Решение задачи диагностики дорожных покрытий на реконфигурируемой вычислительной системе с применением языка COLAMO
В данной статье рассматривается решение задачи диагностики дорожных покрытий на реконфигурируемой вычислительной системе с применением языка COLAMO. Подробно рассмотрены особенности реализации вычислительно трудоемких частей задачи, представлены граф-схемы, приведены примеры текста программы на я...
Збережено в:
| Дата: | 2009 |
|---|---|
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут проблем штучного інтелекту МОН України та НАН України
2009
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/8019 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Решение задачи диагностики дорожных покрытий на реконфигурируемой вычислительной системе с применением языка COLAMO / А.Г. Коваленко // Штучний інтелект. — 2009. — № 3. — С. 64-67. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-8019 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Коваленко, А.Г. 2010-04-26T15:29:48Z 2010-04-26T15:29:48Z 2009 Решение задачи диагностики дорожных покрытий на реконфигурируемой вычислительной системе с применением языка COLAMO / А.Г. Коваленко // Штучний інтелект. — 2009. — № 3. — С. 64-67. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. 1561-5359 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/8019 004.272.43 В данной статье рассматривается решение задачи диагностики дорожных покрытий на реконфигурируемой вычислительной системе с применением языка COLAMO. Подробно рассмотрены особенности реализации вычислительно трудоемких частей задачи, представлены граф-схемы, приведены примеры текста программы на языке COLAMO. У даній статті розглядається розв’язання задачі діагностики дорожніх покриттів на реконфігурованій обчислювальній системі із застосуванням мови COLAMO. Детально розглянуті особливості реалізації обчислювань по трудомістких частин задачі, представлені граф-схеми, наведені приклади тексту програми мовою COLAMO. ru Інститут проблем штучного інтелекту МОН України та НАН України Интеллектуальный анализ данных Решение задачи диагностики дорожных покрытий на реконфигурируемой вычислительной системе с применением языка COLAMO Розв’язання задачі діагностики дорожніх покриттів на реконфігурованій обчислювальній системі із застосуванням мови COLAMO Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Решение задачи диагностики дорожных покрытий на реконфигурируемой вычислительной системе с применением языка COLAMO |
| spellingShingle |
Решение задачи диагностики дорожных покрытий на реконфигурируемой вычислительной системе с применением языка COLAMO Коваленко, А.Г. Интеллектуальный анализ данных |
| title_short |
Решение задачи диагностики дорожных покрытий на реконфигурируемой вычислительной системе с применением языка COLAMO |
| title_full |
Решение задачи диагностики дорожных покрытий на реконфигурируемой вычислительной системе с применением языка COLAMO |
| title_fullStr |
Решение задачи диагностики дорожных покрытий на реконфигурируемой вычислительной системе с применением языка COLAMO |
| title_full_unstemmed |
Решение задачи диагностики дорожных покрытий на реконфигурируемой вычислительной системе с применением языка COLAMO |
| title_sort |
решение задачи диагностики дорожных покрытий на реконфигурируемой вычислительной системе с применением языка colamo |
| author |
Коваленко, А.Г. |
| author_facet |
Коваленко, А.Г. |
| topic |
Интеллектуальный анализ данных |
| topic_facet |
Интеллектуальный анализ данных |
| publishDate |
2009 |
| language |
Russian |
| publisher |
Інститут проблем штучного інтелекту МОН України та НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Розв’язання задачі діагностики дорожніх покриттів на реконфігурованій обчислювальній системі із застосуванням мови COLAMO |
| description |
В данной статье рассматривается решение задачи диагностики дорожных покрытий на реконфигурируемой
вычислительной системе с применением языка COLAMO. Подробно рассмотрены особенности реализации
вычислительно трудоемких частей задачи, представлены граф-схемы, приведены примеры текста программы
на языке COLAMO.
