旋挖钻进时的地层类型识别方法、装置、系统及旋挖钻机与流程

1.本发明涉及旋挖控制技术领域，尤其涉及一种旋挖钻进时的地层类型识别方法、装置、系统及旋挖钻机。


背景技术：

2.旋挖钻机主要用于建筑基础工程中的成孔作业，可以在大部分地层中使用，例如进行公路桥梁和高层修建等场景中的成孔作业。
3.目前，基于桩基作业的特殊性，在旋挖钻机钻进作业的过程中，尚无法自动识别并实时显示地层类型，施工工法的选择以及旋挖钻机作业参数的确定，主要依赖于事先的地质检测结果以及机手对旋挖钻机的操控经验和熟练程度，时常出现因旋挖钻机的作业参数选择不佳、作业属具不甚合适或者施工方法选择不当，导致施工效率低下。因此，如何在旋挖钻机钻进作业的过程中，自动识别地层类型并及时的或者实时的提示地层信息是目前业界亟待解决的专业技术问题。


技术实现要素：

4.本发明提供一种旋挖钻进时的地层类型识别方法、装置、系统及旋挖钻机，用以解决现有技术中存在的上述任何一个技术问题。
5.本发明提供一种旋挖钻进时的地层类型识别方法，包括：
6.基于旋挖钻机的第一状态数据识别所述旋挖钻机的工况；
7.当识别出所述旋挖钻机的工况为钻进时，获取所述旋挖钻机中与地层类型关联的第二状态数据，所述第二状态数据包括振动类型数据以及非振动类型数据；
8.基于所述第二状态数据提取表征地层类型的特征数据；
9.基于所述特征数据识别所述旋挖钻机钻进的当前地层类型，并控制发出所述当前地层类型的提示信息。
10.根据本发明提供的一种旋挖钻进时的地层类型识别方法，所述基于所述第二状态数据提取表征地层类型的特征数据，包括：
11.获得预设单位时长内所述非振动类型数据的统计数据；
12.获得所述预设单位时长内所述振动类型数据的统计数据；
13.将所述预设单位时长内所述非振动类型数据的统计数据与所述振动类型数据的统计数据融合，得到所述预设单位时长内的所述特征数据。
14.根据本发明提供的一种旋挖钻进时的地层类型识别方法，所述振动类型数据包括动力头振动信号，所述动力头振动信号包括三个正交方向的振动分量；
15.所述获得所述预设单位时长内所述振动类型数据的统计数据，包括:
16.对所述预设单位时长内所述动力头振动信号在每个正交方向的振动分量进行统计，得到所述预设单位时长内所述动力头振动信号在每个正交方向的时域统计数据；
17.所述时域统计数据可以包括以下项中的至少一项：偏度、峰度、峰值、均方根、裕度
因子和波形因子；
18.将所述预设单位时长内所述动力头振动信号在每个正交方向的振动分量进行傅里叶变换，得到所述预设单位时长内每个正交方向的功率密度谱；对所述预设单位时长内每个正交方向的功率密度谱进行统计，获得所述预设单位时长内每个正交方向的频域统计数据；
19.所述频域统计数据可以包括以下项中的至少一项：所述功率密度谱整个频率区间的功率均值，所述功率密度谱整个频率区间的功率方差，所述功率密度谱中各频率子区间分别对应的功率均值，所述功率密度谱中各频率子区间分别对应的功率方差；
20.将所述预设单位时长内每个正交方向的所述时域统计数据和所述频域统计数据，作为所述预设单位时长内所述振动类型数据的统计数据。
21.根据本发明提供的一种旋挖钻进时的地层类型识别方法，所述非振动类型数据包括动力头转速、动力头转矩、动力头加压压力、发动机转速和平均进尺速度；
22.所述获得预设单位时长内所述非振动类型数据的统计数据，包括：
23.统计所述预设单位时长内所述动力头转速的均值、所述动力头转矩的均值、所述动力头加压压力的均值、所述发动机转速的均值和所述平均进尺速度的均值，作为所述预设单位时长内所述非振动类型数据的统计数据。
24.根据本发明提供的一种旋挖钻进时的地层类型识别方法，所述基于所述特征数据识别所述旋挖钻机钻进的当前地层类型，包括：
25.将所述特征数据输入地层类型识别模型，获得所述地层类型识别模型输出的所述当前地层类型；
26.其中，所述地层类型识别模型是基于特征数据样本和对应的地层类型样本，对随机森林模型进行训练得到的。
27.根据本发明提供的一种旋挖钻进时的地层类型识别方法，所述控制发出所述当前地层类型的提示信息，包括：
28.控制所述旋挖钻机中的显示屏显示所述当前地层类型的提示信息。
29.根据本发明提供的一种旋挖钻进时的地层类型识别方法，所述第一状态数据包括发动机转速、发动机扭矩、主泵的压力、辅泵的压力、回转角度、下放深度和成孔深度；
30.所述基于所述旋挖钻机的第一状态数据识别所述旋挖钻机的工况，包括：
31.当所述第一状态数据满足钻进条件时，确定所述旋挖钻机的工况为钻进；其中，所述钻进条件包括：
32.所述发动机转速大于预设转速；
