Presentazione di PowerPoint
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Fondazione Guglielmo Marconi Giornate di Studio 2007 Sensori e Attuatori Radio Villa Griffone, 29 maggio 2007 La rete nazionale per il monitoraggio dei campi elettromagnetici Andrea Neri Fondazione Ugo Bordoni Schema della presentazione Monitoraggio in continuo del Campo Elettromagnetico Motivazioni Rete Nazionale di Monitoraggio Quadro normativo e istituzionale Acquisizione della strumentazione Architettura della rete Centraline per la misura in continuo del campo elettrico a RF Caratterizzazione dei sensori Il flusso dei dati nella RNM Centri di Controllo e Centro di Raccolta Nazionale Database e sito web Risultati e conclusioni 2 Monitoraggio del Campo Elettromagnetico Effetti biologico-sanitari • • Studi epidemiologici nell’ambito del quinto e sesto programma quadro UE (ulteriori studi sono programmati nell'ambito del settimo p. q.). Riferimenti in www.elettra2000.it Allo stato attuale delle cose, non esiste evidenza sperimentale su effetti cancerogeni o nocivi della esposizione dell'uomo a campi elettromagnetici a radiofrequenza. ma… Agente fisico non visibile Dispiegamento antenne per nuovi sistemi Allarme per la popolazione 3 Il quadro normativo (1) La normativa Italiana si basa su una protezione a più livelli: limiti di esposizione: valori del campo elettrico, magnetico o elettromagnetico considerati come valori di immissione, che non devono essere superati in alcuna condizione di esposizione ; livelli di attenzione: valori del campo elettrico, magnetico o elettromagnetico considerati come valori di immissione che non devono essere superati negli ambienti abitativi, scolastici e nei luoghi adibiti a permanenze prolungate; obiettivi di qualità: valori del campo elettrico, magnetico o elettromagnetico considerati come valori di emissione degli impianti e delle apparecchiature, da conseguire nel breve, medio e lungo periodo, anche attraverso l’uso di tecnologie e metodi di risanamento disponibili, al fine di realizzare gli obiettivi di cautela previsti, anche con riferimento alla protezione da possibili effetti a lungo termine. 4 Il quadro normativo (2) Le disposizioni contenute nella “Legge quadro sulla protezione dalle esposizioni ai campi elettrici, magnetici ed elettromagnetici” (n.36 del 2001) sono indirizzate alla tutela della popolazione e dei lavoratori dalla esposizione a campi elettrici, magnetici ed elettromagnetici, generati da qualsivoglia tipo di impianto che operi nell’intervallo di frequenza 0 Hz ÷ 300 GHz e che emetta in ambiente esterno o in ambiente interno; restano escluse le applicazioni mediche a pazienti esposti intenzionalmente per motivi diagnostici o terapeutici. La legge non si limita alla tutela della salute, ma individua anche misure per la salvaguardia dell’ambiente e del paesaggio. La pubblicazione sulla G.U. n.199 del 28 agosto 2003 del DPCM dell’8 luglio 2003 provvede a fissare i limiti di esposizione ed i valori di attenzione per i campi elettromagnetici generati da sorgenti fisse nell’intervallo di frequenze comprese tra i 100 KHz e i 300 GHz. Il medesimo decreto stabilisce inoltre gli obiettivi di qualità ai fini della progressiva minimizzazione dell’esposizione. 