一种月壤钻采作业健康状态评估方法和系统，涉及星球采样探测技术领域。解决了现有月壤钻采作业健康状态评估方法存在的人工误判漏判、反应迟缓等问题。方法包括：获取孔底钻压力学模型；建立负载‑规程‑深度曲线数据库；提取钻采孔底钻压的响应特征信号，并结合钻采故障工况设定阈值，将钻采作业过程分为平稳段和波动段，根据平稳段和波动段的负载曲线特征，分别建立平稳段和波动段钻采作业健康状态评估模型，根据月壤钻采作业健康状态评估模型计算规程匹配度，从而评估月壤钻采作业健康状态。本发明专利技术应用于月球钻采作业领域。
1、月壤是月球岩石经过数十亿年的空间风化后形成的，通过研究月球采样返回的月壤类型、组分及微观形貌等可获得原始月球的物质组成、外来物质、形成时间等重要信息，可为早期太阳活动情况、地球早期经历的相关地质过程乃至宇宙起源与演化提供参考。
2、当前月球钻采作业主要采用中空螺旋钻具钻入月球表面，实现对次表层月壤取样。在月壤钻采过程中，地面专家主要通过遥测数据尤其是力载数据的变化，并结合根据地面模拟试验建立的钻采规程及故障预案，预估钻采作业过程可能遭遇的工况并调整钻采规程。月球钻采作业属于极端条件下的钻探问题，遥测数据获取受限，且工况复杂多变，目前制定的规程及预案无法完全囊括所有遭遇工况。因此目前仍存在少量工况如取样量少工况，仍采用人工判读的方法，且往往判读依据为某单类遥测数据，所以存在人工误判漏判、反应迟缓、非智能化和难以综合多类数据全面判读等问题。这些问题可能导致月球钻采作业健康状态难以实时评估，从而导致决策失误或导致采样量少，甚至造成月壤样品无法顺利进入封装容器导致月壤采样失败。
>4、s2、采集月面钻采作业遥测数据及采样量≥250g的地面钻采模拟试验数据，建立负载-规程-深度曲线数据库uf；5、s3、根据负载-规程-深度曲线数据库uf提取钻采孔底钻压的响应特征信号，并结合钻采故障工况设定阈值，将钻采作业过程分为平稳段ss和波动段ws，对平稳段和波动段的钻采作业健康状态进行评估；
6、s4、基于最小二乘法将平稳段ss不同规程下的孔底钻压负载曲线拟合获取负载-规程-行程基线数据集bf；
7、s5、计算孔底钻压遥测数据曲线与负载-规程-行程基线及坐标轴围成图形的包络面积，并利用钻压力阈值对所述包络面积进行归一化处理得到初始匹配度p0；
8、s6、采用分级算法将初始匹配度进行分级调整，获取适用于月壤钻采作业状态健康评估等级的匹配度p；
9、s7、根据月壤钻采作业状态健康评估等级的匹配度p建立月壤钻采作业健康状态评估模型，根据月壤钻采作业健康状态评估模型计算规程匹配度，从而评估月壤钻采作业健康状态。
10、进一步的，还提出一种优选方式，所述步骤s1中的孔底钻压力学模型为：
11、fl+g＝ftx+fz+fp
12、其中，fl表示钻压力，g表示钻机自身重力，ftx表示提芯力，fp表示排屑阻力，fz表示孔底钻压。
13、进一步的，还提出一种优选方式，所述步骤s3包括：
14、根据标准差σ和峰峰值vpp判定平稳段ss的钻采作业健康状态：
15、[σ5＜σ'5||(σ5＞σ'5&σ25＜σ'25)]&[vpp5＜vpp'5||(vpp5＜vpp'5&vpp25＜vpp'25)]
16、根据标准差σ和峰峰值vpp判定波动段ws的钻采作业健康状态：
17、[σ5＞σ'5&σ25＞σ'25)]||[vpp5＞vpp'5&vpp25＞vpp'25]
18、其中，σ5为连续5个孔底钻压数据的标准差，σ25为连续25个孔底钻压数据的标准差，σ′5和σ′2′5为标准差数据对应的阈值；vpp5连续5个孔底钻压数据的峰峰值和vpp25为连续25个孔底钻压数据的峰峰值，vpp′5和vpp′25为峰峰峰值数据对应的阈值。
19、进一步的，还提出一种优选方式，所述步骤s4包括：
20、
21、其中，为负载-规程-行程基线，为残差函数，为基线孔底钻压值，gp为钻进规程挡位，h为钻进深度，fzi为遥测孔底钻压值。
22、进一步的，还提出一种优选方式，所述步骤s5中初始匹配度为：
23、
24、其中，fzmax为钻压力阈值，hg为平稳段中间某时刻的钻进深度，hg-1为平稳段中间某时刻上一时刻的钻进深度，j为平稳段初始时刻，i为当前时刻，h为钻进深度。
25、进一步的，还提出一种优选方式，所述步骤s6包括：
26、按分级算法将初始匹配度p0按区间进行分级调整，由高到低对应钻采作业评估档位的a级、b级、c级、d级和e级，对应着月壤钻采作业健康状态由健康到亚健康状态；
27、不同规程下匹配度p对应的a～e级的方程表达式如下：
28、
29、其中，p(gp)表示不同挡位的匹配度，pi(gp)表示挡位为i时的匹配度，a级表示钻采状态非常健康，未遇到故障工况且进样状态良好，钻采作业规程需保持现状；b级和c级表示遭遇小颗粒或者进样状态较好；d级和e级表示遭遇非标称工况或进样极少，钻采作业健康状态极差。