33.所述主泵的压力或者所述辅泵的压力大于预设压力；
34.所述回转角度在预设角度范围内；
35.所述发动机扭矩大于预设扭矩；
36.所述下放深度大于或者等于零；
37.所述下放深度的变化量大于零；
38.所述下放深度大于或者等于所述成孔深度。
39.本发明还提供一种旋挖钻进时的地层类型识别装置，包括：
40.工况识别模块，用于基于旋挖钻机的第一状态数据识别所述旋挖钻机的工况；
41.数据获取模块，用于当识别出所述旋挖钻机的工况为钻进时，获取所述旋挖钻机中与地层类型关联的第二状态数据，所述第二状态数据包括振动类型数据以及非振动类型数据；
42.特征提取模块，用于基于所述第二状态数据提取表征地层类型的特征数据；
43.地层识别提示模块，用于基于所述特征数据识别所述旋挖钻机钻进的当前地层类型，并控制发出所述当前地层类型的提示信息。
44.本发明还提供一种旋挖钻进时的地层类型识别系统，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述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如上述任一种所述旋挖钻进时的地层类型识别方法。
45.本发明还提供一种旋挖钻机，包括如上述任一种所述的旋挖钻进时的地层类型识别系统。
46.本发明还提供一种电子设备，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如上述任一种所述旋挖钻进时的地层类型识别方法。
47.本发明还提供一种非暂态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如上述任一种所述旋挖钻进时的地层类型识别方法。
48.本发明提供的旋挖钻进时的地层类型识别方法，可以基于旋挖钻机的第一状态数据识别所述旋挖钻机的工况，在识别出所述旋挖钻机的工况为钻进的情况下，可以获取所述旋挖钻机中与地层类型关联的第二状态数据，从第二状态数据包括的振动类型数据以及非振动类型数据中可以提取表征地层类型的特征数据，进而基于所述特征数据识别所述旋挖钻机钻进的当前地层类型，并控制发出所述当前地层类型的提示信息，从而实现了在旋挖钻机钻进的过程中，自动识别和提示地层类型，如此，可以使得旋挖钻机的操作者在操纵旋挖钻机钻进的过程中实时了解当前地层类型，进而，操作者可以根据当前地层类型来调整旋挖钻机的作业参数或者更换合适的钻具，以有效提高施工效率。
附图说明
49.为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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。
50.图1是本发明提供的旋挖钻进时的地层类型识别方法的流程示意图；
51.图2是本发明提供的在显示屏中显示当前地层类型的提示信息的结构示意图；
52.图3是本发明提供的旋挖钻进时的地层类型识别装置的结构示意图；
53.图4是本发明提供的电子设备的结构示意图。
54.附图标记：
55.210：显示屏；220：地层类型展示区域；310：工况识别模块；320：数据获取模块；330：特征提取模块；340：地层识别提示模块；410：处理器；420：通信接口；430：存储器；440：通信总线。
具体实施方式
56.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
57.本实施例提供一种旋挖钻进时的地层类型识别方法，可以由旋挖钻机中的控制器执行，如图1所示，该旋挖钻进时的地层类型识别方法可以包括：
58.步骤110、基于旋挖钻机的第一状态数据识别所述旋挖钻机的工况。
59.旋挖钻机包括上车回转平台，上车回转平台上设置主泵、辅泵、发动机、主卷扬和动力头等等。发动机可以驱动主泵和辅泵为主卷扬和动力头等执行机构的工作供油。主卷扬可以控制动力头上提和下放，下放时的深度即下放深度。
60.旋挖钻机的第一状态数据是与旋挖钻机的工况关联的数据，用于识别旋挖钻机的工况，例如，可以包括发动机转速、发动机扭矩、主泵的压力、辅泵的压力、回转角度、下放深度和成孔深度。其中，成孔深度也即钻孔深度。回转角度是上车回转平台的回转角度。
61.旋挖钻机的工况可以包括未施工、怠速、回转、下放、上提、甩土、清孔、钻进以及其它工况。
62.步骤120、当识别出所述旋挖钻机的工况为钻进时，获取所述旋挖钻机中与地层类型关联的第二状态数据，所述第二状态数据包括振动类型数据以及非振动类型数据。
