I NDICE DELLE TABELLE

I ^NDICE

Indice ... 1

Indice delle tabelle ... 3

Indice delle figure ... 4

Lista degli acronimi ... 7

Ringraziamenti ... 7

Scopo ... 7

Introduzione ... 8

1 Quadro Normativo di Riferimento ... 10

1.1Norme Legislative Nazionali ... 10

1.1.1Decreto Legislativo 13 novembre 2008 ... 10

1.1.2Decreto Legislativo 01/08/2003, n. 259 ... 10

1.1.3Legge quadro 22/02/2001, n. 36 ... 11

1.1.4Decreto del Presidente del Consiglio dei Ministri 8 luglio 2003 ... 13

1.1.5Decreto legislativo 9 aprile 2008 , n. 81, titolo VIII, capo IV ... 15

1.1.6Raccomandazione n.519 del Consiglio dell’Unione Europea del 12 Luglio 1999 ... 17

1.1.7Decreto Legge 18 ottobre 2012, n. 179 “Ulteriori misure urgenti per la crescita del Paese” ... 20

1.2Normativa tecnica ... 21

2 Metodologia di Studio ... 23

2.1Premessa ... 23

2.2Descrizione dei sistemi cellulari che implementano le reti radiomobili ... 23

2.3Algoritmo di simulazione elettromagnetica per l’alta frequenza ... 25

2.3.1Ray-Tracing ... 26

2.4Modellazione dell’area di studio ... 34

2.4.1Orografia del territorio ... 34

2.4.2Edificato ... 35

2.5Individuazione e posizionamento cartografico delle sorgenti (SRB) ... 36

3 Simulazioni numeriche dei campi E.M. ... 39

3.1Premessa ... 39

3.2Predisposizione del simulatore ... 39

3.2.1Suddivisione e modellazione degli scenari ... 39

3.2.2Modellazione elettromagnetica delle Stazioni Radio Base ... 45

3.2.3Georeferenziazione delle Stazioni Radio Base negli scenari ... 48

3.2.4Impostazione dei punti di osservazione ... 50

3.2.5Impostazione dei parametri di simulazione ... 51

3.3Simulazione dei livelli di campo elettromagnetico ... 53

3.3.1Stima dei livelli di campo imputabili ad ogni singola antenna ... 53

3.3.2Stima dei livelli di campo totali presenti in ogni scenario ... 55

3.3.3Sintesi dei risultati delle simulazioni numeriche ... 66

4 Monitoraggio dei livelli di campo E.M. ... 67

4.1Metodologia di esecuzione del monitoraggio ... 67

4.1.1Indagini preliminari ... 67

4.1.2Metodologia di misura ... 67

4.2Strumentazione di misura ... 75

4.2.1Generalità ... 75

4.2.2Definizioni ... 76

4.2.3Misuratori in banda larga ... 76

4.2.4Misuratori in banda stretta ... 82

4.3Punti di misura ... 87

4.4Risultati del monitoraggio ... 89

4.4.1Banda larga ... 89

4.4.1Banda stretta ... 93

4.5Osservazioni al monitoraggio ... 102

Conclusioni ... 103

Bibliografia ... 106

Appendice A – Postazioni di Misura ... 107

Appendice B – Report di Misura ... 108

I NDICE DELLE TABELLE

Tabella 1.1 – Limiti di esposizione ... 13

Tabella 1.2 - Valori di attenzione all'interno di edifici adibiti a permanenze non inferiori a quattro ore giornaliere ... 14

Tabella 1.3 – Obiettivi di qualità ... 14

Tabella 1.4 - Limiti campi bassa frequenza ... 14

Tabella 1.5 – Limiti di esposizione ... 16

Tabella 1.6 – Limiti di azione ... 17

Tabella 1.7 – Limiti di base ... 19

Tabella 1.8 – Livelli di riferimento ... 19

Tabella 2.1 – Esempio di file di ingresso ed uscita del solutore ... 29

Tabella 2.2 – Stralcio della banca dati delle SRB utilizzata per il presente studio ... 37

Tabella 3.1 – Denominazione ed estensione degli scenari implementati ... 41

Tabella 3.2 – Numero delle SRB presenti in ognuno degli scenari di simulazione .. 49

Tabella 3.3 – Numero delle antenne effettivamente presenti per ogni scenario ... 49

Tabella 4.1 – Antenne disponibili e loro intervalli di frequenza ... 71

Tabella 4.2 – Impostazione parametri analizzatore in funzione della sorgente ... 72

Tabella 4.3 – Antenne impiegate e rispettive bande frequenziali ... 86

Tabella 4.4 – Ubicazione punti di misura ... 88

Tabella 4.5 – Livelli di campo elettrico rilevati e verifica del rispetto dei limiti ... 90

Tabella 4.6 – Livelli di campo elettrico rilevati e confronto con i valori attesi ... 92

Tabella 4.7 – Monitoraggio in banda stretta, confronto misure - livelli attesi ... 101

I NDICE DELLE FIGURE

Figura 2.1 - Area di servizio suddivisa in celle ... 23

Figura 2.2 – Cluster costituito da 7 celle ... 24

Figura 2.3 – Schema di collegamento fra due utenti ... 24

Figura 2.4 - Esempio di sequenza di contributo del terzo ordine ... 27

Figura 2.5 - Applicazione del metodo delle immagini per il calcolo del punto di riflessione ... 29

Figura 2.6 - Procedimento per il calcolo di contributi riflessi di ordine superiore al primo ... 30

Figura 2.7 - Rappresentazione di un piastra multistrato ... 32

Figura 2.8 - Zona d’ombra determinata dalla applicazione della GO ... 32

Figura 2.9 - Campo diffratto da uno spigolo ... 33

Figura 2.10 - File DTM relativo all’area del Monte Serra ... 35

Figura 2.11 - File DXF di una porzione del centro città ... 36

Figura 2.12 - Posizionamento delle SRB sul territorio comunale di Pisa ... 38

Figura 3.1 - Vista del territorio del comune di Pisa e suddivisione in sottoaree ... 40

Figura 3.2 – Cartografia con suddivisione in scenari più piccoli ... 41

Figura 3.3 - Suddivisione ulteriore dello scenario di Pisa Nord in 5 parti ... 42

Figura 3.4 - Importazione dello scenario PN3N mediante modulo DXF Importer ... 43

Figura 3.5 - Visualizzazione tridimensionale dello scenario PN3N nell’ambiente di lavoro del simulatore EMv ... 43

Figura 3.6 - Visualizzazione tridimensionale degli scenari Marina - La Vettola e Pisa Sud Est ... 44

Figura 3.7 - Datasheet delle antenne K739622 e K742270 ... 45

Figura 3.8 - Diagrammi di irradiazione di un’antenna GSM ... 46

Figura 3.9 - Diagrammi di irradiazione di un’antenna DCS ... 47

Figura 3.10 - Diagrammi di irradiazione di un’antenna UMTS ... 47

Figura 3.11 - Vista tridimensionale dei diagrammi di irradiazione delle antenne sintetizzate ... 48

Figura 3.12 – Posizionamento di alcune antenne nello scenario PN3N ... 50

Figura 3.13 – Posizionamento dei punti di osservazione nello scenario PN3N ... 51

Figura 3.14 – Impostazione dei parametri di simulazione ... 52

Figura 3.15 –Campo elettrico sullo scenario PN3N (SRB GSM) ... 54

Figura 3.16 - Campo elettrico sullo scenario Marina - La Vettola (SRB DCS) ... 54

Figura 3.17 - Campo elettrico sullo scenario Pisa Sud Ovest (SRB UMTS) ... 54

Figura 3.18 – Scenario 1 “Coltano”: distribuzione di campo elettrico ... 55

Figura 3.19 – Scenario 2 “Marina La Vettola”: distribuzione di campo elettrico ... 56

Figura 3.20 – Scenario 3 “Pisa Sud-Est”: distribuzione di campo elettrico ... 57

Figura 3.21 – Scenario 4 “Pisa Sud-Ovest”: distribuzione di campo elettrico ... 58

