CN109296365A - 钻头与岩石间的碰撞状态识别方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种钻头与岩石间的碰撞状态识别方法及装置，其中的方法包括：在目标钻头作业于目标岩石时，获取目标钻头在预设周期内的轴向振动的加速度信号；确定目标钻头在预设周期内的轴向振动的加速度信号对应的非线性时间序列；根据非线性时间序列以及用于重构相空间的延迟时间和嵌入维度，重构非线性时间序列的相空间，确定处于碰撞状态中的目标钻头与目标岩石对应在重构的相空间中的空间碰撞位置；将空间碰撞位置还原为目标钻头与目标岩石在预设周期内发生碰撞时的目标碰撞状态信息。本发明能够高效且准确地对钻头与岩石间的碰撞状态进行识别，进而能够更加准确地反应钻头的工作状态以及被钻地层的岩石属性，有效提高钻井作业中的破岩效率。
Description
技术领域
本申请涉及石油检测技术领域，具体涉及一种钻头与岩石间的碰撞状态识别方法及装置。
背景技术
随着对埋藏于深部地层的石油资源的开发力度的加大，由深部岩石的高硬度所造成的地层可钻性变差的情况逐渐显现，并严重制约了石油钻井的效率和石油开发的效益。在这种情况下，在常规的旋转钻井技术的基础上，通过叠加钻头的轴向冲击来提高破岩效率的新技术逐渐被采用。在目前采用的旋冲钻井技术中，主要是通过水力振荡脉冲来给钻头提供轴向冲击，这种方法只是单纯地提供了一定的轴向冲击力，但并没有通过考虑岩石本身的属性来有针对性地调整所提供的轴向冲击的频率和振幅。而更高效的旋冲钻井技术应该要对钻头与岩石的碰撞状态进行准确的分析，并在掌握了岩石刚度后，通过调整相关参数来保持钻头与岩石之间理想的碰撞状态，从而维持一个高效且稳定的钻进速度。而要做到这一点，首先就需要准确地判断钻头与岩石之间的碰撞状态。
在现有的钻井过程中，由于钻头与岩石之间的部分碰撞较为微弱，以至于难以辨别钻头与岩石间的碰撞状态，因此，亟需一种能够对钻头与岩石间的碰撞状态进行识别的方法。
发明内容
针对现有技术中的问题，本申请提供一种钻头与岩石间的碰撞状态识别方法及装置，能够高效且准确地对钻头与岩石间的碰撞状态进行识别，进而能够更加准确地反应钻头的工作状态以及被钻地层的岩石属性，并有效提高钻井作业中的破岩效率。
为解决上述技术问题，本申请提供以下技术方案：
第一方面，本申请提供一种钻头与岩石间的碰撞状态识别方法，包括：
在目标钻头作业于目标岩石时，获取该目标钻头在预设周期内的轴向振动的加速度信号；
确定所述目标钻头在预设周期内的轴向振动的加速度信号对应的非线性时间序列；
根据所述非线性时间序列以及用于重构相空间的延迟时间和嵌入维度，重构该非线性时间序列对应的相空间，并确定处于碰撞状态中的所述目标钻头与目标岩石对应在重构的相空间中的空间碰撞位置，其中，所述空间碰撞位置为所述目标钻头与目标岩石发生加载碰撞和卸载碰撞时对应在所述相空间内的碰撞位置；
以及，将所述空间碰撞位置还原为所述目标钻头与目标岩石在预设周期内发生碰撞时的目标碰撞状态信息。
一实施例中，所述根据所述非线性时间序列以及用于重构相空间的延迟时间和嵌入维度，重构该非线性时间序列对应的相空间，包括：
确定用于重构相空间的延迟时间；
根据所述延迟时间确定用于重构相空间的嵌入维度；
基于所述延迟时间和嵌入维度将所述时间序列转化为由多个嵌入向量组成的嵌入向量组；
自所述嵌入向量组的各个维度中选取三个目标维度，重构得到所述嵌入向量组对应的相空间的三维相图，其中，各个所述目标维度之间的间隔相同。
一实施例中，所述确定用于重构相空间的延迟时间，包括：
应用交互信息法确定用于重构相空间的延迟时间。
一实施例中，所述根据所述延迟时间确定用于重构相空间的嵌入维度，包括：
根据所述延迟时间，应用伪最近邻点法确定用于重构相空间的嵌入维度应用伪最近邻点法确定用于重构相空间的嵌入维度。
一实施例中，所述确定处于碰撞状态中的所述目标钻头与目标岩石对应在重构的相空间中的空间碰撞位置，包括：
分别确定所述三维相图中各个位置的切向量对应的模量序列和方向梯度序列；
其中，所述模量序列包括各个切向量分别对应的模量，所述方向梯度序列包括各个切向量分别对应的方向梯度；
根据所述模量序列和方向梯度序列，确定处于碰撞状态中的所述目标钻头与目标岩石对应在重构的相空间中的空间碰撞位置。
一实施例中，所述将所述空间碰撞位置还原为所述目标钻头与目标岩石在预设周期内发生碰撞时的目标碰撞状态信息，包括：
获取加速度信号变化图，其中，所述加速度信号变化图用于表示预设周期内的各个时间节点以及各个所述时间节点对应的目标钻头的轴向振动的加速度信号；
根据各个所述空间碰撞位置，在所述加速度信号变化图中标识出所述目标钻头与目标岩石在预设周期内发生碰撞时的各个目标碰撞位置，其中，多个所述目标碰撞位置组成所述目标碰撞状态信息。
第二方面，本申请提供一种钻头与岩石间的碰撞状态识别装置，包括：
加速度信号采集模块，用于在目标钻头作业于目标岩石时，获取该目标钻头在预设周期内的轴向振动的加速度信号；
非线性时间序列确定模块，用于确定所述目标钻头在预设周期内的轴向振动的加速度信号对应的非线性时间序列；
空间碰撞位置获取模块，用于根据所述非线性时间序列以及用于重构相空间的延迟时间和嵌入维度，重构该非线性时间序列对应的相空间，并确定处于碰撞状态中的所述目标钻头与目标岩石对应在重构的相空间中的空间碰撞位置，其中，所述空间碰撞位置为所述目标钻头与目标岩石发生加载碰撞和卸载碰撞时对应在所述相空间内的碰撞位置；
目标碰撞位置信息获取模块，用于将所述空间碰撞位置在所述加速度信号还原为所述目标钻头与目标岩石在预设周期内发生碰撞时的目标碰撞状态信息。
一实施例中，所述空间碰撞位置获取模块包括：
延迟时间确定单元，用于确定用于重构相空间的延迟时间；
嵌入维度确定单元，用于根据所述延迟时间确定用于重构相空间的嵌入维度；
嵌入向量组获取单元，用于基于所述延迟时间和嵌入维度将所述时间序列转化为由多个嵌入向量组成的嵌入向量组；
相空间重构单元，用于自所述嵌入向量组的各个维度中选取三个目标维度，重构得到所述嵌入向量组对应的相空间的三维相图，其中，各个所述目标维度之间的间隔相同。
一实施例中，所述延迟时间确定单元包括：
延迟时间获取子单元，用于应用交互信息法确定用于重构相空间的延迟时间。
一实施例中，所述嵌入维度确定单元包括：
嵌入维度获取子单元，用于根据所述延迟时间，应用伪最近邻点法确定用于重构相空间的嵌入维度应用伪最近邻点法确定用于重构相空间的嵌入维度。
一实施例中，所述空间碰撞位置获取模块还包括：
模量及方向梯度获取单元，用于分别确定所述三维相图中各个位置的切向量对应的模量序列和方向梯度序列；
其中，所述模量序列包括各个切向量分别对应的模量，所述方向梯度序列包括各个切向量分别对应的方向梯度；
空间碰撞位置确定单元，用于根据所述模量序列和方向梯度序列，确定处于碰撞状态中的所述目标钻头与目标岩石对应在重构的相空间中的空间碰撞位置。
一实施例中，所述目标碰撞位置信息获取模块包括：
加速度信号变化图获取单元，用于获取加速度信号变化图，其中，所述加速度信号变化图用于表示预设周期内的各个时间节点以及各个所述时间节点对应的目标钻头的轴向振动的加速度信号；
目标碰撞位置信息标识单元，用于根据各个所述空间碰撞位置，在所述加速度信号变化图中标识出所述目标钻头与目标岩石在预设周期内发生碰撞时的各个目标碰撞位置，其中，多个所述目标碰撞位置组成所述目标碰撞状态信息。
第三方面，本申请提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现所述的钻头与岩石间的碰撞状态识别方法的步骤。
第四方面，本申请提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现所述的钻头与岩石间的碰撞状态识别方法的步骤。
由上述技术方案可知，本申请提供一种钻头与岩石间的碰撞状态识别方法及装置，其中的方法通过在目标钻头作业于目标岩石时，获取该目标钻头在预设周期内的轴向振动的加速度信号；确定所述目标钻头在预设周期内的轴向振动的加速度信号对应的非线性时间序列；根据所述非线性时间序列以及用于重构相空间的延迟时间和嵌入维度，重构该非线性时间序列对应的相空间，并确定处于碰撞状态中的所述目标钻头与目标岩石对应在重构的相空间中的空间碰撞位置，其中，所述空间碰撞位置为所述目标钻头与目标岩石发生加载碰撞和卸载碰撞时对应在所述相空间内的碰撞位置；以及，将所述空间碰撞位置在所述加速度信号中进行还原，得到所述目标钻头与目标岩石在预设周期内发生碰撞时的目标碰撞状态信息，即通过对钻头轴向振动的加速度信号进行非线性时间序列分析，根据重构相空间中相图的切向量分析来甄别出钻头与岩石之间微弱的难以辨别的碰撞状态，能够高效且准确地对钻头与岩石间的碰撞状态进行识别，进而能够更加准确地反应钻头的工作状态以及被钻地层的岩石属性，并能够通过识别到的钻头与岩石间的碰撞状态与岩石刚度，调整相关参数来保持钻头与岩石之间理想的碰撞状态以提高破岩效率，并特别为通过控制钻头轴向振动来提高破岩效率的旋冲钻井技术提供支撑。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例中的钻头与岩石间的碰撞状态识别方法的流程示意图。
图2为本申请实施例中的钻头与岩石间的碰撞状态识别方法中步骤300的一种流程示意图。
图3为本申请实施例中的钻头与岩石间的碰撞状态识别方法中步骤300的另一种流程示意图。
图4为本申请实施例中的钻头与岩石间的碰撞状态识别方法中步骤400的一种流程示意图。
图5为本申请应用实例中的钻头与岩石间的碰撞状态识别方法的流程示意图。
图6为本申请应用实例中的加速度信号变化图示意图。
图7为本申请应用实例中的通过交互信息法得到的延迟时间的示意图。
图8为本申请应用实例中的通过伪最近邻点法得到的嵌入维度的示意图。
图9为本申请应用实例中的采用第1,4,7维度重构的3维空间相图及各位置对应的切向量示意图。
图10为本申请应用实例中的将所有切向量的起始位置点设为坐标原点时得到的切向量分布图。
图11为本申请应用实例中的切向量关于X轴所形成的夹角序列示意图。
图12为本申请应用实例中的切向量关于Y轴所形成的夹角序列示意图。
图13为本申请应用实例中的切向量关于Z轴所形成的夹角序列示意图。
图14为本申请应用实例中的根据切向量的模量序列和方向梯度序列确定的加载碰撞和卸载碰撞的位置示意图。
图15为本申请应用实例中的将在重构相空间中确定的碰撞位置在加速度信号中还原的示意图。
图16为本申请实施例中的钻头与岩石间的碰撞状态识别装置的结构示意图。
图17为本申请实施例中的钻头与岩石间的碰撞状态识别装置中空间碰撞位置获取模块的一种具体实施方式的结构示意图。
图18为本申请实施例中的钻头与岩石间的碰撞状态识别装置中空间碰撞位置获取模块的另一种具体实施方式的结构示意图。
图19为本申请实施例中的钻头与岩石间的碰撞状态识别装置中目标碰撞位置信息获取模块的结构示意图。
图20为本申请实施例中的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请实施例提供一种钻头与岩石间的碰撞状态识别方法的具体实施方式，参见图1，所述钻头与岩石间的碰撞状态识别方法具体包含有如下内容：
步骤100：在目标钻头作业于目标岩石时，获取该目标钻头在预设周期内的轴向振动的加速度信号。
