民航西安中心环境电磁状况频谱监测、评价与防护措施

1、民航西安中心环境电磁状况频谱监测、评价与防护措施高水生1（湖北省环境保护厅，湖北，武汉，430072）摘要：西安区域管制中心内有雷达、微波通信、遥控台和卫星地面站等典型电磁设施的电磁辐射污染源，用电磁辐射分作者简介：高水生，男，教授级高级工程师，长期从事辐射环境保护监测与管理工作。基金项目：铁道部科研基金支助项目（10234567） 析仪和频谱分析仪对拟建西安区域管制中心及机场等典型环境中的电磁辐射水平开展了监测与评价，有针对性的提出了电磁辐射防护措施，为合理建设西安区域管制中心提供了辐射环境方面的科学依据。关键词：中心 电磁辐射 环境影响 防护 措施中国分类号：X820.3 文献标识码 A

2、文章编号 The electromagnetic radiation environmental impact analyses and protection countermeasures with spectrum analyzers in Xian area control centreGAO Shui-sheng11 Hubei Environmental Protection Bureau,Wuhan 430064,ChinaAbstract: There are existing a large number of pollution sources of electromagne

3、tic radiation of typical radar, microwave, remote control station and satellite ground stations in Xian area control center. The lever of electromagnetic radiation was monitored around areas of airport by using electromagnetic comprehensive instrument and found that the wireless radio wireless radio

4、 interference was mainly made by the TV & radio station, but the level of electromagnetic radiation was much lower then that of national standard (power density of the one project:20W/m). The reasonable and viable measures for the protection of electromagnetic radiation are proposed base on this ana

5、lysis.Keywords ：electromagnetic radiation environmental impact analyses protection countermeasures西安中心的空管设施大多数是在“八五”、“九五”时期配置的，设备先进程度不高，自动化处理能力低，扩容能力差。难以实现信息的全国性联网。目前，西安中心存在的主要问题有：空域不合理，管制手段落后。现有空管设施技术标准不统一，难以实现大区域信息联网。管制区内VHF覆盖尚存在信息盲区，西安中心内西安管制区已基本实现VHF 6600m以上覆盖，但其兰州管制区内尚未实现VHF 6600m单重覆盖。周边地区尚存在电视

6、台、电台等干扰信号，不容忽视，亟需综合整治1。1 西安中心电磁设施概况西安中心是西北最大的航空管制中心，其主要任务是提供航行情报、空中交通管制、航空器告警及搜寻救援服务，保证空中交通安全、有序、快捷。西安中心由咸阳国际、榆林、汉中、庆阳、中川、银川、嘉峪关、敦煌和格尔木九个机场以及延安、安康、民勤、西宁、岷县、高台、柳园、刚察、德令哈和巴彦诺日公十个雷达站（遥控台）组成。目前，现有空域的划分方式和管理模式不尽合理，空管设施薄弱，飞行流量低，很不利于空域利用率和管制工作效率的提高，对保证飞行安全也极为不利。为此，国家有关部门决定在“十一五”期间对该中心进行大规模技术改造。项目基本情况列于表1。表

7、1 西安中心新改扩建项目基本情况一览表Table 1 The List of Basic Iircumstance of Building, Reconstructing & Extending序号分项工程性质建设主要项目坐标1西安区域管制中心新建新增200信道Ku和80信道C卫星站N340018”-E1084109”2西安咸阳国际机场改扩新增16信道VHFN342648”-E1084506”3延安雷达站改扩新增5信道VHF、9信道Ku卫星站N354138”-E1095935”4榆林机场改扩新增4信道VHF，扩容6信道Ku卫星站N382118”-E1093536”5汉中机场改扩新增4信道VHF