5 Il quadro normativo (3) Limiti di esposizione per la popolazione Frequenza (MHz) Valore efficace di intensità intensità di campo elettrico (V/m) Valore efficace di intensità intensità di campo magnetico (A/m) Densità Densità di potenza dell’ dell’onda piana equivalente (W/m2) 0,1 ÷ 3 60 0,2 - >3 ÷ 3.000 20 0,05 1 >3.000 ÷ 300.000 40 0,1 4 Valori di attenzione e obiettivi di qualità qualità Frequenza (MHz) Valore efficace di intensità intensità di campo elettrico (V/m) Valore efficace di intensità intensità di campo magnetico (A/m) Densità Densità di potenza dell’ dell’onda piana equivalente (W/m2) 0,1 ÷ 3.000 6 0,016 0,10 (3 MHz – 300 GHz) 6 Perché monitoraggio in continuo Analizzatore di spettro • Frequenza Frequenza 9 9 9 9 XX XX XX Informazione Informazione selettiva, selettiva, accurata accurata Riduzioni Riduzioni aa conformità conformità Peso, Peso, ingombro ingombro (in (in diminuzione) diminuzione) Necessità Necessità di di un un operatore operatore Pochi Pochi punti punti prefissati prefissati f 7 Perché monitoraggio in continuo Strumenti portatili a larga banda • Spazio Spazio Indagini Indagini preliminari preliminari sul sul sito sito (criticità) (criticità) XX Necessità Necessità di di un un operatore operatore XX Intervento Intervento spot spot 9 9 s 8 Perché monitoraggio in continuo Centraline per monitoraggio in continuo • Tempo Tempo Rilevazione Rilevazione automatica automatica continua continua 9 9 Senza Senza operatore, operatore, lettura lettura remota remota XX Punto Punto prefissato, prefissato, larga larga banda banda 9 9 t 9 Finalità della rete La realizzazione della rete di monitoraggio dei campi elettromagnetici è prevista dal DPCM del 28 marzo 2002, il quale stabilisce le modalità di utilizzo dei proventi derivanti dalla vendita delle licenze UMTS. La realizzazione della rete di monitoraggio ha molteplici finalità: • informare la cittadinanza sui livelli di campo elettromagnetico effettivamente presenti sul territorio e sulla loro evoluzione sia nel breve che nel lungo periodo; • creare le condizioni per uno sviluppo sostenibile delle reti di comunicazione radio garantendo trasparenza ed evitando allarmismi ingiustificati; • fornire alla comunità scientifica conoscenze complete ed organiche sulle statistiche spaziali e temporali sulla distribuzione del campo elettromagnetico a radiofrequenza sul territorio. 10 Relazioni istituzionali Funzioni Istituzionali ENTI LOCALI REGIONI MINISTERO DELLE COMUNICAZIONI AGENZIE Le Linee Guida per la gestione Funzioni di indirizzo della rete sono state definite dal Comitato Strategico. Comitato Strategico Cittadinanza GESTORI Rete di monitoraggio Le funzioni operative sono a operative PIANOFunzioni DI COMUNICAZIONE ISTITUZIONALE Agenzie carico della Fondazione Ugo Bordoni e delle Agenzie e sono concordate mediante la firma di Protocolli di Intesa. 11 Attività FUB nella gestione della rete Gestione amministrativa Acquisto centraline • Gare, collaudi Gestione delle centraline • Help desk assistenza, manutenzione, assicurazione Gestione del flusso dei dati • • • Realizzazione del Centro di Controllo Unificato Realizzazione e gestione del Centro di Raccolta Nazionale Procedure per la trasmissione dei dati Realizzazione e gestione del sito web www.monitoraggio.fub.it Coordinamento dei gruppi di lavoro • Identificazione di metodologie univoche per l'acquisizione, l'elaborazione e l'analisi dei dati del monitoraggio Linee guida per la validazione dei dati 12 Attività delle Agenzie nella gestione della rete Gestione centraline • • Configurazione Manutenzione ordinaria Gestione campagne di misura • • • • • • • Interazione con enti locali e cittadinanza Identificazione siti Rilocazione centraline Acquisizione dati Validazione