基于區域電磁環境質量車載監測的質量保障系統研究與設計

摘要：隨著我國科學技術的發展，移動終端設備、無線電等電子設備使用量日益增加，為加強電磁輻射管理能力，保障公眾生命財產安全，國內各省份已積極準備開展區域電磁輻射環境本底調查工作。本文主要介紹在調查過程中，為保障電磁輻射數據產出質量，研究開發了可視化質量保障系統的軟件設計，并為未來優化技術路線提出建議。

關鍵詞：電磁輻射；環境監測；車載巡測；質量保障系統

近年來國內科學技術通信技術發展迅速，5G通信技術面世以來，應用場景需求規模不斷擴大，推進了5G基站的建設速度與提升了基站規模。截至2023年6月，國內累計建成5G基站為293.7萬個，5G用戶數量增長到67616.0萬戶，與此同時，國內類似于輸變電設施、衛星通信、氣象衛星等電磁設施逐步全面覆蓋民用、商用與軍用。綜上所述，公眾將不可避免地遭受逐年增加的電磁設施所產生的電磁輻射影響，且因為電磁輻射的不可視、不可聞、不可觸等特殊性與公眾對輻射危害的敏感性，國內各省份相關監管單位都已準備開展區域性的電磁輻射環境本底調查工作，強化對電磁輻射的管理能力，拓展本區域內對電磁輻射環境的了解。

在調查工作開展同時，為保障區域電磁輻射環境本底調查產出的數據的真實性、可靠性、有效性，建立有效的區域電磁輻射環境本底調查質量保障體系，并以數字化技術手段對開展調查全環節進行監管；同時使用大數據技術對數據庫數據進行歸集整合，以數據建模的邏輯對數據進行可視化處理，加強對區域內電磁輻射環境水平的了解，因此設計了基于車載式區域電磁輻射調查質量保障系統與成果可視化設計。本文介紹了區域電磁輻射環境本底調查質量保障系統軟件的方案設計。

1質量保障工作難點分析

1.1監測區域規模過大不利于監測分工

參照《區域電磁環境調查與評估方法（試行）》要求，對監測區域以1千米邊長的正方形網格進行劃分。以杭州市為例，杭州市面積約為1.69萬平方千米，則需要劃分出16900個符合監測與評估方法的正方形網格，網格數量巨大且城市道路情況復雜，并不利于監測人員人為進行監測分工。

1.2監測工作缺乏質量保障

監測人員在以車載儀器方式進行區域監測時，難以保障車輛行駛軌跡全面覆蓋網格內路線，且當前車載式電磁輻射環境監測執行中無法保障監測人員是否按照“應跑盡跑”原則，易出現人為因素所導致的數據誤差，難以通過監測數據直接對被測區域電磁輻射環境水平進行評估，導致工作開展無意義化，拉低監測工作所帶來的經濟效益。

1.3數據在監測過程中易產生誤差

1.3.1儀器設備因素

（1）因不同廠商儀器所產生的誤差。目前隨著科學技術與經濟的發展，我國國內市場上已有自主研發的電磁輻射探頭與配套的監測儀器。因各品牌廠商不同的產品設計方案，在協議與數據導出格式上有所差異，且當前暫未有相關協議標準對廠商硬件協議進行整合兼容，在開展監測過程中若未統一規定數據格式，則易產生數據誤差。

（2）因儀器設備檢定證書未在有效期內對數據可靠性的影響。若在區域電磁輻射環境水平調查工作開展時未對所使用的儀器設備進行檢定，或儀器設備的使用并未在配套的檢定證書有效期內，則無法保障數據誤差在可控、可接受的范圍內。

1.3.2車輛選用與監測人員因素

（1）車輛選用未達到要求。參考《區域電磁環境調查與評估方法（試行）》，不同品牌或不同車型在選用過程中應考慮儀器設備安置在監測車輛上需滿足探頭離地高度處于1.7～2.5米范圍之內。若超出該數值范圍，則會造成較大的數據誤差。

（2）監測人員的不可控性。大部分監測人員都未有過開展車載式區域電磁輻射環境水平調查的工作經驗，對車載式電磁輻射監測工作內容與要點了解甚少，且在監測開展時缺乏有效手段對監測人員行為進行感知，無法及時提醒修正。在這種不可控的情況下，調查監測數據難免出現較大的誤差導致數據失效。

