北京市基站射頻電磁監(jiān)測與分析

移動通信基站是一個通信和手機信息的廣播通信站。這是一個確保手機信息連續(xù)傳輸和通信的中心。基于信號覆蓋的范圍及信號干擾問題,移動通訊基站一般采用低功率、高密度大覆蓋面建設。據(jù)統(tǒng)計,重組后中國移動G網(wǎng)基站約50余萬個、中國電信C網(wǎng)基站約30萬個、中國聯(lián)通G網(wǎng)基站約29萬個,移動通信網(wǎng)絡已覆蓋全國所有地(市)和98%以上的縣市),如此龐大數(shù)量手機基站的電磁污染問題,尤其是在民用建筑物上設置的手機基站的電磁污染問題引起了社會各界的關注。為保障公眾健康,防止手機電磁輻射的不良生物學效應,筆者對移動電話基站電磁輻射污染進行專題調(diào)查,針對基站射頻電磁污染提出科學可行的對策建議,并通過對相關數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析為移動通訊公司架設微蜂窩基站提供安全架設高度及安全防護距離建議。1材料和方法1.1測量儀器及測量條件根據(jù)《輻射環(huán)境保護管理導則——電磁輻射監(jiān)測儀器和方法》要求,使用行業(yè)認可并經(jīng)計量認證的EMR-300型及SMZ-3000型電磁場強度測量儀(德國Narda公司)。根據(jù)基站工作頻率(800~2200MHz)選擇全向電場探頭,探頭頻率范圍為100kHz~3GHz,有效量程為0.10~170mW/cm2;同時為了保證測量的精密及準確度在調(diào)查過程中使用了定位裝置和環(huán)境溫濕度監(jiān)測裝置。1.2方法1.2.1微波輻射污染區(qū)的確定根據(jù)WHO統(tǒng)計,一般分布在郊區(qū)功率相對較大的基站微波電磁輻射在距基站50~300m范圍地面射頻電磁輻射強度最大,因此對于室外宏蜂窩基站本研究將距基站50~300m范圍定義為基站的微波輻射污染區(qū);而微蜂窩基站由于額定功率較小,其有效覆蓋半徑小,因此本研究將微蜂窩基站天線的近場,即距離天線小于0.7m范圍定義為微蜂窩基站的污染區(qū)。1.2.2功率密度限值移動通訊基站的發(fā)射頻率一般為800~2145MHz,我國對此頻段的電磁場公眾暴露管理限值為40μW/cm2(GB8702—88《電磁輻射防護規(guī)定》);為保證公眾照射的總劑量小于GB8702—88標準限值,單個電磁輻射項目的功率密度限值應為GB8702—88中相應限值的1/5(8μW/cm2,HJ/T10.3—1996《輻射環(huán)境保護管理導則——電磁輻射環(huán)境影響評價方法與標準》);瑞士移動通訊基站電磁輻射的安裝限值規(guī)定900MHz的安裝限值為4V/m(4.24μW/cm2),1800MHz的安裝限值為6V/m(9.55μW/cm2),上述兩種混合頻率的安裝限值為5V/m(6.63μW/cm2)(814.710OrdinancerelatingtoProtectionfromNon-IonisingRadiation,ONIR)。1.2.3環(huán)境射頻電磁場應用參照我國環(huán)保部制訂的《輻射環(huán)境保護管理導則——電磁輻射監(jiān)測儀器和方法》及《移動通信基站電磁輻射環(huán)境監(jiān)測方法》要求,根據(jù)北京市GSM(GlobalSystemforMobileCommunications)微蜂窩基站的總體分布,于2007—2009年對北京市公共場所(賓館、飯店、寫字樓、娛樂場所、體育場館等)、居民區(qū)、醫(yī)院、學校及幼兒園等場所選擇101個有代表性的微蜂窩基站及23個室外宏蜂窩基站進行環(huán)境射頻電磁場強度監(jiān)測;依據(jù)天線類型、天線架設方式、天線的增益及天線環(huán)境電磁場的分布特征和人流量密集程度,在各檢測站點選取最大增益天線和部分有代表性的天線進行環(huán)境電磁場強度測量。