一种电磁辐射测量网络和辐射地图绘制方法与流程

本发明涉及电磁辐射监控、物联网和大数据处理领域，特别涉及一种能够测量电磁辐射的网络。

背景技术：

手机等无线通讯工具的出现较大的改变了人们的生活方式，然而电磁辐射的问题也一直伴随在人类使用无线通讯工具的全过程中。当人们使用手机等设备时，手机会向移动基站传送无线电波，而任何一种无线电波在向外发送的同时都会被人体吸收，从而改变人体组织，有可能对人体的健康带来影响，这些电波就被称为手机辐射。不仅仅手机存在辐射，人们进行无线上网时，wifi等无线发射芯片同样会产生射频的辐射，只是辐射频段与手机不同。

关于电磁辐射的危害问题，一直以来都有不同的意见。一些人认为，即使长年接收更大功率的非电离低频率电波辐射，也不会对健康造成损害，例如，国内外的军队都有不少大功率电台和雷达，其频率覆盖手机频段，辐射功率比手机大成千上万倍，大型天线就架设在楼顶上，工作人员长年在这种高强度辐射环境下工作，少有过某人因辐射而影响健康的报道。而另一些人却认为，手机等无线通信工具的辐射问题正日益影响着人们的健康。例如，瑞典和德国的科学家曾经说，手机的辐射可能会使人体组织升温，从而增加使用者患上脑瘤的几率。英国全国防辐射委员会上个月发表报告称，越来越多的试验结果证明，使用手机可能会对人体健康带来损害^[1-3]。虽然争论不休，但是相关部门还是制定了电磁辐射的严格标准^[4]，来防止无线设备的滥用。

无论是何种观点，大家还是希望了解电磁辐射的分布情况，以此来减轻被手机等设备辐射的心理压力。尽管有一些专业性质的射频辐射测量仪器，例如，德国narda公司生产的nbm-550电磁辐射分析仪，但是实时测量大范围的射频辐射情况，需要一个完整的系统。

为此，国内一些电磁辐射的企业研究了相关的网络辐射测量技术。文献[5]提供一种辐射探测系统，包括：至少一辐射探测器，至少一移动通信终端和至少一网络服务器，其中，每个辐射探测器，与对应的移动通信终端通过无线或者有线进行连接，而每个移动通信终端和至少一网络服务器通过无线网络连接，每个辐射探测器通过对应的移动通信终端将辐射探测信号发送给至少一网络服务器，以便进行辐射探测信号信息共享。

结合物联网技术的发展，开展网络辐射测量技术的研究是一个新兴的课题，关于这方面的技术仍需要不断探索。

参考文献：

[1]rothmankj.epidemiologicalevidenceonhealthrisksofcellulartelephones.lancet.2000；356(9244)：1837-40

[2]joshuae.muscat，markg.malkin，seththompson，etal.handheldcellulartelephoneuseandriskofbraincancer.jama.2000；284(23)：3001-3007

[3]手机辐射导致大脑温度升高的研究，赵志华，信息技术，2008年第8期

[4]电磁辐射防护规定gb8702-88

[5]专利名称：一种辐射探测系统，申请号：201511023116.8，申请日：2015.12.28，申请人：广州兰泰胜辐射防护科技有限公司。

技术实现要素：
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本发明提出了一种电磁辐射测量网络，它不同于已有技术，它能够结合公共电磁辐射源数据、辐射测量节点测量得到的射频辐射数据，并结合电磁辐射传播模型，利用物联网技术和大数据处理技术绘制出射频辐射地图。