misure Misurazioni di altro tipo in punti critici Trasmissione al Centro di Raccolta Nazionale 13 Misure effettuate dalla Rete Nazionale di Monitoraggio Campo elettrico a RF, tra 100 KHz e 3 GHz • Nella maggioranza dei casi la misura viene effettuata nella regione di “campo lontano”, in cui campo elettrico e magnetico sono in relazione nota • Per frequenze basse (es. trasmissioni radio a OM) può essere necessario misurare separatamente anche il campo magnetico Valori mediati su intervalli di 6 minuti • La durata dell’intervallo, prevista dalle norme, è legata alle costanti di tempo termiche del corpo umano 14 Acquisizione della strumentazione Gara giugno 2002 marzo 2003 gennaio 2005 Modello EIT-EE4070 PMM-8055FUB PMM-8057F N. 128 229 1050 Sonde Wide/xyz Wide/Low Wide/Low/High Costo 1790 1862 997 Rete di stazioni non omogenee 15 Architettura della rete centraline centraline Rete GSM centraline 1169 Centro di Controllo Locale Centro di Raccolta Nazionale Enti Centro di Controllo Locale Internet Internet Enti Enti 57 Utenti Utenti Utenti 16 Gestione delle centraline e dei dati PMM8055FUB EIT-EE4070 • Trasmissione SMS allarmi PMM8057F Sensori Remoti (PMM) • Trasmissione SMS allarmi (EIT) • Configurazione centraline • Scaricamento dati remoto • Allarmi • Attivazione centraline • Visualizzazione diretta valori campo el. • Scaricamento dati locale (emergenze) • Importazione dati Unità Mobile Ausiliaria [EIT] EE4070 Monitor Administrator • Esportazione dati Centro di Controllo Locale Rete Nazionale [EIT] EE4070 [PMM] FUB_SW02 [PMM] 8057FUB_SW02 • Gestione centraline • Archiviazione dati locale • Visualizzazione dati [PMM] 8057FUB_SW02 [PMM] FUB_SW02 17 Trasduttore elementare: Antenna a dipolo corto Antenna a dipolo corto • campo elettrico RF => tensione RF • modello standard (per L << λ/2) Ceq Vz E zk̂ L VZ = l e ⋅ E z d le = L 2 18 Resistenza di ingresso del dipolo corto 1000 L/d = 10000 900 Resistenza di ingresso 800 700 600 L/d = 50 500 La resistenza è trascurabile solo se L << λ/2 400 300 200 L/d = 25 100 0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 L/λ 19 Reattanza di ingresso del dipolo corto 0 MoM -200 Xeq Ceq Reattanza di ingresso -400 MoM -600 Xeq Ceq -800 -1000 -1200 -1400 La capacità è un modello accettabile della reattanza solo se L << λ/2 L/d = 25 -1600 L/d = 10000 X eq = −120 ⋅ -1800 ln(L / d) − 1 tan(πL / λ ) -2000 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 L/λ 20 Lunghezza efficace del dipolo corto 1 0.9 0.8 0.7 le/L le = 2L π MoM 0.6 0.5 0.4 La lunghezza efficace costante è un modello accettabile solo se L << λ/2 0.3 0.2 0.1 0 0 0.1 0.2 0.3 L/λ 0.4 0.5 0.6 21 Un modello del dipolo corto ls = L 2 Rin Z C = 120 ⋅ [ln(L d) − 1] VVzZ = l e ⋅ E z L 2 ≤ l e (f ) ≤ 2 L π 22 Antenna planare a dipolo corto Ez 23 Un modello per il dipolo planare 0 -200 Reattanza di ingresso -400 -600 -800 MoM -1000 modello stub ls -1200 ZC -1400 -1600 -1800 -2000 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 L/λ 24 Sonda di campo elettrico: Sistema diodo-dipolo Rivelatore a diodo • tensione a RF => tensione continua E zk̂ Vz • • • • V0z Conversione A/D Campionamento ogni 2 ÷ 3 sec Correzione ampiezza Media RMS su 6 min 25 Sonda isotropica: Terna di diodi-dipoli V0 x ∝ E x 2 V0 y ∝ E y 2 V0 z ∝ E z 2 + Alcuni tipi di centraline (es. EE4070) forniscono le medie RMS sia delle tre componenti del campo, che del campo totale 26 Sensore: Misuratore di campo elettrico con più sonde (con diversa banda passante) Impiego tipico: separazione