63.这里，第二状态数据用于进行地层类型识别。地层类型可以按照硬度来划分，示例性的，包括土、软岩(例如强风化岩石)、中硬度岩石(例如砂岩)和强硬度的岩石(例如花岗岩)。
64.在旋挖钻机的工况为钻进时，可以进行地层类型的识别，在旋挖钻机的工况不是钻进时，则可以不进行地层类型的识别。
65.所述振动类型数据是指旋挖钻机中的振动数据，例如包括动力头振动信号。旋挖钻机的动力头到达不同地层类型时，因其硬度不同，旋挖钻机的动力头产生的振动情况不同，因此可以结合动力头振动信号来识别当前地层类型。实施中，可以在动力头上设置振动传感器，振动传感器可以通过以太网用户数据报协议(udp，user datagram protocol)进行动力头振动信号的传输。控制器可以接收振动传感器采集的动力头振动信号。
66.非振动类型数据是旋挖钻机的振动数据之外的与地层类型关联的状态数据。示例性的，所述非振动类型数据包括动力头转速、动力头转矩、动力头加压压力、发动机转速和平均进尺速度，旋挖钻机的动力头到达不同地层类型时，因其硬度不同，动力头转速、动力头转矩、动力头加压压力、发动机转速和平均进尺速度也会产生相应的变化，因此还可以结合动力头转速、动力头转矩、动力头加压压力、发动机转速和平均进尺速度来识别当前地层类型。
67.实施中，可以通过旋挖钻机的动力头上的扭矩传感器采集动力头扭矩，通过动力头上的转速传感器采集动力头转速，通过发动机上的转速传感器采集发动机转速，基于主卷扬上的测深传感器获得平均进尺速度，通过压力传感器获得动力头加压压力，各传感器传输数据至控制器时，可以通过can进行非振动类型数据的传输。
68.若接收的非振动类型数据和振动类型数据中存在异常值和缺失值，则采用与异常
值相邻的值进行替换，或者采用与缺失值相邻的值进行补充，以避免地层识别中断而影响施工。异常值包括超出预设范围的值。
69.步骤130、基于所述第二状态数据提取表征地层类型的特征数据。
70.步骤140、基于所述特征数据识别所述旋挖钻机钻进的当前地层类型，并控制发出所述当前地层类型的提示信息。
71.本实施例中，可以基于旋挖钻机的第一状态数据识别所述旋挖钻机的工况，在识别出所述旋挖钻机的工况为钻进的情况下，可以获取所述旋挖钻机中与地层类型关联的第二状态数据，从第二状态数据包括的振动类型数据以及非振动类型数据中可以提取表征地层类型的特征数据，进而基于所述特征数据识别所述旋挖钻机钻进的当前地层类型，并控制所述旋挖钻机发出所述当前地层类型的提示信息，从而实现了在旋挖钻机钻进的过程中，自动识别和提示地层类型，如此，可以使得旋挖钻机的操作者在操纵旋挖钻机钻进的过程中及时准确地了解当前地层类型，进而，操作者可以根据当前地层类型来调整旋挖钻机的作业参数、更换更加适合当前地层类型的钻头钻具，或者改变施工工法，从而能够有效的提高施工效率。
72.在示例性实施例中，所述基于所述第二状态数据提取表征地层类型的特征数据，具体可以包括：
73.获得预设单位时长内所述非振动类型数据的统计数据；
74.获得所述预设单位时长内所述振动类型数据的统计数据；
75.将所述预设单位时长内所述非振动类型数据的统计数据与所述振动类型数据的统计数据融合，得到所述预设单位时长内的所述特征数据。
76.示例性的，其中的预设单位时长可以是秒，当然也可以是分等等。例如，可以获得每秒内所述非振动类型数据的统计数据a和b，以及所述振动类型数据的统计数据c和d，将每秒内所述非振动类型数据的统计数据a和b与所述振动类型数据的统计数据c和d拼接得到a，b，c和d，作为每秒内的所述特征数据。如果有80秒，则得到80条特征数据。一条特征数据用于识别出一个对应的地层类型。
77.在实际应用中，与非振动类型数据相比，振动类型数据的采集频率比较高，且非振动类型数据之间的采集频率也不完全相同，为方便将两种数据进行融合，本实施例中，在每个预设单位时长内，对非振动类型数据进行统计得到非振动类型数据的统计数据，对振动类型数据进行统计得到振动类型数据的统计数据，然后将非振动类型数据的统计数据和振动类型数据的统计数据拼接从而将二者融合，得到预设单位时长的一条特征数据，不仅运算简单，而且可以准确反映地层类型特征，利于快速准确的识别地层类型。
78.在示例性实施例中，在所述振动类型数据包括动力头振动信号的情况下，所述动力头振动信号包括三个正交方向的振动分量。相应的，所述获得所述预设单位时长内所述振动类型数据的统计数据，具体可以包括:
79.第一步、对所述预设单位时长内所述动力头振动信号在每个正交方向的振动分量进行统计，得到所述预设单位时长内所述动力头振动信号在每个正交方向的时域统计数据，所述时域统计数据可以包括以下项中的至少一项：偏度、峰度、峰值、均方根、裕度因子和波形因子。