该电磁辐射测量网络包括如下构成，如图1所示：

中心监控单元(101)，至少包含公共电磁辐射源信息，用来收集各类节点的辐射测量数据，并根据收集到特定频段的辐射测量数据和电磁辐射传播模型，推测出相关模型参数，绘制出某个区域的辐射地图，即不同地点的辐射功率分布；通信网络(102)，采用基础通信网络，用来连接中心监控系统和位置固定辐射测量节点，构成低延时的通信系统；公共电磁辐射源节点(103)，在某一个区域中辐射达到一定量的辐射源，该辐射源通过通信网络，连接中心监控单元，实时报告辐射情况；位置固定辐射测量节点(104)，包含特定频段的辐射测量装置，用于测量所在位置的辐射，并连接中心监控单元，将所测量电磁辐射数据发送到中心监控单元；电磁辐射传播模型(105)，用来表征某个频段的电磁波在该区域的基本传播规律。

除了位置固定辐射测量节点外，系统可以根据需要增加位置可变辐射测量节点(106)。位置可变辐射测量节点，包含特定频段的辐射测量装置和定位装置，用于测量所在位置的辐射，其位置可以由定位系统确定，并通过无线通信方式将信息发送至位置固定辐射测量节点，或者通过无线通信方式将信息直接发送至中心监控单元。网络构成中可以根据具体情况确定采用位置固定辐射测量节点，或者同时采用位置固定辐射测量节点和位置可变辐射测量节点，以增加测量的准确性。图2和图3为在图1的基础上增加位置可变辐射测量节点的电磁辐射测量网络结构图，其区别在于可变辐射测量节点的数据发送路径。图2为通过无线通信方式将信息直接发送至中心监控单元的情况。图3为通过无线通信方式将信息发送至位置固定辐射测量节点的情况。此处的无线通信方式可以包括当前蜂窝移动通信网络的任何通信方式，例如，2g、3g或者4g移动通信，也可以是wifi和蓝牙等无线数据通信方式。

中心监控单元(101)，其构成如图4所示。既包含相关的硬件设备(201)，又包含相应的软件(301)；其中，硬件部分包含通信设备(203)和高性能计算设备(205)，需要支撑网络中大量实时辐射数据的传输，以及不同模型、不同节点大量数据的处理；软件部分除了包含基本信息处理程序(302)外，还包含数据库(303)、辐射源寻找模块(304)和辐射地图绘制模块(305)；数据库，用于存放公共电磁辐射源节点、位置固定辐射测量节点和位置可变辐射测量节点的地理坐标信息，同时存放各个节点之间的电磁辐射传播模型相关参数；辐射源寻找模块，为寻找辐射源的相关程序，在计算电磁辐射传播模型相关参数出现异常时启用；辐射地图绘制模块，为根据辐射源的相关信息和电磁辐射传播模型得到的某个区域的辐射地图。

电磁辐射传播模型中的相关参数数值的获取是非常关键的问题。位置固定辐射测量节点和位置可变辐射测量节点可以包含待测频段的无线收发设备，该设备在某些时间段可以开启，用来记录相关频段电磁辐射发射和接收的数值，以此来计算电磁辐射传播模型中的相关参数数值，该参数数值可以作为确认电磁辐射传播模型中的相关参数合理范围的依据。

在本发明中，之所以加入位置可变辐射测量节点，主要考虑现在的很多用户都会随身携带移动智能终端等设备，有时还会携带智能手环等可穿戴设备，利用这些设备，作为辐射测量节点，可以大大增加辐射测量的节点个数。当然，可变辐射测量节点可以是行动自由的用户，即运动规律不定，也可以是系统根据收集信息需要派出的运动节点，例如，为了完善辐射地图的测量，找专门的人拿着设备，或者车载设备，进行测量。这些设备的运动规律可以根据测量要求进行设计。

本发明和现有技术有较大的区别，一方面，辐射地图的生成，依赖公开的公共电磁辐射源节点(103)信息，以及长期以来研究得到的各种移动通信信道模型，同时需要大量的辐射测量点实时提供测量数据，结合这些内容，依靠中心监控单元(101)的大数据处理能力和相关算法，本发明的优势能够很好的体现出来。该电磁辐射测量网络生成的辐射地图可以作为一种基础资源提供给公众。