2車載式區域電磁輻射環境水平調查質量保障系統需求

通過對車載式區域電磁輻射環境水平調查的質量保障難點的梳理，我們應該遵從科學合理的原則，建立質量保障體系。以質量保障體系為核心支柱，以需求作為功能設計基礎，保障車載式區域電磁輻射環境水平調查產出數據真實有效，并用簡明易懂的圖形化組件對產出的數據進行數據可視的成果轉化。

車載式區域電磁輻射環境水平調查質量保障系統應滿足以下要求：

（1）以《區域電磁環境調查與評估方法（試行）》《射頻電磁輻射車載巡測技術規范》作為技術支撐，設定滿足監測數據真實性、有效性要求的質量保障體系。

（2）滿足以數字化形式對前期監測工作準備進行統一規劃要求，以GIS地理信息系統為基礎，將待測區域多網格進行合理劃分，整合成為任務對象進行派發，確保監測人員高效且有條理地開展監測工作。

（3）滿足有效可靠數據的統一范圍邊界要求，通過整理合規的車輛、儀器與通過培訓考核的監測人員信息，參照方法設定具體的規格范圍邊界。

（4）滿足車載區域電磁輻射環境水平調查過程中加大把控力度的要求，應設計模塊針對監測人員在開展監測工作的過程中的質量保障把控能力，收集監測過程中不合規的行為信息，在質量風險因素出現時及時提醒，并對已經出現不可控誤差的數據進行及時剔除。

（5）滿足數據在進行可視化成果轉化過程中的多層級復核要求，設計組織權限體系，對通過上述過程中質量保障要求的數據進行再次復核，保障最終數據能通過統計算法進行數據可視化的成果轉化。

（6）滿足能夠簡明易懂的數據可視化要求，以通過質量保障體系要求的數據為基礎，運用數學建模的方式對數據秉持科學合理原則的數據可視化展示，提升被測區域相關管理者對區域內電磁輻射環境水平的感知力度。

3車載式區域電磁輻射環境水平調查質量保障系統總體設計

3.1系統架構設計

設計研發車載式區域電磁輻射環境水平調查質量保障系統的主要核心為三個方面，對參與對象的規格范圍邊界進行統一設定、對調查工作進行全面感知、對產出數據進行有效建模。針對這三個核心要點，設計以下“四層、三系、兩交互”的系統架構，架構圖如圖1所示：

3.1.1體系設計

（1）質量保障方法體系。參考《區域電磁環境調查與評估方法（試行）》與北京市地標《射頻電磁輻射車載巡測技術規范》作為參與對象規格范圍、與行為合規設定的基礎技術支撐，對車輛規格、儀器搭載規范、調查過程行為進行統一具體邊界設定，保障在多種質量風險因素影響下的數據真實可信程度。

（2）信息網絡安全體系。因監測數據可直接或間接反映區域電磁輻射環境水平與相關重點電磁設施定點方位，參照《信息安全技術網絡安全等級保護基本要求》（GB/T222392019）標準對系統進行三級等級保護設計，達到標準中所提及的四點要求，即安全通用要求、云計算安全拓展要求、移動互聯網安全拓展要求、物聯網安全拓展要求。

（3）組織權限體系。構建分級處理與顯示的組織體系，以權限令牌的形式屏蔽分工角色差異，對數據進行三級校核，加強對信息數據的安全保障。

3.1.2層級設計

（1）基礎感知層。通過移動終端技術與GIS地理信息系統、BDS北斗衛星導航系統提供的定位技術集成，設計互聯網移動終端應用對調查監測車輛進行行為感知。

（2）基礎數據層。通過在調查監測前的統一培訓考核、車輛合規選配、儀器合規選配與儀器統一校對工作中歸集相關參與對象信息數據，集成為基礎質量邊界數據庫。

（3）數據支撐層。運用云計算技術下虛擬化服務器，將基礎數據層的數據進行上云計算，根據質量保障體系中參照的方法對數據進行統計算法計算。

（4）業務應用層。以質量保障體系為基礎設計整體車載式區域電磁輻射環境水平調查監測業務流程，以所劃分的區域網格作為主體核心“任務”，再將任務進行下發。

（5）交互層。針對調查監測業務流程的不同分工情況，設計兩種用戶交互界面。以移動終端應用作為監測人員監測過程中使用的交互，以基于計算機Web技術開發的網頁端提供給監測人員、質量保障組成員進行交互操作。