80.示例性的，动力头振动信号可以包括x轴、y轴和z轴三个正交方向的振动分量。
81.振动传感器采集的动力头振动信号是时域上的振动信号。其中，偏度、峰度、峰值、均方根、裕度因子和波形因子是振动信号的时域特征，旋挖钻机的动力头到达不同地层类型时，因其硬度不同，旋挖钻机的动力头产生的振动情况不同，而动力头振动信号的时域特征则可以反映出不同的振动情况，因此，可以对所述预设单位时长内所述动力头振动信号在x轴、y轴和z轴三个正交方向的振动分量分别进行统计得到x轴、y轴和z轴三个正交方向的时域统计数据。例如，对每秒内所述动力头振动信号在x轴、y轴和z轴三个正交方向的振动分量分别进行统计得到x轴、y轴和z轴三个正交方向的偏度、峰度、峰值、均方根、裕度因子和波形因子，如此，每秒得到的时域统计数据包括18项数据。
82.第二步、将所述预设单位时长内所述动力头振动信号在每个正交方向的振动分量进行傅里叶变换，得到所述预设单位时长内每个正交方向的功率密度谱；对所述预设单位时长内每个正交方向的功率密度谱进行统计，获得所述预设单位时长内每个正交方向的频域统计数据，所述频域统计数据可以包括以下项中的至少一项：所述功率密度谱整个频率区间的功率均值，所述功率密度谱整个频率区间的功率方差，所述功率密度谱中各频率子区间分别对应的功率均值，所述功率密度谱中各频率子区间分别对应的功率方差。
83.预设单位时长内动力头振动信号在x轴、y轴和z轴三个正交方向的振动分量分别进行傅里叶变换后，可以得到预设单位时长内x轴、y轴和z轴三个正交方向的功率密度谱，该功率密度谱表征信号功率在不同频率上的分布情况。
84.实施中，可以基于功率密度谱中整个频率区间各频率的功率求均值和方差，得到所述功率密度谱整个频率区间的功率均值和所述功率密度谱整个频率区间的功率方差。还可以将功率密度谱中整个频率区间划分成多个频率子区间，然后基于一个频率子区间各频率的功率求均值和方差以得到一个频率子区间对应的功率均值和功率方差。从而可以得到x轴、y轴和z轴三个正交方向的频域统计数据，即得到动力头振动信号的频域特征。通过将功率密度谱中整个频率区间划分成多个频率子区间的方式，可以保留局部的频域特征，从而可以得到更加准确的特征数据。
85.频率子区间的个数可以根据实际情况设置，示例性的，频率子区间的个数在预设个数范围内，示例性为5～10，既可以保留各局部的频域特征又不影响地层识别的效率。
86.旋挖钻机的动力头到达不同地层类型时，因其硬度不同，旋挖钻机的动力头产生的振动情况不同，而上述动力头振动信号的频域特征也可以反映出不同的振动情况。
87.例如频率子区间的个数为10，对每秒内所述动力头振动信号在x轴、y轴和z轴三个正交方向的功率密度谱分别进行统计得到x轴、y轴和z轴三个正交方向的以下数据：所述功率密度谱整个频率区间的功率均值，所述功率密度谱整个频率区间的功率方差，所述功率密度谱中各频率子区间分别对应的功率均值，所述功率密度谱中各频率子区间分别对应的功率方差。如此，每秒得到的频域统计数据包括66项数据。
88.第三步、将所述预设单位时长内每个正交方向的所述时域统计数据和所述频域统计数据，作为所述预设单位时长内所述振动类型数据的统计数据。
89.具体的，将所述预设单位时长内每个正交方向的所述时域统计数据和所述频域统计数据拼接，得到所述预设单位时长内所述振动类型数据的统计数据。例如，将上述举例的时域统计数据的18项数据与频域统计数据的66项数据拼接，得到的每秒振动类型数据的统计数据包括84项数据。
90.本实施例中，通过对动力头振动信号在时域和频域上的统计和分析，得到的所述振动类型数据的统计数据非常丰富，从而可以进一步提升地层类型识别的准确性。
91.在示例性实施例中，在所述非振动类型数据包括动力头转速、动力头转矩、动力头加压压力、发动机转速和平均进尺速度的情况下，所述获得预设单位时长内所述非振动类型数据的统计数据，具体可以包括：统计所述预设单位时长内所述动力头转速的均值、所述动力头转矩的均值、所述动力头加压压力的均值、所述发动机转速的均值和所述平均进尺速度的均值，作为所述预设单位时长内所述非振动类型数据的统计数据。
92.举例来说，可以统计每秒内所述动力头转速的均值、所述动力头转矩的均值、所述动力头加压压力的均值、所述发动机转速的均值和所述平均进尺速度的均值，得到的每秒所述非振动类型数据的统计数据包括5项数据，结合上述每秒振动类型数据的统计数据包括的84项数据，最终得到每秒的特征数据包括89项数据。如此，结合89项多模态数据进行地层类型的识别，数据更加全面，识别更加准确。