附图说明：

图1为本发明中包含中心监控单元、通信网络、电磁辐射传播模型、公共电磁辐射源节点和位置固定辐射测量节点的电磁辐射测量网络结构图。

图2为在图1的基础上增加位置可变辐射测量节点的电磁辐射测量网络结构图，此图为通过无线通信方式将信息直接发送至中心监控单元的情况。

图3为在图1的基础上增加位置可变辐射测量节点的电磁辐射测量网络结构图，此图为通过无线通信方式将信息发送至位置固定辐射测量节点的情况。

图4为本发明中心监控单元(101)的构成示意图。

具体实施方式：

1电磁辐射传播模型中的相关参数数值的获取方法

在本发明权利要求1或者权利要求2所定义的电磁辐射测量网络中，电磁辐射传播模型中的相关参数数值的获取是非常关键的问题。模型中的参数不能够仅仅采用静态的数值，而需要进行测量。这一方面是由于参数确实随着时间的变化而改变；另一方面，发明将某些该频段未知的辐射等效于模型中参数的改变，因此，必须要测量模型中的相关参数。

电磁辐射传播模型中的相关参数数值可以通过将下列数据代入到电磁辐射传播模型中获得：

a)公共电磁辐射源节点上报的辐射数据；

b)位置固定辐射测量节点的辐射测量数据，或者位置固定辐射测量节点和位置可变辐射测量节点的辐射测量数据；

c)公共电磁辐射源节点、位置固定辐射测量节点和位置可变辐射测量节点的地理坐标数据。

所选择的模型可以根据移动通信的信道情况来定，例如，可以综合应用大尺度衰落和小尺度衰落的模型，或者利用移动通信信道建模的新成果，针对3g或者lte移动通信采用新的建模。

2一种辐射地图的绘制方法

辐射地图的绘制可以按照如下方法进行：

将已知的公共电磁辐射源节点地理坐标数据和公共电磁辐射源节点上报的辐射数据，电磁辐射传播模型中的相关参数数值代入到电磁辐射传播模型中，计算得到某一区域不同地点的辐射数据，进而形成辐射地图。

3寻找新辐射源的条件

按照本发明权利要求1或者权利要求2所述的电磁辐射测量网络要求，当电磁辐射传播模型中的相关参数数值超出了合理的范围，即可以认为出现了新的辐射源，则开启新的辐射源寻找程序。在找到新的辐射源后，将辐射源的相关信息增加到数据库中，包括辐射源的位置和辐射功率。

4关于辐射地图的频段问题

在本发明中，位置固定辐射测量节点和位置可变辐射测量节点是一个个具体的终端，在设计这些移动终端时，可以根据需要选择包含一个频段的射频设备，或者多个频段的射频设备，或者一个可调谐频段的射频设备。选择包含一个频段的射频设备时，测量得到的数据仅仅适用于一个频段，最终的辐射地图也是这个频段的。选择包含多个频段的射频设备，最终的辐射地图将是多个频段的；选择一个可调谐频段的射频设备，最终的辐射地图将是某个频段的，但是这个频段值是可以调谐的。

5针对4g网络辐射测量的一个实例

在某个区域安置n个联网的位置固定辐射测量节点，n的大小和区域的面积和覆盖情况都有关。在信号衰减弱的区域，同样面积的区域，需要的n较小；反之，则较大。这些节点需要满足下述条件：能够和中心监控单元(101)通信，可以选择现有的4g网络，或者选择光接入网络。根据需要，选择m个联网的位置可变辐射测量节点，可以是具有辐射测量功能的手机，或者其它便携式设备。选择4g网络的信号衰减模型，需要考虑电波传播特征，以及信道的具体问题，例如，多径衰落情况。在中心监控单元(101)处，需要提前获取该区域4g基站的相关信息，融合4g基站上报而来辐射功率数据、n个联网的位置固定辐射测量节点和m个联网的位置可变辐射测量节点的辐射测量数据，得到基本的4g网络辐射的地图。该地图可以作为基础资源发布。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤。