[发明专利]一种基于卡尔曼滤波的煤层气采集方法、系统及存储介质

说明书

本发明涉及一种基于卡尔曼滤波的煤层气采集方法、系统及存储介质，方法包括分别获取煤层气解吸时的温度实时测量值和压力实时测量值；基于卡尔曼滤波方法，根据温度实时测量值和压力实时测量值分别建立卡尔曼滤波模型，并根据卡尔曼滤波模型分别获取煤层气解吸时的温度最优估计值和压力最优估计值；分别获取温度最优估计值与预设的温度期望值之间的温度误差，以及压力最优估计值与预设的压力期望值之间的压力误差，基于模糊控制方法，根据温度误差和压力误差调节煤层气解吸时的气体收集阀的开度。本发明基于卡尔曼滤波方法和模糊控制方法，能实时检测数据并提高数据的精确度，实现煤层气气体的匀速采集，提升煤层气的采集效率，降低了开采成本。

技术领域

本发明涉及构造煤勘探开发技术领域，尤其涉及一种基于卡尔曼滤波的煤层气采集方法、系统及存储介质。

背景技术

构造煤广泛发育和构造煤煤层气资源丰富是煤层气资源的显著特征，对于构造煤原位煤层气的高效勘探开发已提上日程。在勘探开发的过程中，煤层气气体的收集会受到诸多因素的影响，如压力、温度、流量、位移等一系列物理量。针对于构造煤原位煤层气勘探开发系统，压力和温度对煤层气气体的解吸过程和收集速率影响很大，在解吸过程中，温度升高，煤层气的解吸率增大，温度降低，煤层气的解吸率减小；压力降低，煤层气的解吸率较大，压力升高，煤层气的解吸率减小，当温度升高且压力增大时，会加快煤层气气体的流速。因此对于地下构造煤原位煤层气开采过程中的温度和压力应该进行有效的测量，否则会引发煤层气开采过程中的效率低下，安全性、稳定性降低、甚至瓦斯爆炸等问题，温度和压力的数据采集对于构造煤原位煤层气高效勘探开发显得尤为重要。

而在煤层气勘探开发过程中，温度和压力的数据采集存在着很多的干扰因素，直接用传统的温度、压力传感器测量地下系统的数据无法保证数据的可靠性和稳定性，且温度和压力的变化会影响煤层气的解吸率和气体流速。

卡尔曼滤波方法是一种基于概率论和数理统计的优化自回归数据处理方法，采用由状态方程和测量方程组成的线性随机系统的状态空间模型来描述滤波器，并利用状态方程的递推性，以有限时间的数据作为计算依据，按线性无偏最小均方误差估计准则，采用一套递推方法对滤波器的状态变量作最佳估计，从而求得有用信号的最佳估计。测量方程的测量数据中包括系统中的噪声和干扰的影响，所以最佳估计也被看作是滤波过程。因此在煤层气的温度和压力的数据采集中，可以应用卡尔曼滤波算法来进行最优估计，抑制干扰。

在传统的控制领域里，控制系统动态模式的精确与否是影响控制优劣的最主要关键，系统动态的信息越详细，则越能达到精确控制的目的；然而对于复杂的系统，由于变量太多，往往难以正确地描述系统的动态。模糊控制算法作为一种智能控制算法，具有以下优势：不需要知道被控对象的数学模型；与人类脑部活动的特点一致：模糊性、经验性(模糊规则和推理均建立在人的成熟经验之上)；易构造(单片机、工业计算机、专用模糊控制芯片等均可以构造)；鲁棒性好；可适用于模型参数不确定或波动较大的线性和非线性系统的控制)。

然而目前在煤层气勘探开发上，还没有将卡尔曼滤波和模糊控制应用到该领域上，也还没有一种有效的智能化控制方法来控制煤层气解吸时的气体采集，来有效抑制煤层气采集控制过程中出现的控制干扰和数据采集中出现的噪声，以达到煤层气匀速采集的理想效果。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种基于卡尔曼滤波的煤层气采集方法、系统及存储介质。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种基于卡尔曼滤波的煤层气采集方法，包括以下步骤：

步骤1：分别获取所述煤层气解吸时的温度实时测量值和压力实时测量值；

步骤2：基于卡尔曼滤波方法，根据所述温度实时测量值和所述压力实时测量值分别建立卡尔曼滤波模型，并根据所述卡尔曼滤波模型分别获取所述煤层气解吸时的温度最优估计值和压力最优估计值；