（电力系统及其自动化专业论文）城市电磁环境监测站的设计.pdf

北京交通大学颂j jj 一位论一 其中包括三相单叫路水平排列、二i 相单回路三角排列、直流 单极线路和直流双极线路四种输i 【_ ! 方式。根据电磁波不同传 播途径的损耗模型，得出移动通信基站天线的电场强度、磁 场强度计算公式。软件主要以高胜输电线和移动通信基站天 线的电磁环境辐射强度预测为例，得出的预测结果与标准进 行比较，了解所处位置的电磁环境是甭满足相关的规定和满 足的程度。在编写预测软件的过程中，对高压输电线路附近 的电磁环境做了一定的实际测量，通过测量结果可知实测和 预测结果大体相符。预测软件能对城市典型电磁污染源的电 磁辐射强度进行常规性预测，对城市建设提供指导性建议。 关键词：电磁环境，自动测试系统，通用接口总线，电磁辐 射强度预测 北京，通大学硕j 。学位论文 d e s i g n o fas t a t i o nf o r s u p e r v i s i n g e l e c t r o m a g n e t i c e n v i r o n m e n t a b s t r a c t w i t ht h e d e v e l o p m e n t o f t e c h n o l o g y , m o r e a n dm o r e e q u i p m e n tw i t he l e c t r o m a g n e t i cr a d i a t i o nh a sa p p e a r e di ne v e r y f i e l do fh u m a nl i f e a n d e l e c t r o m a g n e t i c r a d i a t i o no fh i g h i n t e n s i t y h a st h r e a t e n e dm a n sh e a l t h t h ec o n d i t i o ni sm o r e t e r r i b l ei n b i gc i t i e s f o rt h ec o m p l i c a t e de l e c t r o m a g n e t i ce n v i r o n m e n ti nac i t y , t h i st h e s i s d e s i g n s as t a t i o nf o r s u p e r v i s i n ge l e c t r o m a g n e t i c e n v i r o n m e n t 。t h es t a t i o nh a st w op a r t si n c l u d i n ga na u t o m a t e d t e s t s y s t e m o f e l e c t r o m a g n e t i c e n v i r o n m e n ta n das e to f p r e d i c t i n gs o f t w a r eo f r a d i a t i o ni n t e n s i t y t h et h e s i sp u t sf o r w a r dt h ep o p u l a t i o nd e n s i t ya n de f f e c t i v e r a d i a t e dp o w e rw e i g h t e dm e t h o do nt h eb a s i so fs t u d y i n gt h e m e t h o do f d i s p o s i n gs u p e r v i s i n gp o i n t s i na c i t y t h ea u t o m a t e dt e s ts y s t e mf o re l e c t r o m a g n e t i ce n v i r o n m e n t o fac i t yi n c l u d e st w o p a r t s ，n a m e l yh a r d w a r ea n ds o f t w a r e t h e h a r d w a r ec o n s i s t s o f 行e q u e n c ya n a l y z e ru 3 6 4 1 ，a n t e n n a s w i t c h i n gb i r m m ，f o u ra n t e n n a s3 3 0 3 ，3 115 ，3 1 0 9 p ，31 4 8 ， g p i bi n t e r f a c ec a r da n dac o m p u t e r w i t ht h e h e l po fg p i b i l i 北京交通大学硕j 鼍 声 仓义 a d a p t e r , d a t ac o m m u n i c a t i o n i sr e a l i z e da m o n g c o m p u t e r , u 3 