16.12 2014

ПК АЭМО – современный подход к анализу электромагнитной установки

Аннотация.  В настоящей статье рассмотрены основные возможности новой версии Программного комплекса анализа электромагнитной обстановки – ПК АЭМО 4.0.

Расчетное прогнозирование электромагнитной обстановки вблизи мест размещения передающих радиотехнических объектов (ПРТО), будь то мощные передающие теле- и радиоцентры или базовая станция подвижной радиосвязи, устанавливаемая на крыше здания, стало неотъемлемой частью электромагнитного мониторинга окружающей среды. В настоящее время именно расчетному прогнозированию уделяется повышенное внимание со стороны органов, выдающих санитарно-эпидемиологическое заключение на объекты телекоммуникаций, поскольку зачастую результаты расчетного прогнозирования являются единственным основанием для принятия решения об электромагнитной безопасности (или, наоборот) передающего объекта.
Основу процесса расчетного прогнозирования составляют методики определения уровней электромагнитных полей, создаваемых техническими средствами, различными как по диапазонам рабочих частот, так и по своему функциональному назначению [1 – 4]. Эти методики изложены в соответствующих методических документах, утвержденных Министерством Здравоохранения Российской Федерации.

Современные подходы к анализу электромагнитной обстановки вблизи ПРТО базируются на применении вычислительных средств и соответствующих программных комплексов, что связано, в первую очередь, с возможностью размещения на ПРТО большого количества радиопередающих средств. Поэтому на протяжении последних десяти лет специалисты нашего предприятия успешно работают над созданием ориентированных на использование ЭВМ методик автоматизированного расчета электромагнитной обстановки.

Начиная с 2000 года в рамках рассматриваемой тематики разработана и успешно эксплуатируется различными предприятиями и организациями, чья деятельность связана с проектированием и эксплуатацией телекоммуникационных объектов, серия программных продуктов с общим названием «Программный комплекс анализа электромагнитной обстановки» (ПК АЭМО). ПК АЭМО используется в качестве инструмента для проведения расчетов и вывода на экран и печать данных по электромагнитной обстановке, границ санитарно-защитных зон (СЗЗ) и зон ограничения (ЗО) вблизи проектируемых, действующих, строящихся и реконструируемых передающих радиотехнических объектов (ПРТО), в состав которых входят излучающие технические средства телекоммуникаций различных диапазонов от 30 кГц до 300 ГГц.

В настоящее время разработана и успешно реализуется четвертая версия ПК АЭМО (далее по тексту ПК АЭМО 4.0). Основное назначение ПК АЭМО 4.0 – подготовка материалов, прилагаемых к заявлению на получение санитарно-эпидемиологического заключения на размещение или эксплуатацию ПРТО.

ПК АЭМО 4.0 предоставляет следующие возможности:

  • расчет уровней напряженности электрического поля и плотности потока энергии (ППЭ) в произвольных, задаваемых пользователем, точках пространства с учетом влияния плоских крыш зданий, посторонних металлоконструкций, а также электрофизических параметров подстилающей поверхности (почвы);
  • ведение базы данных излучающих технических средств по типам антенн, предусмотренных в действующей методической документации в качестве математических моделей реальных антенн;
  • ведение базы данных проволочных моделей излучающих технических средств, включая разработку конструкции модели и расчета ее основных технических параметров в рамках концепции тонкопроволочного приближения;
  • ведение базы данных диаграмм направленности излучающих техни-ческих средств;
  • синтез диаграммы направленности системы идентичных излучателей (антенной решетки) по диаграмме направленности одного излучателя;
  • оцифровка графических изображений диаграмм направленности антенн и подготовка соответствующих файлов, содержащих числовые значения оцифрованных диаграмм направленности;
  • расчет электромагнитной обстановки при произвольной конфигура-ции излучающих технических средств;
  • использование другого (при необходимости) предельно-допустимого уровня облучения;
  • подготовка ряда текстовых и графических материалов, необходимых для подготовки материалов, прилагаемых к заявлению на получении санитарно-эпидемиологического заключения на размещение или эксплуатацию ПРТО.

Основными исходными данными для расчета уровней напряженности электрического поля, создаваемых передающими антеннами радиосвязи и радиовещания НЧ, СЧ и ВЧ диапазонов в зависимости от их типа, являются: рабочая частота;

  • для вибраторных антенн: длина плеча, высота подвеса;
  • для ромбических антенн: строительная длина волны, относительная высота подвеса, длина стороны ромба, половина тупого угла ромба;
  • для синфазных антенн: строительная длина волны, количество этажей вибраторов, количество симметричных вибраторов в этаже, фаза питания рефлектора (для антенн с настраиваемым рефлектором), а также относительные длина плеча вибраторов, расстояния между секциями, этажами, до рефлектора, высота подвеса первого этажа;
  • для антенн-мачт: высоты мачт, при наличии емкостной нагрузки — ее геометрические размеры (для АРРТ — высоты нижней и верхней частей мачты);
  • для систем из антенн-мачт: высоты мачт, расстояние между мачтами и между рядами мачт.

