油气及相关领域装备与数字孪生技术的结合，在保障国家能源安全、促进经济发展、提高科技水平、增强国际竞争力和推动环保发展方面具有重要作用。油气行业内已围绕钻井、完井、开采、油气储存运输装备的设计制造、性能预测、状态监测等方面开展了大量信息化数据建设工作，数字孪生技术前沿不断拓展和深化。数字孪生技术可将物理实体的属性、结构、状态、性能、功能和行为等映射到虚拟世界，形成高保真、动态多维、多尺度和多物理量的模型。因此，开展油气装备数字孪生技术研究，可推动油气装备数字化转型和智能化升级，实现装备的远程遥控和自主化运行。
物理实体采用等比缩小的齿轮齿条钻机提升系统模型，通过传感获取提升箱高度、提升电机转速等相关数据，根据数据实时映射策略将物理空间感知信息传输到数字空间，驱动孪生模型实现实时、高保真的提升箱空间位置和井架位移的变化。在数字空间中，接收来自物理空间经过滤波、降噪处理后的数据流，驱动孪生虚拟模型实时更新其姿态、位置、所受载荷等结构性能参数。在齿轮齿条钻机数字孪生系统中，可实时观测起升系统不同运行状态下井架的位移状态，实现对不同工况下齿轮齿条钻机提升箱井架的应力计算和可视化。
物体的数字化建模
1、实现齿轮齿条钻机机理模型与监测数据之间的融合。首先，利用传感器多角度、全方位、多属性地采集齿轮齿条钻机的数据，结合滤波、模态分解等手段，实现对多源数据的分割与降噪。考虑齿轮齿条钻机运行过程中受时变因素的影响，对齿轮齿条钻机运行过程中的状态信息进行更新，同时对结构力学性能数据进行动态计算与评估。
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