在步骤100中，钻头与岩石间的碰撞状态识别装置在目标钻头作业于目标岩石时，获取该目标钻头在预设周期内的轴向振动的加速度信号。可以理解的是，所述钻头与岩石间的碰撞状态识别装置可以体现为一种服务器，所述钻头与岩石间的碰撞状态识别装置的硬件组成中也可以包括终端设备，所述终端设备可以具有显示功能。具体地，所述终端设备可以包括智能手机、平板电子设备、网络机顶盒、便携式计算机、台式电脑、个人数字助理(PDA)、车载设备、智能穿戴设备等。其中，所述智能穿戴设备可以包括智能眼镜、智能手表、智能手环等。
所述服务器可以与所述终端设备进行通信。所述服务器与所述终端设备之间可以使用任何合适的网络协议进行通信，包括在本申请提交日尚未开发出的网络协议。所述网络协议例如可以包括TCP/IP协议、UDP/IP协议、HTTP协议、HTTPS协议等。当然，所述网络协议例如还可以包括在上述协议之上使用的RPC协议(Remote Procedure Call Protocol，远程过程调用协议)、REST协议(Representational State Transfer，表述性状态转移协议)等。
可以理解的是，所述目标钻头是进行石油钻井工作的重要工具之一，在钻井过程中，钻头是破碎岩石的主要工具，井眼是由钻头破碎岩石而形成的。一个井眼形成得好坏，所用时间的长短，除与所钻地层岩石的特性和钻头本身的性能有关外，更与钻头和地层之间的相互匹配程度有关。目前石油行业使用的钻头有很多种类，以不同的钻进方式为根据对钻头进行分类，可以将其分为金刚石钻头、牙轮钻头与刮刀钻头，这三种钻头是最基本的钻头形式。而按破岩原理划分时，可将钻头分为三类：切削型、冲击压碎剪切型和研磨型。
可以理解的是，所述目标岩石为目标钻头在当前油井内进行作业时，所接触的岩层中的岩石。
在一种具体举例中，为了将钻头与岩石之间的碰撞状态从其非碰撞状态中筛选出来，在步骤100中可以选用对碰撞较为敏感的钻头加速度信号作为分析对象。例如金刚石钻头。
步骤200：确定所述目标钻头在预设周期内的轴向振动的加速度信号对应的非线性时间序列。
在步骤200中，所述钻头与岩石间的碰撞状态识别装置对所述目标钻头在预设周期内的轴向振动的加速度信号进行非线性时间序列分析，得到所述目标钻头在预设周期内的轴向振动的加速度信号对应的非线性时间序列。可以理解的是，所述非线性时间序列分析可以应用现有的非线性时间序列模型来实现，所述非线性时间序列模型的一种举例可以为自回归滑动平均ARMA(Auto-Regressive Moving Average Model)模型，所述ARMA(p,q)模型中包含了p个自回归项和q个移动平均项，ARMA(p,q)模型可以表示为：
在上式中，p和q是模型的自回归阶数和移动平均阶数；和θ是不为零的待定系数；i表示自回归阶数p中的任一个，j表示移动平均阶数q中的任一个，εt为独立的误差项；Xt是平稳、正态、零均值的时间序列。
步骤300：根据所述非线性时间序列以及用于重构相空间的延迟时间和嵌入维度，重构该非线性时间序列对应的相空间，并确定处于碰撞状态中的所述目标钻头与目标岩石对应在重构的相空间中的空间碰撞位置。
可以理解的是，所述空间碰撞位置为所述目标钻头与目标岩石发生加载碰撞和卸载碰撞时对应在所述相空间内的碰撞位置。
其中，所述相空间是一个用以表示出一个系统所有可能状态的空间；系统每个可能的状态都有一相对应的相空间的点。
在步骤300中，所述钻头与岩石间的碰撞状态识别装置根据所述非线性时间序列以及用于重构相空间的延迟时间和嵌入维度，重构该非线性时间序列对应的相空间，并确定处于碰撞状态中的所述目标钻头与目标岩石对应在重构的相空间中的空间碰撞位置。
步骤400：将所述空间碰撞位置还原为所述目标钻头与目标岩石在预设周期内发生碰撞时的目标碰撞状态信息。
可以理解的是，所述目标碰撞状态信息为由所述目标钻头与目标岩石在预设周期内发生碰撞时的各个目标碰撞位置组成。
从上述描述可知，本申请实施例提供的钻头与岩石间的碰撞状态识别方法，在目标钻头作业于目标岩石时，获取该目标钻头在预设周期内的轴向振动的加速度信号；确定所述目标钻头在预设周期内的轴向振动的加速度信号对应的非线性时间序列；根据所述非线性时间序列以及用于重构相空间的延迟时间和嵌入维度，重构该非线性时间序列对应的相空间，并确定处于碰撞状态中的所述目标钻头与目标岩石对应在重构的相空间中的空间碰撞位置，其中，所述空间碰撞位置为所述目标钻头与目标岩石发生加载碰撞和卸载碰撞时对应在所述相空间内的碰撞位置；以及，将所述空间碰撞位置在所述加速度信号中进行还原，得到所述目标钻头与目标岩石在预设周期内发生碰撞时的目标碰撞状态信息，即通过对钻头轴向振动的加速度信号进行非线性时间序列分析，根据重构相空间中相图的切向量分析来甄别出钻头与岩石之间微弱的难以辨别的碰撞状态，能够高效且准确地对钻头与岩石间的碰撞状态进行识别，进而能够更加准确地反应钻头的工作状态以及被钻地层的岩石属性，并能够通过识别到的钻头与岩石间的碰撞状态与岩石刚度，调整相关参数来保持钻头与岩石之间理想的碰撞状态以提高破岩效率，并特别为通过控制钻头轴向振动来提高破岩效率的旋冲钻井技术提供支撑。
在一种具体实施方式中，本申请还提供所述钻头与岩石间的碰撞状态识别方法中的步骤300的一种具体实施方式，参见图2，所述步骤300具体包括如下内容：
步骤301：确定用于重构相空间的延迟时间。
步骤302：根据所述延迟时间确定用于重构相空间的嵌入维度。
步骤303：基于所述延迟时间和嵌入维度将所述时间序列转化为由多个嵌入向量组成的嵌入向量组。
在步骤303中，所述钻头与岩石间的碰撞状态识别装置根据确定的延迟时间和嵌入维度将加速度信号的时间序列转化为一组嵌入向量，完成对其的相空间重建。
步骤304：自所述嵌入向量组的各个维度中选取三个目标维度，重构得到所述嵌入向量组对应的相空间的三维相图，其中，各个所述目标维度之间的间隔相同。
在步骤304中，所述钻头与岩石间的碰撞状态识别装置为了展现加速度信号在重构相空间中的状态，从嵌入向量的所有维度中选择3个两两间隔一致的维度绘制出对应的三维相图。