93.本实施例中，直接求每个预设单位时长内动力头转速、动力头转矩、动力头加压压力、发动机转速和平均进尺速度的均值，从而将一个预设单位时长内的动力头转速、动力头转矩、动力头加压压力、发动机转速和平均进尺速度分别融合成一个数据，计算简单，提高了处理效率。
94.当然，也可以分别统计每秒内所述动力头转速的总和、所述动力头转矩的总和、所述动力头加压压力的总和、所述发动机转速的总和以及所述平均进尺速度的总和，等等。
95.在示例性实施例中，所述基于所述特征数据识别所述旋挖钻机钻进的当前地层类型，具体可以包括：
96.将所述特征数据输入地层类型识别模型，获得所述地层类型识别模型输出的所述当前地层类型；
97.其中，所述地层类型识别模型是基于特征数据样本和对应的地层类型样本，对随机森林模型进行训练得到的。
98.在实际应用中，可以预先采集振动类型数据样本和所述非振动类型数据样本，并进行预处理，包括缺失值和异常值的处理，然后基于预处理后的振动类型数据样本和所述非振动类型数据样本，提取表征地层类型的特征数据样本。标记特征数据样本对应的地层类型样本，并将特征数据样本及标记的地层类型样本输入随机森林模型进行训练，得到地层类型识别模型。所述地层类型识别模型用于基于所述特征数据识别地层类型。
99.本实施例中，通过随机森林模型学习表征地层类型的特征数据样本和对应的地层类型样本之间的隐含关系，从而可以快速识别出地层类型，不易出现过拟合，具有抗噪声能力，地层类型识别准确率更高。
100.当然，也可以采用其它的机器学习模型训练得到地层类型识别模型。
101.以上仅是示例性的介绍了一种基于所述特征数据识别所述旋挖钻机钻进的当前地层类型的方式，也可以采用其它方式，例如可以将特征数据中的每项数据按照预设的数值与评分的对应关系转换成每项数据对应的评分，对各评分加权求和，基于求和结果确定旋挖钻机钻进的当前地层类型，等等。
102.在示例性实施例中，所述控制发出所述当前地层类型的提示信息，具体可以包括：控制所述旋挖钻机中的显示屏显示所述当前地层类型的提示信息。
103.旋挖钻机中包括显示屏，通过旋挖钻机的显示屏显示所述当前地层类型的提示信息，更加直观，方便操作者查看当前地层类型。其中的提示信息可以是文本或者地层类型的图像等等。
104.作为一种优选的实施方式，可以控制旋挖钻机中的显示屏采用图像的方式显示当前地层类型的提示信息。例如，可以在显示屏210中设置地层类型展示区域220，在地层类型展示区域220对当前地层类型进行实时显示，具体如图2所示。通过采用图像的方式，可以使得操作者对孔下情况一目了然，从而操作者可以根据孔下情况及时、准确地控制作业参数，或者及时的更换作业属具、优化调整施工工法，以最大可能的提高作业效率。
105.在示例性实施例中，在所述第一状态数据包括发动机转速、发动机扭矩、主泵的压力、辅泵的压力、回转角度、下放深度和成孔深度的情况下，所述基于所述旋挖钻机的第一状态数据识别所述旋挖钻机的工况，具体可以包括：
106.当所述第一状态数据满足钻进条件时，确定所述旋挖钻机的工况为钻进；其中，所述钻进条件包括：
107.所述发动机转速大于预设转速；
108.所述主泵的压力或者所述辅泵的压力大于预设压力；
109.所述回转角度在预设角度范围内；
110.所述发动机扭矩大于预设扭矩；
111.所述下放深度大于或者等于零；
112.所述下放深度的变化量大于零；
113.所述下放深度大于或者等于所述成孔深度。
114.实际应用中，可以结合发动机转速、发动机扭矩、主泵的压力、辅泵的压力、回转角度、下放深度和成孔深度准确识别旋挖钻机的各种工况，示例性的：
115.一、若发动机转速≤预设转速，则旋挖钻机的工况为未施工。
116.二、若发动机》预设转速，且，主泵或辅泵的压力≤预设压力，旋挖钻机的工况为怠速。
117.三、若发动机》预设转速，且，所述主泵或辅泵的压力》预设压力，回转角度超出预设角度范围，下放深度《0，则旋挖钻机的工况为回转。
118.四、若发动机》预设转速，且，所述主泵或辅泵的压力》预设压力，回转角度超出预设角度范围，下放深度≥0，则旋挖钻机的工况为其它工况。
119.五、若发动机》预设转速，且，所述主泵或辅泵的压力》预设压力，所述回转角度在预设角度范围内，所述发动机扭矩》预设扭矩，下放深度《0，则旋挖钻机的工况为甩土。
120.六、若发动机》预设转速，且，所述主泵或辅泵的压力》预设压力，所述回转角度在预设角度范围内，所述发动机扭矩》预设扭矩，下放深度≥0，所述下放深度的变化量≤0，则旋挖钻机的工况为其它工况。其中，下放深度的变化量是指相邻两个采集时刻中后一个采集时刻相对前一个采集时刻下放深度的变化量。