6 4 1 ， a n db i r m m t h e e l e c t r o m a g n e t i c e n v i r o n m e n ti st e s t e d a u t o m a t i c a l l yb yt h et e s ts o f t w a r e c o n t r o l l e db yt h ep r o g r a m ， t h ef o u ra n t e n n a ss w i t c ha u t o m a t i c a l l y , a n dt h ed a t aa c q u i s i t i o n o fr a d i a t i o ni n t e n s i t yi sf u l f i l l e db yu 3 6 4 1a u t o m a t i c a l l y t h e c o m p u t e rp r o c e s s e st h ed a t aa n dp u t st h e mi n t o ad a t a b a s ea s h i s t o r y r e c o r d s t h e g r a p ho fe l e c t r o m a g n e t i c r a d i a t i o nf i e l d i n t e n s i t yw h i c hc h a n g e sw i m t i m ea n df r e q u e n c yc a nb ed r a w n o nt h eb a s i so f t h e h i s t o r y r e c o r d s t h e p r e d i c t i n g s o f t w a r eo fe l e c t r o m a g n e t i ce n v i r o n m e n t r a d i a t i o n i n t e n s i t y h a st w o p a r t s ，i n c l u d i n g m a t h e m a t i c a l m o d e l i n ga n dp r o g r a mc o m p i l i n g m a t h e m a t i c a lm o d e l so fh i g h v o l t a g e t r a n s m i s s i o nl i n e sa r ee s t a b l i s h e db a s e do n c h a r g e s i m u l a t i o n t h em o d e l si n c l u d ef o u rm o d e so ft r a n s m i s s i o n ， n a m e l yt h e m o d eo ft h e t h r e e - p h a s es i n g l e c i r c u i th o r i z o n t a l a r r a n g e m e n t ，o f t h e t h r e e - p h a s es i n g l e c i r c u i t t r i a n g l e a r r a n g e m e n t ，o f t h ed i r e c tc u r r e n tm o n o p o l a rt r a n s m i s s i o nl i n e ， a n do ft h ed i r e c tc u r r e n t b i p o l a r t r a n s m i s s i o nl i n e t h e c a l c u l a t i n gf o r m u l a sf o re l e c t r i cf i e l di n t e n s i t ya n dm a g n e t i cf i e l d i n t e n s i t yo f m o b i l ec o m m u n i c a t i o nb a s es t a t i o na r eg i v e no nt h e b a s i so ft h ew a s t a g em o d e lo f e l e c t r o m a g n e t i cw a v e i nd i f f e r e n t t r a n s m i t t i n gr o u t e s t h es o f t w a r em a i n l yt a k e st h ep r e d i c t i o no f e l e c t r o m a g n e t i c r a d i a t i o nf i e l d s t r e n g t h o ft h e h i g hv o l t a g e t r a n s m i s s i o nl i n ea n dt h ea n t e n n ai nt h em o b i l ec