可以理解的是，相空间重构技术有两个关键的参数：嵌入的维数和延迟时间。在Takens嵌入定理中，嵌入维数和延迟时间都只是理论上证明了其存在性，并没有给出具体的表达式，而且实际应用中时间序列都是有噪声的有限序列，嵌入维数和时间延迟必须要根据实际的情况来选取合适的值。相空间重构的延时坐标法用单一的标量时间序列来重构相空间。
Takens的嵌入定理叙述如下：
设M是u维紧流形，对于变换对(X,y)，X是一个光滑的(C2)矢量场，y是M上的光滑函数；
则ΦX,y:M→R2u+1是一个嵌入；
其中，ΦX,y(X)＝(y(x),y(φ1(x)),...,y(φ2u(x)))，而φt是x的一个流。
在对时间序列进行重构时，可以用下列方法来应用Takens嵌入定理。
设一N点标量时间序列为{v(t0+k·△t):k＝0,1,...,N-1}，重构的相空间为Rm，则重构轨迹为：
Xi＝(x(ti),x(ti+p·△t),...,x(ti+(m-1)·p·△t)
i＝1,2,3,...,M
x(tr)＝v(t0+(r-1)·△t),r＝1,2,...,N
式中Xi为重构相空间Rm中M点重构轨迹中的第i个点；
而M＝N-(m-1)·p,m是嵌入维度,τ＝p·△t是时间延迟，τw＝(m-1)τ是时间窗，其中△t为采样周期。
可见,在重构相空间时只要选择嵌入维度m，延迟时间τ和时间窗τw中的任意两个参数即可，另一个参数可由τw＝(m-1)τ直接求得。
基于此，所述步骤201和202的一种具体实施方式为：
应用交互信息法(Mutual Information Method)确定用于重构相空间的延迟时间τ，而后根据所述延迟时间τ，应用伪最近邻点法(false nearest neighbors,FNN)确定用于重构相空间的嵌入维度。可以理解的是，为了进行相空间重构，需要首先确定一个恰当的延迟时间，通过交互信息测试法搜索得到关于交互信息的第一个局部最小值，以此来确定相空间重构的延迟时间。接着，根据确定的延迟时间，采用假邻近测试法来确定重构空间的嵌入维度。当维度增加到一定程度后，假邻近比例不再随着维度的增加而降低，则对应的维度即为进行空间重构需要的最小嵌入维度。
基于此，所述步骤301和302的另一种具体实施方式为：
首先应用交互信息法确定用于重构相空间的时间窗τw，并根据所述时间窗求取所述延迟时间τ。即通过信息论的方法来计算延迟时间。对时间窗τw的选择通常不能太大或太小，太小会因相空间被压缩而存在冗余,太大会使重构轨迹之间失去必要的联系而丢失系统的原始信息.因此,可以用信号的自相关函数Rxx(τw)和交互信息I(τw)来求取最佳的τw，即选取使自相关函数和互信息第一次达到某一值或最小值时的τw。
而后应用假邻近测试法来确定重构空间的嵌入维度。假设
Xk＝(x(tk),x(tk+p·△t),...,x(tk+(m-1)·p·△t))
和
是相空间中的两个点,它们之间的距离为Dm(k)，若嵌入维度由m变为m+1时,则它们之间的距离由Dm(k)变为Dm+1(k)：
如果Dm(k)较小，而Dm+1(k)很大，那么就可以认为这两个点的最近邻关系是由于从较高维的吸引子投影到较低维的空间上造成的。此时，Xk和就是一对伪最近邻点。给定与伪最近邻点距离有关的阈值，就可以计算伪最近邻点数，当伪最近邻点数的百分比低于某一阈值时，则m就是要求的嵌入维度。
从上述描述可知，本申请实施例提供的钻头与岩石间的碰撞状态识别方法，考虑对加速度信号进行非线性时间序列分析，将直接的信号分析问题转化为对重构相图的切向量分析。为了进行相空间重构，需要首先确定一个恰当的延迟时间，本专利通过交互信息测试法搜索得到关于交互信息的第一个局部最小值，以此来确定相空间重构的延迟时间。接着，根据确定的延迟时间，采用假邻近测试法来确定重构空间的嵌入维度。当维度增加到一定程度后，假邻近比例不再随着维度的增加而降低，则对应的维度即为进行空间重构需要的最小嵌入维度。然后，根据确定的延迟时间和嵌入维度将加速度信号的时间序列转化为一组嵌入向量，完成对其的相空间重建。
在一种具体实施方式中，本申请的所述钻头与岩石间的碰撞状态识别方法中的步骤300还包括如下内容，参见图3，所述步骤300还具体包括如下内容：
步骤305：分别确定所述三维相图中各个位置的切向量对应的模量序列和方向梯度序列。
可以理解的是，所述模量序列包括各个切向量分别对应的模量，所述方向梯度序列包括各个切向量分别对应的方向梯度。
步骤306：根据所述模量序列和方向梯度序列，确定处于碰撞状态中的所述目标钻头与目标岩石对应在重构的相空间中的空间碰撞位置。
在上述描述中，所述钻头与岩石间的碰撞状态识别装置为了展现加速度信号在重构相空间中的状态，从嵌入向量的所有维度中选择3个两两间隔一致的维度绘制出对应的三维相图。接着依次计算出相图中各个位置对应的切向量的模量。然后，再将所有切向量的初始点集中到坐标原点，并计算出各切向量分别与X、Y、Z轴的夹角。进一步根据这些夹角的变化计算出切向量的方向梯度。通过对切向量的模量序列和方向梯度序列的比较，找出两者同时发生显著变化的位置，以此确定出钻头与岩石发生加载碰撞和卸载碰撞时在重构相空间中的位置。
在一种具体实施方式中，本申请还提供所述钻头与岩石间的碰撞状态识别方法中的步骤400的一种具体实施方式，参见图4，所述步骤400具体包括如下内容：
步骤401：获取加速度信号变化图，其中，所述加速度信号变化图用于表示预设周期内的各个时间节点以及各个所述时间节点对应的目标钻头的轴向振动的加速度信号。
步骤402：根据各个所述空间碰撞位置，在所述加速度信号变化图中标识出所述目标钻头与目标岩石在预设周期内发生碰撞时的各个目标碰撞位置，其中，多个所述目标碰撞位置组成所述目标碰撞状态信息。