121.七、若发动机》预设转速，且，所述主泵或辅泵的压力》预设压力，所述回转角度在预设角度范围内，所述发动机扭矩》预设扭矩，下放深度≥0，所述下放深度的变化量》0，所述下放深度《所述成孔深度，则旋挖钻机的工况为清孔。
122.八、若发动机》预设转速，且，所述主泵或辅泵的压力》预设压力，所述回转角度在
预设角度范围内，所述发动机扭矩》预设扭矩，下放深度≥0，所述下放深度的变化量》0，所述下放深度≥所述成孔深度，则旋挖钻机的工况为钻进。
123.九、若发动机》预设转速，且，所述主泵或辅泵的压力》预设压力，所述回转角度在预设角度范围内，0≤所述发动机扭矩≤预设扭矩，所述下放深度的变化量》0，则旋挖钻机的工况为下放。
124.十、若发动机》预设转速，且，所述主泵或辅泵的压力》预设压力，所述回转角度在预设角度范围内，0≤所述发动机扭矩≤预设扭矩，所述下放深度的变化量≤0，则旋挖钻机的工况为上提。
125.下面对本发明提供的旋挖钻进时的地层类型识别装置进行描述，下文描述的旋挖钻进时的地层类型识别装置与上文描述的旋挖钻进时的地层类型识别方法可相互对应参照。
126.本实施例提供一种旋挖钻进时的地层类型识别装置，如图3所示，包括：
127.工况识别模块310，用于基于旋挖钻机的第一状态数据识别所述旋挖钻机的工况；
128.数据获取模块320，用于当识别出所述旋挖钻机的工况为钻进时，获取所述旋挖钻机中与地层类型关联的第二状态数据，所述第二状态数据包括振动类型数据以及非振动类型数据；
129.特征提取模块330，用于基于所述第二状态数据提取表征地层类型的特征数据；
130.地层识别提示模块340，用于基于所述特征数据识别所述旋挖钻机钻进的当前地层类型，并控制发出所述当前地层类型的提示信息。
131.在示例性实施例中，特征提取模块330，具体用于：
132.获得预设单位时长内所述非振动类型数据的统计数据；
133.获得所述预设单位时长内所述振动类型数据的统计数据；
134.将所述预设单位时长内所述非振动类型数据的统计数据与所述振动类型数据的统计数据融合，得到所述预设单位时长内的所述特征数据。
135.在示例性实施例中，所述振动类型数据包括动力头振动信号，所述动力头振动信号包括三个正交方向的振动分量；
136.特征提取模块330，具体用于：
137.对所述预设单位时长内所述动力头振动信号在每个正交方向的振动分量进行统计，得到所述预设单位时长内所述动力头振动信号在每个正交方向的时域统计数据。所述时域统计数据可以包括以下项中的至少一项：偏度、峰度、峰值、均方根、裕度因子和波形因子；
138.将所述预设单位时长内所述动力头振动信号在每个正交方向的振动分量进行傅里叶变换，得到所述预设单位时长内每个正交方向的功率密度谱；对所述预设单位时长内每个正交方向的功率密度谱进行统计，获得所述预设单位时长内每个正交方向的频域统计数据。所述频域统计数据可以包括以下项中的至少一项：所述功率密度谱整个频率区间的功率均值，所述功率密度谱整个频率区间的功率方差，所述功率密度谱中各频率子区间分别对应的功率均值，所述功率密度谱中各频率子区间分别对应的功率方差；
139.将所述预设单位时长内每个正交方向的所述时域统计数据和所述频域统计数据，作为所述预设单位时长内所述振动类型数据的统计数据。
140.在示例性实施例中，所述非振动类型数据包括动力头转速、动力头转矩、动力头加压压力、发动机转速和平均进尺速度；
141.特征提取模块330，具体用于：
142.统计所述预设单位时长内所述动力头转速的均值、所述动力头转矩的均值、所述动力头加压压力的均值、所述发动机转速的均值和所述平均进尺速度的均值。
143.在示例性实施例中，地层识别提示模块340，具体用于：
144.将所述特征数据输入地层类型识别模型，获得所述地层类型识别模型输出的所述当前地层类型；
145.其中，所述地层类型识别模型是基于特征数据样本和对应的地层类型样本，对随机森林模型进行训练得到的。
146.在示例性实施例中，地层识别提示模块340，具体用于：
147.控制所述旋挖钻机中的显示屏显示所述当前地层类型的提示信息。
148.在示例性实施例中，所述第一状态数据包括发动机转速、发动机扭矩、主泵的压力、辅泵的压力、回转角度、下放深度和成孔深度；
149.所述工况识别模块310，具体用于：
150.当所述第一状态数据满足钻进条件时，确定所述旋挖钻机的工况为钻进；其中，所述钻进条件包括：
151.所述发动机转速大于预设转速；
152.所述主泵的压力或者所述辅泵的压力大于预设压力；
153.所述回转角度在预设角度范围内；
154.所述发动机扭矩大于预设扭矩；
