Controllo ambientale degli agenti fisici: nuove prospettive e problematiche emergenti - Vercelli, 24-27 marzo 2009
Analisi dell’esposizione al campo elettromagnetico generato da
stazioni radio base co-localizzate
Federico Longobardi(1), Maria Rosaria Leo(2), Fabio Cresci(1), Daniele Trinchero(1),
(1) iXem Labs, Dipartimento di Elettronica, Politecnico di Torino, [email protected]
(2) Ufficio Ambiente, Comune di Verbania, [email protected]
RIASSUNTO
Il crescente numero di gestori di telefonia cellulare mobile, l’affollamento delle aree strategiche per la copertura
radioelettrica ed una nuova politica di razionalizzazione delle infrastrutture di rete potrebbe generare livelli di colocalizzazione sempre maggiori con numerosi impianti trasmittenti concentrati in pochi siti. Tale situazione, pur limitando
il numero di siti necessari sul territorio, genera un’evoluzione peggiorativa dell’esposizione della popolazione nei pressi
dei siti di co-localizzazione. Questo lavoro illustra un’analisi comparata dell’esposizione, ottenuta simulando al
calcolatore diversi scenari radioelettrici verosimili appartenenti alla città di Verbania (Piemonte) e utilizzati come
riferimento statistico rappresentativo dell’esposizione in ambiente cittadino.
INTRODUZIONE
La transizione della telefonia cellulare di seconda generazione (GSM-GPRS) verso quella di terza
generazione (UMTS), la liberalizzazione del mercato della telefonia, insieme alle esigenze dei gestori di
potenziare la copertura ed aumentare la capacità della rete cellulare, ha determinato negli ultimi dieci anni
una crescita significativa del numero di stazioni-radio-base (SRB) presenti nelle aree urbane [1], [2]. I vincoli
normativi, i piani di macro-localizzazione comunali, l’affollamento di infrastrutture nelle aree strategiche,
insieme a considerazioni di natura economica, favoriscono sempre più l’adozione di strategie di colocalizzazione. Uno stesso sito (traliccio, palo, lastricato solare) è utilizzato da più gestori, ciascuno con
istallazioni multi-piattaforma (tipicamente DCS-GSM-UMTS). Questa soluzione, sebbene riduca
drasticamente il numero di infrastrutture necessarie, favorisce la concentrazione di impianti trasmittenti in
pochi aree di importanza strategica e quindi densamente popolate. Oggetto di questo studio è una
valutazione comparativa dell’esposizione risultante da un’azione di ricollocazione e co-localizzazione di
impianti operata sul territorio del Comune di Verbania (Piemonte). Lo studio analizza la situazione
radioelettrica precedente alla concentrazione di SRB, con impianti distribuiti con uniformità sul territorio
comunale, e quella successiva ad una progressiva ricollocazione, con l’obiettivo di valutare se un
determinato scenario sia migliorativo o peggiorativo, dal punto di vista dell’esposizione, rispetto all’altro.
METODO DI ANALISI
Lo studio è stato realizzato mediante un’analisi di esposizione ottenuta esclusivamente con simulazioni al
calcolatore. L’area geografica, la disposizione e le specifiche tecniche delle SRB oggetto di simulazione
sono relative ad un caso di studio reale e rappresentativo di uno scenario sufficientemente vario dal punto di
vista del co-siting. La situazione radioelettrica considerata è quella presente sul territorio della città di
Verbania, ed aggiornata a Novembre 2008. Le simulazioni di esposizione sono state realizzate attraverso un
software dedicato, sviluppato presso gli iXem-Labs del Politecnico di Torino, che utilizza un modello di
propagazione del campo basato su tecniche di Ray-Tracing con multipath semplificato che trascura le
riflessioni multiple di ordine superiore al terzo. Il modello di propagazione è applicato mediante cartografie
numeriche vettoriali 3D del territorio, che comprendono anche gli edifici modellizzati come volumi solidi a
facce piane parallele parzialmente riflettenti alle radiofrequenze. Il campo elettrico è stato simulato
puntualmente, con opportuno passo di discretizzazione spaziale sufficientemente fitto, in tutti gli spazi aperti,
compresi i volumi degli edifici e le superfici piane orizzontali e verticali che identificano gli edifici stessi. Sul
piano del calpestio e su quello che individua il colmo tetto per ogni fabbricato, il campo è stato stimato ad un
altezza 150cm. Per effettuare l’analisi statistica comparata dei diversi scenari radioelettrici si è scelto di
confrontare il valore medio di campo calcolato su aree omogenee piuttosto che il suo valore puntuale.