从上述描述可知，本申请实施例提供的钻头与岩石间的碰撞状态识别方法，通过对采集到的加速度信号进行相空间重建，将直接的信号分析问题转化为对重构相图的切向量分析。通过对切向量的模量序列和方向梯度序列的比较，找出两者同时发生显著变化的位置，以此确定出钻头与岩石发生加载碰撞和卸载碰撞时在重构相空间中的位置。最后，将在重构相空间中找到的碰撞位置在加速度信号中进行还原，即在加速度信号中标示出钻头与岩石碰撞的实际位置，从而完成钻头与岩石的碰撞识别。
为进一步地说明本方案，本申请还提供一种钻头与岩石间的碰撞状态识别方法的具体应用实例，参见图5，所述钻头与岩石间的碰撞状态识别方法具体包括如下内容：
①参见图6，采集钻头轴向振动的加速度信号。
②参见图7，通过交互信息法得到的延迟时间。
③参见图8，通过伪最近邻点法得到的嵌入维度。
④通过得到的延迟时间和嵌入维度，对加速度时间序列进行相空间重建。
⑤从重构的相空间中选取3个适当的维度，绘制3维空间相图，并确定出各位置对应的切向量。参见图9，采用第1,4,7维度重构的3维空间相图及各位置对应的切向量。
⑥根据得到的切向量，计算出切向量模量，并组成切向量模量序列。
⑦参见图10，将得到的所有切向量的起始位置点设为坐标原点，以此计算出如图11、图12和图13的各切向量关于X,Y,Z轴所形成的角度。并在此基础上，计算出切向量的方向梯度，形成方向梯度序列。
⑧根据如图14所示的切向量的模量序列和方向梯度序列的变化确定出钻头与岩石发生加载碰撞和卸载碰撞时在重构相空间中的位置。
⑨参见图15，将在重构相空间中确定的碰撞位置在加速度信号中还原，即在加速度信号中标示出钻头与岩石碰撞的实际位置。
从上述描述可知，本申请具体应用实例中的钻头与岩石间的碰撞状态识别方法，采用非线性时间序列分析的思路，应用假邻近测试法(false nearest neighbour test)确定嵌入维度，应用交互信息测试法(mutual information test)确定延迟时间。然后根据确定的嵌入维度和延迟时间对加速度信号进行相空间重建，从而将直接的信号分析问题转化为对重构相图的切向量分析。通过对切向量的模量序列和方向梯度序列的比较，找出两者同时发生显著变化的位置，以此确定出钻头与岩石发生加载碰撞和卸载碰撞时在重构相空间中的位置。最后，将在重构相空间中找到的碰撞位置在加速度信号中进行还原，即在加速度信号中标示出钻头与岩石碰撞的实际位置，从而完成钻头与岩石的碰撞识别。该方法可以甄别出钻头与岩石之间微弱的难以辨别的碰撞状态，从而帮助钻井工程技术人员更加准确地掌握钻头的工作状态以及被钻地层的岩石属性，及时进行必要的钻井参数的调整以提高破岩效率。
本申请的实施例提供一种能够实现所述钻头与岩石间的碰撞状态识别方法中全部内容的钻头与岩石间的碰撞状态识别装置的具体实施方式，参见图16，所述钻头与岩石间的碰撞状态识别装置具体包括如下内容：
加速度信号采集模块10，用于在目标钻头作业于目标岩石时，获取该目标钻头在预设周期内的轴向振动的加速度信号。
非线性时间序列确定模块20，用于确定所述目标钻头在预设周期内的轴向振动的加速度信号对应的非线性时间序列。
空间碰撞位置获取模块30，用于根据所述非线性时间序列以及用于重构相空间的延迟时间和嵌入维度，重构该非线性时间序列对应的相空间，并确定处于碰撞状态中的所述目标钻头与目标岩石对应在重构的相空间中的空间碰撞位置，其中，所述空间碰撞位置为所述目标钻头与目标岩石发生加载碰撞和卸载碰撞时对应在所述相空间内的碰撞位置。
目标碰撞位置信息获取模块40，用于将所述空间碰撞位置在所述加速度信号还原为所述目标钻头与目标岩石在预设周期内发生碰撞时的目标碰撞状态信息。
本申请提供的钻头与岩石间的碰撞状态识别装置的实施例具体可以用于执行上述实施例中的钻头与岩石间的碰撞状态识别方法的实施例的处理流程，其功能在此不再赘述，可以参照上述方法实施例的详细描述。
从上述描述可知，本申请实施例提供的钻头与岩石间的碰撞状态识别装置，加速度信号采集模块在目标钻头作业于目标岩石时，获取该目标钻头在预设周期内的轴向振动的加速度信号；非线性时间序列确定模块确定所述目标钻头在预设周期内的轴向振动的加速度信号对应的非线性时间序列；空间碰撞位置获取模块根据所述非线性时间序列以及用于重构相空间的延迟时间和嵌入维度，重构该非线性时间序列对应的相空间，并确定处于碰撞状态中的所述目标钻头与目标岩石对应在重构的相空间中的空间碰撞位置，其中，所述空间碰撞位置为所述目标钻头与目标岩石发生加载碰撞和卸载碰撞时对应在所述相空间内的碰撞位置；以及，目标碰撞位置信息获取模块将所述空间碰撞位置在所述加速度信号中进行还原，得到所述目标钻头与目标岩石在预设周期内发生碰撞时的目标碰撞状态信息，即通过对钻头轴向振动的加速度信号进行非线性时间序列分析，根据重构相空间中相图的切向量分析来甄别出钻头与岩石之间微弱的难以辨别的碰撞状态，能够高效且准确地对钻头与岩石间的碰撞状态进行识别，进而能够更加准确地反应钻头的工作状态以及被钻地层的岩石属性，并能够通过识别到的钻头与岩石间的碰撞状态与岩石刚度，调整相关参数来保持钻头与岩石之间理想的碰撞状态以提高破岩效率，并特别为通过控制钻头轴向振动来提高破岩效率的旋冲钻井技术提供支撑。
在一种具体实施方式中，参见图17，本申请实施例中的所述钻头与岩石间的碰撞状态识别装置中的所述空间碰撞位置获取模块30具体包括如下内容：
延迟时间确定单元31，用于确定用于重构相空间的延迟时间。
嵌入维度确定单元32，用于根据所述延迟时间确定用于重构相空间的嵌入维度。
嵌入向量组获取单元33，用于基于所述延迟时间和嵌入维度将所述时间序列转化为由多个嵌入向量组成的嵌入向量组。
相空间重构单元34，用于自所述嵌入向量组的各个维度中选取三个目标维度，重构得到所述嵌入向量组对应的相空间的三维相图，其中，各个所述目标维度之间的间隔相同。
