Дефектограммы, фильтрация данных, технология Cuda , параллельные вычисления, эксперименты, скорость выполнения.

Объектом исследования является применимость технологии Cuda к задаче фильтрации дефектограмм.

Цель работы – проверка на практике преимущества использования параллельных вычислительных мощностей и нахождение оптимального способа задачи фильтрации больших объемов данных.

В работе были рассмотрены варианты ускорения фильтрации данных, реализованы предложенные варианты и проведен сравнительный анализ.

В процессе многочисленных тестов было доказано, что скорость работы алгоритма фильтрации дефектограмм с использованием технологии Cuda возростает от 50 до 150 раз.

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение. 4

1. Задача фильтрации. 8

1.1. Входные данные. 8

1.1. Алгоритм фильтрации. 10

1.2. Варианты реализации. 11

2. Технология CUDA.. 13

2.1. Введение. 13

2.2 Принципиальная разница между CPU и GPU.. 14

2.3 Вычислительная модель GPU.. 15

2.4 Модель памяти CUDA.. 18

2.5 Программирование CUDA.. 21

2.6 Разработка на расширенном Си. 25

3. Результаты экспериментов с технологией CUDA.. 29

3.1. Описание реализации. 29

3.2 Сравнение скорости выполнения. 34

Заключение. 36

Список используемой литературы.. 37

Приложение А. Листинг программы по технологии CUDA.. 39

Приложение. Б Листинг программы без технологии CUDA.. 44

 

 

 

 

 

Введение

В Российской Федерации железнодорожный транспорт общего и необщего пользования является основополагающим в транспортной системе, оказывая влияющую роль в развитии экономики страны.

Железнодорожный путь является важной составляющей транспортной системы РФ. Все элементы железнодорожного пути (верхнее строение - рельсы, стрелочные переводы, подрельсовое основание со скреплениями и балластная призма и нижнее строение - земляное полотно, водоотводные и искусственные сооружения) по прочности, устойчивости и состоянию должны обеспечивать безопасное и плавное движение поездов со скоростями, установленными на данном участке, при безусловном соблюдении требований безопасности движения. Одной из важных составляющих является своевременное обслуживание и удовлетворительное состояние железнодорожных рельсов.

При непрерывной эксплуатации железнодорожных путей верхнее строение пути приходит в негодность. Рельсы в пути постоянно работают на сопротивление силам, возникающим от движущихся колес поездов и на температурные напряжения. В результате рельсы подвергаются излому.

В весенний период резкого колебания температур повышается хрупкость металла рельсов (т.е. снижается ударная вязкость металла). Как правило, именно весной развиваются такие дефекты как расслоение, трещина и выкрашивание шейки рельса, разлом и коррозия подошвы рельса, которые под давлением подвижного состава приводят к излому рельса и падению вагонов.

Особого наблюдения также требуют кривые участки пути, участки пути в случае прохода вагонов с дефектными колесами (с большими ползунами и выбоинами), если произошло буксование или движение вагонов юзом.

Также, немаловажным фактором является инспекторский контроль. В 2012 году вступили в силу новые Правила технической эксплуатации железных дорог РФ (ПТЭ) (утв. Приказом Минтранса России от 21.12.2010 г. №286). Согласно новым требованиям, все владельцы ж/д путей необщего пользования должны обеспечивать регулярный осмотр путей и регулярно в соответствии с утвержденной периодичностью проводить дефектоскопию рельсов и стрелочных переводов (см.[14]).

Несоблюдение периодичности проведения дефектоскопии рельсов нарушает также требования основного закона «О железнодорожном транспорте» (Федер. закон от 10.01.2003 г. №17-ФЗ, п.1 ст.16) о содержании жд пути в исправном состоянии с обеспечением требований безопасности движения (см. [15]).

В данном случае специалисты полагаются на дефектоскопию рельсов с помощью специальной техники, так как визуально определить в каком месте рельса появился дефект, невозможно. Последствием излома рельса в большинстве случаев является сход подвижного состава. И хуже всего, если им окажется, например, цистерна с опасным грузом.

Главными преимуществами метода дефектоскопии являются:

· отсутствие повреждений и нарушений целостности на исследуемом образце;

· высокая достоверность при низкой цене;

· возможность исследования в любое время года.

 

При визуальном методе контроля при всем желании можно выявить лишь наружные дефекты (сколы, выбоины, трещины, вмятины, коррозийные повреждения и пр.). Но известно, что в рельсах постоянно идёт развитие дефектов 1-й, 2-й и 5-й групп (так называемые, контактно-усталостные), обнаружить большую часть которых визуально невозможно, например, расположенные в местах болтовых соединений под стыковыми накладками (см [6]).

Дефектоскопия рельса любого вида дает возможность выявлять на ранней стадии подавляющую часть опасных дефектов в районе головки, шейки и подошвы рельса, которые могут развиваться в нем со временем. В процессе контроля устанавливается код дефекта и его местоположение в рельсе.

На сегодняшний день основными средствами дефектоскопии на ЖД транспорте являются электромагнитные и акустические дефектоскопы, устанавливаемые на съёмных тележках и на выгонах-дефектоскопах. В области дефектоскопии применительно к объектам ЖД транспорта широко известны работы российских ученых Гурвича А.К., Клюева В.В., Маркова А.А., Ермолова И.Н.

К преимуществам электромагнитных методов можно отнести возможность ведения бесконтактного контроля в движении, однако малая глубина проникновения электромагнитного поля в металл не позволяет обнаруживать дефекты на глубине более 6-8мм.

К достоинствам акустических методов (AM) контроля можно отнести высокую проникающую способность, что определяет их повсеместное использование для дефектоскопии рельсового пути и узлов ПС. Недостатком существующих AM является необходимость наличия физического контакта между пьезоэлектрическим преобразователем (ПЭП) и объектом контроля (ОК), что не позволяет создавать дистанционные средства дефектоскопии рельсов и узлов ПС в движении.

Таким образом, проблема повышения эффективности средств дефектоскопии на ЖД транспорте продолжает оставаться актуальной и требует для своего решения не только усовершенствования существующих средств дефектоскопии, но и разработки принципиально новых методов неразрушающего контроля. В настоящее время решение данной проблемы многими исследователями в области дефектоскопии видится в создании бесконтактных AM НК, основанных на различных физических принципах возбуждения и регистрации акустических колебаний.

⇐ Предыдущая1234567Следующая ⇒

Поделиться: