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Monitoraggio dei Campi EM di origine antropica

Nelle bande ELF-LF-VHF-UHF (50 Hz, 100 kHz - 3 GHz)

Del Dott. Ing. Angelo Lozito

3.II. Elaborazioni statistiche dei dati

Le statistiche temporali

Prescindendo dalla logica funzionale con la quale possono essere progettate le centraline, il vincolo che esse devono comunque soddisfare nella elaborazione statistica del dato va ricercato nella prescrizione della definizione dei limiti indicati dal D.P.C.M. che specifica come gli stessi debbano intendersi come valori efficaci mediati su qualsiasi intervallo 6 minuti.
Tutti i dati risultanti da medie su 6 minuti, rilevati e registrati durante il monitoraggio in continuo, costituiscono l'insieme dei dati grezzi sul quale viene eseguita la validazione e quindi una successiva elaborazione statistica.

La determinazione del valore efficace mediato su qualsiasi intervallo di 6 minuti

La prescrizione di una misurazione che fornisca il valore (efficace) del campo elettrico mediato su qualsiasi intervallo di sei minuti richiede l'elaborazione della media mobile dei valori che il campo assume in intervalli ampi 6 minuti.
Il problema può essere affrontato e risolto ricorrendo a strategie differenti. Allo scopo di approfondire i termini tecnici del problema, si analizzerà, a titolo esemplificativo, il funzionamento di una ipotetica centralina con riferimento alla funzione per la determinazione del valore della media mobile del valore efficace del campo elettrico.
Prima di procedere nella descrizione del funzionamento è opportuno richiamare, molto sinteticamente, la struttura della sonda isotropica e introdurre il principio del campionamento che è alla base del funzionamento della centralina.
Come già illustrato precedentemente, la sonda isotropica è costituita da tre dipoli corti assiemati in modo da realizzare una terna ortogonale di assi, ognuno dei quali è chiuso su un sensore alla cui uscita è disponibile una tensione proporzionale al quadrato del valore efficace della componente del vettore campo elettrico parallela al dipolo.
Nella figura 11 sono schematizzati, in linea di principio, i blocchi che svolgono le funzioni di campionamento dei segnali forniti dai sensori di una sonda isotropica, per la successiva determinazione dei valori mediati nel tempo del campo elettrico. Il funzionamento ipotizzato si basa sulla scelta di effettuare tutte le operazioni separatamente e in modo sincrono su ogni asse della sonda isotropica.
Dallo schema, nel quale sono stati esplicitati solo i blocchi relativi all'asse A, essendo gli assi B e C identici a quello A, sono facilmente deducibili i passaggi che conducono al calcolo della media temporale del valore del campo elettrico.

  • Il campo elettrico che incide sul dipolo da origine ad una tensione elettrica che viene applicata al sensore che ne fornisce il valore efficace proporzionale al quadrato del campo.
  • Il valore istantaneo della tensione in uscita dal sensore varierà nel tempo poiché i segnali a radio frequenza avranno, in generale, un andamento variabile nel tempo, (si ricorda che il sensore opera nella banda da 100 kHz a 3 GHz)
  • La logica di campionamento provvede a fissare:
    • la durata temporale dell'intervallo di campionamento (ad esempio 6 minuti);
    • il numero dei campioni nell'intervallo di campionamento;
  • La media delle ampiezze dei campioni delle tensioni è inviata ad un sommatore al quale confluiscono le omologhe medie degli altri assi. In uscita dal sommatore, si avrà una tensione proporzionale alla somma quadratica del valore efficace delle tre componenti del campo elettrico.
FIGURA 11 Schema di principio del processo di campionamento Schema di principio del processo di campionamento

Una possibile strategia

Per illustrare la strategia per ottenere la media mobile su un qualsivoglia numero di minuti, lo schema precedente deve essere ulteriormente specificato nella parte che riguarda la logica di campionamento.
Si supponga quindi di voler ottenere il valore mediato del campo elettrico su 6 minuti con media mobile di 5 minuti.
La prima operazione che viene eseguita in modo sincrono su ogni asse A,B,C è la determinazione del valore istantaneo efficace del quadrato del campo elettrico riferito a ognuno dei k intervalli nei quali si suddivide il tempo di media N.

FIGURA 12 Diagramma a blocchi che illustrare la strategia per ottenere la media mobile su un qualsivoglia numero di minuti Diagramma a blocchi che illustrare la strategia per ottenere la media mobile su un qualsivoglia numero di minuti

Per eseguire questa operazione ogni intervallo viene campionato con periodo di campionamento pari a ν secondi, e quindi in tale intervallo sono ricavati n campioni elementari, come esemplificato in figura 12.

FIGURA 13 Esemplificazione dei parametri del campionamento Esemplificazione dei parametri del campionamento

Il valore istantaneo da attribuire al campo elettrico (per l'asse A) nell'intervallo k-esimo è dato dalla media aritmetica delle ampiezze degli n campioni prelevati nel periodo ν.