其中，所述延迟时间确定单元31具体包括：
延迟时间获取子单元，用于应用交互信息法确定用于重构相空间的延迟时间。
其中，所述嵌入维度确定单元32具体包括：
嵌入维度获取子单元，用于应用伪最近邻点法确定用于重构相空间的嵌入维度。
在一种具体实施方式中，参见图18，本申请实施例中的所述钻头与岩石间的碰撞状态识别装置中的所述空间碰撞位置获取模块30还具体包括如下内容：
模量及方向梯度获取单元35，用于分别确定所述三维相图中各个位置的切向量对应的模量序列和方向梯度序列。
其中，所述模量序列包括各个切向量分别对应的模量，所述方向梯度序列包括各个切向量分别对应的方向梯度。
空间碰撞位置确定单元36，用于根据所述模量序列和方向梯度序列，确定处于碰撞状态中的所述目标钻头与目标岩石对应在重构的相空间中的空间碰撞位置。
在一种具体实施方式中，参见图19，本申请实施例中的所述钻头与岩石间的碰撞状态识别装置中的所述目标碰撞位置信息获取模块40还具体包括如下内容：
加速度信号变化图获取单元41，用于获取加速度信号变化图，其中，所述加速度信号变化图用于表示预设周期内的各个时间节点以及各个所述时间节点对应的目标钻头的轴向振动的加速度信号。
目标碰撞位置信息标识单元42，用于根据各个所述空间碰撞位置，在所述加速度信号变化图中标识出所述目标钻头与目标岩石在预设周期内发生碰撞时的各个目标碰撞位置，其中，多个所述目标碰撞位置组成所述目标碰撞状态信息。
从上述描述可知，本申请实施例提供的钻头与岩石间的碰撞状态识别装置，通过对采集到的加速度信号进行相空间重建，将直接的信号分析问题转化为对重构相图的切向量分析。通过对切向量的模量序列和方向梯度序列的比较，找出两者同时发生显著变化的位置，以此确定出钻头与岩石发生加载碰撞和卸载碰撞时在重构相空间中的位置。最后，将在重构相空间中找到的碰撞位置在加速度信号中进行还原，即在加速度信号中标示出钻头与岩石碰撞的实际位置，从而完成钻头与岩石的碰撞识别。
本申请的实施例还提供能够实现上述实施例中的钻头与岩石间的碰撞状态识别方法中全部步骤的一种电子设备的具体实施方式，参见图20，所述电子设备具体包括如下内容：
处理器(processor)601、存储器(memory)602、通信接口(CommunicationsInterface)603和总线604；
其中，所述处理器601、存储器602、通信接口603通过所述总线604完成相互间的通信；所述通信接口603用于实现钻头与岩石间的碰撞状态识别装置、检测设备以及用户端设备等相关设备之间的信息传输；
步骤100：在目标钻头作业于目标岩石时，获取该目标钻头在预设周期内的轴向振动的加速度信号。
步骤200：确定所述目标钻头在预设周期内的轴向振动的加速度信号对应的非线性时间序列。
步骤300：根据所述非线性时间序列以及用于重构相空间的延迟时间和嵌入维度，重构该非线性时间序列对应的相空间，并确定处于碰撞状态中的所述目标钻头与目标岩石对应在重构的相空间中的空间碰撞位置。
步骤400：将所述空间碰撞位置还原为所述目标钻头与目标岩石在预设周期内发生碰撞时的目标碰撞状态信息。
从上述描述可知，本申请实施例提供的电子设备，在目标钻头作业于目标岩石时，获取该目标钻头在预设周期内的轴向振动的加速度信号；确定所述目标钻头在预设周期内的轴向振动的加速度信号对应的非线性时间序列；根据所述非线性时间序列以及用于重构相空间的延迟时间和嵌入维度，重构该非线性时间序列对应的相空间，并确定处于碰撞状态中的所述目标钻头与目标岩石对应在重构的相空间中的空间碰撞位置，其中，所述空间碰撞位置为所述目标钻头与目标岩石发生加载碰撞和卸载碰撞时对应在所述相空间内的碰撞位置；以及，将所述空间碰撞位置在所述加速度信号中进行还原，得到所述目标钻头与目标岩石在预设周期内发生碰撞时的目标碰撞状态信息，即通过对钻头轴向振动的加速度信号进行非线性时间序列分析，根据重构相空间中相图的切向量分析来甄别出钻头与岩石之间微弱的难以辨别的碰撞状态，能够高效且准确地对钻头与岩石间的碰撞状态进行识别，进而能够更加准确地反应钻头的工作状态以及被钻地层的岩石属性，并能够通过识别到的钻头与岩石间的碰撞状态与岩石刚度，调整相关参数来保持钻头与岩石之间理想的碰撞状态以提高破岩效率，并特别为通过控制钻头轴向振动来提高破岩效率的旋冲钻井技术提供支撑。
本申请的实施例还提供能够实现上述实施例中的钻头与岩石间的碰撞状态识别方法中全部步骤的一种计算机可读存储介质，所述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执行时实现上述实施例中的钻头与岩石间的碰撞状态识别方法的全部步骤，例如，所述处理器执行所述计算机程序时实现下述步骤：
步骤100：在目标钻头作业于目标岩石时，获取该目标钻头在预设周期内的轴向振动的加速度信号。
步骤200：确定所述目标钻头在预设周期内的轴向振动的加速度信号对应的非线性时间序列。
步骤300：根据所述非线性时间序列以及用于重构相空间的延迟时间和嵌入维度，重构该非线性时间序列对应的相空间，并确定处于碰撞状态中的所述目标钻头与目标岩石对应在重构的相空间中的空间碰撞位置。
步骤400：将所述空间碰撞位置还原为所述目标钻头与目标岩石在预设周期内发生碰撞时的目标碰撞状态信息。
