在科技飞速发展的现代社会, 人们已经进入了一个高度文明的电子信息时代, 同时由于现代科技的高速发展, 电磁辐射也变得越来越严重。电磁辐射无色、无味、无形、无踪, 无任何感觉, 可以穿透包括人体在内的多种物质, 无处不在, 被科学家称之为“电子垃圾”或“电子辐射污染”, 有专家称这是继大气污染、水污染、噪音污染的第四污染^[1]。因此电磁辐射环境质量状况引起了人们更多的关注。但是目前的电磁辐射监测均采用人工手持监测仪器逐点测量, 这样既浪费人力、物力和时间, 有时还达不到广泛、快捷地了解某一地区的实际电磁辐射环境质量。为了弥补这一空白, 我们设计了一套电磁辐射移动监测系统。该系统可按照人为制定的路线和频次对环境中的电磁辐射进行连续、实时监测, 并将采集到的数据、车辆行走路线、GPS定位坐标进行统计分析, 绘制出某一区域一段时间内电磁辐射的变化直方图, 同时结合城市地图用不同颜色表示不同污染程度绘出整个城市的电磁辐射环境质量状况图, 并通过无线传输的方式传到中心控制系统, 供决策部门参考, 做出电磁辐射质量预报及城市环境规划, 实现环境电磁辐射状况的实时、动态监控和多角度, 全方位的分析。

1 系统特点

电磁辐射移动监测系统可实现综合场强测量、频率点场强测量、频谱分析、频带扫描等功能。该系统采用的车载设备有:综合场强仪、电磁辐射选频测量仪、干扰场强仪天线、频谱分析仪和测量天线。车载设备均方便拆卸、安装, 其监测功能的启动和结束均由计算机控制。可实现的功能有:采集监测数据和GPS定位坐标数据, 进行汇总、整合和统计; 在电子地图上实时绘制和显示环境电磁辐射直方图及车辆行驶轨迹; 绘制出各区域一天内的电磁辐射变化直方图及曲线图; 结合城市地图用不同颜色表示不同污染程度绘制出整个城市的电磁辐射环境质量状况图; 将统计结果和绘制的图片通过无线传输的方式发送到中心控制系统。本系统具有以下几个优点:

1.1 实用、快捷

电磁辐射移动监测系统既可与定点监测配合使用, 交叉定位, 查找干扰源又可作为独立系统使用, 单独执行监测任务。无论是在建筑物鳞次栉比、电磁环境复杂的城市, 还是在人力无法达到的地区, 都可以采用电磁辐射移动监测系统来实现。

1.2 简单、方便

电磁辐射移动监测系统采用自动化程度较高的硬件设备, 安装方便, 操作简单、直观, 只需要通过计算机便可实现监测仪器的启动、数据的采集、统计和图形的绘制等功能, 无需操作人员扳动许多开关和旋钮, 更不需要停车更换不同频段的天线; 同时操作界面体现以人为本的原则, 界面友好, 可同时、直观地显示被测干扰源的主要特征如频率、场强等。

1.3 机动、灵活

电磁辐射移动监测系统所配备的监测设备轻巧、便携、易拆卸、安装, 能在很短的时间内迅速将天线和设备安装完毕, 可临时作为可搬移站或半固定站使用, 同时由于移动监测系统体积小、耗电省, 具有很好的隐蔽性, 对于查找干扰源具有很大的价值。

1.4 性价比较高

电磁辐射移动监测系统具备常规监测基本功能, 例如:监测、通信和数据传输功能等, 对车辆没有很大的改装要求, 甚至无需改装车辆, 这样可大大提高车辆的使用率。

2 系统组成和功能

系统主要组成框图如图 1所示。

车顶上安装综合场强仪(EMR300)、电磁辐射选频测量仪(SRM3000)等仪器的探头、干扰仪和频谱分析仪测量天线、安装适配器以及GPS天线等, 车内安装系统机柜, 机柜内安装电磁辐射选频测量仪、综合场强仪、频谱分析仪主机, 可与车顶平台探头、天线、计算机接口连接, 实现边移动边监测。此外, 机柜内安装液晶显示器/键盘抽屉, 将显示器、键盘、鼠标集成在一起, 拉出抽屉即可操作。该移动监测系统主要实现以下几个功能。

2.1 数据自动采集

车载计算机内集成各种车载设备的驱动程序和各地区的区域地图, 使用人员可自行设置频谱分析仪、综合场强仪、电磁辐射选频测量仪的开始测量和结束测量的时间, 测量频次以及测量类型等参数, 选择所测区域的地图。然后车载设备就可以根据预先设置的参数自行启动和停止测量, 并在计算机显示器上实时显示车载设备的运行情况、监测的数据以及车行驶轨迹。

2.2 频谱分析

利用系统配置的频谱分析仪和计算机对天线接收到的25~3 000MHz范围内我们感兴趣的任何频率区的无线电信号进行全景接收并给出各信号的频率、电平等具体参数的频谱分析, 为某一地区或某一频段的电磁环境提供直接的数据。

2.3 频率占用度分析

根据某地区电磁环境具体情况, 设置合适的数据采集门限, 对某一或若干个需重点关注的无线信号进行任意规定时间段的数据采集, 并对采样结果进行统计分析, 给出该信号在采样规定时间段内出现的概率.以了解该地区频率占用情况, 为合理配置利用有限的频率资源提供决策依据。车辆行驶过程中, GPS接收机根据接收到的卫星信息, 经计算得出其所在位置的经纬度, 显示屏自动转换为“定位画面”直接显示纬度和高度数据。

2.4 数据分析和图形绘制

使用人员可在地图上选择某一区域, 设置时间范围及设置测量类型, 得到需要的数据, 对该数据进行采集、整合、管理和统计分析, 可清晰的了解某一区域的电磁辐射分布情况:结合区域地图, 用不同颜色表示不同污染程度绘出整个区域的电磁辐射环境质量状况图; 同时通过公式计算出测量点的电场强度或磁场强度以达到对测量点的工频电场或工频磁场的预测分析。

2.5 管理功能

使用人员可对车载软件系统、车载设备进行日常的管理和维护, 包括使用人员管理、日志管理和辐射源管理; 可在地图上进行相关地理信息的操作, 包括在地图上显示任一点的坐标、对任两点间的距离测量、对某一选择区域的面积大小测量、方位角测量、地形剖面分析、视通测量、地名查询等功能; 可对地图进行的相关操作, 包括地图的放大、缩小、地图全览等功能, 地图打印、使用人员编辑、添加各类地理要素并保存、地名查询、地图定位等; 可对某一地点的定位以及图层管理和地图导航功能。

3 结论

该系统建成以后, 将会对环境电磁辐射监测产生十分重要的作用。

3.1 高效

车辆在移动路线上可以测量很多地区的电磁辐射环境情况, 不必在城市的各个角落安装固定的监测装置, 是一种高效, 全面而又节省的动态测量系统。

3.2 直观

最终的统计结果采用图表和质量地图的方法显示, 这样使公众更多的关注环境, 也会促使政府及时检查那些污染严重的地区, 并制定相关的法律政策来解决电磁污染问题。

3.3 准确

运用GPS卫星定位系统结合城市电子地图绘制城市污染图, 可以得到城市中某些具体点的环境质量状况, 而由于采集的数据多而且频繁, 所得到的地区的平均值也就更加准确。

3.4 全面

所得到的数据结果将长期保存在服务端数据库中, 可以为环保部门等提供准确而全面的数据。

我们预想在不久的将来, 该系统能够真正做到“保护、保持、提高环境”的目的, 能够带动经济与环境携手共进。