城市射頻公眾曝露區域監測最優網格尺度研究

武攀峰，陸煒，姚穎，王國旗，黃昕

（1.南通市環境監測中心站，江蘇南通226006；2.江蘇省核安全局，江蘇南京210019）

城市射頻公眾曝露區域監測最優網格尺度研究

武攀峰1，陸煒1，姚穎1，王國旗2，黃昕2

（1.南通市環境監測中心站，江蘇南通226006；2.江蘇省核安全局，江蘇南京210019）

采樣密度最優化是當前區域環境監測的難點問題，然而對區域射頻公眾曝露監測的最優尺度研究仍處于空白。該文以江蘇省南通市為例，采用新型車載監測技術對城區區域射頻公眾曝露進行現場實測，構建3種網絡分布特征。研究結果顯示，2km×2km、1km×1km和0.5km×0.5km這3種網格尺度所得南通城區平均電場強度分別為（0.56±0.24）V/m、（0.57±0.27）V/m和（0.56±0.31）V/m，其中以1km×1km測試值最接近總體均值。經Cochran理論計算法驗證，研究區域至少需要1km×1km網格密度的采樣尺度下，相對誤差為10%，才滿足Cochran公式獲取的最佳采樣網格數量。因此，1km×1km網格是以南通市為代表的我國II型大城市城區環境射頻電磁輻射測試的最優網格尺度。

公眾曝露；射頻電磁輻射；區域監測；最優網格尺度

0 引言

移動通信基站（下稱“基站”）為主要污染源的射頻電磁輻射（RF）[1-2]，因長期照射可能會引起不孕不育甚至癌癥風險，引起了政府和公眾的關注[3-5]，為此，客觀、全面地評價城市區域射頻輻射公眾曝露特征顯得尤為重要，對此國內外開展了廣泛研究[1，4-7]。目前我國主要采用網格布點法[8]，將研究區域全區劃分為1km×1km或2km×2km小方格，取方格中心為測試位置。然而，網格尺度對區域測試精度有較大影響，近年來針對最優采樣密度的研究主要集中在區域土壤、水環境、空氣質量監測等領域[9-12]。比如土壤的空間變異性存在于不同尺度上的主要影響因子有顯著差異，這種差異限制了從一個空間尺度到另一個空間尺度的信息轉換，是空間尺度效應產生的根本原因[9]。電磁輻射因起步較晚且未引起足夠重視，至今對此項研究鮮有報道，而且電磁輻射受城市地形地物、高層建筑、樹木、高壓線等影響較大。為此，在區域監測射頻電磁輻射時，選擇最優網格尺度布點對測試結果將有較大影響，而且根據研究目的不同，可適當選擇最佳網格尺度。

本文以江蘇省南通市為研究對象，采用車載監測技術對城區射頻電磁環境進行了詳盡測試，通過網格化構建，分析了3種網格尺度對區域場強統計結果及其區域空間分布的影響，并結合Cochran理論計算法提出我國II型大城市區域電磁環境監測最優網格布設密度，為我國電磁環境質量監測網建設提供技術支撐。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

南通市位于江蘇省東南部，與上海、蘇州隔江相望。全市總面積10549km2，總人口767.63萬人，根據國務院《關于調整城市規模劃分標準的通知》（2014年），以城區常住人口為統計口徑，南通被列入II型大城市。2014年實現地區生產總值（GDP）5652.69億元[13]，列全國地級以上所有城市第25位，地級市第10位，年均增速11.5%以上。市轄4個行政區，市人民政府駐崇川區。經濟的快速發展帶動了城市信息化進步，移動通信在經濟發展、政府事務、企業管理和百姓生活等領域得到了廣泛應用，南通市已先后被確定為國家第2批三網融合試點城市、國家智慧試點城市和中歐綠色智慧試點城市。近3年全市移動通信基站增加4 700座[14]，高于2010年前的總和。與此同時，惠民智慧城市建設與基站“鄰避效應”矛盾突出[15]。

1.2 測試裝置與方法

測試裝置采用江蘇省核安全局研制的車載電磁輻射環境監測系統，系統配置EMR300電磁輻射綜合場強儀（18C型探頭、頻響范圍為100kHz～3GHz、測試范圍為0.3～400V/m）、GPS等設備。車載儀器均通過計量檢定并在有效期內。