Questo perché la variazione del valor medio del campo elettrico, calcolata su una superficie opportunamente
dimensionata, fornisce informazioni più interessanti, al fine della valutazione dell’esposizione della
popolazione, rispetto alla sua variazione puntuale. Quindi, per realizzare l’analisi statistica lo spazio è stato
discretizzato in microsuperfici piane opportunamente dimensionate in modo che l’oscillazione (la variabilità,
la gamma) del volor medio del campo, calcolato sulle microsuperfici dell’area di studio, fosse rappresentativa
di tutti i valori di campo simulati puntualmente. Rispettando questo criterio è stato possibile scegliere
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un’estensione della microsuperfice paragonabile a quella della sezione frontale-longitudinale del corpo
umano di un individuo di media statura. Per ciascuna microsuperficie è stato calcolato il valore medio e
quello massimo del campo elettrico nei diversi scenari oggetto di confronto: istallazioni esclusivamente
mono-gestore, istallazioni ibride, istallazioni esclusivamente co-localizzate.
Avendo a disposizione i valori di campo medio simulati su microsuperfici omogenee nelle tre condizioni di
irradiazione, è stato possibile apprezzare come al variare della composizione della microsuperficie di
simulazione (densità e geometria degli edifici) e della sua posizione in funzione delle SRB, si misurano
risultati e variazioni diverse per intensità nel passaggio da uno scenario all’altro. Il confronto tra l’esposizione
generata nei diversi scenari radioelettrici è stato articolato su due strumenti: un confronto visivo di lettura
immediata sui valori di campo stimati puntualmente e rappresentati tramite una scala di colore; un confronto
statistico osservando media e varianza della distribuzione percentuale dei valor medi di campo calcolati sulle
singole microsuperfici.
RISUTATI OTTENUTI
I risultati dello studio comparativo sono presentati attraverso due strumenti di rapida consultazione: una
rappresentazione in scala cromatica del campo simulato nei due scenari estremi (istallazioni esclusivamente
mono-gestore oppure co-localizzate); una distribuzione statistica dei valori di campo simulati in tre condizioni
radioelettriche differenti (istallazioni esclusivamente mono-gestore, istallazioni ibride, istallazioni
esclusivamente co-localizzate). Le illustrazioni cromatiche (Figure 1-2) rappresentano il campo elettrico
simulato in una delle aree in esame più significative, attraverso una scala di colore sovrapposta ad una
cartografia 3D. I grafici di distribuzione statistica in Figura 3 indicano, per l’area riportata, la percentuale di
microsuperfici esposte ad un determinato valore di campo elettrico. La Figura 4 mostra un dettaglio della
Figura 3 relativo alle sole microsuperfici con valore medio di campo maggiore di 2V/m.
Il raffronto diretto tra le rappresentazioni di campo su scala cromatica mostra chiaramente un’evoluzione
complessivamente peggiorativa, ai fini dell’esposizione della popolazione, passando dallo scenario attuale
con impianti distribuiti, ad una situazione con tutti gli impianti co-localizzati insieme (co-siting 100%).
L’evoluzione è la seguente: nelle aree in cui a causa della ricollocazione non sono più presenti siti
trasmittenti, il campo scende da valori vicini alla media a valori più bassi; al contrario, nei dintorni dell’unico
sito dove sono co-locati tutti gli impianti, si registrano valori di campo superiori anche di tre volte quello
medio. La transizione è quindi da una situazione più equilibrata ed omogenea ad un’altra decisamente
squilibrata in cui la popolazione nei pressi del sito unico è esposta ad un aumento importante
dell’esposizione. La media complessiva, calcolata sulle diverse micro-superfici dell’area di studio, tende a
diminuire sensibilmente parallelamente al processo di co-localizzazione. Questo risultato non è indicativo di
un miglioramento dell’esposizione, infatti, il co-siting fa crescere il numero di micro-superfici con valori di
campo elevati rispetto alla media, come si evince dal confronto tra le varianze riportate in Tabella 1 e dal
dettaglio di distribuzione statistica in Figura 4.