1.2.4環(huán)境電磁場強度測量室內(nèi)全向天線在相對空曠處以最大輻射方向為基準按120°劃分三個方向,或依天線所在環(huán)境特點選取最大輻射方向,在天線的近場和遠場選取代表性點測量距地面1.7和2.0m高度環(huán)境電磁場強度;或依天線所在環(huán)境特點選取最大輻射方向及另一相對空曠方向,在天線的近場和遠場選取代表性點位測量距地面1.7和2.0m高度環(huán)境電磁場強度。室內(nèi)定向天線選取主瓣方向近場區(qū)和遠場區(qū)代表性點位測量距地面1.7及2.0m高度環(huán)境電磁場強度。室外天線采樣一般采取室外宏蜂窩的測量方法,在人群經(jīng)常活動區(qū)域選點測量距地面1.7m環(huán)境電磁場強度;室外草坪隱蔽天線考慮兒童活動特點在天線主瓣方向測量0.8、1.2及1.7m高環(huán)境電磁場強度。電磁輻射源采樣以天線為中心,在最大輻射方向上測量距場源分別為10、20和30cm處的電磁場強度(圖1)。1.2.5檢測響應面設計根據(jù)HJ/T10.2—1996《輻射環(huán)境保護管理導則——電磁輻射監(jiān)測儀器和方法》及《移動通信基站電磁輻射環(huán)境監(jiān)測方法》要求,參照北京市移動通訊公司提供的各檢測站點的忙時,分別于忙時檢測微蜂窩基站的環(huán)境電磁場強度,測量時儀器設置為均值模式,每一采樣點連續(xù)測量5次,每次測量時間為16s,并讀取穩(wěn)定狀態(tài)的最大值;選擇輻射強度最大點分別測量移動電話運營商在開機和關機時環(huán)境電磁場強度。1.3天線環(huán)境電磁場強度的數(shù)據(jù)分析應用描述性流行病學方法分析基站天線的環(huán)境電磁場分布特征,統(tǒng)計分析使用SAS9.1軟件包,應用多元回歸分析基站天線環(huán)境電磁場強度的影響因素,應用秩相關檢驗天線環(huán)境電磁場強度與天線增益、測量高度和測量距離的關系。假設檢驗采用雙側檢驗,α=0.05。2結果2.1室內(nèi)微蜂窩綜合干擾頻率磁強監(jiān)測的結果2.1.1向天線射頻電磁本研究針對101個代表性微蜂窩基站選取了321個代表性全向天線進行射頻電磁場監(jiān)測,共5147個監(jiān)測數(shù)據(jù)(表1)。61.36%(3158/5147)室內(nèi)微蜂窩全向天線射頻電磁場的監(jiān)測數(shù)據(jù)<0.10μW/cm2(有效量程),0.37%的監(jiān)測數(shù)據(jù)≥8~<40.0μW/cm2,0.10%的監(jiān)測數(shù)據(jù)>40μW/cm2,最高值為103.7μW/cm2。321個全向天線中1.7m高度監(jiān)測數(shù)據(jù)大于8μW/cm2天線數(shù)為4個(1.2%),2.0m高度監(jiān)測數(shù)據(jù)大于8μW/cm2天線數(shù)為15個(4.7%),另有5個全向天線2.0m高度監(jiān)測數(shù)據(jù)超過我國GB8702—88《電磁輻射防護規(guī)定》相關頻段公眾暴露的標準限值(30~3000MHz:40μW/cm2)。2.1.2測量高度與環(huán)境電氣監(jiān)控值之間的相關性2.1.3天線高度及高度室內(nèi)全向微蜂窩基站的環(huán)境電磁場強度測量值與天線的懸掛高度及天線的增益密切相關,天線高度小于2.0m時約3%(2/63)的監(jiān)測數(shù)據(jù)大于40μW/cm2;天線高度為2.1~2.3m時約2%(15/788)的監(jiān)測數(shù)據(jù)大于8μW/cm2,其中0.1%(1/788)監(jiān)測數(shù)據(jù)大于40μW/cm2;天線高度為2.4~2.6m時0.16%(2/1272)監(jiān)測數(shù)據(jù)大于8μW/cm2;天線高度大于3.0m時所有監(jiān)測數(shù)據(jù)均小于8μW/cm2(表3~6)。