Figura 3.22 – Scenario 5 “Pisa Nord 1”: distribuzione di campo elettrico ... 59

Figura 3.23 – Scenario 6 “Pisa Nord 2”: distribuzione di campo elettrico ... 60

Figura 3.24 – Scenario 7 “Pisa Nord 3N”: distribuzione di campo elettrico ... 61

Figura 3.25 – Scenario 8 “Pisa Nord 3S”: distribuzione di campo elettrico ... 61

Figura 3.26 – Scenario 9 “Pisa Nord 4”: distribuzione di campo elettrico ... 62

Figura 3.27 – Scenario 10 “San Rossore”: distribuzione di campo elettrico ... 63

Figura 3.28 – Scenario 11 “Tirrenia Nord”: distribuzione di campo elettrico ... 64

Figura 3.29 – Scenario 12 “Tirrenia Sud”: distribuzione di campo elettrico ... 65

Figura 4.1 - Schema a blocchi di un misuratore in banda larga ... 77

Figura 4.2 - Schema elettrico equivalente di un sensore isotropico elettrico ... 78

Figura 4.3 – Schema elettrico equivalente di un sensore isotropico magnetico ... 78

Figura 4.4 – Struttura verticale di un diodo Schottky ... 79

Figura 4.5 – Schema elettrico equivalente di un sensore isotropico magnetico ... 79

Figura 4.6 – Strumento di misura PMM8053A ... 81

Figura 4.7 – Immagine Sonda EP 330 e sue principali caratteristiche ... 82

Figura 4.8 – Analisi del segnale nel dominio del tempo e della frequenza ... 83

Figura 4.9 - Analizzatore di spettro a eterodina ... 84

Figura 4.10 - Conversione di frequenza ... 84

Figura 4.11 - Vista pannello frontale dell’analizzatore di spettro utilizzato ... 85

Figura 4.12 - Caratteristiche di attenuazione del cavo coassiale ... 86

Figura 4.13 – Immagine della SRB oggetto di monitoraggio selettivo ... 93

Figura 4.14 – Distribuzione di campo elettrico dovuto all’antenna GSM1800 ... 94

Figura 4.15 – Distribuzione di campo elettrico dovuto all’antenna UMTS ... 95

Figura 4.16 – Misura GSM1800 - Polarizzazione verticale ... 97

Figura 4.17 – Misura GSM1800 - Polarizzazione orizzontale ... 98

Figura 4.18 – Misura UMTS - Polarizzazione verticale ... 99 Figura 4.19 – Misura UMTS - Polarizzazione orizzontale ... 100

L ISTA DEGLI ACRONIMI

GSM: Global System for Mobile Communications UMTS: Universal Mobile Telecommunications System RX: Ricevitore

TX: Trasmettitore

GUI: Graphic User Interface

UTD: Teoria Uniforme della Diffrazione GTD: Teoria Geometrica della Diffrazione GO: Ottica Geometrica

DII: Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione

R INGRAZIAMENTI

Desidero ringraziare l’Ing. Alessandro Corucci, il quale insieme ai relatori, mi ha seguito ed aiutato nella preparazione di questo lavoro di Tesi.

S ^COPO

Scopo del seguente lavoro di tesi è stato la valutazione dei livelli di Campo Elettromagnetico (CEM), presenti su area vasta (base comunale), generati dalle stazioni fisse per la telefonia mobile (SRB), fornendo altresì conoscenze dettagliate sulle statistiche spaziali della distribuzione dei campi E.M. nelle diverse aree del territorio comunale.

I NTRODUZIONE

E’ ben noto come nel corso degli ultimi anni, sia aumentata significativamente la percentuale di popolazione che utilizza con costanza servizi mobili di traffico voce, video e dati. La liberalizzazione del mercato unitamente a questa crescente esigenza della popolazione ha spinto i gestori di telefonia mobile ad investimenti continui volti ad ottenere una sempre maggiore copertura del territorio, al fine di garantire reti wireless ad elevata capacità.

Pertanto le stazioni fisse per la telefonia mobile (Stazioni Radio Base, SRB) hanno avuto negli ultimi anni un'enorme diffusione e, allo stato attuale, la loro densità nei centri urbani risulta molto elevata. L’aumento del numero di SRB presenti sul territorio, nonostante le stesse operino singolarmente con livelli di potenza ridotti, ha comportato un marcato incremento dei livelli di campo elettromagnetico a cui tutta la popolazione risulta quotidianamente esposta.

Il presente studio è mirato all’implementazione di una metodologia di analisi per la valutazione dei livelli di Campo Elettromagnetico (CEM) in alta frequenza, presenti su area vasta (base comunale) ed imputabili alle stazioni radio base (SRB), fornendo altresì conoscenze dettagliate sulle statistiche spaziali della distribuzione dei campi E.M. nelle diverse aree del territorio comunale. Nel lavoro presentato, condotto in accordo con le metodiche e le formule indicate sulla normativa vigente, oltre all'individuazione delle aree del territorio maggiormente interessate dai campi elettromagnetici e alla verifica della presenza di eventuali situazioni di criticità, si fornisce un’accurata istantanea della situazione elettromagnetica dell’area comunale, utile ad un futuro sviluppo sostenibile delle reti di telefonia mobile.

La stima dei livelli di campo nelle diverse aree del comune di Pisa, scelto come territorio di sperimentazione, è stata realizzata attraverso l’utilizzo del software EMvironment3.1, sviluppato presso il Microwave Radiation Laboratory del Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione dell’Università di Pisa.

Tale solutore implementa un algoritmo di ray tracing inverso basato sul metodo delle immagini per l’analisi della propagazione elettromagnetica in scenari tridimensionali sia outdoor che indoor.

Per riuscire a conseguimento appieno l’obiettivo prefissato e ottenere quindi un’analisi accurata dei livelli di campo elettromagnetico presenti sul territorio comunale ed imputabili alle SRB, il lavoro è stato organizzato ed articolato nei seguenti capitoli:

Capitolo 1. Quadro normativo di riferimento: riepilogo e commento del quadro normativo nazionale afferente l’esposizione ai campi elettromagnetici.

Capitolo 2. Metodologia di studio: metodologia di calcolo alla base del solutore (algoritmo di ray-tracing) e descrizione dei passi necessari alla costruzione del modello tridimensionale dell’area di studio ed al censimento delle sorgenti (SRB) presenti sul territorio.

Capitolo 3. Simulazione dei livelli di campo elettromagnetico: analisi dei diversi passi necessari alla predisposizione del software (impostazione degli scenari, delle sorgenti, dei ricevitori e dei parametri di simulazione) ed analisi dei risultati delle simulazioni elettromagnetiche, con evidenza delle aree maggiormente critiche presenti nell’ambito comunale.

Capitolo 4. Monitoraggio strumentale dei livelli di campo: descrizione dettagliata del monitoraggio strumentale dei livelli di campo elettromagnetico condotto, con strumentazione idonea e con metodologia conforme a quanto indicato nelle normative di riferimento, al fine di validare le uscite del simulatore e di individuare eventuali superamenti dei limiti normativi.

Capitolo 5. Conclusioni: riepilogo dei risultati raggiunti nel presente studio.

1 Q ^UADRO N ORMATIVO DI R ^IFERIMENTO

Nel presente capitolo si illustra il quadro normativo nazionale afferente l’esposizione ai campi elettromagnetici.

Si riportano quindi le norme legislative nazionali, che disciplinano la materia afferente le emissioni elettromagnetiche, e le norme di buona tecnica CEI, ovvero le linee guida atte alla corretta valutazione dei campi elettromagnetici a bassa ed alta frequenza.

Le leggi riportate riguardano sia le regole di assegnazione e gestione delle frequenze che la fissazione dei limiti di riferimento per l’esposizione ai campi elettromagnetici della popolazione e dei lavoratori.

