北京市基站射频电磁监测与分析

北京市基站射频电磁监测与分析

移动通信基站是一个通信和手机信息的广播通信站。这是一个确保手机信息连续传输和通信的中心。基于信号覆盖的范围及信号干扰问题,移动通讯基站一般采用低功率、高密度大覆盖面建设。据统计,重组后中国移动G网基站约50余万个、中国电信C网基站约30万个、中国联通G网基站约29万个,移动通信网络已覆盖全国所有地(市)和98%以上的县市),如此庞大数量手机基站的电磁污染问题,尤其是在民用建筑物上设置的手机基站的电磁污染问题引起了社会各界的关注。为保障公众健康,防止手机电磁辐射的不良生物学效应,笔者对移动电话基站电磁辐射污染进行专题调查,针对基站射频电磁污染提出科学可行的对策建议,并通过对相关数据的统计分析为移动通讯公司架设微蜂窝基站提供安全架设高度及安全防护距离建议。1材料和方法1.1测量仪器及测量条件根据《辐射环境保护管理导则——电磁辐射监测仪器和方法》要求,使用行业认可并经计量认证的EMR-300型及SMZ-3000型电磁场强度测量仪(德国Narda公司)。根据基站工作频率(800~2200MHz)选择全向电场探头,探头频率范围为100kHz~3GHz,有效量程为0.10~170mW/cm2;同时为了保证测量的精密及准确度在调查过程中使用了定位装置和环境温湿度监测装置。1.2方法1.2.1微波辐射污染区的确定根据WHO统计,一般分布在郊区功率相对较大的基站微波电磁辐射在距基站50~300m范围地面射频电磁辐射强度最大,因此对于室外宏蜂窝基站本研究将距基站50~300m范围定义为基站的微波辐射污染区;而微蜂窝基站由于额定功率较小,其有效覆盖半径小,因此本研究将微蜂窝基站天线的近场,即距离天线小于0.7m范围定义为微蜂窝基站的污染区。1.2.2功率密度限值移动通讯基站的发射频率一般为800~2145MHz,我国对此频段的电磁场公众暴露管理限值为40μW/cm2(GB8702—88《电磁辐射防护规定》);为保证公众照射的总剂量小于GB8702—88标准限值,单个电磁辐射项目的功率密度限值应为GB8702—88中相应限值的1/5(8μW/cm2,HJ/T10.3—1996《辐射环境保护管理导则——电磁辐射环境影响评价方法与标准》);瑞士移动通讯基站电磁辐射的安装限值规定900MHz的安装限值为4V/m(4.24μW/cm2),1800MHz的安装限值为6V/m(9.55μW/cm2),上述两种混合频率的安装限值为5V/m(6.63μW/cm2)(814.710OrdinancerelatingtoProtectionfromNon-IonisingRadiation,ONIR)。1.2.3环境射频电磁场应用参照我国环保部制订的《辐射环境保护管理导则——电磁辐射监测仪器和方法》及《移动通信基站电磁辐射环境监测方法》要求,根据北京市GSM(GlobalSystemforMobileCommunications)微蜂窝基站的总体分布,于2007—2009年对北京市公共场所(宾馆、饭店、写字楼、娱乐场所、体育场馆等)、居民区、医院、学校及幼儿园等场所选择101个有代表性的微蜂窝基站及23个室外宏蜂窝基站进行环境射频电磁场强度监测;依据天线类型、天线架设方式、天线的增益及天线环境电磁场的分布特征和人流量密集程度,在各检测站点选取最大增益天线和部分有代表性的天线进行环境电磁场强度测量。1.2.4环境电磁场强度测量室内全向天线在相对空旷处以最大辐射方向为基准按120°划分三个方向,或依天线所在环境特点选取最大辐射方向,在天线的近场和远场选取代表性点测量距地面1.7和2.0m高度环境电磁场强度;或依天线所在环境特点选取最大辐射方向及另一相对空旷方向,在天线的近场和远场选取代表性点位测量距地面1.7和2.0m高度环境电磁场强度。