近場的監(jiān)測數(shù)據(jù)顯著高于遠場的測量數(shù)據(jù),但在近場的測量數(shù)據(jù)與距離無顯著相關性(表3~6)。2.1.4影響室內(nèi)微窩基站全向天然高頻電磁場強度的因素2.1.4.微植物基天開環(huán)測量測量的相關性室內(nèi)全向天線的射頻電磁場的強度隨著與發(fā)射源的距離增加逐漸衰減,同時其射頻電磁場強度與天線的懸掛高度負相關(P<0.01),與天線的增益(P<0.05)及采樣點的高度呈正相關(P<0.01),而與微蜂窩基站天線的頻率、載頻配置、環(huán)境的溫度和濕度及天線所在場所的環(huán)境高度無顯著相關性(P>0.05),見表7。經(jīng)多元逐步回歸分析,室內(nèi)微蜂窩基站環(huán)境射頻電磁場強度(PD,μW/cm2)與天線增益、天線高度、測量距離和測量高度相關,回歸方程為: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—測量距離,m;ha-天線懸掛高度,m;hm—監(jiān)測點與地面的垂直距離,m。2.1.4.燈光時的測量數(shù)據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)表明,在室內(nèi)微蜂窩基站布設附近(<0.5m)有指示標志燈箱或照明燈時,測量數(shù)據(jù)偏高;基站開關及照明燈具的開關數(shù)據(jù)表明,上述測量值在較遠距離反而相對較高的現(xiàn)象實為附近的指示標志燈箱或照明燈干擾(表8)。在關閉照明燈具后,基站的測量值即重新符合隨距離增加電磁場強度減小的規(guī)律衰減(表9)。2.2微波輻射監(jiān)測數(shù)據(jù)共對25個代表性微蜂窩基站定向天線進行環(huán)境電磁場強度監(jiān)測(表10)。除5個定向天線射頻電磁場監(jiān)測數(shù)據(jù)高于環(huán)境背景值外,其余20個(80%)定向天線射頻電磁場監(jiān)測值均為環(huán)境背景值(<0.10μW/cm2),室內(nèi)定向天線微波輻射的最大監(jiān)測數(shù)據(jù)為4.42μW/cm2,所有監(jiān)測值均小于我國HJ/T10.3—1996《輻射環(huán)境保護管理導則——電磁輻射,環(huán)境影響評價方法與標準》對單個項目污染規(guī)定的管理限值(8μW/cm2),也小于瑞士移動通信基站安裝限值(ILV,約等于6.6μW/cm2)。經(jīng)Spearman秩相關檢驗,室內(nèi)定向天線監(jiān)測數(shù)據(jù)與基站類型、環(huán)境高度、天線掛高、測量距離和測量高度無統(tǒng)計學相關性(P>0.05)。2.3國家環(huán)境規(guī)范標準共對143個代表性室內(nèi)全向天線輻射源的電磁輻射分布狀況進行調(diào)查。沿輻射最大方向(表11)距天線10cm處的功率密度最大監(jiān)測值為232.40μW/cm2,與我國HJ/T10.3—1996《輻射環(huán)境保護管理導則——電磁輻射,環(huán)境影響評價方法與標準》對單個項目污染規(guī)定的管理限值(8μW/cm2)相比,31.5%(45個天線)監(jiān)測值超過該管理限值,并有約5%的監(jiān)測值大于我國GB8702—88《電磁輻射防護規(guī)定》30~3000MHz頻段的公眾暴露限值(40μW/cm2)。