根據區域測繪地圖，車輛基于0.5 km×0.5km網格加密沿路行駛，車速不超過30 km/h，數據獲取率為3次/s。測試時間為2015年11月至12月。射頻電磁以電場強度（或稱“場強值”）評價，單位為V/m。

1.3 數據處理及有效性分析

數據統計采用IBM SPSS 22.0軟件，繪圖工具采用SigmaPlot 12.5軟件。對車載系統測試數據進行質量控制，考慮到實際電磁環境的不穩定性，測試數據中的極大極小值等異常值不能隨意剔除[13]，本次剔除的異常值主要是測量設備不穩定運行及受高壓線影響所產生的干擾數據，剔除異常值后即為有效測試數據。

1.4 網格化分析

首先建立數據庫，本研究共獲有效測試數據20 060組，每組數據包括測試時間、電場強度、經度和緯度等信息；然后利用Mapinfo將研究區域劃分為2km×2km、1km×1km和0.5km×0.5km 3種尺度網格，得到各尺度網格數2km×2km為38個，1km×1km為152個，0.5km×0.5km為597個；然后統計每個網格經緯度范圍內對應的數據，并計算所有電場強度數值的平均值，同時將計算結果導出至數據表，以方便進行后續的統計分析。

2 結果與討論

2.1 不同網格尺度對場強范圍分布的影響

對實測20 060組數據統計分析表明，南通城區總體電場強度為（0.58±0.28）V/m（平均值±標準差，下同），低于GB 8702——2014《電磁環境控制限值》中公眾曝露控制限值（取最嚴格限值即30～3000MHz對應的電場強度為12V/m）。3種網格尺度下，2km×2km、1km×1km和0.5km×0.5km統計的研究區域平均電場強度分別為（0.56±0.24）V/m、（0.57±0.27）V/m和（0.56±0.31）V/m。以均值相比，2km×2km和0.5km×0.5km相等，1km×1km最接近總體均值（0.58V/m）；以標準差相比，數據離散程度以0.5 km×0.5 km最高，2 km×2 km最低，1 km×1 km居中。

圖1 不同網格尺度場強值頻數分布圖

圖1顯示了3種網格尺度下，各場強值的頻數分布情況，以百分比表示。由圖可知，當場強值〈0.5V/m或＞1.5 V/m時，0.5km×0.5km網格尺度占比最大，1km×1km次之，2km×2km最小。相反，當場強值位于0.51～1.5 V/m區間時，2 km×2 km網格尺度占比最大，1km×1km次之，0.5km×0.5km最小，很顯然隨著網格尺度增大，區域場強值被均化，趨向于中間水平。

2.2 不同網格尺度對場強空間分布的影響

為進一步了解網格尺度表征對空間地理分布測試結果的影響，筆者采用MapInfo工具按照3種網格尺度分別構建了南通城區射頻公眾曝露分布圖，圖中用不同顏色表示每個網格對應的場強均值，圖中方格顏色由綠變紅，代表的綜合場強值變大，如圖2所示。其中圖2（a）表示2km×2km，圖2（b）表示1km×1km和圖2（c）表示0.5km×0.5km。

由圖可見，3種網格尺度表征結果均顯示南通城區射頻場強值地理空間分布呈現出中心高外圍低，主城區北高南低的特點，整體差異性不大。但是隨著網格尺度增大，場強值的空間分布趨于平滑，對細節的反映能力越來越弱，2 km×2 km（圖2（a））表征時最為明顯。比如，緊鄰通呂運河東南側區域，在1km×1km和0.5km×0.5km分布圖（圖2（b）和圖2（c））上顯示為紅棕色，而在2km×2km中仍顯示為黃色，這主要是由于從小網格測試生成的大網格數據會造成部分特征空間數據信息的均化或丟失所致[16]。以綜合場強值超過1.0V/m為例，網格數從大到小依次為0.5km×0.5km為47個（占7.9%）、1km×1km為9個（占5.9%）、2km×2km為1個（占2.6%）。區域最大值分別為1.88，1.35，1.24V/m。網格尺度越小，網格越密，場強極值差別越明顯，越有利于選擇具有代表性的典型區域，但綜合考慮測試周期與成本，長期例行監測應以1km×1km為佳。