FIGURA 14 Diagramma di flusso del processo di campionamento Diagramma di flusso del processo di campionamento

I valori che assumono cioè i valori di al variare del tempo, costituiscono i campioni elementari rappresentativi di ogni intervallo k (che nell'esempio adottato ha la durata di 1 minuto) all'interno della finestra di media N (che ha la durata di 6 minuti) che contiene k= 6 campionamenti.
Per ogni asse e per ogni intervallo N si potrebbe ricavare il valore medio del campo relativo dell'intervallo stesso (N6) effettuando il rapporto tra la somma dei k valori dei campioni e k Tuttavia questo non porterebbe alla determinazione della media mobile in quanto ogni intervallo N è statisticamente indipendente da quello che lo precede.
Per determinare il valore mediato del campo elettrico su 6 minuti con media mobile di 5 minuti, ferma restando la suddivisione di N in k=6 intervalli di campionamento, occorre render mobile l'intervallo di N in modo che l'intervallo successivo a quello di N1, cioè N2, comprenda i campioni relativi a k(2), k(3), k(4), k(5) registrati nell'intervallo N1 ed il campione relativo a k(1) dell'intervallo N2. Il processo è iterato per i successivi intervalli N3, N4 ecc. In figura 15 è mostrato il processo descritto

FIGURA 15 Procedimento per il calcolo della media mobile Procedimento per il calcolo della media mobile

A questo punto del processo si dispongono per ogni asse, e per ogni 6 minuti, le medie trascinate su 5 valori. Dette quindi:

  • la media mobile del valore efficace del quadrato del campo elettrico mediato per 6 minuti con media mobile su 5 valori, relativa all'asse A nell'intervallo N;
  • la media mobile del valore efficace del quadrato del campo elettrico mediato per 6 minuti con media mobile su 5 valori, relativa all'asse B nell'intervallo N;
  • la media mobile del valore efficace del quadrato del campo elettrico mediato per 6 minuti con media mobile su 5 valori, relativa all'asse C nell'intervallo N.

La centralina fornirà la serie di somme quadratiche di come medie mobili ogni sei minuti, che rappresentano i valori del campo elettrico da confrontare con il limite previsto dalla normativa o con la soglia di “warning”.

Infine, si evidenzia che nel corso del calcolo del valore mediato su 6 minuti, sono resi disponibili alcuni dati intermedi al procedimento che potrebbero risultare di un qualche interesse tecnico, quali i valori massimi su ciascuno degli assi e i valori massimi all'interno di ogni intervallo di misura.

Le statistiche spaziali

Per le caratteristiche proprie dei campi elettromagnetici, che non sono soggetti a fenomeni di trasporto o di diluizione nell'ambiente, ma a quelli della propagazione descritti dalle equazioni di Maxwell, l'elaborazione di una qualunque statistica della distribuzione del campo elettromagnetico su un territorio a partire da dati puntuali ricavati per via strumentale non è di per sé di rilevante importanza se non in termini di una valutazione qualitativa dello stato elettromagnetico di un'area. Ad esempio, il valore medio spaziale del campo di un sia pure rilevante numero di misure eseguite su una porzione di territorio, non può essere confrontato con i limiti previsti dalla normativa per poter dedurre lo stato di criticità dell'area perché ciò che invece è significativo confrontare è il valore che il campo assume in quel punto ed in quel momento. D'altra parte anche l'attuale normativa nel definire i valori dei limiti stabilisce, tra l'altro, che tali valori devono essere considerati come valori mediati su un'area equivalente del corpo umano. Appare evidente il significato di statistica spaziale della prescrizione che però, in questo caso,ha lo scopo di riferire il risultato della misura non genericamente ed astrattamente ad un punto ma ad una prestabilita geometria del recettore umano al quale sono riferiti i limiti stessi. Va tuttavia evidenziato che la norma CEI 211-7/2001, nel fissare le modalità di misura a banda larga, si limita a prescrivere rilevamenti strumentali a quote diverse ma sullo stesso asse di misura.
Il CENELEC ha in corso l'elaborazione di una guideline, nella quale si raccomanda l'esecuzione delle medie spaziali secondo il seguente schema nel quale è rappresentata la proposta di una geometria rappresentativa della sezione verticale standard del corpo umano.

FIGURA 16 Punti di misura sulla sezione verticale del corpo umano Punti di misura sulla sezione verticale del corpo umano

Ciò precisato, le statistiche spaziali dei valori misurati dalla rete possono comunque essere di notevole interesse, se incrociate con altre classi di dati, per individuare correlazioni fra i valori spaziali del campo e variabili territoriali di cui si conoscono le distribuzioni. Sarà possibile ad esempio valutare il trend di “pressione elettromagnetica” su un'area nel corso del tempo, al variare della presenza degli impianti ed eventualmente della configurazione urbanistica. Oppure incrociare dati epidemiologici locali con i valori locali del campo elettromagnetico.
Le statistiche spaziali dei valori di campo che derivano delle registrazioni in continuo delle centraline possono essere quindi funzionali alla verifica di eventuali correlazioni con altre classi di fenomeni che avvengono sul territorio.

Un ulteriore aspetto che si vuole evidenziare riguarda le rappresentazioni grafiche dell'intensità del campo (bande colorate, o curve isocampo) riportate su basi cartografiche territoriali. Anche a tali rappresentazioni non si può attribuire significato quantitativo in quanto esse derivano da un numero necessariamente limitato di valori misurati e nulla si può affermare sui valori che il campo assume tra due punti per i quali si dispone di dati misurati. Esse forniscono solo indicazioni qualitative utilizzabili, ad esempio, per valutare il trend di “pressione elettromagnetica” su un'area nel corso del tempo, al variare della presenza degli impianti ed eventualmente della configurazione urbanistica.

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