如果與瑞士移動通信基站安裝限值(ILV,約等于6.6μW/cm2)相比,則35.0%(50個天線)監(jiān)測值超過規(guī)定;距天線30cm處2.8%(4個天線)監(jiān)測值大于8μW/cm2,0.7%(1個天線)的監(jiān)測數(shù)據(jù)大于40μW/cm2(表11)。2.4紅蜂窩環(huán)境電磁場強度測量結果2.4.1研究對象共選取23個室外宏蜂窩基站進行環(huán)境射頻電磁場強度監(jiān)測。調(diào)查的56個宏蜂窩基站室外環(huán)境射頻電磁場監(jiān)測數(shù)據(jù)均小于我國GB8702—88《電磁輻射防護規(guī)定》中30~3000MHz頻段的公眾暴露限值(40μW/cm2),也小于我國HJ/T10.3—1996《輻射環(huán)境保護管理導則——電磁輻射,環(huán)境影響評價方法與標準》對單個項目污染規(guī)定的管理限值(8μW/cm2)及瑞士移動通信基站安裝限值(ILV,約等于6.6μW/cm2,表12)。調(diào)查顯示,當室外宏蜂窩基站天線懸掛高度大于15m時,其地面(1.7m)環(huán)境電磁場分布在距離天線50~300m范圍相對較強,距離天線50m內(nèi)及300m外的環(huán)境電磁場強度相對較弱(表13)。2.4.2國家環(huán)境規(guī)范選擇宏蜂窩基站射頻電磁污染區(qū)的家居環(huán)境及辦公環(huán)境進行射頻電磁場強度監(jiān)測,共監(jiān)測152組數(shù)據(jù),最大監(jiān)測值為2.72μW/cm2(表14)。宏蜂窩基站射頻電磁污染區(qū)建筑物內(nèi)的環(huán)境射頻電磁場強度測量值均小于我國GB8702—88《電磁防護規(guī)定》中30~3000MHz頻段的公眾暴露限值(40μW/cm2),也小于我國HJ/T10.3—1996《輻射環(huán)境保護管理導則——電磁輻射,環(huán)境影響評價方法與標準》對單個項目污染規(guī)定的管理限值(8μW/cm2)及瑞士移動通信基站安裝限值(ILV,約等于6.6μW/cm2)。經(jīng)Spearman相關檢驗宏蜂窩基站室內(nèi)環(huán)境電磁場強度與測量距離(天線距采樣點的水平距離)及相對高度(采樣點與天線之間的垂直距離)相關,其相關系數(shù)分別為-0.561(P<0.001)和0.999(P<0.001)。2.4.3射頻輻射污染區(qū)的選擇現(xiàn)階段由于移動運營商將基站信號基本上做到了全覆蓋,因此很難選擇基站電磁輻射的相對無污染區(qū),參考WHO的專題報告(InformationSheet),一般相對無射頻電磁輻射污染的家庭環(huán)境射頻電磁場強度小于0.1μW/cm2。3宏蜂市站的電磁污染分析移動通訊基站的工作頻率一般為800~2200MHz(872~960MHz,1710~1875MHz及1920~2170MHz),屬于射頻電磁場(10MHz~300GHz)。根據(jù)基站的發(fā)射功率及信號覆蓋范圍一般將基站分為宏蜂窩基站(簡稱宏站)和微蜂窩基站,宏蜂窩基站一般分布在郊區(qū),其電磁污染影響半徑較大(50~300m);微蜂窩基站一般為宏站的補充,主要用于信號盲區(qū)覆蓋,多為室內(nèi)分布系統(tǒng),微蜂窩基站由于額定功率較小,其電磁污染半徑小(<1m)。本項目調(diào)查顯示基站的射頻電磁污染水平與基站的類型、位置、天線掛高、天線的增益及周邊屏蔽物密切相關。