基于GPU的相似波形快速检索方法研究

Fast retrieval of similar waveforms are of benefit to plasma statistical analysis and detecting the plasma behaviors or events in the data analysis of fusion experiments. It’s important for the device operation, the plasma control and diagnostics. In particular, toward the long-term operation of fusion devices and the increasingly measuring techniques, a large amount of data will be available. It results in big challenge for searching similar waveforms by manual, so a new automatic fast retrieval of similar waveforms is very necessary. Aimed at the actual needs of physical experiments, this subject will be focus on studying the automated way of searching similar waveforms supported by the EAST device. In this project, parallel computing technologies based on GPU will be introduced into the data analysis of fusion experiments to establish a rapid retrieval of similar waveforms system for experimenters. This study is very essential and helpful for ITER due to the highly relevant of EAST to ITER.

在聚变实验的数据分析中，快速搜索相似波形有利于等离子体物理统计分析以及探测等离子体行为和具体的事件，同时对于装置运行，等离子体控制，以及诊断测量具有重要的指导意义。而随着实验装置的长期运行，以及诊断和测量手段的逐渐增多，采集到的数据量越来越大，传统靠手工方式来进行波形的查找变得越来越困难,因此迫切需要研究一种新型的自动化快速波形搜索方式。本项目以EAST托卡马克装置为研究平台，针对EAST物理实验的实际需求，将GPU并行计算技术引入到聚变实验数据分析中，探索研究在大量物理实验波形数据中快速搜索波形数据的方法，并初步建立一套提供给实验人员使用的波形搜索系统，从而减轻科研人员的负担，提高实验数据分析效率，更好地进行聚变实验研究。此外，EAST是与ITER 直接相关的磁约束核聚变装置，因此这项研究对于ITER也非常有意义。

在聚变实验的数据分析中，快速搜索相似波形有利于等离子体物理统计分析以及探测等离子体行为和具体的事件，同时对于装置运行，等离子体控制，以及诊断测量具有重要的指导意义。而随着实验装置的长期运行，以及诊断和测量手段的逐渐增多，采集到的数据量越来越大，利用快速的自动化方式取代传统的手工方式来进行波形的查找变得迫切需要。本项目依托EAST托卡马克装置，构建了一套基于GPU的相似波形检索系统。该系统首先对提取的波形数据进行小波变换，提取近似系数作为特征值，并存储特征值。然后利用GPU对目标波形的特征值与其他炮号的波形特征值进行余弦距离计算，排序后得到相似波形。最终通过Web形式与用户交互，进行波形数据的图形化显示。在EAST上实现了初步实验测试，通过对等离子体控制信号的全序列相似波形检索，检索出的相似波形与目标波形吻合度高。