室内定向天线选取主瓣方向近场区和远场区代表性点位测量距地面1.7及2.0m高度环境电磁场强度。室外天线采样一般采取室外宏蜂窝的测量方法,在人群经常活动区域选点测量距地面1.7m环境电磁场强度;室外草坪隐蔽天线考虑儿童活动特点在天线主瓣方向测量0.8、1.2及1.7m高环境电磁场强度。电磁辐射源采样以天线为中心,在最大辐射方向上测量距场源分别为10、20和30cm处的电磁场强度(图1)。1.2.5检测响应面设计根据HJ/T10.2—1996《辐射环境保护管理导则——电磁辐射监测仪器和方法》及《移动通信基站电磁辐射环境监测方法》要求,参照北京市移动通讯公司提供的各检测站点的忙时,分别于忙时检测微蜂窝基站的环境电磁场强度,测量时仪器设置为均值模式,每一采样点连续测量5次,每次测量时间为16s,并读取稳定状态的最大值;选择辐射强度最大点分别测量移动电话运营商在开机和关机时环境电磁场强度。1.3天线环境电磁场强度的数据分析应用描述性流行病学方法分析基站天线的环境电磁场分布特征,统计分析使用SAS9.1软件包,应用多元回归分析基站天线环境电磁场强度的影响因素,应用秩相关检验天线环境电磁场强度与天线增益、测量高度和测量距离的关系。假设检验采用双侧检验,α=0.05。2结果2.1室内微蜂窝综合干扰频率磁强监测的结果2.1.1向天线射频电磁本研究针对101个代表性微蜂窝基站选取了321个代表性全向天线进行射频电磁场监测,共5147个监测数据(表1)。61.36%(3158/5147)室内微蜂窝全向天线射频电磁场的监测数据<0.10μW/cm2(有效量程),0.37%的监测数据≥8~<40.0μW/cm2,0.10%的监测数据>40μW/cm2,最高值为103.7μW/cm2。321个全向天线中1.7m高度监测数据大于8μW/cm2天线数为4个(1.2%),2.0m高度监测数据大于8μW/cm2天线数为15个(4.7%),另有5个全向天线2.0m高度监测数据超过我国GB8702—88《电磁辐射防护规定》相关频段公众暴露的标准限值(30~3000MHz:40μW/cm2)。2.1.2测量高度与环境电气监控值之间的相关性2.1.3天线高度及高度室内全向微蜂窝基站的环境电磁场强度测量值与天线的悬挂高度及天线的增益密切相关,天线高度小于2.0m时约3%(2/63)的监测数据大于40μW/cm2;天线高度为2.1~2.3m时约2%(15/788)的监测数据大于8μW/cm2,其中0.1%(1/788)监测数据大于40μW/cm2;天线高度为2.4~2.6m时0.16%(2/1272)监测数据大于8μW/cm2;天线高度大于3.0m时所有监测数据均小于8μW/cm2(表3~6)。近场的监测数据显著高于远场的测量数据,但在近场的测量数据与距离无显著相关性(表3~6)。2.1.4影响室内微窝基站全向天然高频电磁场强度的因素2.1.4.微植物基天开环测量测量的相关性室内全向天线的射频电磁场的强度随着与发射源的距离增加逐渐衰减,同时其射频电磁场强度与天线的悬挂高度负相关(P<0.01),与天线的增益(P<0.05)及采样点的高度呈正相关(P<0.01),而与微蜂窝基站天线的频率、载频配置、环境的温度和湿度及天线所在场所的环境高度无显著相关性(P>0.05),见表7。经多元逐步回归分析,室内微蜂窝基站环境射频电磁场强度(PD,μW/cm2)与天线增益、天线高度、测量距离和测量高度相关,回归方程为:PD=-0.709+0.023G-0.113ha-0.282d+0.782hm式中:PD—功率密度,μW/cm2;G—增益,dB;d—测量距离,m;ha-天线悬挂高度,m;hm—监测点与地面的垂直距离,m。2.1.4.灯光时的测量数据监测数据表明,在室内微蜂窝基站布设附近(<0.5m)有指示标志灯箱或照明灯时,测量数据偏高;基站开关及照明灯具的开关数据表明,上述测量值在较远距离反而相对较高的现象实为附近的指示标志灯箱或照明灯干扰(表8)。