o m m u n i c a t i o n f o u n d a t i o na st h e e x a m p l e a c c o r d i n g t ot h e c o m p a r i s o n 业銮婆型型型堂生一 b e t w e e nm er e s u l t s a n dt h ec r i t e r i o n ，w e c a l lk n o wi t t h e e l e c t r o m a g n e t i c e n v i r o n m e n tm e a s u r e su p t ot h e r e g u l a t i o n d u r i n g t h e p r o c e s s o f p r o g r a m m i n g ，t h e e l e c t r o m a g n e t l o e n v i m n m e n to fh i g hv o l t a g e t r a n s m i s s i o nl i n eh a sb e e nm e a s u r e d a c c o r d i n g t ot h er e s u l t s ，i ti sk n o w n t h a tt h ea c t u a lm e a s u r e m e n t c o r r e s p o n d s w i t ht h e p r e d i c t i o na p p r o x i m a t e l y t h ep r e d i c t i n gs o t t w a r e c a r lp r e d i c tt h er a d i a t i o ni n t e n s i t y o f t y p i c a le l e c t r o m a g n e t i c p o l l u t i o n s o u r c e s s o t h a tw ec o u l ( i a c h i e v ei n s t m c t i v ea d v i c e s f r o mi tf o rc i t yc o n s t r u c t i o n k e yw o r d s ：e l e c t r o m a g n e t i c e n v i r o n m e n t ，a u t o m a t e d t e s t s y s t e m ，g p i b ，e l e c t r o m a g n e t i c r a d i a t i o ni n t e n s i t yp r e d i c t i o n v 北京交通凡学硕士学位论文 1 1 论文背景 第一章绪论 随着科学技术的不断发展，电磁技术已广泛应用于国民经济的各个 部门。它的应用不仪给人类创造了巨大的物质文明，同时也把人们带进 1 个充满人造电磁辐射的环境里。这就像跟太阳和紫夕卜线的关系一样， 人类要享受阳光，就不可避免的接受紫外线的辐射。电磁辐时是一种看 不见、摸不着，难以感知的“隐形污染”，西方环保学者称电磁辐射为 “幽灵电波”【”。 1 9 0 1 年1 2 月1 2 日正午时分，英国的古列尔莫马可尼和他的朋 友约翰安布罗斯弗莱明一起完成了历史上第一次跨大西洋的无线电 波发射，无线电波通信时代就开始了。2 0 世纪4 0 年代，前苏联、美国 的一些操纵电子理疗设备的人员开始感觉到自己身体出现某些不适症 状，如作业时间一长，普遍感到头痛头晕、失眠多梦、白血球总数升高 等症状。美国某纽约银行在一次财务结算时，突然发现欠另一银行3 5 0 亿美元的巨款，经逐级查帐后发现，由于外来电磁波的干扰，使计算机 在运行过程中错了一个符号，致使本来平衡的帐目出现了巨额逆差翻。 美国马里兰州1 9 6 9 年至1 9 8 2 年问，有9 5 1 名男子死于脑瘤，死者 多数为电子工程师和“大哥大”频繁使用者1 3 1 。我国每年出生的2 0 0 0 万儿童中，有3 5 万为缺陷儿，其中2 5 万为智力缺陷。有关专家提醒育 龄妇女，电磁波污染的威胁最大。进入2 0 世纪9 0 年代以来，电磁干扰 和电磁危害的报道日益增多。 目前，在地球上，各式各样的电磁波充满人类生活的空间。2 l 世 纪人类进入信息时代，无线电、电脑、网络、卫星通信等都要利用或产 北京交通大学”! 卜学位论正 生电磁波，人类7 卜活在电波的海洋! 忆电磁波也像其他事物一样具有两 重性，它既可为人类造福，又有污染人类生存环境甚至损伤人体健康的 有害的一面。 早在上世纪七十年代，联合国人类环境会议就已将电磁辐射列为国 际环保重点项目之一，定为必须抑制的公害。世界卫生组织( w h o ) 把电磁辐射污染列为继水、气、声之后的第四大污染。1 9 7 5 年专家学 者就曾预言，随着城市经济发展和人口增长，电子、通信、计算机、汽 车与电器设备大量进入家庭，城市空间人为电磁能量每年增长7 1 4 ，也就是说2 5 年后环境电磁能量密度最高可增加2 6 倍，5 0 年后最 高可增加7 0 0 倍【4 】。