Основными исходными данными для расчета уровней ППЭ, создаваемых передающими антеннами радиорелейной и спутниковой связи диапазонов СВЧ и КВЧ, являются:

  • рабочая частота;
  • коэффициент направленного действия;
  • угол раскрыва апертуры (зеркала);
  • геометрические размеры апертуры (зеркала);
  • тип рефлектора.

Основными исходными данными для расчета уровней напряженности электрического поля и ППЭ, создаваемых передающими антеннами телевизионного, ЧМ радиовещания и базовых станций сухопутной подвижной связи ОВЧ и УВЧ диапазонов, в случае описания антенны проволочной моделью являются:

  • рабочая частота;
  • число и геометрические размеры элементов проволочной модели (вибратора, рефлекторов) (при необходимости);
  • декартовы координаты элементов проволочной модели;
  • количество излучателей в этаже, этажей, расстояния между центрами этажей;
  • амплитудно-фазовое распределение — схема питания излучателей в этаже и схема питания этажей антенны.

Для формирования и проверки корректности составленной проволочной модели в ПК АЭМО 4.0 предусмотрен редактор проволочных моделей, обеспечивающий визуализацию элементов модели и ее электродинамический расчет.

Основными исходными данными для расчета уровней напряженности электрического поля и ППЭ, создаваемых передающими антеннами телевизионного, ЧМ радиовещания и базовых станций сухопутной подвижной связи ОВЧ и УВЧ диапазонов, в случае описания антенны паспортной ДН являются:

  •  рабочая частота;
  • ДН антенны в горизонтальной и вертикальной плоскостях;
  • значение коэффициента усиления;
  • максимальный линейный размер антенны.

Основными исходными данными для расчета уровней напряженности электрического поля и ППЭ, создаваемых передающими антеннами наземных радиолокационных станций (РЛС) ОВЧ, УВЧ и СВЧ диапазонов:

  • рабочая частота;
  • значение коэффициента усиления;
  • сектор сканирования в горизонтальной плоскости, град;
  • сектор сканирования в вертикальной плоскости, град.
  • ширина ДН в горизонтальной плоскости по половинной мощности;
  • ширина ДН в вертикальной плоскости по половинной мощности;
  • максимальный уровень бокового и заднего излучения в горизонтальной плоскости;
  • максимальный уровень бокового и заднего излучения в вертикальной плоскости.

В целях экономии вычислительных ресурсов при расчете уровней электромагнитного поля в ПК АЭМО 4.0 введена процедура, обеспечивающая предварительную (до начала расчета) автоматическую оценку области расчета вблизи ПРТО (параметры Rmax для расчета СЗЗ и ЗО; параметры Rmax, Нmах — для расчета вертикальных сечений санитарной зоны) – области пространства, гарантировано содержащую границы санитарной зоны выбранного типа при заданных начальных условиях (для СЗЗ и ЗО – высота точки наблюдения; для вертикального сечения – азимутальное направление).
Для облегчения работы пользователя при подготовке исходных данных в ПК АЭМО 4.0 предусмотрены следующие режимы визуализации:

  • визуализация эскизов типовых моделей антенн;
  • визуализация проволочных моделей антенн, их ДН в вертикальной и горизонтальной плоскости и соответствующего значения коэффициента усиления относительно изотропного излучателя;
  • визуализация паспортных ДН антенн в вертикальной и горизонтальной плоскости и соответствующего значения коэффициента усиления относительно изотропного излучателя.

При подготовке исходных данных для выполнения анализа электро-магнитной обстановки вблизи передающих антенн, в случае их описания паспортными ДН в вертикальной и горизонтальной плоскости, пользователю предоставляется возможность воспользоваться для их получения двумя вспомогательными утилитами: утилита «Оцифровка диаграмм направленности», утилита «Синтезатор диаграмм направленности».

Утилита «Оцифровка диаграмм направленности» обеспечивает выполнение следующих функций:

  • загрузку графического изображения ДН направленности в вертикальной и горизонтальной плоскостях, заданных в полярной системе координат из файлов растровых графических форматов (bmp, jpg);
  • масштабирование размеров графического изображения ДН;
  • введение коррекции графического изображения ДН по вертикали и горизонтали;
  • поточечную оцифровку изображений ДН в ручном (с помощью мы-ши) и автоматическом режиме;
  • динамическое изменение числа точек при оцифровке;
  • формирование текстового файла с оцифрованными значениями ДН в формате, соответствующем принятому в ПК АЭМО 4.0.