dei contributi dei trasmettitori Radio-TV e delle SRB per telefonia mobile • • • Gara 1: sonda Wide Gara 2: sonde Wide + Low Gara 3: sonde Wide + Low + High Wide Low 100 KHz High 862 MHz 933 MHz 3 GHz 27 Caratterizzazione e collaudo Caratterizzazione risposta in laboratorio metrologico • ARPA Piemonte - Ivrea - Centro SIT 69/E 28 Caratterizzazione e collaudo Le sonde hanno un’ incertezza tipica entro ±3dB, attribuibile a: 2 • FREQUENZA Errore (dB) 1.5 1 0.5 0 -0.5 -1 -1.5 -2 0.1 1 10 100 1000 10000 Frequenza (MHz) 2 • AMPIEZZA Errore (dB) 1.5 1 0.5 0 -0.5 -1 -1.5 -2 0.1 1 10 100 Campo elettrico (V/m) 2 • ISOTROPIA Errore (dB) 1.5 1 0.5 0 -0.5 -1 -1.5 -2 0 90 180 Posizione (gradi) 270 360 29 Caratterizzazione e collaudo EP-3B-01 (High-Pass), Risposta in frequenza – Simulazione circuitale 5 0 -5 Error (dB) -10 -15 -20 -25 -30 -35 -40 -45 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 Frequency (MHz) Simulazione Misure 30 Altre cause di incertezza nella misura 6 Temperatura • Caratterizzazione in cella climatica Modelli soddisfacenti Interazione con altre cause Correzione problematica 4 E (V/m) • • • 5 3 2 Campo elettrico (misurato) Campo elettrico (corretto) 1 0 30/01/05 00.00 31/01/05 00.00 01/02/05 00.00 02/02/05 00.00 03/02/05 00.00 04/02/05 00.00 05/02/05 00.00 06/02/05 00.00 07/02/05 00.00 08/02/05 00.00 Data e ora Complessità dei segnali • Numero di sorgenti • • Numero di portanti Modulazione Segnali esterni alla banda passante • ELF 50 Hz: verifica reiezione • WiMax 3.5 GHz: estensione caratterizzazione sensori 31 Sonde ad elevata linearità Errore di linearità in presenza di segnali non sinusoidali Errori elevati con modulazioni digitali a larga banda e multiportante Una soluzione è l’impiego di sonde con più di un gruppo diodo-dipolo (es. 3) con risposta in livello opportunamente scalata mediante attenuazione mirata, e gestiti da un microcontrollore Errore [dB] 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 0,1 1 10 100 1000 E [V/m] Risposta della sonda PMM EP333 per segnali OFDM 32 Alimentazione / consumo 1. Batterie ermetiche al piombo e pannelli solari 2. Batteria litio (non ricaricabile) capacità Assorbimento (mA) batteria (Ah) Modem OFF Modem ON Modem TX EIT PMM PMM PMM EE4070 8055FUB 8057F 8057-02 Pannello solare 4 16 53 250 SI 3.8 4.5 18 350 SI 2.5 0.65 16 300 SI 13 0.65 16 300 NO 33 Assorbimento giornaliero e autonomia 0.45 Durata giornaliera tipica per stato (h) 0.40 23:00 0.35 0:59 0:01 0.30 [Ah] Modem TX Modem ON Modem OFF 0.25 0.20 0.15 0.10 0.05 0.00 EE4070 8057F 8057-02 Consumo giornaliero (Ah) capacità batteria (Ah) EE4070 8055FUB Modem OFF Modem ON Modem TX Totale Autonomia (gg) 4 0.3680 0.0521 0.0042 0.4243 9 8055FUB 3.8 0.1035 0.0177 0.0058 0.1270 30 8057F 2.5 0.0150 0.0157 0.0050 0.0357 70 8057-02 13 0.0150 0.0157 0.0050 0.0357 364 34 Trasportabilità Peso (Kg) 6 Volume (lt) 5.5 25 4 5 20 4 2.4 3 15 10.5 Peso (Kg) Volume (lt) 10 2 3.3 5 1 0 21.35 EE4070 8055FUB 8057F 0 EE4070 8055FUB 8057F 35 Comunicazione GSM - protocollo Protocollo di comunicazione semplice (PMM) • Comandi formato ASCII RS-232 TCH GSM SMS (esclusi Acquisizione dati e Aggiornamento firmware) Protocollo distinto per tipo di centralina Software di controllo distinto per tipo di centralina 36 Le attività FUB: il Centro di Controllo Unificato Implementazione protocolli diversi • Gestione di circa 90% delle centraline della RNM Validazione diretta misure Gestione integrata archivio siti/campagne 37 Linee guida per la validazione