1.1 Norme Legislative Nazionali

1.1.1 Decreto Legislativo 13 novembre 2008

"Approvazione del Piano nazionale di ripartizione delle frequenze" , G.U. 21 novembre 2008, n. 273

Lo scopo del presente piano è quello di stabilire, in ambito nazionale e per il tempo di pace, l'attribuzione ai diversi servizi delle bande di frequenze oggetto del piano, di indicare per ciascun servizio nell’ambito delle singole bande l’autorità governativa preposta alla gestione delle frequenze, nonché le principali utilizzazioni civili.

Nel caso di nuove primarie esigenze civili o militari che non possano essere soddisfatte con le attribuzioni di frequenze previste nel presente piano, o in occasione di eventi eccezionali, specifiche assegnazioni di frequenze in deroga al piano stesso possono essere effettuate tramite particolari accordi tra Ministero dello sviluppo economico-Comunicazioni e Ministero della difesa.

1.1.2 Decreto Legislativo 01/08/2003, n. 259

"Codice delle comunicazioni elettroniche", G.U. 15 settembre 2003, n. 214 Il Codice delle comunicazione elettroniche garantisce i diritti inderogabili di libertà delle persone nell’uso dei mezzi di comunicazione elettronica, nonché il diritto di iniziativa economica ed il suo esercizio in regime di concorrenza, nel settore delle comunicazioni elettroniche. La fornitura di reti e servizi di comunicazione elettronica

è libera e ad essa si applicano le disposizioni del Codice. Sono fatte salve le limitazioni derivanti da esigenze della difesa e della sicurezza dello Stato, della protezione civile, della salute pubblica e della tutela dell’ambiente e della riservatezza e protezione dei dati personali, poste da specifiche disposizioni di legge o da disposizioni regolamentari di attuazione.

1.1.3 Legge quadro 22/02/2001, n. 36

"Legge quadro sulla protezione dalle esposizioni a campi elettrici, magnetici ed elettromagnetici", G.U. 7 marzo 2001, n. 55

La legge nazionale quadro sull’elettromagnetismo ha l’innegabile pregio di tentare di porre ordine nella variegata situazione italiana, attraverso le definizioni delle competenze di stato, regioni, province e comuni. Il carattere innovativo della a legge è rappresentato dal fatto che, accanto al concetto di limite di esposizione inteso come valore che non deve mai essere superato in alcuna condizione di esposizione, vengono introdotti quelli di valore di attenzione e di obiettivo di qualità. Ad essi è attribuito il seguente significato (dalle definizioni riportate nella legge):

• valore di attenzione: è il valore di campo elettrico, magnetico ed elettromagnetico, che non deve essere superato negli ambienti abitativi, scolastici e nei luoghi adibiti a permanenze prolungate. Esso costituisce misura di cautela ai fini della protezione da possibili effetti a lungo termine;

• obiettivi di qualità: sono i criteri localizzativi, gli standard urbanistici, le prescrizioni e le incentivazioni per l’utilizzo delle migliori tecnologie disponibili indicati dalle leggi regionali, i valori di campo elettrico, magnetico ed elettromagnetico definiti dallo Stato ai fini della progressiva minimizzazione dell’esposizione ai campi medesimi.

La legge tuttavia non indica direttamente i valori numerici delle quantità suddette ma stabilisce che essi dovranno essere fissati da appositi decreti.

La legge stabilisce inoltre che, entro 10 anni dalla sua entrata in vigore, la rete elettrica esistente dovrà essere risanata, secondo criteri che verranno anch’essi

definiti attraverso un apposito decreto, allo scopo di rispettare i limiti di esposizione e i valori di attenzione, nonché di raggiungere gli obiettivi di qualità stabiliti.

Più in dettaglio questa normativa ha lo scopo di dettare i principi fondamentali diretti a:

a) assicurare la tutela della salute dei lavoratori, delle lavoratrici e della popolazione dagli effetti dell’esposizione a determinati livelli di campi elettrici, magnetici ed elettromagnetici ai sensi e nel rispetto dell’articolo 32 della Costituzione;

b) promuovere la ricerca scientifica per la valutazione degli effetti a lungo termine e attivare misure di cautela da adottare in applicazione del principio di precauzione di cui all’articolo 174, comma 2, del trattato istitutivo dell’Unione Europea;

c) assicurare la tutela dell’ambiente e del paesaggio e promuovere l’innovazione tecnologica e le azioni di risanamento volte a minimizzare l’intensità e gli effetti dei campi elettrici, magnetici ed elettromagnetici secondo le migliori tecnologie disponibili.

In particolare l’art. 4, Comma 2 afferma che i limiti di esposizione, i valori di attenzione e gli obiettivi di qualità, le tecniche di misurazione e rilevamento dell’inquinamento elettromagnetico e i parametri per la previsione di fasce di rispetto per gli elettrodotti, di cui al comma 1, lettere a), e) e h), sono stabiliti, entro sessanta giorni dalla data di entrata in vigore della presente legge:

• per la popolazione, con decreto del Presidente del Consiglio dei ministri, su proposta del Ministro dell’ambiente, di concerto con il Ministro della sanità, sentiti il Comitato di cui all’articolo 6 e le competenti Commissioni parlamentari, previa intesa in sede di Conferenza unificata di cui all’articolo 8 del decreto legislativo 28 agosto 1997, n. 281, di seguito denominata «Conferenza unificata»;

• per i lavoratori e le lavoratrici, ferme restando le disposizioni previste dal decreto legislativo 19 settembre 1994, n. 626, e successive modificazioni, con decreto del Presidente del Consiglio dei ministri, su proposta del

Ministro della sanità, sentiti i Ministri dell’ambiente e del lavoro e della previdenza sociale, il Comitato di cui all’articolo 6 e le competenti Commissioni parlamentari, previa intesa in sede di Conferenza unificata.

Il medesimo decreto disciplina, altresí, il regime di sorveglianza medica sulle lavoratrici e sui lavoratori professionalmente esposti.

1.1.4 Decreto del Presidente del Consiglio dei Ministri 8 luglio 2003

Parte 1. “Fissazione dei limiti di esposizione, dei valori di attenzione e degli obiettivi di qualità per la protezione della popolazione dalle esposizioni a campi elettrici, magnetici ed elettromagnetici generati a frequenze comprese tra 100 kHz e 300 GHz”

Le disposizioni del presente decreto fissano i limiti di esposizione e i valori di attenzione per la prevenzione degli effetti a breve termine e dei possibili effetti a lungo termine nella popolazione dovuti alla esposizione ai campi elettromagnetici generati da sorgenti fisse con frequenza compresa tra 100 kHz e 300 GHz. Il presente decreto fissa inoltre gli obiettivi di qualità, ai fini della progressiva minimizzazione della esposizione ai campi medesimi e l'individuazione delle tecniche di misurazione dei livelli di esposizione. I limiti di esposizione, i valori di attenzione e gli obiettivi di qualità di cui al presente decreto non si applicano ai lavoratori esposti per ragioni professionali oppure per esposizioni a scopo diagnostico o terapeutico. I limiti e le modalità di applicazione del presente decreto non sono applicabili per gli impianti radar e per gli impianti che per la loro tipologia di funzionamento determinano esposizioni pulsate.

Nelle tabelle successive si riportano i limiti fissati dal decreto in oggetto.

