Electromagnetic signal strength intensity maps of gsm base stations in the Istanbul Technical University main campus area

Abstract

Elektromanyetik sinyaller belirli bir frekans aralığındaki dalga salınımı olarak tanımlanır. Elektromanyetik sinyallerin bulunduğu alanlar, doğal olarak oluşabildiği gibi kablosuz ağ ve diğer iletişim teknolojileri gibi insan yapımı teknolojilerin kullanımı sonucunda da oluşmaktadır. Elektromanyetik alanların varlığı artan kablosuz ağ teknolojileri ve mobil iletişim teknolojilerinin kullanımı ile artmaktadır. Özellikle son yıllarda ülkemizde mobil iletişim alanında 2G, 3G, teknolojilerinden sonra yeni nesil olarak nitelendirilen 4G ve 4.5G teknolojilerine geçiş için altyapı yatırımlarının yapılması gibi hızlı gelişmeler yaşanmaktadır.Mobil iletişim (GSM) alanında yaşanan hızlı gelişim ile birlikte artan elektromanyetik alanlar beraberinde insan sağlına etkileri konusunu da gündeme getirmiştir. Elektromanyetik alanlar ve insan sağlığına etkileri konusunda birçok bilimsel çalışma yapılmış ancak kesin sonuçlara varılamamıştır. Etkileri konusunda kanıtlanmış, kesin sonuçlar olmasa da farklı etkileri olabileceği yönünde tezler geçerliliğini korumaktadır. Etkinin en aza indirilmesi konusunda Uluslararası alanda ICNIRP (International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection – Uluslararası İyonlaştırıcı Olmayan Radyasyondan Korunma Komitesi) tarafından elektromanyetik alanlar ve bu alanları oluşturan etkenlerden biri olan baz istasyonları için sınır değerler belirlenmiş ve birçok Avrupa ülkesinde ve dünyanın farklı ülkelerinde yaygın kabul olarak kabul görmüştür. Çalışma kapsamında İstanbul Teknik Üniversitesi sınırları içerisinde belirlenen 29 nokta üzerinde 900, 1800 MHz frekanslarında elektromanyetik sinyal güç yoğunluk ölçümleri V/m cinsinden Spectra HF-6065 aracı kullanılarak yapılmıştır. Ölçme sonucunda çıkan değerler mekansal olarak analiz edilmiş, her bir frekans aralığı için ısı haritası üretilmiştir. Isı haritalarinin üretilmesi için Coğrafi Bilgi Sistemlerindeki mekansal enterpolasyon yöntemleri kullanılmıştır. Çalışmada 3 farklı enterpolasyon yöntem sonuçları karşılaştırılarak minimum karesel ortalama hatayı veren Krigging ve radyal tabanlı emprik Bayes yöntemleri seçilmiştir.Elektromanyetik alan yoğunluk verilerine ek olarak, cep telefonu ve 3G teknolojileri kullanımına yönelik analiz yapabilmek için destekleyici veri niteliğinde sosyal medya lokasyon verilerinden yararlanılmıştır. Çalışma alanı içerisinde bir hafta süre ile atılan Twitter mesajlarının lokasyon bilgileri Twitter API (Application Programming Interface) aracı ile toplanarak mobil yoğunluk haritası oluşturulmuştur. Çalışmanın son bölümünde, EMF yoğunluk sonuçları sosyal medya lokasyon verileri kullanılarak oluşturulan mobil yoğunluk haritaları ile karşılaştırılmış ve bu iki veri seti arasında ilişki oluşturulmuştur. Sonuçlara dayanarak, mobil yoğunluk ve EMF yoğunluk değerleri arasındaki mekansal ilişkiyi tanımlamak için bir yöntem önerilmiştir. Aynı zamanda, sosyal medya lokasyon verisinin EMF yoğunluk değerleri tahminlemesinde kullanılması gündeme getirilmiştir. Buna ek olarak, EMF yoğunluk değerleri ICNIRP standartları ile karşılaştırılmıştır. Sonuçlar elektromanyetik alan yoğunluklarından etkilenme düzeylerinin ICNIRP limitleri içerisinde olduğunu göstermektedir. Ancak insan sağlığı açısından EMF yoğunlukları açık olarak bilinmemektedir. Bu çalışmanın amacı ITU`nün EMF yoğunluk haritalarını oluşturmak ve gelecekteki tehlikelere karşı olası riskli alanları bulmaktır.

Electromagnetic signals are described as waves with particular frequencies. The electromagnetic signals may be generated by natural causes as well as by man-made wireless communication systems. The level of the electromagnetic signal exposure increases as the technological developments require the higher usage of electronic devices as well as Wireless Fidelity (WiFi) and Global System for Mobile (GSM) services. Especially in recent years, the transition to 2nd Genetration (2G), 3rd Generation (3G) mobile technologies and the investments on the new generation 4th Generation (4G) and 4.5th Generation (4.5G) technologies cause rapid developments in Turkey in terms of GSM services.The rapid development in the field of the GSM services and the consequent electromagnetic field (EMF) exposure to the human body generated the debate on the potential dangers of the services on the human health. A lot of research studies focused on the subject however there are no certain evidences about the consequences of the EMF exposure. On the other hand, there are still views suggesting such exposure might affect the human body in different ways. To reduce such effects to minimum, the International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection (ICNIRP) declared boundary values for the base stations, which are the main source of the electromagnetic fields, and those values are accepted by many European countries as well as some other countries all over the World in 1998. In this study, within the boundaries of the Istanbul Technical University (ITU), using pre-specified 29 stations, the power densities of the electromagnetic signals having frequencies of 900 and 1800 MHz are measured in V/m unit by using the Spectra HF-6065 device. The results are geographically analyzed and the measurements taken for each frequency are shown on a heat map. Geographic Information Systems (GIS) and spatial interpolation techniques are used for performing electromagnetic field intensity maps. 3 different spatial interpolation methods are used for creating maps and results are compared with each other. Considering the minimum mean square error, Radial Basis and Empirical Bayesian Krigging methods are selected. In addition to electromagnetic field intensity data, social media location data are used as a supportive data for analysing mobile and 3G technologies. Within the study area, location data from Twitter are collected during one month with using Twitter Application Programming Interface (API). After collecting the location data, a heatmap has been created for visualizing mobile density.In the final step of the study, EMF intensity results are compared with mobile density map, which is created by using social media location data and the relation between the two data sets are composed. Based on the results, a methodology has been suggested for identifying spatial relation between mobile density and EMF intensity values. At the same time, it is introduced that the social media location data can be used for prediction of EMF intensity values. Furthermore, the EMF intensity values are compared with the ICNIRP standards. Results showed that the exposure levels of the electromagnetic field intensities are within the limits of the ICNIRP. However, since the EMF intensity level for the human health is not known, it is not possible to confirm if the measured levels are safe for human health. The aim of this study is to create electromagnetic field intensity maps of ITU and find potential risky areas against threads in the future.