从上述描述可知，本申请实施例提供的计算机可读存储介质，在目标钻头作业于目标岩石时，获取该目标钻头在预设周期内的轴向振动的加速度信号；确定所述目标钻头在预设周期内的轴向振动的加速度信号对应的非线性时间序列；根据所述非线性时间序列以及用于重构相空间的延迟时间和嵌入维度，重构该非线性时间序列对应的相空间，并确定处于碰撞状态中的所述目标钻头与目标岩石对应在重构的相空间中的空间碰撞位置，其中，所述空间碰撞位置为所述目标钻头与目标岩石发生加载碰撞和卸载碰撞时对应在所述相空间内的碰撞位置；以及，将所述空间碰撞位置在所述加速度信号中进行还原，得到所述目标钻头与目标岩石在预设周期内发生碰撞时的目标碰撞状态信息，即通过对钻头轴向振动的加速度信号进行非线性时间序列分析，根据重构相空间中相图的切向量分析来甄别出钻头与岩石之间微弱的难以辨别的碰撞状态，能够高效且准确地对钻头与岩石间的碰撞状态进行识别，进而能够更加准确地反应钻头的工作状态以及被钻地层的岩石属性，并能够通过识别到的钻头与岩石间的碰撞状态与岩石刚度，调整相关参数来保持钻头与岩石之间理想的碰撞状态以提高破岩效率，并特别为通过控制钻头轴向振动来提高破岩效率的旋冲钻井技术提供支撑。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于硬件+程序类实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。
虽然本申请提供了如实施例或流程图所述的方法操作步骤，但基于常规或者无创造性的劳动可以包括更多或者更少的操作步骤。实施例中列举的步骤顺序仅仅为众多步骤执行顺序中的一种方式，不代表唯一的执行顺序。在实际中的装置或客户端产品执行时，可以按照实施例或者附图所示的方法顺序执行或者并行执行(例如并行处理器或者多线程处理的环境)。
上述实施例阐明的系统、装置、模块或单元，具体可以由计算机芯片或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。一种典型的实现设备为计算机。具体的，计算机例如可以为个人计算机、膝上型计算机、车载人机交互设备、蜂窝电话、相机电话、智能电话、个人数字助理、媒体播放器、导航设备、电子邮件设备、游戏控制台、平板计算机、可穿戴设备或者这些设备中的任何设备的组合。
虽然本说明书实施例提供了如实施例或流程图所述的方法操作步骤，但基于常规或者无创造性的手段可以包括更多或者更少的操作步骤。实施例中列举的步骤顺序仅仅为众多步骤执行顺序中的一种方式，不代表唯一的执行顺序。在实际中的装置或终端产品执行时，可以按照实施例或者附图所示的方法顺序执行或者并行执行(例如并行处理器或者多线程处理的环境，甚至为分布式数据处理环境)。术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、产品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、产品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，并不排除在包括所述要素的过程、方法、产品或者设备中还存在另外的相同或等同要素。
为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种模块分别描述。当然，在实施本说明书实施例时可以把各模块的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现，也可以将实现同一功能的模块由多个子模块或子单元的组合实现等。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
本领域技术人员也知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现控制器以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得控制器以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器等的形式来实现相同功能。因此这种控制器可以被认为是一种硬件部件，而对其内部包括的用于实现各种功能的装置也可以视为硬件部件内的结构。或者甚至，可以将用于实现各种功能的装置视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。
内存可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。内存是计算机可读介质的示例。
计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。
本领域技术人员应明白，本说明书的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本说明书实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本说明书实施例可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本说明书实施例可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本说明书实施例，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本说明书实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
以上所述仅为本说明书实施例的实施例而已，并不用于限制本说明书实施例。对于本领域技术人员来说，本说明书实施例可以有各种更改和变化。凡在本说明书实施例的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本说明书实施例的权利要求范围之内。
Claims (14)
1.一种钻头与岩石间的碰撞状态识别方法，其特征在于，包括：
在目标钻头作业于目标岩石时，获取该目标钻头在预设周期内的轴向振动的加速度信号；
确定所述目标钻头在预设周期内的轴向振动的加速度信号对应的非线性时间序列；