因此，本世纪的城市电磁环境将更为复杂和恶化。 1 2 电磁辐射污染状况 1 2 1 电磁辐射污染源 对人类造成危害的电磁辐射污染按其产生的原因可分为天然产生 和人为产生两大类。天然的电磁辐射污染源是由某些自然现象所引起 的，如太阳风暴、雷电、火山喷发等1 5 】。人为产生的电磁辐射现象包括 了人类制造的所有电器和电予设备1 6 】。按其频段的不同可分为工频和射 频辐射；按人为制造的系统大致可分为广播电视类、通讯发射类、工科 医类、交通系统类、高压电力类五大类。 广播发射类污染源包括长、中、短波广播，调频广播，电视发射台； 通讯类包括短波微波通信台、地面卫星发射台、移动通信基站、专业通 信网站、寻呼通信基站等用以通信的发射基站，还包括雷达、导航用的 发射台；工科医类主要指用于工业、医疗、科研单位的高频设备，它们 往往伴随着电磁辐射的产生和泄漏；交通类指电气化铁路、轻轨及地下 北与：交通大学硕士学位论之 铁道、电车等；高压电力类包括电力系统的高压输电线( 缆) 、升降压 变电站【7 1 。 1 + 2 2 电磁辐射污染的危害 ( 1 ) 电磁辐射的生物效应 电磁辐射对人体的健康有一定的影响，如记忆力衰退、失眠、多梦、 脱发、头昏等症状。多种频率电磁波特别是高频波和较强的电磁场作用 人体的直接后果是在不知不觉中导致人的精力和体力减退，容易产生白 内障、白血病、脑肿瘤，心血管疾病、大脑机能障碍以及妇女流产和不 孕等，甚至导致人类免疫机能的低下，从而引起癌症等病变。权威统计 数字表明：经常在显示器前工作的人群中，上述疾病的发病率明显高于 普通人群。当电荷、电流随时间变化时，在其周围就激励起电磁波。在 电磁波向外传播的过程中，会有电磁能输送出去，这种现象称为电磁能 的辐射。电磁波对人体组织的作用分为两种：一种是致热效应，即电磁 波会使人体发热。在电磁波辐射的作用下，人体内分子发生取向作用， 进行重新排列，由于分子排列过程中相互碰撞摩擦，消耗了电磁能而转 化为热能。电磁振荡频率越高，体内分子取向作用越剧烈，热作用也就 越突出，产生的损伤也越严重。电磁辐射对人体的作用随频率的增高而 增大，但在1 0 g h z 以上随频率而降低。当被人体吸收的电磁波能量达 到一定强度时会使人体发热而出现高温生理反应，人体将出现如神经衰 弱、自细胞减少等病变。另一种是非致热效应，当超过一定强度的电磁 波长时间的作用在人体时，虽然人体的温度没有明显升高，但会引起人 体细胞膜的共振，使细胞的活动能力受限。这种在分子及细胞一级的水 平上发生的效应既复杂又精细，会使人出现诸如心率、血压的改变及失 眠、健忘等生理反应。 3 北京7 通大学f 州l 学位论文 ( 2 ) 电磁辐射对电子设备的干扰 大量的研究表明，电磁辅射会造成广播与电视不能收听、收看i 自 动控制信号失误；电子仪器仪表失灵；b 机指示信号失误或空中指挥信 号受到干扰；干扰医院的医疗器械或病人的心脏起搏器等，从而带来大 量的经济损失【。另外，电磁辐射对诸如武器弹药、燃油等易燃、易爆 物质产生潜在的威胁。如高频辐射能够使导弹制导系统失灵；电爆管的 效应提前或滞后等严重事件，危及人身安全与财产安全。国际无线电咨 询委员会报告指出：距离3 0 0 k w 发射机3 0 0 m ，金属导线如相互接触可 引起易燃物起火、爆炸；距离5 0 0 m 以内仪表被烧毁，明线电话线完全 不能使用。 1 2 3 城市电磁环境的新问题 改革开放以来，我国经济与城市化得到迅速发展，城市空域的电磁 环境更为复杂，城市电磁环境出现的新问题、新特征【9 】： ( 1 ) 城市规模扩大，使得原处于市郊的大功率电磁波( 广播或通 信) 发射台逐渐被新建居民区所包围，北京、广州、武汉、江苏、湖南、 兰州、杭州等省市都有此类问题出现。江苏省某市郊区的居民，当附近 大功率广播电台工作时，家中电灯不用开关，始终是亮的，此外电话打 不通，电视受干扰，环境中的电场强度达2 0 0 v m ( 2 ) 移动通信，卫星通信的发展使得市区高层建筑上各种天线林 立，其结果，一方面形成相互间的交叉干扰，另一方面影响城市景观； 部分架设不合理的天线造成离层居民楼电磁辐射环境污染。 ( 3 ) 高压电力线和变电站进入城市中心区。原来高压变电站设在 郊区，降为l o k v 以下电压向市中心区输送。现在随着经济发展，大型 建筑群增多，城市用电量增大，供电部门已将1 l o k v 和2 2 0 k v 电缆和 4 北京五：通人学硕士，位论文 变电站引入城市r 山区。上海的人民f 场、北京的王府井部已建成 2 2 0 k v 大容量变电站，许多居民区内出现了1 1 0 k v 变电站。 t4 ) 城市汽车保有量及用电做能源的交通运输工具增多，使得城 市电磁噪声增加。目前我国许多大城市机动车保有量超过1 0 0 万辆， 许多城市电车、轻轨及电气化铁道交通运输系统在建设发展之中，由此 产生的城市空域的电磁噪声在增加，广播、电视及通信等受到越来越多 的干扰， ( 5 ) 电子设备越来越多的进入家庭环境，从电视机、电脑、微波 炉、电磁灶、手机到电热毯、电冰箱、电吹风、洗衣机。家庭中的电磁 小环境与社会的电磁大环境已融为一体。 1 3 研究进展及国内外现状 随着环境保护意识的增强，世人越来越关注电磁辐射对人类健康的 影响。