8、，扩容6信道Ku卫星站N323745”-E1062624”6安康雷达站改扩新增4信道VHF、7信道Ku卫星站N323408”-E1083651”7庆阳机场改扩新增8信道VHF、10信道Ku卫星站N354622”-E1073615”8兰州中川机场改扩新增5信道VHF、扩容10信道Ku卫星站N360036”-E1035103”9敦煌机场改扩新增5信道VHF、6信道Ku卫星站N400934”-E944121”10嘉峪关机场改扩新增8信道VHF、6信道Ku卫星站N394111”-E981532”11民勤VHF遥控台新建新增6信道VHF、8信道Ku卫星站N383656”-E1030748”12银川机场改

9、扩新增7信道VHF、8信道Ku卫星站N362434”-E1051825”13西宁VHF遥控台改扩新增5信道VHF、6信道Ku卫星站N365625”-E1015013”14格尔木机场改扩新增5信道VHF、6信道Ku卫星站N362532”-E945546”15岷县VHF遥控台新建新增6信道VHF、8信道Ku卫星站N342529”-E1040618”16高台VHF遥控台新建新增5信道VHF、6信道Ku卫星站N392255”-E994832”17柳园VHF遥控台新建新增5信道VHF、6信道Ku卫星站N410538”-E952927”18刚察VHF遥控台新建新增5信道VHF、6信道Ku卫星站N37185

10、8”-E1000921”19德令哈VHF遥控台新建新增5信道VHF、6信道Ku卫星站N372109”-E972220”20巴彦诺日公VHF遥控台新建新增5信道VHF、6信道Ku卫星站N400959”-E1044811”2 电磁辐射污染源分析项目建成后，西安中心范围内的电磁辐射源大大增加，主要由雷达、微波通信、遥控台和卫星地面站等组成，涉及到甚高频、特高频和超高频波段（C波段和Ku波段位于超高频波段）。各电磁辐射源的基本参数见表2和表3。表2 各类电磁辐射体的有关参数Table 2 The Relevant Parameter for Eletromagnetic Radiations设备类型发

11、射频率（MHz）发射功率（W）天线增益（dBi）雷达2700（一次雷达）1500034.51030（二次雷达）141027VHF118137502卫星地面站14940（Ku波段）1050微波通信站7149/7338/130001994表3 20个台站及计划建设的发射体污染源一览表Table 3 The Radiation Pollution Resource in the 20 Stations序号分项工程名称雷达站微波通信站VHF遥控台卫星地面站/C波段和Ku波段数量发射频率/MHz发射功率/W数量发射频率/MHz发射功率/W数量频率范围/MHz发射功率W类型新建/改扩建发射频率/MHz发射

12、功率/W1西安区域管制中心C/Ku6205/14940102西安咸阳国际机场22700/103015000/141017149/7338124/611813750C,Ku/Ku6205-14940103延安雷达站1103014102/511813750Ku/Ku14940104榆林机场8/411813750Ku/Ku14940105汉中机场8/411813750Ku/Ku14940106安康雷达站1103014108/411813750新建Ku波段14940107庆阳机场8/811813750Ku/Ku14940108兰州中川机场21030/54001410/2500008/511813750

13、C.Ku/Ku6205-14940109敦煌机场8/511813750C.Ku/Ku6205/149401010嘉峪关机场8/811813750C/Ku6205-149401011民勤VHF遥控台8/611813750C/Ku6205-149401012银川机场8/711813750Ku/Ku149401013西宁VHF遥控台27149/733818/511813750新建Ku波段149401014格尔木机场17149/733818/511813750C/Ku6205-149401015岷县VHF遥控台0/511813750新建Ku波段14940-1016高台VHF遥控台0/511813750

14、新建Ku波段149401017柳园VHF遥控台0/511813750新建Ku波段149401018刚察VHF遥控台0/511813750新建Ku波段149401019德令哈VHF遥控台0/511813750新建Ku波段149401020巴彦诺日公VHF遥控台0/511813750新建Ku波段14940103 电磁辐射环境监测与评价3.1 国家相关标准与无线电频率划分3.1.1 电磁辐射标准我国现行执行的电磁辐射保护标准主要有两个，一个是原国家环境保护总局制定的电磁辐射防护规定（GB8702-88），一个是由卫生部制定的环境电磁波卫生标准（GB9175-88）。各标准间差异很大，又各有特点。电磁