根据所述非线性时间序列以及用于重构相空间的延迟时间和嵌入维度，重构该非线性时间序列对应的相空间，并确定处于碰撞状态中的所述目标钻头与目标岩石对应在重构的相空间中的空间碰撞位置，其中，所述空间碰撞位置为所述目标钻头与目标岩石发生加载碰撞和卸载碰撞时对应在所述相空间内的碰撞位置；
以及，将所述空间碰撞位置还原为所述目标钻头与目标岩石在预设周期内发生碰撞时的目标碰撞状态信息。
2.根据权利要求1所述的碰撞状态识别方法，其特征在于，所述根据所述非线性时间序列以及用于重构相空间的延迟时间和嵌入维度，重构该非线性时间序列对应的相空间，包括：
确定用于重构相空间的延迟时间；
根据所述延迟时间确定用于重构相空间的嵌入维度；
基于所述延迟时间和嵌入维度将所述时间序列转化为由多个嵌入向量组成的嵌入向量组；
自所述嵌入向量组的各个维度中选取三个目标维度，重构得到所述嵌入向量组对应的相空间的三维相图，其中，各个所述目标维度之间的间隔相同。
3.根据权利要求2所述的碰撞状态识别方法，其特征在于，所述确定用于重构相空间的延迟时间，包括：
应用交互信息法确定用于重构相空间的延迟时间。
4.根据权利要求2所述的碰撞状态识别方法，其特征在于，所述根据所述延迟时间确定用于重构相空间的嵌入维度，包括：
根据所述延迟时间，应用伪最近邻点法确定用于重构相空间的嵌入维度应用伪最近邻点法确定用于重构相空间的嵌入维度。
5.根据权利要求2所述的碰撞状态识别方法，其特征在于，所述确定处于碰撞状态中的所述目标钻头与目标岩石对应在重构的相空间中的空间碰撞位置，包括：
分别确定所述三维相图中各个位置的切向量对应的模量序列和方向梯度序列；
其中，所述模量序列包括各个切向量分别对应的模量，所述方向梯度序列包括各个切向量分别对应的方向梯度；
根据所述模量序列和方向梯度序列，确定处于碰撞状态中的所述目标钻头与目标岩石对应在重构的相空间中的空间碰撞位置。
6.根据权利要求1所述的碰撞状态识别方法，其特征在于，所述将所述空间碰撞位置还原为所述目标钻头与目标岩石在预设周期内发生碰撞时的目标碰撞状态信息，包括：
获取加速度信号变化图，其中，所述加速度信号变化图用于表示预设周期内的各个时间节点以及各个所述时间节点对应的目标钻头的轴向振动的加速度信号；
根据各个所述空间碰撞位置，在所述加速度信号变化图中标识出所述目标钻头与目标岩石在预设周期内发生碰撞时的各个目标碰撞位置，其中，多个所述目标碰撞位置组成所述目标碰撞状态信息。
7.一种钻头与岩石间的碰撞状态识别装置，其特征在于，包括：
加速度信号采集模块，用于在目标钻头作业于目标岩石时，获取该目标钻头在预设周期内的轴向振动的加速度信号；
非线性时间序列确定模块，用于确定所述目标钻头在预设周期内的轴向振动的加速度信号对应的非线性时间序列；
空间碰撞位置获取模块，用于根据所述非线性时间序列以及用于重构相空间的延迟时间和嵌入维度，重构该非线性时间序列对应的相空间，并确定处于碰撞状态中的所述目标钻头与目标岩石对应在重构的相空间中的空间碰撞位置，其中，所述空间碰撞位置为所述目标钻头与目标岩石发生加载碰撞和卸载碰撞时对应在所述相空间内的碰撞位置；
目标碰撞位置信息获取模块，用于将所述空间碰撞位置在所述加速度信号还原为所述目标钻头与目标岩石在预设周期内发生碰撞时的目标碰撞状态信息。
8.根据权利要求7所述的碰撞状态识别装置，其特征在于，所述空间碰撞位置获取模块包括：
延迟时间确定单元，用于确定用于重构相空间的延迟时间；
嵌入维度确定单元，用于根据所述延迟时间确定用于重构相空间的嵌入维度；
嵌入向量组获取单元，用于基于所述延迟时间和嵌入维度将所述时间序列转化为由多个嵌入向量组成的嵌入向量组；
相空间重构单元，用于自所述嵌入向量组的各个维度中选取三个目标维度，重构得到所述嵌入向量组对应的相空间的三维相图，其中，各个所述目标维度之间的间隔相同。
9.根据权利要求8所述的碰撞状态识别装置，其特征在于，所述延迟时间确定单元包括：
延迟时间获取子单元，用于应用交互信息法确定用于重构相空间的延迟时间。
10.根据权利要求8所述的碰撞状态识别装置，其特征在于，所述嵌入维度确定单元包括：
嵌入维度获取子单元，用于根据所述延迟时间，应用伪最近邻点法确定用于重构相空间的嵌入维度应用伪最近邻点法确定用于重构相空间的嵌入维度。
11.根据权利要求8所述的碰撞状态识别装置，其特征在于，所述空间碰撞位置获取模块还包括：
模量及方向梯度获取单元，用于分别确定所述三维相图中各个位置的切向量对应的模量序列和方向梯度序列；
其中，所述模量序列包括各个切向量分别对应的模量，所述方向梯度序列包括各个切向量分别对应的方向梯度；
空间碰撞位置确定单元，用于根据所述模量序列和方向梯度序列，确定处于碰撞状态中的所述目标钻头与目标岩石对应在重构的相空间中的空间碰撞位置。
12.根据权利要求7所述的碰撞状态识别装置，其特征在于，所述目标碰撞位置信息获取模块包括：
加速度信号变化图获取单元，用于获取加速度信号变化图，其中，所述加速度信号变化图用于表示预设周期内的各个时间节点以及各个所述时间节点对应的目标钻头的轴向振动的加速度信号；
目标碰撞位置信息标识单元，用于根据各个所述空间碰撞位置，在所述加速度信号变化图中标识出所述目标钻头与目标岩石在预设周期内发生碰撞时的各个目标碰撞位置，其中，多个所述目标碰撞位置组成所述目标碰撞状态信息。
13.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现权利要求1至6任一项所述的钻头与岩石间的碰撞状态识别方法的步骤。
14.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至6任一项所述的钻头与岩石间的碰撞状态识别方法的步骤。
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