在关闭照明灯具后,基站的测量值即重新符合随距离增加电磁场强度减小的规律衰减(表9)。2.2微波辐射监测数据共对25个代表性微蜂窝基站定向天线进行环境电磁场强度监测(表10)。除5个定向天线射频电磁场监测数据高于环境背景值外,其余20个(80%)定向天线射频电磁场监测值均为环境背景值(<0.10μW/cm2),室内定向天线微波辐射的最大监测数据为4.42μW/cm2,所有监测值均小于我国HJ/T10.3—1996《辐射环境保护管理导则——电磁辐射,环境影响评价方法与标准》对单个项目污染规定的管理限值(8μW/cm2),也小于瑞士移动通信基站安装限值(ILV,约等于6.6μW/cm2)。经Spearman秩相关检验,室内定向天线监测数据与基站类型、环境高度、天线挂高、测量距离和测量高度无统计学相关性(P>0.05)。2.3国家环境规范标准共对143个代表性室内全向天线辐射源的电磁辐射分布状况进行调查。沿辐射最大方向(表11)距天线10cm处的功率密度最大监测值为232.40μW/cm2,与我国HJ/T10.3—1996《辐射环境保护管理导则——电磁辐射,环境影响评价方法与标准》对单个项目污染规定的管理限值(8μW/cm2)相比,31.5%(45个天线)监测值超过该管理限值,并有约5%的监测值大于我国GB8702—88《电磁辐射防护规定》30~3000MHz频段的公众暴露限值(40μW/cm2)。如果与瑞士移动通信基站安装限值(ILV,约等于6.6μW/cm2)相比,则35.0%(50个天线)监测值超过规定;距天线30cm处2.8%(4个天线)监测值大于8μW/cm2,0.7%(1个天线)的监测数据大于40μW/cm2(表11)。2.4红蜂窝环境电磁场强度测量结果2.4.1研究对象共选取23个室外宏蜂窝基站进行环境射频电磁场强度监测。调查的56个宏蜂窝基站室外环境射频电磁场监测数据均小于我国GB8702—88《电磁辐射防护规定》中30~3000MHz频段的公众暴露限值(40μW/cm2),也小于我国HJ/T10.3—1996《辐射环境保护管理导则——电磁辐射,环境影响评价方法与标准》对单个项目污染规定的管理限值(8μW/cm2)及瑞士移动通信基站安装限值(ILV,约等于6.6μW/cm2,表12)。调查显示,当室外宏蜂窝基站天线悬挂高度大于15m时,其地面(1.7m)环境电磁场分布在距离天线50~300m范围相对较强,距离天线50m内及300m外的环境电磁场强度相对较弱(表13)。2.4.2国家环境规范选择宏蜂窝基站射频电磁污染区的家居环境及办公环境进行射频电磁场强度监测,共监测152组数据,最大监测值为2.72μW/cm2(表14)。宏蜂窝基站射频电磁污染区建筑物内的环境射频电磁场强度测量值均小于我国GB8702—88《电磁防护规定》中30~3000MHz频段的公众暴露限值(40μW/cm2),也小于我国HJ/T10.3—1996《辐射环境保护管理导则——电磁辐射,环境影响评价方法与标准》对单个项目污染规定的管理限值(8μW/cm2)及瑞士移动通信基站安装限值(ILV,约等于6.6μW/cm2)。经Spearman相关检验宏蜂窝基站室内环境电磁场强度与测量距离(天线距采样点的水平距离)及相对高度(采样点与天线之间的垂直距离)相关,其相关系数分别为-0.561(P<0.001)和0.999(P<0.001)。2.4.3射频辐射污染区的选择现阶段由于移动运营商将基站信号基本上做到了全覆盖,因此很难选择基站电磁辐射的相对无污染区,参考WHO的专题报告(InformationSheet),一般相对无射频电磁辐射污染的家庭环境射频电磁场强度小于0.1μW/cm2。3宏蜂市站的电磁污染分析移动通讯基站的工作频率一般为800~2200MHz(872~960MHz,1710~1875MHz及1920~2170MHz),属于射频电磁场(10MHz~300GHz)。根据基站的发射功率及信号覆盖范围一般将基站分为宏蜂窝基站(简称宏站)和微蜂窝基站,宏蜂窝基站一般分布在郊区,其电磁污染影响半径较大(50~300m);微蜂窝基站一般为宏站的补充,主要用于信号盲区覆盖,多为室内分布系统,微蜂窝基站由于额定功率较小,其电磁污染半径小(<1m)。本项目调查显示基站的射频电磁污染水平与基站的类型、位置、天线挂高、天线的增益及周边屏蔽物密切相关。3.1现场调查监测结果室外宏蜂窝基站虽然功率相对较高,但由于架设高度一般高于15m,距宏站50m范围内为其电磁辐射盲区,射频电磁场实际监测值相对较小,一般小于0.5μW/cm2;而在50m外一般由于存在高大建筑物及树木等屏障,而射频电磁场极易被建筑物、金属或高大树木等屏蔽,因此在其电磁污染区(距基站50~300m)射频电磁场的实际监测值也相对较小。室外宏站的现场最大监测值为3.15μW/cm2,所有监测值均小于我国GB8702—88《电磁防护规定》中30~3000MHz频段的公众暴露限值(40μW/cm2),也小于我国HJ/T10.3—1996《辐射环境保护管理导则———电磁辐射,环境影响评价方法与标准》对单个项目污染规定的管理限值(8μW/cm2)及瑞士移动通信基站安装限值(ILV,约等于4.2~6.6μW/cm2)。由于射频电磁场受建筑物及树木等屏障的屏蔽,因而与宏站相邻建筑物室内环境电磁场强度的测量值一般均较小;即使楼层的高度与对面基站的架设高度相近或一致,一般建筑物内的环境电磁场强度测量值也较小,现场调查监测最大值为2.72μW/cm2,所有室内监测值均小于我国GB8702—88《电磁防护规定》中30~3000MHz频段的公众暴露限值(40μW/cm2),也小于我国HJ/T10.3—1996《辐射环境保护管理导则——电磁辐射,环境影响评价方法与标准》对单个项目污染规定的管理限值(8μW/cm2)及瑞士移动通信基站安装限值(ILV,约等于4.2~6.6μW/cm2)。虽然室外宏站的额定功率远大于室内微蜂窝基站,但是由于室外景观绿化及建筑物的遮挡作用,室外宏站的环境电磁场强度测量值远小于个别室内微蜂窝基站环境电磁场强度。3.2开展模频式农药测量和相关数据调查,发现了长期基由于金属材料对射频电磁场具有一定的反射作用,调查发现在天线附近(<0.5m)如果存在金属管架或金属标示,则该天线的射频电磁场测量数据显著增高(增加50%以上);此外在本项目调查中还发现工频电磁场对射频电磁场的干扰现象,在微蜂窝基站附近(<0.5m)布设指示标志灯箱或照明灯时,测量数据偏高。为了查找影响测量数据的真正原因,本项目组使用了具选频功能的电磁场强度测量仪并现场进行基站开关及照明灯具的开关试验。现场试验表明指示标志灯箱或照明灯对基站的环境电磁场测量值具有一定的干扰作用,在关闭照明灯具后,基站的测量值即重新符合随距离增加电磁场强度减小的衰减规律。3.3难以实现手机合理使用的环境电磁场目前关于基站电磁辐射对健康影响的文献相对较少,由于基站的射频电磁辐射较小,且公众可达之处所接触的基站的辐射更小,与手机相比由于人们在使用手机时直接暴露于手机微波的近区场,因此人们更多的关注手机电磁辐射对健康的危害。但是近年来随着北欧一些国家电磁辐射超敏综合征的研究深入,人们对基站电磁辐射对健康影响有了新的认识,WHO也分别于2003年及2006年将基站电磁辐射列入射频电磁场研究规划。虽然与手机基站相邻建筑物内环境电磁场强度测量值很小,几近环境背景值,但是公众的暴露是被动的、不知情的及连续24小时的暴露。据测算按基站的暴露强度与手机的辐射相比,人们每天暴露于基站的累积暴露量约相当于