知力度，保障居民生命健康安全。

参考文献：

［1］李飞，徐辉，佟晶.车载电磁辐射监测系统影响因素的分析研究［J］.安全与电磁兼容，2022（03）：7276.

［2］赵鑫，姚春.区域射频电磁辐射环境监测方法分析［J］.电力系统装备，2020（03）：9293.

作者简介：叶常青（1994—），男，汉族，浙江金华人，本科，工程师，研究方向：生态环境保护。