2.3 不同網格尺度Cochran法驗證

大量研究利用Cochran最佳采樣數量計算公式[17]，依靠數據的統計特征進行最佳采樣數量的推薦。

圖2 不同網格尺度南通城區公眾曝露分布圖

Cochran法是針對區域純隨機采樣而構造的最佳采樣網格數量計算方法，目前在很多研究中被廣泛應用，計算公式為

式中：n——所需的采樣網格數量；

t——顯著性水平相對應的標準正態偏差；

Std——樣本標準差；

d——樣本平均值乘以相對誤差，%。

根據上述公式計算了南通城區射頻公眾曝露在一定置信水平和誤差要求下的合理采樣網格數量見表1。

表1 利用Cochran最佳采樣數量計算公式獲取研究區射頻公眾曝露合理網格數

由表可知，按照Cochran最佳網格數量公式，在置信水平為95%，相對誤差10%條件下，得到最佳采樣網格數為90個，即使當相對誤差達15%時，最佳采樣網格數也需40個以上。因此，研究區域至少需要1km×1km網格密度的采樣尺度下，相對誤差為10%，才滿足Cochran公式獲取的最佳采樣網格數量，而0.5km×0.5km尺度網格數為597個，遠大于94個明顯偏密。由此可見，1km×1km網格是以南通市為代表的我國II型大城市城區環境射頻電磁輻射測試的最優網格尺度。

3 結束語

1）2 km×2 km、1 km×1 km和0.5 km×0.5 km共3種網格尺度所得南通城區平均電場強度分別為0.56±0.24V/m、0.57±0.27V/m和0.56±0.31V/m，均低于GB 8702——2014中公眾曝露控制限值。其中以1km×1km測試值最接近總體均值，數值離散度及極值以0.5km×0.5km最高，1km×1 km次之，2 km×2km最低。

2）隨著網格尺度增大，場強值的地理空間分布趨于平滑，對細節的表征能力變弱。網格尺度越小，網格越密，場強極值差別越明顯，越有利于選擇具有代表性的典型區域，但綜合考慮測試周期與成本，并經Cochran區域純隨機最佳采樣網格數量公式計算驗證，1km×1km網格是以江蘇南通市為代表的我國II型大城市城區環境射頻公眾曝露測試的最優網格尺度。

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（編輯：劉楊）

Study on optimal grid scale for regional monitoring of urban radio frequency public exposure

WU Panfeng1，LU Wei1，YAO Ying1，WANG Guoqi2，HUANG Xin2
（1.Nantong Environmental Monitoring Centre，Nantong 226006，China；2.Jiangsu Nuclear Safety Administration，Nanjing 210019，China）

The optimization of sampling density is a difficult problem in current regional environment monitoring.However，the research on the optimal scale of radio frequency public exposure regional monitoring is still in the blank.Taking Nantong city of Jiangsu Province as an example，the paper conducts field measurement of urban radio frequency public exposure with a new vehicle-mounted monitoring technology and constructs three kinds of network distribution characteristics.The results show that the average electric field strength of the city of Nantong，in terms of three grid scales，i.e.2km×2km，1km×1km and 0.5km×0.5km，are（0.56±0.24）V/m，（0.57±0.27）V/m and（0.56±0.31）V/m respectively，of which the value measured under 1km×1km is close to the overall mean value most.With the Cochran theoreticalcalculationmethod，it is proved that theoptimal sampling grid number obtained with the Cochran formula can only be realized when the relative error is 10%under a grid density of at least 1km×1km.Therefore，the grid of 1km×1 km is the optimal grid scale for the environmental radio frequency electromagnetic radiation measurement in the urban area in type II big cities represented by Nantong in China.

public exposure；radio frequency electromagnetic radiation；regional monitoring；the optimal grid scale

A

1674-5124（2017）08-0024-04

2016-09-20；

2016-11-08

江蘇省環保科研項目（2014030）；南通市科技計劃項目（HS2014022）

武攀峰（1979-），男，山西孝義市人，高級工程師，碩士，主要從事環境監測與研究工作。

10.11857/j.issn.1674-5124.2017.08.006