Intervallo di frequenza

Intensità campo elettrico E (V/m)

Intensità campo magnetico H (A/m)

0,1 < f ^≤ 3 MHz 60 0,2

3 < f ^≤ 3000 MHz 20 0,05

3 < f ^≤ 300 GHz 40 0,01

Tabella 1.1 – Limiti di esposizione

Intervallo di frequenza

Intensità campo elettrico E (V/m)

Intensità campo magnetico H (A/m)

0,1 MHz < f ^≤ 300

GHz 6 0,016

Tabella 1.2 - Valori di attenzione all'interno di edifici adibiti a permanenze non inferiori a quattro ore giornaliere

Intervallo di frequenza

Intensità campo elettrico E (V/m)

Intensità campo magnetico H (A/m)

0,1 MHz < f ^≤ 300

GHz 6 0,016

Tabella 1.3 – Obiettivi di qualità

Parte 2. “Fissazione dei limiti di esposizione, dei valori di attenzione e degli obiettivi di qualità per la protezione della popolazione dalle esposizioni ai campi elettrici e magnetici alla frequenza di rete (50 Hz) generati dagli elettrodotti”

Nel presente decreto sono fissati i limiti di esposizione, i valori di attenzione e gli obiettivi di qualità per la protezione della popolazione dalle esposizioni ai campi elettrici e magnetici alla frequenza di rete (50 Hz) generati dagli elettrodotti (vedi Tabella 1.4).

Intensità campo elettrico E (kV/m)

Intensità induzione magnetica B (µT)

Limiti esposizione 5 100

Valori attenzione 5 10

Tabella 1.4 - Limiti campi bassa frequenza

Per gli elettrodotti di nuova costruzione, nel caso di aree gioco per l’infanzia, in ambienti abitativi, ambienti scolastici e nei luoghi adibiti a permanenze non inferiori alle 4 ore giornaliere, l’induzione magnetica deve rispettare il valore di qualità di 3 µTesla.

1.1.5 Decreto legislativo 9 aprile 2008 , n. 81, titolo VIII, capo IV

“Prescrizioni minime di sicurezza e di salute relative all'esposizione dei lavoratori ai rischi derivanti dagli agenti fisici (campi elettromagnetici) con particolare riferimento alle radiazioni da 0 Hz a 300 GHz”

Il D.Lgs. 81/2008 (Testo Unico) al Capo IV del Titolo VIII stabilisce prescrizioni minime di sicurezza e di salute relative all'esposizione dei lavoratori ai rischi derivanti dall’esposizione ai campi elettromagnetici. In base alla nuova normativa ogni datore di lavoro deve provvedere alla valutazione del rischio di esposizione dei lavoratori ai campi elettromagnetici presenti nella propria azienda. Il D.Lgs. 81/2008 stabilisce prescrizioni minime di sicurezza e di salute relative all'esposizione dei lavoratori ai rischi derivanti dagli agenti fisici (campi elettromagnetici). Il Capo IV del titolo VIII riguarda i rischi per la salute e la sicurezza dei lavoratori dovuti agli effetti nocivi a breve termine conosciuti nel corpo umano derivanti dalla circolazione di correnti indotte e dall'assorbimento di energia. La direttiva non riguarda gli effetti a lungo termine. Il limite di azione per l’induzione magnetica alla frequenza di 50 Hz nel caso di esposizione per motivi professionali è pari a 500 µT mentre il limite di azione per il campo elettrico è pari a 10 kV.

Nel titolo VIII, capo IV si riportano le definizioni di valori limite di esposizione e di azione:

I. valori limite di esposizione: limiti all'esposizione a campi elettromagnetici che sono basati direttamente sugli effetti sulla salute accertati e su considerazioni biologiche. Il rispetto di questi limiti garantisce che i lavoratori esposti ai campi elettromagnetici siano protetti contro tutti gli effetti nocivi per la salute conosciuti.

II. valori limite di azione: entità dei parametri direttamente misurabili (intensità di campo elettrico (E), intensità di campo magnetico (H), induzione magnetica (B) e densità di potenza (S) ) che determina l'obbligo di adottare una o più delle misure specificate nel presente titolo.

Il rispetto di questi valori assicura il rispetto dei pertinenti valori limite di esposizione.

Nelle tabelle successive sono riportati i valori limite di esposizione e di azione sopra definiti:

I. Limiti di esposizione

nota: f è la frequenza in Hz

Tabella 1.5 – Limiti di esposizione II. Limiti di azione

Intervallo di frequenza

Intensità di campo elettrico E (V/m)

Intensità di campo magnetico

H (A/m)

Induzione magnetica

B(µT)

Densità di potenza di onda piana

Seq (W/m²)

Corrente di contatto

lC (mA)

Corrente indotta attraverso

gli arti IL (mA)

0 - 1 Hz / 1,63 x 10⁵ 2 x 10⁵ / 1,0 /

1 - 8 Hz 20000 1,63 x 10⁵/f²

2 x 10⁵/f² / 1,0 /

8 - 25 Hz 20000 2 x 10⁴/f 2,5 x 10⁴/f / 1,0 / 0,025 -

0,82 kHz

500/f 20/f 25/f / 1,0 /

0,82 kHz - 610 24,4 30,7 / 1,0

Intervallo di frequenza

Densità di corrente per corpo e

tronco J (mA/m²)

(rms)

SAR mediato sul corpo

intero (W/kg)

SAR localizzato

(corpo e tronco) (W/kg)

SAR localizzato

(arti) (W/kg)

Densità di potenza

(W/m²)

Fino a 1 Hz 40 / / / /

1 - 4 Hz 40/f / / / /

4 - 1000 Hz 10 / / / /

1000 Hz - 100

kHz f/100 / / / /

100 kHz - 10

Mhz f/100 0,4 10 20 /

10 MHz - 10

GHz / 0,4 10 20 /

10 - 300 GHz / / / / 50

Intervallo di frequenza

Intensità di campo elettrico E (V/m)

Intensità di campo magnetico

H (A/m)

Induzione magnetica

B(µT)

Densità di potenza di onda piana

Seq (W/m²)

Corrente di contatto

lC (mA)

Corrente indotta attraverso

gli arti IL (mA) 2,5 kHz

2,5 - 65 kHz

610 24,4 30,7 / 0,4f /

65 - 100 kHz

610 1600/f 2000/f / 0,4/f /

0,1 - 1 MHz

610 1,6/f 2/f / 40 /

1 - 10 MHz 610/f 1,6/f 2/f / 40 /

10 - 110 MHz

61 0,16 0,2 10 40 100

110 - 400 MHz

61 0,16 0,2 10 / /

400 - 2000 MHz

3f^1/2 0,008f^1/2 0,01f^1/2 f/40 / /

2 - 300 GHz

137 0,36 0,45 50 / /

Nota: f è la frequenza espressa nelle unità indicate nella colonna relativa all’intervallo di frequenza

Tabella 1.6 – Limiti di azione

1.1.6 Raccomandazione n.519 del Consiglio dell’Unione Europea del 12 Luglio 1999

Il Consiglio dell'Unione Europea attraverso la presente raccomandazione ha fatto propri gli stessi limiti proposti dall’ICNIRP. I limiti di base e i livelli di riferimento per limitare l'esposizione sono stati elaborati sulla scorta di un approfondito esame di tutta la letteratura scientifica pubblicata.

I criteri applicati nel corso dell'esame sono stati volti a valutare la credibilità dei vari risultati divulgati; per proporre le limitazioni dell'esposizione ci si è basati soltanto su effetti accertati.

Nelle tabelle successive si riportano i limiti di base e di riferimento. I livelli di riferimento relativi all'esposizione sono indicati al fine di poterli confrontare con i valori di grandezze misurate. Il rispetto di tutti i livelli di riferimento raccomandati garantisce sempre il rispetto dei limiti di base. Se il valore delle grandezze misurate supera i livelli di riferimento, non ne consegue necessariamente che i limiti di base siano superati. In tal caso, sarà necessario effettuare una valutazione per decidere se i livelli di esposizione siano inferiori a quelli fissati per i limiti di base.

I livelli di riferimento volti a limitare l'esposizione sono stati ottenuti dai limiti di base nella situazione di massimo accoppiamento fra campo e individuo esposto e perciò forniscono la massima protezione.

Questi limiti, di norma, vanno considerati come valori mediati nel volume del corpo dell'individuo esposto ma con la condizione tassativa che i limiti di base per esposizioni localizzate non siano mai superati. In talune situazioni in cui l'esposizione è altamente localizzata, come l'esposizione del capo nel caso dei radiotelefoni portatili, l'impiego dei livelli di riferimento non risulta adeguato.

