本發(fā)明涉及星球采樣探測，尤其是涉及星球鉆采作業(yè)健康狀態(tài)評估領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

1、月壤是月球巖石經(jīng)過數(shù)十億年的空間風化后形成的，通過研究月球采樣返回的月壤類型、組分及微觀形貌等可獲得原始月球的物質(zhì)組成、外來物質(zhì)、形成時間等重要信息，可為早期太陽活動情況、地球早期經(jīng)歷的相關(guān)地質(zhì)過程乃至宇宙起源與演化提供參考。

2、當前月球鉆采作業(yè)主要采用中空螺旋鉆具鉆入月球表面，實現(xiàn)對次表層月壤取樣。在月壤鉆采過程中，地面專家主要通過遙測數(shù)據(jù)尤其是力載數(shù)據(jù)的變化，并結(jié)合根據(jù)地面模擬試驗建立的鉆采規(guī)程及故障預(yù)案，預(yù)估鉆采作業(yè)過程可能遭遇的工況并調(diào)整鉆采規(guī)程。月球鉆采作業(yè)屬于極端條件下的鉆探問題，遙測數(shù)據(jù)獲取受限，且工況復(fù)雜多變，目前制定的規(guī)程及預(yù)案無法完全囊括所有遭遇工況。因此目前仍存在少量工況如取樣量少工況，仍采用人工判讀的方法，且往往判讀依據(jù)為某單類遙測數(shù)據(jù)，所以存在人工誤判漏判、反應(yīng)遲緩、非智能化和難以綜合多類數(shù)據(jù)全面判讀等問題。這些問題可能導(dǎo)致月球鉆采作業(yè)健康狀態(tài)難以實時評估，從而導(dǎo)致決策失誤或?qū)е虏蓸恿可伲踔猎斐稍氯罉悠窡o法順利進入封裝容器導(dǎo)致月壤采樣失敗。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明針對現(xiàn)有月壤鉆采作業(yè)健康狀態(tài)評估方法存在的人工誤判漏判、反應(yīng)遲緩等問題，提出了一種月壤鉆采作業(yè)健康狀態(tài)評估方法，所述方案具體為：

2、一種月壤鉆采作業(yè)健康狀態(tài)評估方法，所述方法包括：

3、s1、分析月壤鉆采系統(tǒng)的運動狀態(tài)和力學(xué)傳遞鏈路，獲取孔底鉆壓力學(xué)模型；

4、s2、采集月面鉆采作業(yè)遙測數(shù)據(jù)及采樣量≥250g的地面鉆采模擬試驗數(shù)據(jù)，建立負載-規(guī)程-深度曲線數(shù)據(jù)庫uf；

5、s3、根據(jù)負載-規(guī)程-深度曲線數(shù)據(jù)庫uf提取鉆采孔底鉆壓的響應(yīng)特征信號，并結(jié)合鉆采故障工況設(shè)定閾值，將鉆采作業(yè)過程分為平穩(wěn)段ss和波動段ws，對平穩(wěn)段和波動段的鉆采作業(yè)健康狀態(tài)進行評估；

6、s4、基于最小二乘法將平穩(wěn)段ss不同規(guī)程下的孔底鉆壓負載曲線擬合獲取負載-規(guī)程-行程基線數(shù)據(jù)集bf；

7、s5、計算孔底鉆壓遙測數(shù)據(jù)曲線與負載-規(guī)程-行程基線及坐標軸圍成圖形的包絡(luò)面積，并利用鉆壓力閾值對所述包絡(luò)面積進行歸一化處理得到初始匹配度p0；

8、s6、采用分級算法將初始匹配度進行分級調(diào)整，獲取適用于月壤鉆采作業(yè)狀態(tài)健康評估等級的匹配度p；

9、s7、根據(jù)月壤鉆采作業(yè)狀態(tài)健康評估等級的匹配度p建立月壤鉆采作業(yè)健康狀態(tài)評估模型，根據(jù)月壤鉆采作業(yè)健康狀態(tài)評估模型計算規(guī)程匹配度，從而評估月壤鉆采作業(yè)健康狀態(tài)。

10、進一步的，還提出一種優(yōu)選方式，所述步驟s1中的孔底鉆壓力學(xué)模型為：

11、fl+g＝ftx+fz+fp

12、其中，fl表示鉆壓力，g表示鉆機自身重力，ftx表示提芯力，fp表示排屑阻力，fz表示孔底鉆壓。

13、進一步的，還提出一種優(yōu)選方式，所述步驟s3包括：

14、根據(jù)標準差σ和峰峰值vpp判定平穩(wěn)段ss的鉆采作業(yè)健康狀態(tài)：

15、[σ5＜σ'5||(σ5＞σ'5&σ25＜σ'25)]&[vpp5＜vpp'5||(vpp5＜vpp'5&vpp25＜vpp'25)]