dei dati (FUB-Agenzie) Responsabilità della validazione • Le linee guida della Rete di monitoraggio dei campi elettromagnetici indicano le Agenzie come l’unico soggetto istituzionale cui compete la attività di validazione dei dati relativi ai livelli di campo elettromagnetico rilevati. Pertanto, né Fondazione né altri potranno in alcun modo alterare il risultato di tale operazione. Fasi della validazione • Validazione della campagna di misure nel suo complesso, basata su informazioni generali riguardanti le caratteristiche della centralina, le modalità di allestimento e posizionamento, la tipologia del sito, o altro che possa influenzare la totalità dei dati. • Validazione di singoli dati, individualmente o per gruppi, basata su condizioni operative attribuibili direttamente all’intervallo di tempo in cui la misura viene effettuata, come ad esempio le attività di trasmissione dati da parte della centralina. • Validazione di insiemi di dati, basata sulla analisi degli andamenti temporali del campo elettromagnetico, ad esempio mediante comparazione tra giornate successive, che evidenzino la presenza di fenomeni, eventualmente noti, che possono alterare i risultati della misura. 38 Centro di Raccolta Nazionale Procedure per la trasmissione dei dati Verifica flusso dati (Pontecchio) CRN (Roma, FUB-MINCOM) • • • Dimensione Database: oltre 5 Gbyte oltre 50.000.000 di misure oltre 7700 campagne Centri di Controllo Locali Sito WEB Centro di Raccolta Nazionale 39 Il sito Web www.monitoraggio.fub.it 40 4000 3000 2000 Numero file dati inviati Risultati RNM: andamento mensile degli invii dei dati 6000 5000 1000 0 o gi ag M e il pr A o z ar o M r ai 6 bb 0 Fe aio n en bre G em re ic D mb e ov N re b e tt o r O mb tte Se to s go A io gl Lu no g iu G io g ag M e il pr A o z ar o M rai 5 bb 0 Fe aio n en bre G em bre ic D rm e ov N re b e tto r O mb tte S e to s go A io gl Lu no g iu G io g ag M e il pr A o z ar o M rai 4 bb 0 Fe aio n en G Numero di file dati inviati dalle ARPA al CCN 41 Esempio di risultati aggregati Distribuzione percentuale dei livelli di campo elettrico rilevati (2002-2006) V/m<1.00 1.0<=V/m<2.00 2.0<=V/m<3.00 3.0<=V/m<4.00 4.0<=V/m<5.00 68,8% 5.0<=V/m<6.00 6.0<=V/m<20.00 V/m>=20.00 17,4% 5,2% 0,1% 1,8% 2,2% 3,4% 1,2% 42 Risultati: interessamento da altri paesi La rete di monitoraggio è oggetto di osservazione da parte di molti paesi stranieri • Visite ricevute da: • Brasile Sud Africa Spagna Lettonia Francia Israele Alcune reti di monitoraggio esistono in altri paesi (Portogallo, Malta…) Dati di vendita PMM Paese Anno Tipo Quantità Egitto Sud Africa Grecia Spagna 65 pz 35 pz 25 pz 60 pz 2005 2005 2006 2006 Centraline larga banda mod. 8055 Centraline larga banda mod. 8057 Centraline larga banda mod. 8057 Centraline selettive mod. 8060 43 Risultati e conclusioni La rete di monitoraggio è uno strumento consolidato la cui validità è riconosciuta a livello nazionale Collaborazione ARPA/APPA-FUB • tutte le Agenzie hanno aderito al progetto Rapporti istituzioni-cittadinanza-operatori • • • Diminuzione del numero di esposti (- 44% in Piemonte) • • Richiesta da parte della popolazione di campagne di monitoraggio Apertura di tavoli comuni per la collocazione delle antenne Gli operatori mostrano disponibilità crescente ad un approccio partecipativo e rilevano una forte correlazione fra l’efficienza dell’ARPA e i tempi di “messa in operazione” delle SRB Oltre 50 Amministrazioni locali hanno avviato autonome campagne di monitoraggio 44