У даній статті розглядається розв’язання задачі діагностики дорожніх покриттів на реконфігурованій
обчислювальній системі із застосуванням мови COLAMO. Детально розглянуті особливості реалізації
обчислювань по трудомістких частин задачі, представлені граф-схеми, наведені приклади тексту програми
мовою COLAMO.
|
| issn |
1561-5359 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/8019 |
| citation_txt |
Решение задачи диагностики дорожных покрытий на реконфигурируемой вычислительной системе с применением языка COLAMO / А.Г. Коваленко // Штучний інтелект. — 2009. — № 3. — С. 64-67. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT kovalenkoag rešeniezadačidiagnostikidorožnyhpokrytiinarekonfiguriruemoivyčislitelʹnoisistemesprimeneniemâzykacolamo AT kovalenkoag rozvâzannâzadačídíagnostikidorožníhpokrittívnarekonfígurovaníiobčislûvalʹníisistemíízzastosuvannâmmovicolamo |
| first_indexed |
2025-11-24T03:46:00Z |
| last_indexed |
2025-11-24T03:46:00Z |
| _version_ |
1850839724494684160 |
| fulltext |
«Искусственный интеллект» 3’2009 64
2К
УДК 004.272.43
А.Г. Коваленко
НИИ многопроцессорных вычислительных систем им. акад. А.В. Каляева
Южного федерального университета, г. Таганрог, Россия
k.a.g@bk.ru
Решение задачи диагностики
дорожных покрытий на реконфигурируемой
вычислительной системе с применением
языка COLAMO
В данной статье рассматривается решение задачи диагностики дорожных покрытий на реконфигурируемой
вычислительной системе с применением языка COLAMO. Подробно рассмотрены особенности реализации
вычислительно трудоемких частей задачи, представлены граф-схемы, приведены примеры текста программы
на языке COLAMO.
С помощью электромагнитного зондирования удается оперативно получать струк-
туру дорожного покрытия, определять толщины составляющих покрытие слоев. В зави-
симости от используемой частоты антенны подход позволяет получать структуру
дороги с различными разрешением и глубиной. Метод позволяет идентифицировать
слои асфальта, бетона, песка, глины, пустоты, переувлажненные участки.
Постановка задачи. В задаче диагностики дорожных покрытий можно выде-
лить несколько последовательных этапов обработки, которые проходит каждая трасса,
поступающая из георадара, заключающихся в решении параметрических математи-
ческих задач, решении интегрального уравнения, применении методов обработки
изображения и распознавания образов. Решением задачи является вертикальное се-
чение дороги (под линией зондирования) в виде обработанного полутонового изобра-
жения, а также выделенные в процессе обработки слои и их толщины.
Анализ алгоритма задачи показал, что наибольшей вычислительной трудоем-
костью обладают этапы вычитания прямого сигнала и обращения интегрального
уравнения. Все остальные этапы и другие вычислительные блоки могут быть выпол-
нены на обычном персональном компьютере. Таким образом, схема реализации за-
дачи диагностики дорожных покрытий для реконфигурируемых вычислительных
систем (РВС) состоит из двух вычислительно трудоемких модулей, каждый из кото-
рых представляет собой отдельную программу на языке COLAMO.
Язык программирования COLAMO представляет собой высокоуровневый язык,
предназначенный для программирования многопроцессорной вычислительной систе-
мы с реконфигурированной архитектурой.
Язык COLAMO позволяет описывать вычислительные алгоритмы для реализа-
ции на реконфигурируемых вычислительных системах в пределах одной архитектуры
различных конфигураций и дает возможность программисту максимально просто опи-
сывать различные виды параллелизма в достаточно сжатом виде.
Рассмотрим реализацию модуля, вычитающего прямой сигнал, на РВС. Каждая
трасса предварительно нормируется с помощью умножения каждого отсчета трассы
на нормировочный коэффициент. После этого осуществляется поиск оптимальных
Решение задачи диагностики дорожных покрытий...
«Штучний інтелект» 3’2009 65
2К
значений сдвига и коэффициента вычитания методом перебора сдвига в заданном
диапазоне с помощью вычисления кубического сплайна, интерполирующего задан-
ные значения табличной функции в предварительно рассчитанных точках. В конце
поиска на основе найденных оптимальных значений сдвига и коэффициента вычитания
вычисляется прямой сигнал, который, в свою очередь, вычитается из нормированной
трассы.
На рис. 1 представлена граф-схема, осуществляющая перебор сдвига в диапазоне
для нахождения оптимального значения сдвига и коэффициента для вычитания пря-
мого сигнала.