In tali casi l'osservanza dei limiti di base relativi ad esposizioni localizzate dovrà essere valutata direttamente.

I. Limiti di base

Gamma di frequenza

Densità di flusso magnetico

(mT)

Densità di corrente (mA/m²) (rms)

SAR mediato

sul corpo intero (W/Kg)

SAR localizzato

(capo e tronco) (W/Kg)

SAR localizzato

(arti) (W/Kg)

Densità di potenza

S (W/m²)

0 Hz 40 - - - - -

> 0-1 Hz - 8 - - - -

1 - 4 Hz - 8/f - - - -

4 - 1000 Hz - 2 - - - -

1000 Hz - 100

kHz - f/500 - - - -

100 kHz - 10

MHz - f/500 0,08 2 4 -

Gamma di frequenza

Densità di flusso magnetico

(mT)

Densità di corrente (mA/m²) (rms)

SAR mediato

sul corpo intero (W/Kg)

SAR localizzato

(capo e tronco) (W/Kg)

SAR localizzato

(arti) (W/Kg)

Densità di potenza

S (W/m²) 10 MHz - 10

GHz - - 0,08 2 4 -

10 - 300 GHz - - - 10

Nota: f è la frequenza in Hz

Tabella 1.7 – Limiti di base II. Livelli di riferimento

Intervallo di frequenza

Intensità di campo E (V/m)

H-field strength

(A/m)

Campo B (µT)

Densità di potenza ad onda equivalente Seq

(W/m2)

0 - 1 Hz - 3,2x10⁴ 4x10⁴ -

1 -8 Hz 10000 3,2x10⁴/f^1/2 4x10⁴/f^1/2 -

8 - 25 Hz 10000 4000/f 5000/f -

0,025 – 0,8 KHz 250/f 4/f 5/f -

0,8 - 3 kHz 250/f 5 6,25 -

3 - 150 kHz 87 5 6,25 -

0,15 - 1 MHz 87 0,73/f 0,92/f -

1 - 10 MHz 87/f^1/2 0,73/f 0,92/f -

10 - 400 MHz 28 0,073 0,092 -

400 - 2000 MHz 1,375 f^1/2 0,037 f^1/2 0,0046 f^1/2 f/200

2 - 300 GHz 61 0,16 0,20 10

Nota: f è la frequenza in Hz

Tabella 1.8 – Livelli di riferimento

1.1.7 Decreto Legge 18 ottobre 2012, n. 179 “Ulteriori misure urgenti per la crescita del Paese”

Il presente Decreto Sviluppo Ulteriori misure urgenti per la crescita del Paese (DL n° 179 del 18/10/2012 pubblicato sulla G.U. n° del 19/10/2012) ha modificato alcuni aspetti della normativa sulla protezione della popolazione da esposizioni a radiazioni elettromagnetiche emesse da ripetitori per telefonia mobile e trasmettitori radiotelevisivi.

Il DL 179 nella sezione V, articolo14, punto 8 prescrive che:

I. Tutti i valori di riferimento per l’esposizione umana, limiti, valori di attenzione e obiettivi di qualità, non dovranno essere valutati più sulla sezione verticale del corpo umano ma ad una sola altezza: 1,50 metri.

II. I valori di attenzione e gli obiettivi di qualità dovranno essere intesi come media dei valori nell’arco delle 24 ore e non più come media su qualsiasi intervallo di sei minuti. Questa variazione tiene conto del fatto che valori di attenzione e obiettivi di qualità sono riferiti ad esposizioni prolungate nel tempo.

III. Le aree a permanenza prolungata dove devono essere applicati i valori di attenzione sono state ulteriormente specificate con particolare riferimento alle pertinenze esterne degli edifici.

IV. Le modalità di valutazione preventiva degli impianti e di misura dei livelli di esposizione dovranno essere effettuate sulla base di dati mediati sulle 24 ore. Mentre per le valutazioni teoriche preventive all’installazione si prevede una successiva elaborazione di Linee Guida a cura del Sistema delle Agenzie per l’ambiente, per quanto riguarda le misure si rimanda ad eventuali specifiche norme emanate dal CEI, oltre alla norma CEI 211-7.

1.2 Normativa tecnica

I. CEI 211-6 2001-01"Guida per la misura e per la valutazione dei campi elettrici e magnetici nell´intervallo di frequenza 0 Hz - 10 kHz, con riferimento all´esposizione umana".

II. CEI 211-7 2001-01 "Guida per la misura e per la valutazione dei campi elettromagnetici nell´intervallo di frequenza 10 kHz - 300 GHz, con riferimento all´esposizione umana".

Pur presentando alcune specificità in relazione alle diverse frequenze in gioco ed ai diversi tipi di sorgente, le due guide hanno strutture molto simili e comprendono le seguenti parti principali:

• definizione delle grandezze fisiche che determinano l'esposizione (grandezze interne e grandezze esterne), delle grandezze da misurare e delle unità di misura;

• descrizione dei campi elettromagnetici in relazione al tipo di sorgente, alla gamma di frequenze interessata, alle distanze dei punti di misura dalla sorgente ed alle caratteristiche dell'ambiente di misura;

• descrizione dei vari tipi di sorgente (intenzionali e non intenzionali) riportando, per i più importanti, le gamme di frequenze e i livelli tipici dei campi emessi alle distanze di interesse;

• specificazione delle caratteristiche della strumentazione idonea (sensori e sistemi di visualizzazione e registrazione) per la rilevazione delle varie grandezze caratterizzanti l'esposizione umana ai campi elettromagnetici;

• indicazioni sulle modalità di taratura e di verifica in campo della catena strumentale;

• definizione delle modalità di misura, raccolta, elaborazione e presentazione dei risultati, in funzione del tipo di sorgente, delle frequenze interessate e delle finalità delle misure.

Entrambe le guide sono principalmente orientate ai metodi di misura, ma contengono anche indicazioni sulle metodologie adottate per la valutazione dei campi mediante

formule approssimate o mediante codici di calcolo più o meno sofisticati. Con riferimento alla guida sulle alte frequenze, il CEI intende far seguire all'attuale documento la pubblicazione di alcune appendici, riguardanti modalità di misura e di valutazione specifici di particolari applicazioni.

Il valore fondamentale di questi documenti risiede nel fatto che essi sono stati sviluppati da un organismo normativo indipendente, come il CEI, con il contributo e il consenso di tutte le parti interessate. Grazie a questo le guide rappresentano un essenziale riferimento tecnico per gli atti legislativi in corso di discussione in sede parlamentare.

III. Linee guida ICNIRP Aprile 1998 “Pubblicate su Health Physics, volume 74, numero 4): "Guidelines for limiting exposure to time-varying electric, magnetic, and electromagnetic fields (up to 300 GHz)".

La Commissione Internazionale per la Protezione dalle Radiazioni Non Ionizzanti (ICNIRP), è un’istituzione indipendente formalmente riconosciuta, tra gli altri, dall’Organizzazione Mondiale della Sanità, dall’Ufficio Internazionale del Lavoro e dalla Commissione Europea, enti con i quali essa collabora attivamente.

La finalità primaria della Commissione è fornire ai governi nazionali consulenza e indirizzo scientifico per lo sviluppo di normative e di altre misure protezionistiche nei confronti di campi elettromagnetici, radiazione ottica, radiazione laser ed ultrasuoni. A questo fine, la Commissione ha elaborato, in base alle nuove conoscenze, delle linee guida che hanno costituito il riferimento fondamentale per la maggior parte dei Paesi. Oltre 30 nazioni hanno adottato le linee guida per l’esposizione a campi elettromagnetici come propria normativa; da parte sua, il Consiglio dell’Unione Europea ha emanato la Raccomandazione citata nel precedente paragrafo (n.519 del Consiglio dell’Unione Europea del 12 Luglio 1999.