经过医疗研究机构长期深入的研究，许多国家先后制定出了自己 的电磁辐射安全标准。在5 0 年代，美国、日本、苏联等国已开始研究射 频电磁辐射对机体的作用机理，危害程度和防护技术，并制定电磁辐射 的安全卫生标准。近年来人们又对一般电磁场对人体的作用等问题做了 深入研究，并已将电磁辐射的监测与管理纳入了臼常的环保管理工作 中。但是，尽管如此，由于电磁辐射和健康的关系是一个复杂而长期的课 期，其安全标准仍需进一步的完善。 目前科学研究，对热效应已有定量的结论。对非热效应，还没有定 量的值，只有少量定性的结论。w h o 参与电磁场安全性研究已经很久 了。其现阶段的工作重点为1 9 9 6 年开始，为期五年的“国际电磁场计 划( i n t e r n a t i o n a le m f p r o j e c t ) ” 1 0 l ，其目的在于整合国际间相关的研究 活动，以期能尽早协助世人理清电磁场是否会对人体造成热效应之外的 北京交通大学? i _ ji 。学位论 其他伤害。赞助或参与此计划的单位包括8 个国际级组织( e c 、i a r c 、 i c n i r p 、i e c 、i l o 、n a t o 、u n e p ) ，除了i c n | r p ( 国际非离子辐射 防护委员会) 之外，负责科学工作执行的单位包含英国、美国等7 个 国家级研究组织或政府部门，而参与或表达对此项计划有兴趣的国家总 数达4 0 个。其研究重点在于更准确的评估环境中低频电磁场的暴露风 险、长期暴露于低频电磁场的可能生物作用与机制、相关的管制办法与 防护措施、安全暴露的教育宣传等。 我国的电磁辐射环境管理起步较晚。但从1 9 8 8 年以来，先后已发 布了电磁辐射防护规定( g b 8 7 0 2 8 8 ) 、环境电磁波卫生标准 ( g b 9 1 7 5 8 8 ) 等2 5 项中华人民共和国国家标准，发布了辐射环 境保护导则一电磁辐射环境影响评价方法与标准( t l o 3 9 6 ) 等3 项中华人民共和国环境保护行业标准，发布了微波辐射生活区安全限 值( g j b 4 7 5 8 8 ) 等2 项中华人民共和国国家军用标准。国家环境 保护局1 9 9 7 年发布的电磁辐射环境保护管理办法，使我国的电磁 辐射军用环境管理有了法规依据】。同时，我国的研究人员也在积极探 索低频电磁场对人体的生物效应。 北京市在8 0 年代初就开始了对电磁辐射污染项目的治理工作。针 对近年来移动通信迅速发展、投诉急剧增加豹情况，北京市环保局制定 了北京市移动通信建设项目环境保护管理规定( 试行) 并于2 0 0 0 年 4 月1 日颁布实施。 1 4 论文研究的意义 1 4 1 时代发展的需要 二十一世纪将是电子信息的时代，随着现代电子工业、电信产业的 迅猛发展及电器产品的普及，人类生存环境中的电磁能量密度不断增 6 北京交通大学硕# 位论文 强，由此j “生的危害也同益严重，已成为继水、气、声之后又新的环 境污染源。其危害性主要表现在以下两个方面：一方面电磁辐射污染威 胁人类健康：目前有些地区移动通信基站的电磁辐射己达4 0 0 - t w c m 2 ， 是国家公众照射标准( 4 0l _ t w c m 2 ) 的1 0 倍。电视和广播电台发射塔附 近的居民常年处于上百伏米的电磁波场强下，大大超过国家规定的公 众防护标准值( 1 0 v m ) 。城市工业、医疗射频设备附近电磁辐射污染也 很严重，有的超过标准1 0 余倍。 另一方面电磁波干扰危害电子设备：一定频谱和能量的电磁波能够 严重干扰其它电子设备的正常运行，使之产生意想不到的误动作和误控 制。在我们日常工作和生活中，电磁波干扰能造成计算机计算和数据传 输错误、电视机图像紊乱、飞机导航系统的指挥失误等的事例屡见不鲜。 人们己充分认识到电磁波污染对现代社会正常运行所构成的危害，正在 采取措施加以解决。 1 4 2 北京地区电磁环境管理的需要 ( 1 1 北京地区电磁环境现状 随着科学技术的进步和城市规模的扩大，北京市的电磁环境变的更 为复杂。主要变化特点有以下四个方面： 1 ) 由于城市化步伐加快，大批原在郊区建设的广播通讯发射台站 进入市区； 2 ) 市区内用电量增加，1 1 0 千伏、2 2 0 千伏高压变电站进入市区， 低频电磁辐射的危害性增大； 3 ) 大力发展电信事业，各类高频、微波天线剧增，造成空域电磁 环境恶化； 4 ) 居民生活水平提高，大量使用各类家电产品，使室内电磁辐射 强度增大。 北京交通大学坝斗学位论之 调查表明：8 0 年代以前，城市电磁环境中最主要的辐射源是广播 电视发射设备。处于市区内的电视塔集中了多频道人功率发射设备，而 处于近郊区的中短波发射设备单台功率也均在1 0 k w 以 二。8 0 年代中 期以来，无线电通信发射设备成为城市中又一个主要电磁辐射源，其中 市区高层建筑上架设的移动通信基站迅速增加。除此之外，市区高层建 筑上还有短波通信、微波通信和卫星通信台几百座。 ( 2 ) 北京地区电磁环境的特殊性 一方面市区内辐射源类型多，范围大，情况复杂；另一方面，国家 机要政府、金融经济等机构高度密集。因此，建立城市电磁环境监测站， 能服务于北京社会、经济建设，同时还对其它城市电磁环境保护有一定 意义。 1 4 32 0 0 8 年奥运会电磁环境保护的需要 为实现“科技奥运、绿色奥运、人文奥运”的宗旨，我国政府在进 行奥运规划和建设时，十分重视有关电磁环境的各类问题。奥运期间通 讯业务极其繁忙，信息流量巨大，需要考虑环境电磁波对电子设备的干 扰问题。总之，建立城市电磁环境监测站，是城市可持续发展的需要， 对城市空域电磁辐射环境的规划和保护具有现实意义和深远的影响。 1 5 我国有关的电磁辐射安全标准 我国现有两个标准：国家环境保护局发布的国标“电磁辐射防护规 定”( g b 8 7 0 2 8 8 ) 1 1 2 1 及卫生部发布的国标“环境电磁波卫生标 准”( g b 9 17 5 8 8 ) 1 3 】。 “电磁辐射防护规定”防护限值的适用频率范围为1 0 0 k h z 一 3 0 0 g h z ，规定中的防护限值是可接受防护水平的上限值，并包括各种可 能的电磁辐射污染的总量值。该标准分职业照射和公众照射两个标准。 北京交通大，f i f f j 士学位论文 公众照射标准高r 职业照射标准。职业照射要求在一天8 小时内，环境 电磁辐射场的场量参数在任意连续6 分钟内的平均值应满足表卜l 要 求， 表卜1 “电磁辐射防护规定”职业照射标准 频率范围电场强度磁场强度功率密度 ( m h z )( v m )( a m )( w l m 2 ) o 1 一一38 7o2 52 0 3 3 0 1 5 0 f 1 7 2 04 0 产 6 0 f 3 0 一一3 0 0 0 2 80 0 7 52 3 0 0 0 1 5 0 0 00 5 严00 1 5 严f 1 5 0 0 15 0 0 0 3 0 0 0 0 06 10 1 61 0 公众照射要求在1 天2 4 小时内，环境电磁辐射场的参数在任意连续 6 分钟的平均值应满足表卜2 要求。 表卜2 “电磁辐射防护规定”公众照射标准 频率范围电场强度磁场强度功率密度 ( m h 曲( v m )( a m )( w m 2 ) 0 1 一一34 0014 0 3 3 06 7 f 1 。0 1 7 p 7 2 1 2 f 3 0 - 3 0 0 01 20 0 3 2o4 3 0 0 0 1 5 0 0 00 2 2 p0 0 0 1rf 7 5 0 0 1 5 0 0 0 3 0 0 0 0 02 70 0 7 32 “环境电磁波卫生标准”分一级标准和二级标准。一级标准为安全 区，是指在该环境电磁波强度下长期居住、工作、生活的一切人群，均 不会受到任何有害影响的区域；二级标准为中间区，指在该环境电磁波 9 北京交通大学 t ! j 川：学位论文 强度下长期居住、工作、生活的一切人群可能引起潜狰：性不良反应的区 域。超过二级标准的地区可作为绿化带或种植农作物等。环境电磁波容 许辐射强度分级标准如表卜3 。 表13 环境电磁波容许辐射强度分级标准 波k单位容许强度 一级( 安全区)：级( 中间i j t ) 长中短波v m( 1 0 2 5 超短波 v m 5 1 2 微波 g w c m 2 1 0 4 0 混合v m按主要波段场强：若各波段场强分散，则按 复合场强加权确定 复合场强国标g b 9 1 7 5 - - 8 8 “环境电磁波卫生标准”及“电磁辐射 暴露限值和测量方法”( 草案，征求意见稿) 指出，复合场强定义为两 个或两个以上频率的电磁波复合在一起的场强，其值为各单个频率场强 平方和的根值，如下式： e = 扛了虿i 酉( 1 - 1 ) 式中：e 一复合场强5 蜀、易e 一单个频率的场强值。 工频电场在环境中的场强很强，因此很早就引起了专家们的注意， 但是却忽视了磁场的作用。许多国家的有关卫生保健标准中只规定工业 频率电磁场中可以允许的电场分量的标准，对低频磁场没有提出标准要 求。1 9 9 0 年，国际辐射防护协会所属国际非电离辐射委员会( i r p a i n i r c ) 向世界各国推荐了一个工频电磁场辐射限值的临时指导原则，把辐射限 值分为职业照射限值和公众照射限值。如表1 4 所示： 1 0 北京叠嗵人学硕l 学位论文 表卜4 州射限值( i r p a i n i r c ) 照射限职业照射疽公众照射限时 时( i t o s ) 整工作日短时限于四肢每天数小时至彰2 4 小时 电场强1 0 3 01 05 度k v m 磁通密o 552 51o 1 度m t 国内现行的有关电磁环境的国家强制性标准所推荐的标准体系尚 不完善。其中涉及工频频场的内容存在不少缺陷，有待尽快解决。8 8 年颁布的国标电磁辐射防护规定( g b 8 7 0 2 8 ) 明确指出其防护限值 的使用频率范围为1 0 0 k h z l 3 0 0 g h z ，本身并不包括工业频率在内。把“高 压输电线路和电气化铁道”包括在评价范围以内的辐射环境保护管理 导则一电磁辐射环境影响评价方法与标准标准( h j 厂r 1 0 3 1 9 9 6 ) ，在 “评价标准”中，未涉及工频电场、磁场的限值标准，只规定：“( 公众) 总的受照射剂量限值不应大于国家标准电磁辐射防护规定( g b 8 7 0 2 8 8 ) 的要求。 可适用于各种不同电压等级的环保行业标准( 5 0 0 k v 超高压送变电 工程电磁辐射环境影响评价技术规范) ( h j 门2 4 一1 9 9 8 ) ，它规定了5 0 0 k v 高压送变电工程及1 1 0 k v 、2 2 0 k v 、3 3 0 k v 送变电工程电磁辐射环境影 响评价报告书的编写章节、评价标准、监测方法和理论计算，并被环境 影响评价工作广为引用。考虑到目前尚且无有关工频电场、磁场强度上 限值的国家标准。为便于评价，根据我国有关单位的研究成果、送电线 路设计规定和参考各国限值，h j m 4 - - 1 9 8 8 标准“推荐暂以4 k v m 作为 居民区工频电场评价标准，推荐应用国际辐射保护协会关于对公众全天 辐射时的工频限值0 1 m t 作为磁感应强度的评价标准。 e 京交通火学 l j i i 士学位论文 为保护人体健康，促进广播、通信等事业的发展，在已有的电磁辐 射防护标准的基础上，国家质量监督检验检疫总局组织有关部门成立了 电磁辐射暴露限值国家标准制定联合工作组，负责制定了电磁辐射暴 露限值和测量方法国家标准( 征求意见稿) 。规定了频率范围为0 h z f 3 0 0 g h z 的电磁辐射的人体暴露限值和测量方法。根据不同人群的活 动特征和不同频率的电磁波生物效应，标准对电磁波作业人员和公众暴 露限值规定了不同的要求。表1 5 和1 - 6 给出了职业和公众暴露的导出 限值( 可参考草案) 。 表卜5 时变电场和磁场的职业暴嚣导出限值( r m s 值) 电场强度磁场强度磁感应强度等效平面波 频率范围e ( v m ) h ( a m )b ( f a t ) 功率密度 s 。( w m 2 ) l h z1 2 52 6 4 0 03 1 2 0 0 1 h z 8 h z1 2 0 0 0 2 6 4 0 0 f 23 1 2 0 0 f 2 8 h z - 2 5 h z1 2 0 0 03 3 0 0 ，f 3 9 0 0 f 2 5 h z - 0 8 2 k h z3 0 0 f3 3 ，f3 9 f 0 8 2 k h z - 3 k h z3 0 0 ，f44 8 3 k h z - 6 5 k h z1 0 044 8 6 5 i d l m h z1 0 0o 2 6 f0 3 1 ，f 1 m h z 1 7 m h z 0 2 6 f i 2o 2 6 f l 20 3 ；l f l 2 1 7 m h z - 2 5 g h z2 4 20 0 6 20 0 7 61 5 2 5 g h z 1 0 g h z 15 2 f 1 2o 0 4 f l 20 0 4 8 f v 2 0 6 f 1 0 g h z - 3 0 0 1 3 h z4 8o 1 30 1 56 北京芷通i 、学硕士学位论定 表卜6 时变电场和碱场得公众暴露导出限值( i t i i s 值) 电场强度磁场强度磁感应强度等效平面波 频率范围e ( v m )h ( a m ) b ( 1 a t ) 功率密度 s o q ( w m 2 ) l h z7 0 0 09 0 0 0 j h z 8 h z8 0 0 0 7 0 0 0 f 9 0 0 0 f 8 h z 2 5 h z8 0 0 09 0 0 f1 1 0 0 f 2 5 h z 0 8 2 k h z2 0 0 ，f0 9 准1 1 ，f 0 8 2 k h z - 3 k h z2 0 0 ，f1 1 31 4 3 k h z - 6 5 k h z6 71 1 31 4 6 5 k h z 1 m h z6 7o 17 fo 2 1 f 1 m h z - 1 7 m h z 6 7 f i 2o 1 7 f l 2o 2 1 f 1 2 1 7 m h z - 2 5 g h z1 40 0 3 60 0 4 40 5 2 5 g h z - 1 0 g h z 9 8 5 f l 20 0 2 6 f i 20 0 2 8 t i 2 5 1 0 g h z - 3 0 0 g h z2 80 0 7 30 0 8 82 注：对于频率为1 0 0 k h z 至1 0 g h z ，s 。e z 、h 2 、b 2 均是任意6 分钟的 平均值；超过1 0 g h z 的频率，s 。、e 2 、h 2 、b 2 均是任意6 8 序0 5 分钟( f 单位为g h z ) 内的平均值；对于频率 l h z 没有提供e 场，在此频率下为 静电场。场强应小于1 2 5 k v m 。 电磁辐射暴露限值和测量方法国家标准( 征求意见稿) 的频率 范围从低频到微波频段，涉及到人们生活中所能接触到的电磁辐射的所 有频率。它将代替g b 9 1 7 5 8 8 环境电磁波卫生标准、g b 8 7 0 2 8 8 电 磁辐射防护规定、g b l 2 6 3 8 9 0 微波和超短波通信设各辐射安全要 求、g b l 0 4 3 6 8 9 作业场所微波辐射卫生标准、g b l 0 4 3 7 8 9 作业 北柬交通凡学硕l 学位论文 场所超高频辐射卫生标准和g b l 6 2 0 3 9 6 作业场所工频电场卫生标 准。