30、进一步的，还提出一种优选方式，所述方法还包括：通过月面钻采作业遥测数据和地面模拟钻采试验数据，对平稳段和波动段钻采作业健康状态评估模型进行验证和修正，具体为：
31、s81、选取月面钻采作业遥测数据和10组以上地面钻采模拟试验数据；
32、s82、利用平稳段和波动段钻采作业健康状态评估模型计算匹配度p，并给出决策建议；
33、s83、根据钻采操控策略提供的决策建议与钻采作业健康状态评估模型给出的决策建议，结合试验时专家决策及月壤钻采作业过程颗粒辨识结果，对负载-规程-深度基线数据集和匹配度参数ε进行调整优化；
34、s84、重复步骤s81至s83，迭代优化月壤钻采作业健康状态评估模型。
35、基于同一专利技术构思，本专利技术还提出一种月壤钻采作业健康状态评估系统，所述系统包括：
36、分析单元，用于分析月壤钻采系统的运动状态和力学传递链路，获取孔底钻压力学模型；
37、数据采集单元，用于采集月面钻采作业遥测数据及采样量≥250g的地面钻采模拟试验数据，建立负载-规程-深度曲线数据库uf；
38、钻采作业过程划分单元，用于根据负载-规程-深度曲线数据库uf提取钻采孔底钻压的响应特征信号，并结合钻采故障工况设定阈值，将钻采作业过程分为平稳段ss和波动段ws，对平稳段和波动段的钻采作业健康状态进行评估；
39、拟合单元，用于基于最小二乘法将平稳段(ss)不同规程下的孔底钻压负载曲线拟合获取负载-规程-行程基线数据集bf；
40、初始匹配度获取单元，用于计算孔底钻压遥测数据曲线与负载-规程-行程基线及坐标轴围成图形的包络面积，并利用钻压力阈值对所述包络面积进行归一化处理得到初始匹配度p0；
41、匹配度获取单元本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种月壤钻采作业健康状态评估方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的一种月壤钻采作业健康状态评估方法，其特征在于，所述步骤S1中的孔底钻压力学模型为：
3.根据权利要求1所述的一种月壤钻采作业健康状态评估方法，其特征在于，所述步骤S3包括：
4.根据权利要求1所述的一种月壤钻采作业健康状态评估方法，其特征在于，所述步骤S4包括：
5.根据权利要求1所述的一种月壤钻采作业健康状态评估方法，其特征在于，所述步骤S5中初始匹配度为：
6.根据权利要求1所述的一种月壤钻采作业健康状态评估方法，其特征在于，所述步骤S6包括：
7.根据权利要求1所述的一种月壤钻采作业健康状态评估方法，其特征在于，所述方法还包括：通过月面钻采作业遥测数据和地面模拟钻采试验数据，对平稳段和波动段钻采作业健康状态评估模型进行验证和修正，具体为：
8.一种月壤钻采作业健康状态评估系统，其特征在于，所述系统包括：
9.一种计算机设备，其特征在于：包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，当所述处理器运行所述存储器存储的计算机程序时，所述处理器执行根据权利要求1-7中任一项中所述的一种月壤钻采作业健康状态评估方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时执行如权利要求1-7任一项所述的一种月壤钻采作业健康状态评估方法的步骤。
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【技术特征摘要】
1.一种月壤钻采作业健康状态评估方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的一种月壤钻采作业健康状态评估方法，其特征在于，所述步骤s1中的孔底钻压力学模型为：
3.根据权利要求1所述的一种月壤钻采作业健康状态评估方法，其特征在于，所述步骤s3包括：
4.根据权利要求1所述的一种月壤钻采作业健康状态评估方法，其特征在于，所述步骤s4包括：
5.根据权利要求1所述的一种月壤钻采作业健康状态评估方法，其特征在于，所述步骤s5中初始匹配度为：
6.根据权利要求1所述的一种月壤钻采作业健康状态评估方法，其特征在于，所述步骤s6包括：
7.根据权利要求1所述的一种月壤钻采作业...
【专利技术属性】
技术研发人员：张高，张伟伟，郑燕红，朱福龙，阮旭，邓湘金，赵永卫，姜生元，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
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