G.U.C.E. del 30.7.1999, n.199) affinché gli stati membri adottino un quadro normativo comune basato “sulle migliori conoscenze scientifiche disponibili”, facendo a questo proposito esplicito riferimento alle linee guida ICNIRP.

2 M ETODOLOGIA DI S ^TUDIO 2.1 Premessa

Nel presente capitolo, dopo una descrizione di massima delle sorgenti oggetto di analisi nel presente elaborato, si descrive la metodologia di studio seguita.

Si descrivono in dettaglio la metodologia di calcolo utilizzata dal solutore (descrizione dell’algoritmo di ray-tracing tridimensionale) per la valutazione dei livelli di campo elettromagnetico ed i passi eseguiti per costruire un modello tridimensionale dell’area di studio e per censire e localizzare le diverse sorgenti di campo e.m. presenti sul territorio.

2.2 Descrizione dei sistemi cellulari che implementano le reti radiomobili

Prima di descrivere la metodologia di calcolo utilizzata per la valutazione dei livelli di campo elettromagnetico, si riporta una breve descrizione dei sistemi cellulari che implementano le reti radiomobili [1].

Questi sistemi sfruttano la tecnica del riutilizzo delle frequenze, ovvero una data frequenza viene utilizzata più volte, in diversi luoghi, sufficientemente lontani tra di loro.

Questa operazione è possibile solo se si suddivide l’intera area in cui si deve espletare il servizio in tante sottoaree, di dimensioni limitate, denominate celle.

Figura 2.1 - Area di servizio suddivisa in celle

Teoricamente le celle dovrebbero presentare una forma esagonale regolare; in realtà la loro forma risulta essere irregolare a causa degli ostacoli presenti sul territorio (es.

edifici) che comportano una propagazione del segnale non omogenea. Un cluster è un insieme di celle a cui sono assegnati gruppi di frequenze disgiunti che coprono l’intera banda disponibile.

Figura 2.2 – Cluster costituito da 7 celle

Ogni cella è servita da una SRB (Stazione Radio Base), la quale ha a disposizione un certo numero di canali attraverso i quali instaura una comunicazione con gli utenti presenti nella cella. E’ previsto l’utilizzo di due antenne per settore, una delle quali funziona da trasmettitore, mentre l’altra viene utilizzata per ricevere il segnale proveniente dall’utente mobile. Due utenti in comunicazione fra loro, non comunicano in maniera diretta, ma ognuno entra in contatto solamente con la SRB della cella in cui si trova. Sono le due SRB che instaurano una comunicazione fra loro, permettendo quindi la comunicazione fra i due utenti.

Figura 2.3 – Schema di collegamento fra due utenti

Le caratteristiche radiative dell’antenna della SRB sono descritte dal diagramma di irradiazione dell’antenna stessa. Tale diagramma permette di individuare il fascio di direzione verso cui l’antenna irradia la parte preponderante della potenza d’ingresso.

I parametri caratteristici del diagramma di irradiazione sono:

• direttività massima;

• angolo a metà potenza (Half Power - HP);

• livello dei primi lobi laterali (Side Lobe Level – SLL);

• angolo tra i primi nulli;

• front-to-back ratio.

Nei sistemi cellulari, aumentando il numero delle celle che coprono una certa area (e quindi riducendo la loro dimensione), aumenta la capacità del sistema, cioè il numero di utenti gestibili contemporaneamente. Questo comporta, però, che la distanza di riuso delle frequenze diminuisce per cui aumenta l’interferenza cocanale ed il numero di handover che il sistema deve effettuare durante una conversazione.

Per ridurre l’interferenza e conservare intatta la distanza di riuso delle frequenze si potrebbe pensare di ridurre la potenza trasmessa, visto che il segnale deve percorrere distanze minori. Questa possibilità, però, trova un ostacolo nel fatto che bisogna sempre garantire una minima qualità del servizio. La riduzione della potenza da trasmettere in ciascuna cella non può andare oltre un minimo limite tollerabile.

Quindi, si tratta di stabilire un compromesso tra le varie esigenze.

2.3 Algoritmo di simulazione elettromagnetica per l’alta frequenza

Il simulatore utilizzato per la predizione dei livelli di campo sulla base degli ingressi disponibili è un software che consente l’analisi della propagazione del segnale elettromagnetico in ambienti complessi outdoor. Esso risulta pertanto uno strumento utilizzabile in diversi ambiti riguardanti la pianificazione delle reti cellulari (reti wireless in generale), la stima dei parametri caratterizzanti il canale radiomobile e la verifica del rispetto delle normative vigenti in termini di compatibilità elettromagnetica [3]. L’algoritmo permette all’utilizzatore di inserire i dati necessari ad una completa ed esaustiva ricostruzione dello scenario sotto esame, nonché i dati

relativi ai trasmettitori da considerare nella simulazione e le informazioni necessarie per individuare i punti in cui si desidera determinare il valore del campo elettromagnetico. I dati sono stati inseriti mediante opportune interfacce utente [2]

(Graphic User Interface, GUI), specifiche per il tipo di dato (sono ad esempio presenti GUI per inserire ostacoli, trasmettitori, o per i punti in cui deve essere calcolato il campo, ecc.).

Per la valutazione dei livelli di campo, il solver elettromagnetico del simulatore utilizza i metodi di analisi della propagazione elettromagnetica ad alta frequenza:

l’Ottica Geometrica (GO), la Teoria Geometrica della Diffrazione (GTD) e la sua estensione uniforme ovvero la Teoria Uniforme della Diffrazione (UTD).

Tali metodi di analisi sono implementati nel solver elettromagnetico mediante un algoritmo di ray-tracing tridimensionale (3D) e deterministico [4].

Lo sviluppo di ogni singolo progetto può essere scomposto in tre fasi principali e consequenziali:

• costruzione dello scenario attraverso la GUI e creazione dei file necessari all’avvio del solutore;

• processing del solver elettromagnetico per il calcolo dei parametri di output;

• visualizzazione ed analisi dei risultati.

La prima fase per la creazione di un nuovo progetto è rappresentata dalla costruzione dello scenario e dalla definizione delle sue proprietà geometriche ed elettriche. Una volta creato lo scenario e quindi inseriti i vari trasmettitori (Tx) e ricevitori (Rx), tutte le geometrie dello stesso vengono scomposte in superfici elementari di estensione finita dette piastre (facet). I dati relativi alle piastre ed agli spigoli presenti nello scenario vengono memorizzati all’interno di strutture dati a prescindere dal numero di trasmettitori e ricevitori presenti.

2.3.1 Ray-Tracing

A partire dai dati precedentemente acquisiti viene effettuato il ray tracing che consiste, grazie alla conoscenza delle coordinate di Tx ed Rx, nella valutazione di tutti i possibili raggi che partendo dal trasmettitore contribuiscono al valore di campo

nella posizione del ricevitore. Il massimo ordine di contributi che possono essere considerati è pari ad otto, dove con ordine si intende il numero di interazioni che un raggio può avere con i vari elementi dello scenario durante la propagazione.

Le possibili interazioni che vengono considerate dal solutore sono:

• riflessione da superfici piane (R);

• diffrazione da spigoli (D);

• trasmissione attraverso superfici di spessore finito (T).

Con contributo del terzo ordine, come si evidenzia in figura, si intende ad esempio un raggio che durante il suo percorso ha subito ad esempio una diffrazione e due riflessioni (contributo di tipo RDR).

Figura 2.4 - Esempio di sequenza di contributo del terzo ordine

Il contributo di ogni raggio può essere valutato separatamente e quindi la totalità dei Tx ed Rx non viene considerata globalmente ma, per ogni Rx viene analizzato il contributo di campo fornito separatamente da ogni Tx.

Durante il ray tracing, per ogni classe di contributi, vengono tracciati tutti i possibili raggi e solo successivamente la loro esistenza viene validata mediante algoritmi di visibilità che tengono conto dell’eventuale ostacolo prodotto dalle varie superfici elementari presenti nello scenario. Una volta terminata la fase di ray tracing tutti i dati relativi vengono salvati in una struttura dati ed utilizzati per la fase di calcolo dei risultati.