155.所述下放深度大于或者等于零；
156.所述下放深度的变化量大于零；
157.所述下放深度大于或者等于所述成孔深度。
158.本实施例还提供一种旋挖钻进时的地层类型识别系统，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述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如上述任一实施例所提供的旋挖钻进时的地层类型识别方法。处理器可以是上述控制器。
159.其中的存储器可以是旋挖钻机的显示屏中的存储器，或者硬盘等等。
160.在示例性实施例中，旋挖钻进时的地层类型识别系统还包括设置于动力头上的振动传感器，振动传感器用于采集动力头振动信号。
161.在示例性实施例中，旋挖钻进时的地层类型识别系统还包括：
162.动力头上的转速传感器，用于采集动力头转速；
163.发动机上的转速传感器，用于采集发动机转速；
164.主卷扬上的测深传感器，用于获得平均进尺速度；
165.压力传感器，用于获得动力头加压压力。
166.本实施例还提供一种旋挖钻机，包括如上述任一实施例所提供的旋挖钻进时的地层类型识别系统。
167.图4示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图4所示，该电子设备可以包括：处
理器(processor)410、通信接口(communications interface)420、存储器(memory)430和通信总线440，其中，处理器410，通信接口420，存储器430通过通信总线440完成相互间的通信。处理器410可以调用存储器430中的逻辑指令，以执行旋挖钻进时的地层类型识别方法，该方法包括：
168.基于旋挖钻机的第一状态数据识别所述旋挖钻机的工况；
169.当识别出所述旋挖钻机的工况为钻进时，获取所述旋挖钻机中与地层类型关联的第二状态数据，所述第二状态数据包括振动类型数据以及非振动类型数据；
170.基于所述第二状态数据提取表征地层类型的特征数据；
171.基于所述特征数据识别所述旋挖钻机钻进的当前地层类型，并控制发出所述当前地层类型的提示信息。
172.此外，上述的存储器430中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
173.另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的旋挖钻进时的地层类型识别方法，该方法包括：
174.基于旋挖钻机的第一状态数据识别所述旋挖钻机的工况；
175.当识别出所述旋挖钻机的工况为钻进时，获取所述旋挖钻机中与地层类型关联的第二状态数据，所述第二状态数据包括振动类型数据以及非振动类型数据；
176.基于所述第二状态数据提取表征地层类型的特征数据；
177.基于所述特征数据识别所述旋挖钻机钻进的当前地层类型，并控制发出所述当前地层类型的提示信息。
178.又一方面，本发明还提供一种非暂态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以执行上述各提供的旋挖钻进时的地层类型识别方法，该方法包括：
179.基于旋挖钻机的第一状态数据识别所述旋挖钻机的工况；
180.当识别出所述旋挖钻机的工况为钻进时，获取所述旋挖钻机中与地层类型关联的第二状态数据，所述第二状态数据包括振动类型数据以及非振动类型数据；
181.基于所述第二状态数据提取表征地层类型的特征数据；
182.基于所述特征数据识别所述旋挖钻机钻进的当前地层类型，并控制发出所述当前地层类型的提示信息。
183.以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单
元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
184.通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