16、根據(jù)標準差σ和峰峰值vpp判定波動段ws的鉆采作業(yè)健康狀態(tài)：

17、[σ5＞σ'5&σ25＞σ'25)]||[vpp5＞vpp'5&vpp25＞vpp'25]

18、其中，σ5為連續(xù)5個孔底鉆壓數(shù)據(jù)的標準差，σ25為連續(xù)25個孔底鉆壓數(shù)據(jù)的標準差，σ′5和σ′2′5為標準差數(shù)據(jù)對應(yīng)的閾值；vpp5連續(xù)5個孔底鉆壓數(shù)據(jù)的峰峰值和vpp25為連續(xù)25個孔底鉆壓數(shù)據(jù)的峰峰值，vpp′5和vpp′25為峰峰峰值數(shù)據(jù)對應(yīng)的閾值。

19、進一步的，還提出一種優(yōu)選方式，所述步驟s4包括：

20、

21、其中，為負載-規(guī)程-行程基線，為殘差函數(shù)，為基線孔底鉆壓值，gp為鉆進規(guī)程擋位，h為鉆進深度，fzi為遙測孔底鉆壓值。

22、進一步的，還提出一種優(yōu)選方式，所述步驟s5中初始匹配度為：

23、

24、其中，fzmax為鉆壓力閾值，hg為平穩(wěn)段中間某時刻的鉆進深度，hg-1為平穩(wěn)段中間某時刻上一時刻的鉆進深度，j為平穩(wěn)段初始時刻，i為當前時刻，h為鉆進深度。

25、進一步的，還提出一種優(yōu)選方式，所述步驟s6包括：

26、按分級算法將初始匹配度p0按區(qū)間進行分級調(diào)整，由高到低對應(yīng)鉆采作業(yè)評估檔位的a級、b級、c級、d級和e級，對應(yīng)著月壤鉆采作業(yè)健康狀態(tài)由健康到亞健康狀態(tài)；

27、不同規(guī)程下匹配度p對應(yīng)的a～e級的方程表達式如下：

28、

29、其中，p(gp)表示不同擋位的匹配度，pi(gp)表示擋位為i時的匹配度，a級表示鉆采狀態(tài)非常健康，未遇到故障工況且進樣狀態(tài)良好，鉆采作業(yè)規(guī)程需保持現(xiàn)狀；b級和c級表示遭遇小顆?；蛘哌M樣狀態(tài)較好；d級和e級表示遭遇非標稱工況或進樣極少，鉆采作業(yè)健康狀態(tài)極差。

30、進一步的，還提出一種優(yōu)選方式，所述方法還包括：通過月面鉆采作業(yè)遙測數(shù)據(jù)和地面模擬鉆采試驗數(shù)據(jù)，對平穩(wěn)段和波動段鉆采作業(yè)健康狀態(tài)評估模型進行驗證和修正，具體為：

31、s81、選取月面鉆采作業(yè)遙測數(shù)據(jù)和10組以上地面鉆采模擬試驗數(shù)據(jù)；

32、s82、利用平穩(wěn)段和波動段鉆采作業(yè)健康狀態(tài)評估模型計算匹配度p，并給出決策建議；

33、s83、根據(jù)鉆采操控策略提供的決策建議與鉆采作業(yè)健康狀態(tài)評估模型給出的決策建議，結(jié)合試驗時專家決策及月壤鉆采作業(yè)過程顆粒辨識結(jié)果，對負載-規(guī)程-深度基線數(shù)據(jù)集和匹配度參數(shù)ε進行調(diào)整優(yōu)化；

34、s84、重復(fù)步驟s81至s83，迭代優(yōu)化月壤鉆采作業(yè)健康狀態(tài)評估模型。

35、基于同一發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明還提出一種月壤鉆采作業(yè)健康狀態(tài)評估系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：

36、分析單元，用于分析月壤鉆采系統(tǒng)的運動狀態(tài)和力學(xué)傳遞鏈路，獲取孔底鉆壓力學(xué)模型；

37、數(shù)據(jù)采集單元，用于采集月面鉆采作業(yè)遙測數(shù)據(jù)及采樣量≥250g的地面鉆采模擬試驗數(shù)據(jù)，建立負載-規(guī)程-深度曲線數(shù)據(jù)庫uf；