15、辐射防护规定2（GB8702-88）采用了限值的概念，要求一切产生电磁辐射污染的单位和个人，应本着可合理达到尽量低的原则，努力较少其电磁辐射污染水平，采用了SAR3（specific absorption ratr,比吸收率,指生物体每单位质量所吸收的电磁辐射功率）作为基本基本限值。将暴露分为职业暴露和公众暴露，但该标准不足的地方是4：标准的使用范围为100kHz300kHz，给工频电场和高频磁场留下了未予说明的空缺，容易产生标准引用偏差。没有考虑到近场与远场的区别。生物体对电磁辐射能量的吸收量吸收速率及体内电磁场分布与外界电磁辐射强度不是简单的线性关系，电场强度、功率密度等都不能反映电磁场与

16、生物体组织之间的相互关系所导致的电磁场在生物体组织内部变化。所以在在测量近场附近的辐射时，应该采用基本限值SAR作为限制判定依据。 在在100kHz30GHz范围内辐射的基本限值都是SAR，因为在高于10GHz的频率范围内，各种场渗入组织的深度非常有限，SAR无法很好的测量，所以此时用功率密度则更为合适基本限值。环境电磁波卫生标准（GB9175-88）的特点是：以电磁辐射强度及其频段特性对人体可能引起潜在性不良影响的阈值为界, 将环境电磁波容许辐射强度标准分为二级, 超过二级标准地区, 对人体可能带来有害影响; 针对作业场所, 分别制定了工频、高频、超高频、微波等频段的辐射卫生标准; 在标准中

17、采用了最大容许暴露量的概念。但这个标准并没有包括对工频感应电磁场的场强的限定。随着社会的发展, 变电站和高压线等产生工频感应电磁场的辐射源, 已广泛进入人群密集区, 因此对工频感应电磁场的场强必须加以限定。然而，SAR值只能为少数专业或职业人士所掌握，于是，提出了为大众所接受职业限值和公众照射导出限值，导出限值是指可以产生与基本限值相应的电场、磁场和功率密度值。由于基本量很难测出，所以，国际、国内大多数文件给出了电场、磁场和功率密度的导出（参考）限值。当暴露条件可以产生低于基本限值的SAR电流密度时，导出限值有可能被超出，换句话说，如果场强符合导出限值，那么就一定符合基本限值5。本文采用电磁辐

18、射防护规定标准，具体见表4。 表5 公众照射导出限值The Derived Limits for Public radiation频率范围，MHz电场强度，Vm磁场强度，A/m功率密度，Wm20.1-3400.1（40）*3-3067/0.17/（12/f）*30-3000（12） *（0.32） *0.43000-15000（0.22）*（0.001）*f/750015000-30000（27）*（0.73） *2* 系平面波等效值, 供对照参考。 * 供对照参考, 不作为限值; 表中f是频率, 单位为MHz; 表中数据作了取整处理。在引用该标准时，还要注意下列要求：对于一个辐射体发射几种频

19、率或存在多个辐射体时，其电磁辐射场的场量参数在任意连续6min内的平均值之和，应满足式下式的要求：式中：i,j-第i个辐射体j频段辐射的辐射水平；i，j，L-对应于j频段的电磁辐射所规定的照射限值。 对于本项目，为使公众受到总照射剂量小于GB8702-88的规定值，对单个项目的影响必须控制在GH8702-88限值的若干分之一，在评价时，对于由国家环境保护局负责审批的项目，可取GB-8702-88中场强限值的1/，或功率密度限值的1/26。其他项目则取场强限值的1/，或功率密度限值的1/5。西安中心是国家环保局审批的项目，所取的公众导出限值如表5。表6 本工程公众照射导出限值一览表Table 6

20、 The General List of Derived Limits for Public Radiation in This Program设备名称频率范围/MHz电场强度/V/m功率密度/W/m2国家标准限值本项目国家标准限值单个项目VHF118137128.490.40.2一次雷达1030128.490.40.2二次雷达540016110.40.2微波通信站7149/7177/1300018.6/19.35/25.0713.15/13.18/17.740.95/1.030.170.191/0.191/0.347卫星地面站6205/149400.2212.25/19.01f/75000.

21、166/0.3983.1.2 无线电频率划分通常，国际上对无线电频率采取分配规划、指配规划和介于分配规划和指配规划之间的分配方式。现在我国实行的是以频率指配规划为主的方式，如我国的广播、电视频率规划，蜂窝移动通信网频率规划。无线电频率资源虽然不象其它资源那样会消耗、枯竭，但它必须不断的开发、必须进行科学的管理，否则，空中电波秩序混乱，无线电不能正常工作，势必给国民经济和用户个人带来巨大损失。无线电频谱资源归国家所有，被指配频率的单位和个人仅仅有所有权，而绝对没有对频率的处置权，所以，国家对无线电频谱资源的所有权神圣不可侵犯7。为了既充分利用日益紧张的无线电频率资源，各用户间又互不干扰，国家制定

22、了无线电频带和波段的命名8。见表6，无线电频率划分一览表。7无线电频率分类一览表*Table 3 The General List of Radio Frequency 带号频 带 名 称频 率 范 围*波 段 名 称波 长 范 围主要使用部门和行业*1至低频（TLF）0.03 Hz0.3Hz至长波或千兆米波100001000兆米（Mm）0至低频（TLF）0.3 Hz3Hz至长波或百兆米波1000100兆米（Mm）1极低频（ELF）3 Hz30Hz极长波10010兆米（Mm）2超低频（SLF）30 Hz300Hz超长波101兆米（Mm）3特低频（ULF）300 Hz3000Hz特长波10001

23、00千米（km）4甚低频（VLF）3 kHz30kHz甚长波10010千米（km）甚低频主要应用于海上通信、标准对时，频率广播、无线电导航等5低频（LF）30 kHz300kHz长波101千米（km）6中频（MF）300 kHz3000kHz中波1000100米（m）中波主要应用于中波广播、无线电通信及机场导航。其频率为5265kMHz16055kMHz。7高频（HF）3 kHz30MHz短波10010米（m）高频（短波）主要应用于无线电通信与广播，甚高频（超短波）主要用于无线电通信，导航与广播等；8甚高频（VHF）30 kHz300MHz米波101米（m）调频广播在87MHz108MHz。电

24、视频道跨超短波和微波（两个波段），在485MHz958MHz范围内，共分为5个频段，49.7MHz72.25MHz ，77.25MHz91.75MHz ，168.25MHz222.75MHz，471.25 MHz565.75 MHz以及627.25MHz 957.75MHz。9特高频（UHF）300 kHz3000MHz分米波101分米（dm）微波：为空间波，主要应用于雷达，空间通信，视距，微波通信与电视广播等。广泛使用的电视以特高频为主，在在485MHz958MHz。10超高频（SHF）3 GHz30GHz厘米波101厘米（cm）超高频中C波（4GHz8GHz）和Ku波段（12GHz18GH

25、z）常用于空间通信。11极高频（EHF）30 GHz300GHz毫米波101毫米（mm）12至高频（THF）300 GHz3000GHz丝米波或亚毫米波101丝米（dmm）*：无线电频带和波段的命名：无线电频谱可分为表中的14个频带，无线电频率以Hz（赫兹）为单位，其表达方式为： 3000kHz以下（包括3000kHz），以kHz（千赫兹）表示； 3MHz以上至3000MHz（包括3000MHz），以MHz（兆赫兹）表示； 3GHz以上至3000GHz（包括3000GHz），以GHz（吉赫兹）表示。*：频率范围（波长范围亦类似）均含上限、不含下限；相应名词非正式标准，仅作简化称呼参考之用。*：