Рисунок 1 – Граф-схема поиска оптимального сдвига и коэффициента
для вычитания прямого сигнала методом перебора сдвига
Граф-схема вычислений – это структура, отображающая информационную за-
висимость вычислений для каждого элементного узла. Каждая вершина этой структуры
является элементарным процессором (функциональным устройством), участвующим
в решении задачи.
На рис. 1 приняты следующие обозначения:
– Г – генератор;
– P1i – исходные параметры для текущего шага перебора для текущей трассы;
– s – блок вычисления суммы элементов потока в заданном диапазоне;
– БВСИ – блок вычисления сплайн-интерполяции;
– 2 – блок возведения в квадрат;
– z – блок задержки данных;
– Ci – константы;
– БВЗ – блок выборки значений;
– K – значение коэффициента для вычитания прямого сигнала для текущей трассы;
– N – значение невязки для текущей трассы;
– P2i – выходные параметры для текущего шага перебора для текущей трассы.
На каждом шаге перебора для каждой трассы вычисляется невязка N. Если это
первый проход (изначально минимальная невязка отрицательна) или вычисленная
невязка меньше минимальной, то (при условии, что еще не выполнены все шаги пе-
ребора) в выходные параметры записываются текущее значение сдвига, вычислен-
ный коэффициент вычитания K, вычисленная невязка N, иначе записываются данные
с предыдущего шага. Коммутацию выходных значений обеспечивает блок выборки
значений, который представляет собой набор мультиплексоров, управляемых сигна-
лом sel.
В задаче диагностики дорожных покрытий область оптимизации включает в себя
60 отсчетов трассы. Дополнение области нулями до 64 элементов позволяет находить
сумму этих элементов, используя схему, представленную на рис. 2.
Коваленко А.Г.
«Искусственный интеллект» 3’2009 66
2К
Рисунок 2 – Граф-схема сложения 64 значений
Блоки zi задерживают данные на i тактов. На первом сумматоре происходит по-
парное сложение 64 значений с получением 32 частичных сумм. Эти частичные суммы
идут через такт, поэтому перед вторым сумматором необходимо увеличить задержку
данных до двух. В результате получается 16 частичных сумм, но уже идущих каж-
дый четвертый такт. Таким образом, увеличивая каждый раз задержку данных перед
последующим сумматором вдвое, мы на выходе последнего сумматора получим сумму
64 значений на 64-м такте.
Блок вычисления сплайн-интерполяции позволяет находить значения кубичес-
кого сплайна, используя табличную функцию в узлах сетки. Данный блок естественным
образом реализуется на языке COLAMO. Отметим, что сетка, табличная функция и
коэффициенты кубического сплайна реализованы в виде блоков ПЗУ, так как в пре-
делах обрабатываемых трасс остаются неизменными.
Для организации плотного потока данных через вычислительную схему предла-
гается осуществлять перебор не для каждой трассы в отдельности, а для всех трасс.
То есть один кадр работы схемы будет представлять собой один шаг перебора для каж-
дой трассы. Однако в данном случае количество кадров будет определяться относительно
той трассы, которая имеет наибольшее количество повторений для перебора.
Теперь рассмотрим реализацию модуля, решающего задачу обращения интеграль-
ного уравнения на РВС. Данный этап обработки представляет собой операцию сверт-
ки – над исходной трассой выполняется операция быстрого преобразования Фурье
(БПФ), результат которого комплексно умножается на ядра интегрального уравне-
ния, после чего производится операция обратного БПФ с нормировкой результата.
Ступень БПФ представлена на рис. 3.
Рисунок 3 – Граф-схема одной ступени БПФ
Комплексные данные для БПФ ReImAB поступают из одного канала. При помощи
элементов задержки на один операнд z раз в четыре такта формируются истинные
значения ReA, ImA, ReB, ImB. Аналогичным образом получаем коэффициенты для те-
кущей ступени БПФ ReW и ImW из ПЗУ, которое запускается генератором Г. Резуль-
таты операции БПФ формируются каждый четвертый такт. На этом такте в коммутации
Rcom1 и Rcom2 запишутся реальные части, на первом такте – мнимые части, которые
специально будут задержаны на один операнд, на втором и третьем тактах – некоррект-
ные данные. Для объединения двух потоков данных и вырезки из потока некорректных
данных каждые 2 такта используется блок формирования результата ступени БПФ
(БФР БПФ), представляющий собой библиотечный элемент.