Il valore di campo elettrico e magnetico associato ad ogni raggio che raggiunge un punto di osservazione viene calcolato tenendo conto dei cammini ottici relativi ad esso, del diagramma di irradiazione e della potenza associati all’elemento radiante, del fattore di attenuazione che il raggio stesso subisce ad ogni riflessione, diffrazione o trasmissione.

Per il calcolo delle potenze ricevute il simulatore considera anche il diagramma di irradiazione dell’antenna ricevente. Tutte le attenuazioni sono determinate dalle proprietà elettriche e geometriche delle piastre che le hanno generate. Tutti i contributi vengono sommati tra loro ed i risultati possono essere visualizzati in maniera differente a seconda della tipologia di ricevitori che sono stati scelti.

Di seguito si riporta una sommaria descrizione dei file di input ed output del solutore:

Environment_Data.in

3 # Ordine del contributo ---

15 # numero di piastre ---

1 # Prima piastra

0.000000,0.000000,1.000000 # Normale 3 # Numero di lati 50.000000,50.000000,0.000000 # Vertici -50.000000,50.000000,0.000000

-50.000000,-50.000000,0.000000 ...

---

1 # Numero di Punti in cui calcolare i dati ---

1

17.887581,26.698389,6.97 # Coordinate del ricevitore 1 0.000000 0.000000 # Tipo ed orientazione del ricevitore

---

1 # Numero di Trasmettitori ---

1

25.514286,38.081234,6.71 # Coordinate del trasmettitore 0 # Tipo del trasmettitore

1.000000 # Potenza ---

SaveRayTracing.out

RX # 1 coord: 17.888 26.698 6.977 TX # 1 coord:

25.51429 38.08123 6.717590 Number of rays 61

Ray # 1 lenght: 1

-12.274 13.267 6.867 0.0 0.0 0.0

1

0.971336 1.133429 1.574112 0.599469 2.003008 ---

...

Campo_Elettrico.out

x[m] y[m] z[m] |ETot|[V/m]

17.888 26.698 6.977 0.6643254E+00

...

Tabella 2.1 – Esempio di file di ingresso ed uscita del solutore 2.3.1.1 Contributo di campo riflesso

Il metodo che determina i punti di riflessione da superfici piane è basato su tecniche puramente geometriche [5]. La prima operazione effettuata è rappresentata dal calcolo della sorgente immagine rispetto alla piastra in esame. Quindi viene tracciata la retta che congiunge l’immagine con il punto di osservazione. Infine vengono effettuati i test di visibilità ed intersezione: si valuta se la retta interseca il piano individuato dalla superficie e se il punto di intersezione trovato appartiene alla superficie stessa. Se il test è positivo allora il contributo riflesso esiste, se l’esito del test risulta negativo si passa all’analisi di un’altra piastra.

Figura 2.5 - Applicazione del metodo delle immagini per il calcolo del punto di riflessione

Come si evince dall’osservazione della figura seguente, nel caso di riflessioni multiple è possibile reiterare il procedimento andando a considerare come sorgente l’immagine valutata al passo precedente

Figura 2.6 - Procedimento per il calcolo di contributi riflessi di ordine superiore al primo

La riflessione, in accordo con la legge di Snell, avviene sempre nella direzione speculare a quella di incidenza e il campo riflesso è derivato da quello incidente moltiplicato per i relativi coefficienti di riflessione di Fresnel e per un opportuno fattore di spreading.

Facendo quindi riferimento alle figure precedenti, decomponendo il campo incidente in una componente parallela ed una perpendicolare rispetto al piano di incidenza, risulta:

1 2

( )

1 2

( )

jk s s

r i

E RE e

s s

− +

= + (2.1)

1 2

( )

1 2

0

0 ( )

jk s s i

r

i r

E

E e

E

E s s

− +

⊥

⊥ ⊥

Γ  

   

=  

   Γ  +

      _(2.2)

Nel caso di superfici con spessore infinito i coefficienti di Fresnel assumono la forma seguente:

||

cos( ) sin( )

( ) cos( ) sin( )

R i R i

i

R i R i

ε θ ε θ

θ ε θ ε θ

− −

Γ =

+ − (2.3)

cos( ) sin( )

( ) cos( ) sin( )

i R i

i

i R i

θ ε θ

θ θ ε θ

⊥

− −

Γ =

+ − (2.4)

dove:

0

R r j σ

ε ε

= − ωε

(2.5) Nel caso invece di riflessioni da piastre con spessore finito o da piastre multistrato il coefficiente di riflessione relativo allo strato i-esimo della struttura è determinato da:

1, 1

1, 1

1

i

i

j

i i i

i j

i i i

r R e

R r R e

δ δ

+ − −

+ − −

= +

+ + _(2.6)

dove:

0

4 ,

cos

i

i i

i i i i i

j

n d j

ωµ

δ π η

λ θ σ ωε

= =

+ _(2.7)

1 1 1 1

1, 1,

1 1 1 1

cos cos , cos cos

cos cos cos cos

i i i i i i i i

i i i i

i i i i i i i i

r η θ η θ r η θ η θ

η θ η ⁺ θ ⁺ η⁺ θ η θ⁺

+ + ⊥

+ + + +

− + −

= =

+ + (2.8)

Le relazioni tra gli angoli θi e θi+1 vengono ricavate applicando la legge di Snell ovvero:

( )

1 1

sin sin ,

i i i i i j i i j i

γ θ γ

θ

γ

ωµ σ

ωε

(2.9)

La formulazione precedente permette di valutare iterativamente il coefficiente di riflessione totale RN prodotto da una struttura composta da N strati di materiale diverso.

Nella Figura 2.7 si riporta la rappresentazione di una piastra multistrato.

Figura 2.7 - Rappresentazione di un piastra multistrato 2.3.1.2 Contributo di campo diffratto

Il modello a raggi dell’Ottica Geometrica (GO) presenta dei limiti evidenti quando viene considerato il problema delle caustiche e delle zone d’ombra. Infatti considerando un corpo illuminato in una certa direzione, la GO prevede che il campo sia nullo nella porzione dello spazio non illuminata e quindi definita zona d’ombra (vedi Figura 2.8).

Figura 2.8 - Zona d’ombra determinata dalla applicazione della GO La presenza di questa zona determina quindi una discontinuità di campo non giustificabile dal punto di vista fisico. Ricorrendo alla GTD/UTD, viene introdotto il contributo di campo diffratto che assicura la continuità del campo totale [6].

Il campo diffratto è un fenomeno locale che può essere valutato come prodotto del campo incidente per un coefficiente di diffrazione che tiene conto delle proprietà locali del campo e delle condizioni al contorno in prossimità del punto di diffrazione.

Il campo diffratto è presente sia nella zona illuminata che nella zona d’ombra dove permette di eliminare la discontinuità determinata dalla sola applicazione della GO.

Nel caso di analisi tridimensionale il campo diffratto appartiene ad un cono, definito cono di Keller, la cui apertura è pari all’angolo formato dalla direzione di incidenza del campo e lo spigolo (nella seguente figura ^{β0′ =β0}).

Figura 2.9 - Campo diffratto da uno spigolo

Come per il campo riflesso, il campo diffratto viene calcolato a partire da quello incidente moltiplicato per un coefficiente di diffrazione ed un opportuno fattore di spreading :

1 2

( )

1

2 1 2

jk s s i

d

s

E E D e

s s s

− +

= +

(2.10)

E´ importante ricordare inoltre che il solutore consente di considerare al più un contributo diffratto.

2.4 Modellazione dell’area di studio

Fase preliminare all’inserimento nel solutore delle sorgenti, dei punti ricevitore e del calcolo dei livelli di campo elettromagnetico è stata la modellazione tridimensionale dell'area di studio, sia per quanto concerne l’orografia del territorio, non correttamente approssimabile con l’ipotesi di ground piatto, sia per quanto concerne l’edificato presente.