Утилита «Синтезатор диаграмм направленности» обеспечивает выполнение следующих функций:

  • загрузку ДН излучателя в вертикальной и горизонтальной из заранее подготовленного файла, записанного в формате, принятом в ПК АЭМО 4.0;
  • ввод требуемого числа излучателей антенной решетки и параметров каждого излучателя (декартовы координаты размещения в пространстве, ориентационный азимут, амплитуда и фаза питания);
  • ввод требуемого числа этажей антенной решетки и значения меж-этажного расстояния;
  • расчет ДН и коэффициента усиления относительно изотропного излучателя антенной решетки;
  • формирование текстового файла с рассчитанными значениями ДН в формате, соответствующем принятому в ПК АЭМО 4.0.

После выполнения расчетов уровней напряженности электрического поля и ППЭ в рамках визуализации расчетных данных в ПК АЭМО 4.0 на экран выводится следующая графическая информация:

  • положения антенн;
  • положения крыш зданий;
  • положения посторонних металлоконструкций;
  • границы СЗЗ, ЗО, вертикальных сечений санитарных зон, а также результатов расчета распределения уровней электромагнитного поля вдоль линейного контура.

Перечисленные типы графической информации разработаны в соответствии с подходами и алгоритмами, изложенными в [6].
Полученные графические изображения могут быть экспортированы в форматы EMF и PNG с целью их дальнейшего использования при формировании заявления на получении санитарно-эпидемиологического заключения на размещение или эксплуатацию ПРТО в соответствии с [5].
Для облегчения процесса формирования данного заявления пользователям ПК АЭМО 4.0 предоставляется возможность автоматической генерации документа «Сведения о ПРТО», соответствующего рекомендациям, изложенным в [5].

Формат данного документа полностью совместим с форматом фай-лов Microsoft Word XP, 2003, 2007 и, вероятно будет совместим и с более поздними версиями указанного приложения за счет применения технологии позднего связывания [7].

В настоящей статье рассмотрены безусловно не все, а лишь основные функциональные возможности новой версии ПК АЭМО. Однако, модно с уверенностью сказать, что ПК АЭМО 4.0 представляет собой мощный со-временный инструмент, обеспечивающий автоматизацию практически всех этапов деятельности при формировании заявления на получении санитарно-эпидемиологического заключения на размещение или эксплуатацию ПРТО, а также при проведении экспертизы ПРТО с точки зрения электромагнитной безопасности.

 

Литература

  1. Определение уровней электромагнитного поля, создаваемого излучающими техническими средствами телевидения, ЧМ радиовещания и базовых станций сухопутной подвижной радиосвязи. Методические указания. МУК 4.3.1677-03. М.: Минздрав России, 2003.
  2. Определение плотности потока энергии электромагнитного поля в местах размещения радиосредств, работающих в диапазоне частот 300 МГц – 300 ГГц. Методические указания. МУК 4.3.1167-02. М.: Минздрав России, 2002.
  3. Определение уровней электромагнитного поля, границ санитарно-защитной зоны и зон ограничения застройки в местах размещения передающих средств радиовещания и радиосвязи кило-, гекто- и декаметрового диапазонов: Методические указания. МУК 4.3.044–96 – М.: Информационно-издательский центр Госкомсанэпиднадзора России, 1996.
  4. Методические указания по определению уровней электромагнитного поля средств управления воздушным движением гражданской авиации ВЧ-, ОВЧ-, УВЧ- и СВЧ-диапазонов / Сост. М.Г. Шандала, Ю.Д. Думанский, Д.С. Иванов и др. – М.: Минздрав СССР, 1988. – 44 с.
  5. Порядок подготовки и оформления санитарно-эпидемиологических заключений на передающие радиотехнические объекты: Методические указания. МУ 4.3.2320–08 – М.: Минздрав России, 2008.
  6. Сподобаев М.Ю., Филиппов Д.В. Разработка алгоритма визуализации изолиний и изоповерхностей на основе метода маркированных кубиков при решении задач электромагнитной безопасности // Радиотехника, 2005, №1.
  7. http://www.microsoft.com/Rus/Msdn/Activ/MSVB/Archive/
    Components/reference.mspx

 

Соавторы:  Антипова С.Е., Кольчугин Ю.И., Филиппов Д.В.

Опубликовано: Труды НИИР. – 2010. — №2. – С.17-21.