Линейный источник , в отличие от точечного источника , источника площади или источника объема , является источником воздуха, шума, загрязнения воды или электромагнитного излучения, который исходит из линейной (одномерной) геометрии. Наиболее заметными линейными источниками являются загрязнение воздуха на дорогах , выбросы в воздух самолетов , шум на дорогах , определенные типы источников загрязнения воды , которые исходят из ряда рек, а не из дискретной точки, удлиненные световые трубки, определенные модели доз в медицинской физике и электромагнитные антенны . В то время как точечные источники загрязнения изучались с конца девятнадцатого века, линейные источники не получали особого внимания со стороны ученых до конца 1960-х годов, когда начали появляться экологические нормы для автомагистралей и аэропортов . В то же время компьютеры с вычислительной мощностью, необходимой для обработки данных компьютерных моделей, необходимых для решения этих одномерных источников, стали более доступными.
Кроме того, в эту эпоху 1960-х годов впервые появились ученые-экологи , которые охватывали дисциплины, необходимые для выполнения этих исследований. Например, метеорологи, химики и специалисты по информатике в области загрязнения воздуха должны были строить сложные модели для моделирования рассеивания воздуха на дорогах . До 1960-х годов эти специалисты, как правило, работали в рамках своих собственных дисциплин, но с появлением NEPA , Закона о чистом воздухе , Закона о контроле шума в Соединенных Штатах и других основополагающих законодательных актов началась эра междисциплинарной экологической науки.
Для электромагнитных линейных источников основные ранние достижения в области компьютерного моделирования возникли в Советском Союзе и США, когда окончание Второй мировой войны и Холодной войны было отчасти обусловлено прогрессом в области радиоэлектронной борьбы , включая технологии активных антенных решеток.
Уровень загрязнения воздуха вблизи крупных автомагистралей и городских артерий нарушает национальные стандарты качества окружающего воздуха США, где живут или работают миллионы американцев. Даже внутренняя часть здания на самом деле не защищает жителей от неблагоприятного качества внешнего воздуха, поскольку наружный воздух является источником поступления, а хорошо известно, что качество воздуха в помещении обычно хуже, чем у наружного воздуха.
Дорожное полотно, по которому ездят автомобили, можно идеализировать линейным источником, выбрасывающим загрязняющие воздух вещества. Эта математическая задача была впервые решена в 1970 году в результате сотрудничества физики , математики и компьютерных наук . [1] [2] Первоначальная теория предполагала устойчивые условия движения и метеорологию на идеально прямой дороге. В настоящее время модели эволюционировали для обработки переменной метеорологии, изменяющихся во времени транспортных операций и сложной геометрии дорожного полотна. Современные технологии позволяют проектировщикам автомагистралей и градостроителям анализировать альтернативные планы развития дорог и оценивать воздействие на качество воздуха. Та же самая базовая теория моделей может быть применена к работе аэропортов, поскольку линейный источник представляет собой просто наклонную линию. В начале 1970-х годов эти модели ESL были уточнены в модели площадных источников для учета конечной ширины дороги.
Дорожный шум является наиболее важным примером линейного источника шума, поскольку он составляет около 80 процентов воздействия шума окружающей среды на людей во всем мире. В 1960-х годах, когда было усовершенствовано компьютерное моделирование этого явления, первые приложения моделирования линейного источника шума стали систематическими. После принятия Закона о национальной политике в области охраны окружающей среды и Закона о контроле шума [3] спрос на подробный анализ резко возрос, и лица, принимающие решения, начали обращаться к ученым-акустикам за ответами относительно планирования новых дорог и проектирования мер по снижению шума . Интенсивность дорожного шума регулируется следующими переменными: транспортные операции (скорость, состав грузовиков , возраст автопарка ), тип дорожного покрытия, типы шин, геометрия дороги, рельеф, микрометеорология и геометрия площадных структур.
Из-за сложности переменных акустическая модель линейного источника должна быть компьютерной моделью, которая может анализировать уровни звука вблизи дорог. Первые значимые модели появились в конце 1960-х и начале 1970-х годов. Две ведущие исследовательские группы были BBN в Бостоне и ESL Inc. из Саннивейла, Калифорния. Обе эти группы разработали сложные математические модели , позволяющие изучать альтернативные конструкции дорог, дорожные операции и стратегии снижения шума в произвольной обстановке. [4] Более поздние изменения модели стали широко использоваться государственными департаментами транспорта и городскими планировщиками, но точность ранних моделей мало изменилась за 40 лет.
Обычно акустические модели с линейным источником отслеживают пучки звуковых лучей и вычисляют потери при распространении вместе с расхождением пучков лучей (или схождением) из-за явлений рефракции. Дифракция обычно решается путем установки вторичных излучателей в любых точках топографической или антропоморфной «резкости» (например, шумовые барьеры или поверхности зданий). Метеорологию можно решать статистическим способом, учитывая фактическую статистику розы ветров и скорости ветра (вместе с данными термоклина ).
Менее распространены линейные источники в области рассеивания загрязняющих веществ в воде. Это явление обычно возникает, когда поверхностный сток смывает загрязняющие вещества из верхних слоев почвы и переносит эти загрязняющие вещества в линейный водоприемник, такой как река. Основные методы управления земельными ресурсами, которые приводят к таким источникам загрязнения воды, - это лесозаготовки , применение пестицидов , строительная сортировка, подсечно-огневая деятельность и городской ливневый сток.
Опять же, для решения проблемы сложности такого расширенного линейного сброса в динамическую среду, такую как текущая вода, необходимы компьютерные модели. Полученный поверхностный сток, несущий загрязняющие вещества, можно считать линейным источником, сбрасываемым в реку или ручей. Химический состав этого поверхностного стока можно охарактеризовать с помощью модели поверхностного стока, такой как алгоритм осадков стока USGS [5] , в то время как перенос в русле может быть проанализирован с помощью динамической модели загрязняющих веществ реки, такой как DSSAM .
При изучении освещения различные источники являются линейными по своей природе, чаще всего это люминесцентная трубка . В процессе проектирования внутреннего освещения важно рассчитать интенсивность света на рабочих местах или в других зонах пользователя не только для обеспечения достаточного количества света, но и, что еще важнее, для предотвращения чрезмерного освещения и сопутствующих ему потерь энергии , а также неблагоприятных последствий для здоровья. Таким образом, ученые, занимающиеся расчетами светопропускания, используют компьютерные модели, которые распознают линейные источники при использовании люминесцентных светильников. В типичной обстановке могут быть сотни источников света конечной длины, которые составляют световой поток в офисной среде. Связанной концепцией являются ультрафиолетовые трубки, используемые в фототерапии , где выходное излучение от трубки можно точно смоделировать, рассматривая трубку как линейный источник. [6] В большем масштабе освещенная дорога может выступать в качестве линейного источника светового загрязнения .