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
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N re
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s
go
A io
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Lu no
g
iu
G io
g
ag
M e
il
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A o
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M rai
5
bb 0
Fe aio
n
en bre
G
em bre
ic
D rm
e
ov
N re
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O mb
tte
S e to
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gl
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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