该标准的制定发和将规范有电磁辐射的设备的使用，限制无用电 磁信号的发射。必将对保护环境和公众健康，促进产业发展起到积极的 作用。 1 6 本文的内容安排 本论文主要内容有： 第1 章：绪论。提出了研究的问题及意义，介绍了国内外在该领 域的研究现状，介绍了国家相关标准，并阐述了本文所作的工作。 第2 章：监测站的设计。介绍了监测的布点方法，提出系统的硬 件结构和功能及软件要求。 第3 章自动测试制系统的实现。建立了基于g p i b 总线的自动测 试系统，介绍了g p i bg e n e r a l p u r p o s ei n t e r f a c eb u s 接口的相关技术， 完成了自动测试系统的程序设计及实现。 第4 章电磁环境预测程序的设计。以高压输电线和移动通信基站 为例，建立数学模型，预测其周围的电磁辐射强度。 第5 章全文总结。 1 4 北京交通大学硕i 芦位论文 第二章电磁环境监测站的设计 目前，电磁环境和电磁污染的研究无论在国内还是国外都是热点， 但是还未见取得标志性成果的报道，特刖是目前的电磁环境工作还足停 留在电磁环境检测阶段，不是环境监测。针对这一问题，本文提出建、7 个城市电磁环境监测站，其核心是无人值守的电磁环境自动测试系统， 使其全天候工作，能及时向城市普通居民报告电磁环境情况。 2 1 电磁环境监测的布点方法 环境电磁场可以分为两大类：一类称为“一般电磁环境”，是指在 较大范围内电磁辐射的背景值，是由各种电磁辐射源，通过各种传播途 径在某一接受点造成的电磁辐射环境本底。另一类称为“特殊电磁环境” 是指一些典型的辐射源( 如广播、电视发射天线，工、科、医用射频设 备等) 在其周围局部小范围内产生的较强的电磁辐射环境。 2 1 1 方格布点法 一般电磁环境的监测，目前一般主张采用方格布点法j ：以主要 的交通干线为参考基准线，把所要测量的区域划分为l k m xl k m 的方格 形子区，原则上选每个方格中心点做监测点，以该点的监测值代表该方 格区域内的辐射水平。这种方法在采用时，存在许多困难： ( t ) 监测点太多，工作量太大，采用方格法布点，被测区域( 例如 一个城市的市区) 一般可以被划分为几十到一百多个方格子区。在每一 个监测点，测量内容一般包括：电磁辐射场的频谱分析；场强测量( 包 括各种频率辐射场强的测量，对于每一种频率的辐射，还需要分别测量 水平极化波场强和垂直极化波场强) ；考虑到环境电磁波的波动和随机 北京交川大学硕士学位论文 变化，在每个监测点都需要进j j 重复性测量( 连续几大，每天的不同时 叫) ；为了了解某一监测点电磁辐射的场强一时间特性和频率一时间特 性，还需要全天2 4 h 连续监测因此监测工作量很大。 ( 2 ) 所选的监测点，大多数都没有代表性。进行环境电磁辐射监测， 所关心的一是电磁辐射很强的区域内的辐射水平，二是人口稠密区域内 的电磁环境。采用方格法布点，大多数监测点反映不出这些特性，不能 提供所需要的数据。 2 1 2 人口密度加权和有效辐射功率加权布点法 由于上述的原因，在一般电磁环境中。方格法作为选择监测点的基 本方法有许多困难。为了解决这些问题，建议在一般电磁环境监测中， 在采用方格法的基础上，利用“人口密度加权”和“有效辐射功率加权” 的方法，选择部分典型的，有代表性的区域设置监测点“，具体方法如 下： ( 1 ) 利用方格法把被钡4 区域划分为l k m xl k m 的方格子区。 ( 2 ) 统计每个方格区域中的人口密度( 人口数量k m 2 ) ，统计每个 方格区域的人口密度加权系数。 在统计人口密度时，可先计算出被测区域内的平均人口密度，再统 计几个人口最稠密的方格子区和人口最稀疏的方格子区的人口密度，其 它方格子区的人口密度可估计近似值。每个方格区域的人口密度加权系 数定义为： l = 兰 ( 2 1 ) ” 其中1 1 时该方格区域内的人口密度，疗是被测区域内的平均人口密 度。 北京交通大学坝：学位。t 义 ( 3 ) 统计每个方格区域中的有效辐射功率，计算每个方格区域的有 效辐射功率加权系数。有效辐射功率的计算方法如f ： 广播、电视发射天线的辐射功率按1 0 0 计算。 广播、电视发射天线的电磁辐射对邻近的方格区域内的电磁环境 的影响也很大，为了体现出广播、电视发劓天线的电磁辐射对邻近个方 格区域内的电磁环境的影响，根据理论分析和实际测试结果推断：计算 邻近各方格区域( 东，南，西，北四个方格区域) 内的有效辐射功率时， 应加上发射天线辐射功率的5 。这部分附加的有效辐射功率不计入被 测区域内的总的辐射功率。 通讯设备的辐射功率按1 0 0 计算。 工业、科学、医疗等射频设备泄漏的辐射功率只占其输出功率的 很小一部分。根据实时测试结果估计：对于3 0 0 k h z 以下的低频设备， 有效辐射功率按其输出功率的0 1 计算i3 0 m h z 左右的高频设备，有 效辐射功率按其输出功率的5 计算；微波设备泄漏的辐射功率比较强， 可根据屏蔽情况估计有效辐射功率。每个方格区域的有效辐射功率加权 系数定义为： l = 1 + 兰( 2 2 ) p 其中p 是该方格区域内的有效辐射功率( k w k m 2 ) ，p 是被