185.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种旋挖钻进时的地层类型识别方法，其特征在于，包括：基于旋挖钻机的第一状态数据识别所述旋挖钻机的工况；当识别出所述旋挖钻机的工况为钻进时，获取所述旋挖钻机中与地层类型关联的第二状态数据，所述第二状态数据包括振动类型数据以及非振动类型数据；基于所述第二状态数据提取表征地层类型的特征数据；基于所述特征数据识别所述旋挖钻机钻进的当前地层类型，并控制发出所述当前地层类型的提示信息。2.根据权利要求1所述的旋挖钻进时的地层类型识别方法，其特征在于，所述基于所述第二状态数据提取表征地层类型的特征数据，包括：获得预设单位时长内所述非振动类型数据的统计数据；获得所述预设单位时长内所述振动类型数据的统计数据；将所述预设单位时长内所述非振动类型数据的统计数据与所述振动类型数据的统计数据融合，得到所述预设单位时长内的所述特征数据。3.根据权利要求2所述的旋挖钻进时的地层类型识别方法，其特征在于，所述振动类型数据包括动力头振动信号，所述动力头振动信号包括三个正交方向的振动分量；所述获得所述预设单位时长内所述振动类型数据的统计数据，包括:对所述预设单位时长内所述动力头振动信号在每个正交方向的振动分量进行统计，得到所述预设单位时长内所述动力头振动信号在每个正交方向的时域统计数据；将所述预设单位时长内所述动力头振动信号在每个正交方向的振动分量进行傅里叶变换，得到所述预设单位时长内每个正交方向的功率密度谱；对所述预设单位时长内每个正交方向的功率密度谱进行统计，获得所述预设单位时长内每个正交方向的频域统计数据。4.根据权利要求2所述的旋挖钻进时的地层类型识别方法，其特征在于，所述非振动类型数据包括动力头转速、动力头转矩、动力头加压压力、发动机转速和平均进尺速度；所述获得预设单位时长内所述非振动类型数据的统计数据，包括：统计所述预设单位时长内所述动力头转速的均值、所述动力头转矩的均值、所述动力头加压压力的均值、所述发动机转速的均值和所述平均进尺速度的均值。5.根据权利要求1所述的旋挖钻进时的地层类型识别方法，其特征在于，所述基于所述特征数据识别所述旋挖钻机钻进的当前地层类型，包括：将所述特征数据输入地层类型识别模型，获得所述地层类型识别模型输出的所述当前地层类型；其中，所述地层类型识别模型是基于特征数据样本和对应的地层类型样本，对随机森林模型进行训练得到的。6.根据权利要求1所述的旋挖钻进时的地层类型识别方法，其特征在于，所述控制发出所述当前地层类型的提示信息，包括：控制所述旋挖钻机中的显示屏显示所述当前地层类型的提示信息。7.根据权利要求1至6任一项所述的旋挖钻进时的地层类型识别方法，其特征在于，所述第一状态数据包括发动机转速、发动机扭矩、主泵的压力、辅泵的压力、回转角度、下放深度和成孔深度；
所述基于所述旋挖钻机的第一状态数据识别所述旋挖钻机的工况，包括：当所述第一状态数据满足钻进条件时，确定所述旋挖钻机的工况为钻进；其中，所述钻进条件包括：所述发动机转速大于预设转速；所述主泵的压力或者所述辅泵的压力大于预设压力；所述回转角度在预设角度范围内；所述发动机扭矩大于预设扭矩；所述下放深度大于或者等于零；所述下放深度的变化量大于零；所述下放深度大于或者等于所述成孔深度。8.一种旋挖钻进时的地层类型识别装置，其特征在于，包括：工况识别模块，用于基于旋挖钻机的第一状态数据识别所述旋挖钻机的工况；数据获取模块，用于当识别出所述旋挖钻机的工况为钻进时，获取所述旋挖钻机中与地层类型关联的第二状态数据，所述第二状态数据包括振动类型数据以及非振动类型数据；特征提取模块，用于基于所述第二状态数据提取表征地层类型的特征数据；地层识别提示模块，用于基于所述特征数据识别所述旋挖钻机钻进的当前地层类型，并控制发出所述当前地层类型的提示信息。9.一种旋挖钻进时的地层类型识别系统，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述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如权利要求1至7任一项所述旋挖钻进时的地层类型识别方法。10.一种旋挖钻机，其特征在于，包括如权利要求9所述的旋挖钻进时的地层类型识别系统。

技术总结
本发明涉及旋挖控制领域，提供一种旋挖钻进时的地层类型识别方法、装置、系统及旋挖钻机，其中方法包括：基于旋挖钻机的第一状态数据识别旋挖钻机的工况；当识别出旋挖钻机的工况为钻进时，获取旋挖钻机中与地层类型关联的第二状态数据，第二状态数据包括振动类型数据以及非振动类型数据；基于第二状态数据提取表征地层类型的特征数据；基于特征数据识别旋挖钻机钻进的当前地层类型，并控制发出当前地层类型的提示信息，从而能够在旋挖钻机钻进的过程中，自动识别地层类型并显示识别结果，进而，操作者可以根据当前地层类型来调整旋挖钻机的作业参数或者更换钻具，以提高施工效率。以提高施工效率。以提高施工效率。


技术研发人员：张祎庭 李太为 张海峰
受保护的技术使用者：北京三一智造科技有限公司
技术研发日：2023.07.12
技术公布日：2023/9/9