3.1現(xiàn)場調(diào)查監(jiān)測結果室外宏蜂窩基站雖然功率相對較高,但由于架設高度一般高于15m,距宏站50m范圍內(nèi)為其電磁輻射盲區(qū),射頻電磁場實際監(jiān)測值相對較小,一般小于0.5μW/cm2;而在50m外一般由于存在高大建筑物及樹木等屏障,而射頻電磁場極易被建筑物、金屬或高大樹木等屏蔽,因此在其電磁污染區(qū)(距基站50~300m)射頻電磁場的實際監(jiān)測值也相對較小。室外宏站的現(xiàn)場最大監(jiān)測值為3.15μW/cm2,所有監(jiān)測值均小于我國GB8702—88《電磁防護規(guī)定》中30~3000MHz頻段的公眾暴露限值(40μW/cm2),也小于我國HJ/T10.3—1996《輻射環(huán)境保護管理導則———電磁輻射,環(huán)境影響評價方法與標準》對單個項目污染規(guī)定的管理限值(8μW/cm2)及瑞士移動通信基站安裝限值(ILV,約等于4.2~6.6μW/cm2)。由于射頻電磁場受建筑物及樹木等屏障的屏蔽,因而與宏站相鄰建筑物室內(nèi)環(huán)境電磁場強度的測量值一般均較小;即使樓層的高度與對面基站的架設高度相近或一致,一般建筑物內(nèi)的環(huán)境電磁場強度測量值也較小,現(xiàn)場調(diào)查監(jiān)測最大值為2.72μW/cm2,所有室內(nèi)監(jiān)測值均小于我國GB8702—88《電磁防護規(guī)定》中30~3000MHz頻段的公眾暴露限值(40μW/cm2),也小于我國HJ/T10.3—1996《輻射環(huán)境保護管理導則——電磁輻射,環(huán)境影響評價方法與標準》對單個項目污染規(guī)定的管理限值(8μW/cm2)及瑞士移動通信基站安裝限值(ILV,約等于4.2~6.6μW/cm2)。雖然室外宏站的額定功率遠大于室內(nèi)微蜂窩基站,但是由于室外景觀綠化及建筑物的遮擋作用,室外宏站的環(huán)境電磁場強度測量值遠小于個別室內(nèi)微蜂窩基站環(huán)境電磁場強度。3.2開展模頻式農(nóng)藥測量和相關數(shù)據(jù)調(diào)查,發(fā)現(xiàn)了長期基由于金屬材料對射頻電磁場具有一定的反射作用,調(diào)查發(fā)現(xiàn)在天線附近(<0.5m)如果存在金屬管架或金屬標示,則該天線的射頻電磁場測量數(shù)據(jù)顯著增高(增加50%以上);此外在本項目調(diào)查中還發(fā)現(xiàn)工頻電磁場對射頻電磁場的干擾現(xiàn)象,在微蜂窩基站附近(<0.5m)布設指示標志燈箱或照明燈時,測量數(shù)據(jù)偏高。為了查找影響測量數(shù)據(jù)的真正原因,本項目組使用了具選頻功能的電磁場強度測量儀并現(xiàn)場進行基站開關及照明燈具的開關試驗。現(xiàn)場試驗表明指示標志燈箱或照明燈對基站的環(huán)境電磁場測量值具有一定的干擾作用,在關閉照明燈具后,基站的測量值即重新符合隨距離增加電磁場強度減小的衰減規(guī)律。3.3難以實現(xiàn)手機合理使用的環(huán)境電磁場目前關于基站電磁輻射對健康影響的文獻相對較少,由于基站的射頻電磁輻射較小,且公眾可達之處所接觸的基站的輻射更小,與手機相比由于人們在使用手機時直接暴露于手機微波的近區(qū)場,因此人們更多的關注手機電磁輻射對健康的危害。但是近年來隨著北歐一些國家電磁輻射超敏綜合征的研究深入,人們對基站電磁輻射對健康影響有了新的認識,WHO也分別于2003年及2006年將基站電磁輻射列入射頻電磁場研究規(guī)劃。雖然與手機基站相鄰建筑物內(nèi)環(huán)境電磁場強度測量值很小,幾近環(huán)境背景值,但是公眾的暴露是被動的、不知情的及連續(xù)24小時的暴露。據(jù)測算按基站的暴露強度與手機的輻射相比,人們每天暴露于基站的累積暴露量約相當于