Напомним, что при структурно-процедурной организации вычислений выпол-
няются все ветви условных операторов. Выбор той или иной ветви осуществляется с
помощью мультиплексоров (MX). В частности, мультиплексоры MX1 и MX2 выбирают
ветви с реальными частями только в четвертом такте. В остальные такты коммутиру-
ются ветви с мнимыми частями.
Решение задачи диагностики дорожных покрытий...
«Штучний інтелект» 3’2009 67
2К
Такая реализация позволяет каскадно подключать ступени БПФ, образуя конвейер.
Ниже приведен текст программы на языке COLAMO, описывающий структуру,
представленную на рис. 3:
VAR ReImAB, ReImW, ReImM, Rcom1, Rcom2, ReA, ImA, ReB, ImB, ReW, ImW, ReAout, ImAout, ReBout, ImBout :
real com;
VAR ABbuf1, ABbuf2, ABbuf3, ABbuf4, Wbuf1, Wbuf2, ImAbuf, ImBbuf : array real [2:stream] com;
VAR kk : number;
VAR kk4 : integer com;
ABbuf1[kk]:=ReImAB;
ABbuf2[kk]:=ABbuf1[kk-1];
ABbuf3[kk]:=ABbuf2[kk-1];
ABbuf4[kk]:=ABbuf3[kk-1];
ReA:=ABbuf4[kk]; ImA:=ABbuf3[kk];
ReB:=ABbuf2[kk]; ImB:=ABbuf1[kk];
Wbuf1[kk]:=ReImW;
Wbuf2[kk]:=Wbuf1[kk-1];
ReW:=Wbuf2[kk]; ImW:=Wbuf1[kk];
ButFFT(ReA, ImA, ReB, ImB, ReW, ImW, ReAout, ImAout, ReBout, ImBout);
ImAbuf[kk]:=ImAout; ImBbuf[kk]:=ImBout;
for kk:=0 to 512 do begin
kk4:=kk and 3;
if kk4=3 then begin
Rcom1:=ReAout; Rcom2:=ReBout;
end;
else begin
Rcom1:=ImAbuf[kk-1]; Rcom2:=ImBbuf[kk-1];
end;
end;
ReImM:=MakeOneStream(Rcom1,Rcom2,512);//БФР БПФ
Подкадр ButFFT описывает вычислительную часть структуры БПФ (рис. 3).
Операция БПФ над трассой выполняется один раз. Поэтому в первом кадре все
трассы проходят блок вычисления БПФ. После этого результат БПФ каждой трассы
комплексно умножается на каждое ядро интегрального уравнения, обрабатывается в
блоке обратного БПФ и нормируется. Количество этих кадров будет определяться числом
ядер. Следует отметить, что обратное БПФ можно выполнить на том же аппаратном
ресурсе, который вычисляет БПФ, просто подав на схему другие коэффициенты.
Реализация модулей «Вычитание прямого сигнала» и «Обращение интеграль-
ного уравнения» на РВС с использованием языка COLAMO показала достаточно вы-
сокую производительность РВС, которая составила порядка 50 Гфлопс. Выигрыш по
времени решения обеих подзадач по сравнению с обычным персональным компью-
тером составил около 100 раз.
Литература
1. Обследование автомобильных дорог при помощи метода георадиолокации. – Санкт-Петербург :
Мир дорог, 2004.
2. Каляев А.В. Модульно-наращиваемые многопроцессорные системы со структурно-процедурной
организацией вычислений / А.В. Каляев, И.И. Левин. – М. : Янус-К, 2003. – 380 с.
О.Г. Коваленко
Розв’язання задачі діагностики дорожніх покриттів на реконфігурованій
обчислювальній системі із застосуванням мови COLAMO
У даній статті розглядається розв’язання задачі діагностики дорожніх покриттів на реконфігурованій
обчислювальній системі із застосуванням мови COLAMO. Детально розглянуті особливості реалізації
обчислювань по трудомістких частин задачі, представлені граф-схеми, наведені приклади тексту програми
мовою COLAMO.
Статья поступила в редакцию 04.06.2009.
|