3.2系統業務流程設計

針對車載式電磁輻射環境本底調查各環節的研究以任務作為核心主體，將調查流程整體分為三個階段，即調查準備階段、監測階段、信息歸集階段，并將調查監測參與對象分為三類，即人員、車輛、監測儀器。

3.2.1準備階段

質量保障組成員對待測區域以網格形式進行科學合理的劃分，將多網格組以任務的形式下發給監測組，監測負責人接收下發任務后安排監測人員在規定時間內對任務區域進行車載式監測。

3.2.2調查階段

監測人員在開啟車載式監測時需在規定時間內使用移動終端應用進行監測人員人臉識別與現場情況拍照，圖片要求包含監測人員、車輛及車輛所搭載的監測儀器設備，保證監測人員與使用車輛儀器設備屬于基礎質量邊界數據庫條目，則可開始進行監測任務。

任務執行過程中需保持移動終端應用實時開啟上傳BDS北斗衛星導航系統實時上傳的定位數據，以供質量保障組成員在系統中可感知，且留存記錄。若出現違反質量保障體系情況則第一時間進行提醒。

3.2.3信息歸集階段

由于不同儀器廠商的產品產出的數據格式不同，監測人員按照系統設定模板進行統一預處理與數據校對上傳至基礎數據庫。數據通過數據支撐層的算法統計先進行自動處理，并進行三級數據檢驗，再由質量保障組成員結合感知記錄數據庫數據對數據真實性進行復核，確認產出數據能真實反映被測區域電磁輻射環境水平，最后根據設定的數據可視化建模方式進行可視化成果展示，至此任務結束形成閉環。

3.3系統功能設計

系統功能設計以兩交互面進行展開敘述，依照貫徹質量保障體系為原則，根據分工不同情況下應用場景進行功能設計描述。

3.3.1移動終端應用功能

（1）參與對象信息與行為合規檢查場景。人臉識別功能：確保任務監測人員屬于基礎質量邊界數據庫中的資質授信人員條目；相機圖片上傳功能：上傳相機拍攝的現場圖片至基礎感知數據庫進行數據留痕。（2）參與對象行為合規感知應用場景。BDS北斗衛星導航系統定位技術：實時上傳車輛行駛路線軌跡，比對質量保障體系，若出現違反質量體系行為則及時提醒，并將路線軌跡數據留存在基礎感知數據庫中；消息提醒功能：違規情況用于提醒。

3.3.2Web端應用功能

（1）數據校對與算法統計應用場景。數據格式校對與數據冗余提出功能：數據上傳時對格式進行校對，并提出點位間隔小于5m范圍內的冗余數據；數據分級校驗功能：參照組織權限體系，對數據在進行成果轉化時進行三級校驗；通過上傳至基礎數據庫的數據按設計的數據支持層統計算法進行處理，計算單一網格內監測時間或監測點位數量、網格EMQI數值。（2）過程感知應用場景。監測車輛現場情況展示功能：以GIS地理信息系統為基礎，顯示車輛巡測路線、巡測時間與巡航速度；歷史查詢功能：查詢監測車輛歷史巡測路線、巡測時間與巡航速度數據。（3）成果轉化應用場景。數據可視化功能：按照數據建模方式對產出數據進行可視化展示。

4結語與展望

本文主要介紹了車載式區域電磁輻射環境水平調查質量保障系統的研究與設計，參照方法設計了質量保障體系，并以數字化的形式介入調查監測工作中，實現了可靠數據邊界設定、監測過程可知可控、成果可視化展示等功能。在整個研究環節中同時產生了諸多新的想法。

（1）監測儀器設備集成。獲取相關儀器設備協議，通過嵌入式物聯網的通信方式直接獲取儀器數據上傳至系統服務器中。

（2）以任務網格為基礎的導航算法。設計涵蓋所有網格內路線且結合路況信息提供監測導航的算法，以提高調查監測效率。

綜上所述，車載式區域電磁輻射環境調查質量保障系統仍有改進潛力，在未來的不斷優化中逐步提高產出數據的真實性與可靠性，加大電磁輻射感知力度，保障居民生命健康安全。

參考文獻：

［1］李飛，徐輝，佟晶.車載電磁輻射監測系統影響因素的分析研究［J］.安全與電磁兼容，2022（03）：7276.

［2］趙鑫，姚春.區域射頻電磁輻射環境監測方法分析［J］.電力系統裝備，2020（03）：9293.

作者簡介：葉常青（1994—），男，漢族，浙江金華人，本科，工程師，研究方向：生態環境保護。