Valutando i risultati ottenuti per aree tra loro differenti, il trend peggiorativo è mantenuto in tutti i casi
esaminati al crescere del livello di co-localizzazione. Si notano, tuttavia, variazioni sempre più importanti,
quando più le aree considerate sono urbanizzate; gli aumenti più significativi dell’esposizione si hanno con
gli impianti trasmittenti co-locati in un sito densamente urbanizzato con edifici di grandi dimensioni.
CONCLUSIONI
Sia la distribuzione statistica che la rappresentazione cromatica del campo elettrico mostrano
chiaramente un’evoluzione peggiorativa, per l’esposizione della popolazione, imputabile alla colocalizzazione degli impianti trasmittenti in un sito unico. Per l’area di studio qui riportata il valore medio e la
varianza della distribuzione statistica del campo elettrico simulato sulle singole microsuperfici sono riportati
in Tabella 1. In particolare, aumentando il livello di co-localizzazione, la varianza sale da un valore di 0.27 ad
uno di 0.43 a fronte di una variazione della media trascurabile. Approssimando la distribuzione statistica
(Figure 3) delle microaree ad una distribuzione Gaussiana centrata sul valor medio, la varianza indica la
dislocazione delle altre microaree rispetto a quelle con valori di campo pari alla media; in tal senso media e
varianza caratterizzano in maniera univoca la distribuzione statistica di esposizione.
Tabella 1: Campo elettrico medio nelle tre situazioni radioelettriche paragonate
Sistema
Scenario attuale
Co-siting 50%
Co-siting 100%
Campo elettrico medio
1.32 V/m
1.31 V/m
1.27 V/m
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Varianza
0.27
0.28
0.43
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Un’evoluzione della rete di telefonia mobile attuale che preveda la co-localizzazione dei diversi gestori in
un numero ridotto di siti trasmittenti, implicherebbe un’evoluzione peggiorativa dell’esposizione, generando
una situazione fortemente squilibrata con valori di campo decisamente più elevati nei pressi dei siti oggetto
di co-siting. Tale peggioramento sarebbe tanto più importante, dal punto di vista quantitativo, quanto più le
aree immediatamente circostanti i siti di co-localizzazione sono densamente edificate.
Figura 1: simulazione di esposizione – scenario attuale con impianti distribuiti
Rappresentazione in scala cromatica del campo elettrico simulato nello scenario attuale
con impianti trasmittenti distribuiti sul territorio in esame.
Figura 2: simulazione di esposizione – scenario 100% co-localizzato con impinti in un sito unico
Rappresentazione in scala cromatica del campo elettrico simulato nello scenario co-siting
100% con tutti gli impianti trasmittenti dell’area in esame accorpati in un sito unico.
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Figura 3: distribuzione statistica delle microsuperfici nei diversi scenari
Distribuzione statistica dei valori di campo medio simulati sulle singole
microsuperfici nei diversi scenari radioelettrici comparati.
Figura 4: distribuzione statistica delle microsuperfici nei diversi scenari
Distribuzione statistica dei valori di campo medio simulati sulle singole
microsuperfici nei diversi scenari radioelettrici comparati; dettaglio della
distribuzione sui valori più elevati di campo elettrico.
Bibliografia
[1] ETSI TS 145 005 v8.3.0 (3GPP TS 45.005 version 8.3.0 Release 8), “Digital cellular telecommunications system
(Phase2+); Radio transmission and reception”, 02-2009.
[2] ETSI TS 125 104 v8.5.0 (3GPP TS 25.104 version 8.5.0 Release 8), “Universal Mobile Telecommunication system
(UMTS); Base Station (BS) radio transmission and reception (FDD)”, 01-2009.
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