38、鉆采作業(yè)過程劃分單元，用于根據(jù)負載-規(guī)程-深度曲線數(shù)據(jù)庫uf提取鉆采孔底鉆壓的響應(yīng)特征信號，并結(jié)合鉆采故障工況設(shè)定閾值，將鉆采作業(yè)過程分為平穩(wěn)段ss和波動段ws，對平穩(wěn)段和波動段的鉆采作業(yè)健康狀態(tài)進行評估；

39、擬合單元，用于基于最小二乘法將平穩(wěn)段(ss)不同規(guī)程下的孔底鉆壓負載曲線擬合獲取負載-規(guī)程-行程基線數(shù)據(jù)集bf；

40、初始匹配度獲取單元，用于計算孔底鉆壓遙測數(shù)據(jù)曲線與負載-規(guī)程-行程基線及坐標軸圍成圖形的包絡(luò)面積，并利用鉆壓力閾值對所述包絡(luò)面積進行歸一化處理得到初始匹配度p0；

41、匹配度獲取單元，用于采用分級算法將初始匹配度進行分級調(diào)整，獲取適用于月壤鉆采作業(yè)狀態(tài)健康評估等級的匹配度p；

42、評估單元，用于根據(jù)月壤鉆采作業(yè)狀態(tài)健康評估等級的匹配度p建立月壤鉆采作業(yè)健康狀態(tài)評估模型，根據(jù)月壤鉆采作業(yè)健康狀態(tài)評估模型計算規(guī)程匹配度，從而評估月壤鉆采作業(yè)健康狀態(tài)。

43、基于同一發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明還提出一種計算機設(shè)備，包括存儲器和處理器，所述存儲器中存儲有計算機程序，當所述處理器運行所述存儲器存儲的計算機程序時，所述處理器執(zhí)行根據(jù)上述中任一項中所述的一種月壤鉆采作業(yè)健康狀態(tài)評估方法。

44、基于同一發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明還提出一種計算機可讀存儲介質(zhì)，該計算機可讀存儲介質(zhì)上存儲有計算機程序，該計算機程序被處理器運行時執(zhí)行如上述任一項所述的一種月壤鉆采作業(yè)健康狀態(tài)評估方法的步驟。

45、本發(fā)明的有益之處在于：

46、本發(fā)明提出的一種月壤鉆采作業(yè)健康狀態(tài)評估方法，通過建立鉆壓力學(xué)模型和深度曲線數(shù)據(jù)庫，從而自動提取鉆采作業(yè)的關(guān)鍵響應(yīng)特征信號。這消除了對單一遙測數(shù)據(jù)的過度依賴，減少了人工干預(yù)和可能的誤判。采用分級算法和實時數(shù)據(jù)分析技術(shù)，能夠即時對鉆采作業(yè)的健康狀態(tài)進行評估和調(diào)整。這種實時反饋和決策支持有助于迅速應(yīng)對變化的工況，避免因反應(yīng)遲緩而導(dǎo)致的問題。該數(shù)據(jù)庫綜合了不同負載和規(guī)程下的鉆壓數(shù)據(jù)，能夠覆蓋多樣化的工況情況。這種綜合數(shù)據(jù)的處理方式，可以更好地應(yīng)對復(fù)雜和多變的月球鉆采剖面環(huán)境。

47、本發(fā)明提出的一種月壤鉆采作業(yè)健康狀態(tài)評估方法，通過建立鉆壓力學(xué)模型和深度曲線數(shù)據(jù)庫，評估方法基于科學(xué)和工程原理，提升了評估的精確度和可靠性。這使得鉆采作業(yè)的健康狀態(tài)可以更準確地被判定和預(yù)測。引入初始匹配度和分級算法，使得系統(tǒng)能夠在實時監(jiān)測的基礎(chǔ)上，迅速進行狀態(tài)評估和調(diào)整。這種實時性和響應(yīng)性的增強，顯著降低了決策延遲帶來的潛在風險，提高了作業(yè)的效率和安全性。建立了專門的健康狀態(tài)評估模型，將復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理和評估過程自動化和智能化。這不僅增加了系統(tǒng)的自主性，還降低了人為誤判和操作風險，使得整個鉆采作業(yè)更加可靠和高效。

48、本發(fā)明應(yīng)用于月球鉆采作業(yè)領(lǐng)域。