2.4.1 Orografia del territorio

Una dettagliata e precisa orografia del territorio è stata ottenuta importando nel solutore il file digitale “DTM (Digital Terrain Model)” prodotto dall’Istituto Geografico Militare (IGM).

Il file DTM (modello digitale del terreno) è ottenuto dall’interpolazione delle curve di livello come una matrice a passo regolare di 20 m, i cui elementi (pixel) riportano i valori delle quote.

L’intero territorio nazionale è suddiviso in aree di dimensioni di 10 Km x 10 Km.

Oltre al passo di risoluzione di 20 m, sono disponibili DTM in coordinate geografiche a risoluzione di 1’ e 3’ di arco, che coprono rispettivamente l'area di una sezione alla scala 1:25000 e l'area di un foglio alla scala 1:50000 nel sistema di riferimento ED50.

I dati (matrix) sono forniti dall’Istituto Geografico Militare (IGM) in un formato (ASCII e/o BINARIO) compatibile con il solutore utilizzato (software EMvironment3.1, sviluppato dal Microwave and Radiation Laboratory della Facoltà di Ingegneria dell’Università di Pisa).

A titolo di esempio si riporta in figura una porzione del file DTM, utilizzato per le simulazioni, incentrato sull’area del Monte Serra:

Figura 2.10 - File DTM relativo all’area del Monte Serra 2.4.2 Edificato

Dalla cartografia topografica regionale (CTR) in formato digitale del 1995 (scala 1:10000) sono stati estrapolati i diversi layer corrispondenti ai fabbricati ed ai manufatti presenti nell’area comunale.

Dopo una breve verifica della congruità delle informazioni estrapolate dalla CTR con lo stato attuale delle cose e dopo aver assegnato un’altezza indicativa agli edifici delle diverse aree comunali, sia attraverso sopralluoghi in campo che attraverso l’analisi di mappe digitali tridimensionali, si è ricavato un unico file, comprendente tutte le informazioni necessarie sull’edificato urbano ed extraurbano esistente.

Tale file è stato salvato in un formato (.DXF) idoneo ad essere importato sul software di predizione dei livelli di campo elettromagnetico (EMvironment3.1).

Nella figura seguente si riporta, a titolo di esempio, uno stralcio del file di input ottenuto incentrato sul centro città. In bianco è raffigurato l’edificato, mentre in blu sono rappresentati i tracciati stradali.

Figura 2.11 - File DXF di una porzione del centro città

2.5 Individuazione e posizionamento cartografico delle sorgenti (SRB)

Le informazioni sulle sorgenti elettromagnetiche in alta frequenza (Stazioni Radio Base, SRB) sono state ricavate dalla banca dati resa disponibile (all’indirizzo http://sira.arpat.toscana.it/sira) dal Sistema Informativo Regionale Ambientale della Regione Toscana (SIRA).

Secondo tale banca dati, aggiornata al 2010, sul territorio comunale insistono 93 installazioni molte delle quali risultano essere multi antenna (es. DCS + GSM + UMTS).

Per ogni installazione, la banca dati del SIRA riporta le seguenti informazioni:

• nome del sito;

• codice identificativo del sito;

• gestore;

• indirizzo;

• altezza dal suolo (molte installazioni sono posizionate sul tetto degli edifici);

• coordinate geografiche (latitudine e longitudine);

• tipologia impianti (DCS, GSM, UMTS).

Nome Cod. Gestore Indirizzo Quota Est (GB)

Nord

(GB) Impianti

Calambrone LI53 Telecom Italia SPA

Via dei

Platani 2 1.604.7 25

4.827.7 71

GSM + UMTS Marina di

Pisa 4096 Vodafone Omnitel NV

Piazza Maria

Ausiliatrice, 3 2 1.602.7 54

4.836.4 74

GSM + UMTS

Camp Darby PI051

Wind Telecomuni

cazioni S.P.A.

Loc. Camp Derby (Presso

Palo Opi)

3 1.609.2 41

4.832.0 03

DCS + GSM + UMTS

Ospedaletto PI015

Wind Telecomuni

cazioni S.P.A.

S.S. 206 3 1.615.2 98

4.837.5 55

DCS + GSM + UMTS Pisa San

Giusto 4109 Vodafone Omnitel NV

Via Comunale

di Goletta 0 1.612.2 80

4.839.8 50

DCS + UMTS Pisa San

Rossore 4108 Vodafone Omnitel NV

Torre Faro Stazione Pisa

San Rossore

3 1.611.7 76

4.841.9 03

GSM + UMTS Pisa San

Michele 3222 H3G S.P.A. Via Carlo

Matteucci 4 1.614.4 85

4.840.7

22 UMTS

Pisa Stadio 6280 H3G S.P.A.

Stadio Comunale

Arena Garibaldi

8 1.612.7 77

4.842.2

32 UMTS

Pisa stazione

centro 3216 H3G S.P.A. Via Colombo,

45 3 1.612.8

61

4.840.5

10 UMTS

Tabella 2.2 – Stralcio della banca dati delle SRB utilizzata per il presente studio

Sulla base di tali informazioni si è provveduto a posizionare sul file .DXF le SRB in funzione dei diversi gestori.

Nella figura seguente si riporta il posizionamento di tutte le SRB censite, dove i diversi gestori sono rappresentati con colori diversi.

Figura 2.12 - Posizionamento delle SRB sul territorio comunale di Pisa

3 S IMULAZIONI NUMERICHE DEI CAMPI E.M.

3.1 Premessa

Nel presente capitolo viene descritto il lavoro svolto per effettuare l’analisi previsionale, condotta mediante simulazioni numeriche svolte attraverso il software EMvironment3.1 (EMv), dei livelli di campo elettrico presenti nell’ambito comunale ed imputabili alle emissioni delle Stazioni Radio Base (SRB). Si descrivono tutte le operazioni preliminari necessarie a predisporre il solutore (modellazione degli scenari, modellazione e georeferenziazione delle sorgenti, posizionamento dei ricevitori, impostazione dei parametri di calcolo) e successivamente si riportano i risultati delle simulazioni ottenute sui diversi scenari, tanto in forma tabellare quanto in forma grafica (attraverso le distribuzioni spaziali di campo elettrico). Si procede infine ad un’analisi dei risultati, volta ad individuare situazioni di criticità eventualmente presenti all’interno del territorio comunale.

3.2 Predisposizione del simulatore

3.2.1 Suddivisione e modellazione degli scenari

La grande dimensione e forte urbanizzazione dell’area di indagine avrebbe comportato una complessità ed una mole di dati difficilmente gestibile dal solutore in tempi ragionevoli, pertanto si è scelto di suddividere l’area comunale in diverse sottoaree (scenari di simulazione) di dimensioni più ridotte.

La Figura 3.1 a pagina seguente mostra la vista da satellitare del territorio comunale di Pisa e la suddivisione nelle sottoaree che costituiscono i singoli scenari implementati nel simulatore EMv.

Figura 3.1 - Vista del territorio del comune di Pisa e suddivisione in sottoaree Come si evince dall’osservazione della Figura 3.1, la suddivisione del territorio comunale in sottoaree ha comportato la realizzazione di 12 scenari di simulazione.

Si specifica come la scelta di creare scenari di diversa estensione spaziale sia dovuta alla variabilità del grado di urbanizzazione del territorio. Infatti aree piccole intensamente edificate comportano per il simulatore una complessità maggiore di aree estese ma scarsamente edificate. Nella tabella seguente si riepilogano gli scenari realizzati, specificandone l’estensione spaziale.

Numero Nome Scenario Estensione [Km x Km]

1 Coltano 10 x 10

2 Marina - La Vettola 10 x 10

3 Pisa Sud Est 6 x 6

4 Pisa Sud Ovest 10 x 10

5 Pisa Nord 1 (PN1) 5 x 5

6 Pisa Nord 2 (PN2) 4 x 4