26、为方便读者查阅，作者添加的栏目。3.2 监测仪器采用的主要监测仪器设备是德国生产的EMR300高频电磁辐射分析仪和美国安捷伦生产的E7405A频谱分析仪。3.3 电磁辐射监测结果及评价3.3.1 西安中心拟选场址电磁辐射监测结果及评价西安中心拟选厂址区域电磁辐射环境背景监测结果见表7。表7 西安区域管制中心拟选厂址电磁辐射环境监测结果Table 4 The Electromagnetics Monitoring Dato for Building & Proposed Project in Xian Center序号电场强度/V/m磁场强度/A/m功率密度/W/cm2测量值结果测量值结果计算值

27、结果10.230.6L*0.0070.025L0.000.1L20.190.6L0.0070.025L0.010.1L30.200.6L0.0060.025L0.010.1L40.170.6L0.0080.025L0.010.1L50.180.6L0.0070.025L0.010.1L*注： “L”表示监测结果低于方法检测限，电场强度方法检测限为0.6V/m、磁场强度方法检测限为0.025A/m，根据电场强度计算功率密度检测限为0.1W/cm2（以下同）。根据表4，西安中心拟选厂址区域电磁环境监测结果为：功率密度0.000.01W/cm2、磁场强度0.0070.009A/m，低于电磁辐射防护规

28、定（GB8702-88）中的公众照射导出限值（磁场强度0.075A/m，公众照射功率密度40W/cm2）。拟选厂址区域电磁环境良好。3.3.2 咸阳国际机场楼内、外电磁辐射监测结果及评价（1）咸阳国际机场楼内电磁辐射监测及评价对咸阳国际机场楼内区域的电磁环境监测结果见表8和图1 咸阳机场航管处频谱图。表 8 西安咸阳国际机场区域电磁环境监测结果Table 8 The List of Electromagnetics Monitoring Dtat in Xian, Xian Yang International Airplay编号电场强度(V/m)磁场强度(A/m)功率密度（W/cm2）测量值

29、结果测量值结果测量值结果10.570.6L0.0450.0450.090.1L20.570.6L0.0440.0440.090.1L30.380.6L0.0320.0320.040.1L40.300.6L0.0290.0290.020.1L50.710.710.0510.0510.130.1360.300.6L0.0330.0330.020.1L70.660.660.0480.0480.120.1280.820.820.180.1890.400.6L0.040.1L100.460.6L0.060.1L110.370.6L0.040.1L120.240.6L0.020.1L130.340.6L0

30、.030.1L140.260.6L0.020.1L151.431.430.540.54根据表8，咸阳国际机场航管楼内功率密度在0.020.12W/cm2的范围，磁场强度在0.0290.051A/m的范围，公众场所功率密度在0.020.54W/cm2的范围，远低于电磁辐射防护规定（GB8702-88）规定的VHF对应导出限值：公众功率密度导出限值20W/cm2、磁场强度导出限值0.07。（2） 咸阳国际机场外环境电磁辐射监测结果及评价对咸阳国际机场外环境进行监测,结果见表9。表9 咸阳国际机场外环境电磁辐射监测结果一览表Table 9 The List of Eletromagnetic Mon

31、itoring Data outside Xian Yang International Airplay序号监测点位描述电场强度(V/m)功率密度（W/cm2）方位距离（m）1N301.090.322501.140.3531000.800.171W301.090.342501.110.3331000.820.181S301.320.462501.130.3431000.6L0.1L1E301.410.532501.120.3331000.950.2441500.690.1352000.610.1062500.6L0.1L73000.6L0.1L84000.6L0.1L95000.6L0.1L1

32、07000.6L0.1L118000.6L0.1L由表9可见：咸阳国际机场外环境中的电磁辐射水平是电场强度在0.6LV/m-1.41 V/m,，功率密度在0.1L0.46W/cm2的范围，远低于电磁辐射防护规定（GB8702-88）规定的VHF对应导出限值：公众功率密度导出限值40W/cm2。2典型电磁辐射源的电场强度随距离的增加而减小。3.3.3 典型频谱分析频谱分析仪的主要特点是能宽频带连续扫描8，并将得到的信号在图上直观的显示出来，电平显示范围大于70dB，在电磁辐射测量中可以很方面看出频谱占用信号活动情况。（1）咸阳国际机场频谱分析表10是对图1西安咸阳机场航管处频谱图的进一步解读，在

33、西安咸阳国际机场航管楼处有9个峰值，分析认为机场周边地区存在电台、电视台和无线电信号，其中危害最大的是甚高频VHF频段（米波），测得最大峰值为107.0dB（V/m），对应频率为127.20MHz,电场强度为0.214V/m,换算成功率密度为0.012W/cm2。详见表10和图1。表10 咸阳国际机场频谱分析一览表分类 频率范围/MHz峰值/dB/V/m峰值对应频率/MHz备注杆状天线0.001598.450.538计0.084V/m53096.9121.6875计0.070V/m锥形天线30300106.6127.20计0.214V/m对数周期天线2002000101.8960.5计0.12

34、3V/m双脊喇叭天线100018000103.91850计0.157V/m（2）西宁机场滂子山频谱分析表11是对图2的进一步解读，在西宁滂子山亦有9个峰值，分析认为机场周边地区存在电台、电视台和无线电信号，其危害最大的是甚高频VHF波段(米波)，最大峰值为1033.6dB（V/m），对应频率为9.425MHz,电场强度为4.786V/m,换算成功率密度为6.078W/cm2。经现场排查，确认功率密度偏大的主要原因是在滂子山北偏西约800米处，高耸着青海省电视台发射塔1且正值公众收看电视的高峰时间段。见表11和图2。表11西宁VHF遥控台频谱分析综合一览表分类频率范围/MHz峰值dB/V/m峰值

35、对应频率/MHz备注杆状天线0.001591.060.675865计0.036V/m530103.315.5计0.146V/m锥形天线30300133.691.425计4.786V/m对数周期天线2002000109.0209计0.282V/m双脊喇叭天线10001800081.141510计0.011V/m (3) 对机场周边地区干扰信号的处理措施建议干扰信号是机场对所谓“黑色十三分钟9”（飞机起降各7分钟、6分钟）十分关注的，关系到人的生命和财产安全，必须尽一切力量防范。对于干扰信号（电台、电视台信号和无线电信号）的处置方法如下：消除信号源，通过当地政府协调，使电台、电视台搬迁；对实在短期

36、内无法搬迁的，应采取技术手段，将电台、电视台的发射天线调整方向，使其主射方向不要面对机场；减小电台、电视台的发射功率（标称功率）；做好机场的无线电系统监测，开展综合治理，确保机场航空无线电专用频率的使用。 图1 咸阳机场航管处频谱图 图2 西宁机场滂子山村频谱图Fag.1 The Frequency Spectrums in Xian Xianyang Airplay Fag.2 The Pangzishan Village Frequency Spectrums in Xining Airplay 4 西安中心电磁辐射防护建议措施本着可合理达到尽量低的原则，做好西安中心的电磁辐射防护措施，建议的主要的措施有以下几条：（1）合理选址、优化布局西安区域管中心拟建场址选在万安镇开元村，是城市远郊，地广人稀地段，电磁环境良好且宜于管控，工作环境适宜，具备长远发展的潜力。各台站选址符合机场、航路的发展规划，大部分在交通方便，靠近水源、电源的地点，有人值守的台