自動控制理論在水庫工程信息化建設(shè)中的運(yùn)用

自動控制理論在信息技術(shù)的推動下進(jìn)一步成熟和發(fā)展，逐步實(shí)現(xiàn)了智能控制，而隨著相關(guān)研究的持續(xù)進(jìn)行，自動控制理論的應(yīng)用前景將更加廣闊。《水庫信息化工程新技術(shù)研究與實(shí)踐》一書以水庫工程為平臺，以自動控制理論為基礎(chǔ)對水庫工程信息化建設(shè)進(jìn)行了系統(tǒng)闡述，具體包括水庫自動測報(bào)系統(tǒng)開發(fā)、水庫實(shí)時(shí)洪水調(diào)度系統(tǒng)開發(fā)、水庫信息管理中心系統(tǒng)開發(fā)、水庫水質(zhì)監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)等，能夠?yàn)楝F(xiàn)實(shí)的水庫工程信息化建設(shè)提供借鑒和指導(dǎo)。

基于該書內(nèi)容，可以總結(jié)自動控制理論在水庫工程信息化建設(shè)中的應(yīng)用場景主要包括以下幾方面：第一，數(shù)據(jù)采集。數(shù)據(jù)采集追求高效和精確，才能為數(shù)據(jù)的良好應(yīng)用打下基礎(chǔ)，而要想實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，關(guān)鍵在于優(yōu)化數(shù)據(jù)采集的技術(shù)和方法。自動控制理論能為此提供助力，推動數(shù)據(jù)采集技術(shù)展現(xiàn)“自動化”特征。相較于傳統(tǒng)的人工觀測和記錄的數(shù)據(jù)采集方式，自動化數(shù)據(jù)采集不僅效率高，而且能有效避免人為因素的干擾，使所采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性更高。依據(jù)自動控制理論，傳感器、監(jiān)測儀表等自動化設(shè)備的引入，可以實(shí)現(xiàn)對水庫關(guān)鍵參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測和數(shù)據(jù)采集，比如水庫的水位、流量、水溫、水質(zhì)等。這些自動化設(shè)備在運(yùn)行時(shí)應(yīng)科學(xué)設(shè)置采樣頻率，確保所收集的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)覆蓋水庫所有時(shí)段，除此之外，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)也要能夠與數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)相聯(lián)通，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)哪康?。隨著時(shí)代發(fā)展，智能控制系統(tǒng)逐步得到開發(fā)。該系統(tǒng)在數(shù)據(jù)采集方面具備更高的自動化和智能化水平，智能化表現(xiàn)為該系統(tǒng)能自動識別環(huán)境條件和測量需求，以及自動調(diào)整采樣頻率和測量精度，提高數(shù)據(jù)采集效率和準(zhǔn)確性。第二，模型構(gòu)建。自動控制理論主要在“系統(tǒng)” 和“反饋” 兩個(gè)方面發(fā)揮作用，兩者同時(shí)以構(gòu)建模型為前提。具體到水庫工程信息化建設(shè)中，“系統(tǒng)”層面可通過數(shù)學(xué)建模來構(gòu)建水庫動態(tài)模型。該模型能夠綜合考慮水庫的水位、流量、入庫水量、蒸發(fā)量等因素，成為水庫蓄水、防洪、調(diào)節(jié)的重要依據(jù)，除此之外，外界因素也會被考量，如水庫與下游河流關(guān)系、水庫與周邊環(huán)境關(guān)系等，從而全面反映水庫的運(yùn)行狀態(tài)和變化過程。這一過程離不開相關(guān)算法和控制策略的支持，這也是模型參數(shù)估計(jì)和校準(zhǔn)的必要條件，能確保模型的準(zhǔn)確性和可靠性?！胺答仭睂用嬷饕非竽Ｐ偷膶?shí)時(shí)性和動態(tài)性。通過引入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和傳輸系統(tǒng)，可以將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)輸入模型，實(shí)現(xiàn)模型的動態(tài)更新和實(shí)時(shí)預(yù)測，為水庫工程信息化建設(shè)和運(yùn)行管理提供及時(shí)有效的支持。模型“反饋”作用的強(qiáng)化要強(qiáng)調(diào)模型的魯棒性和穩(wěn)定性，通過引入魯棒控制策略和方法，可以確保模型在面對各種復(fù)雜情況和干擾時(shí)，仍保持穩(wěn)定性和可靠性。第三，風(fēng)險(xiǎn)控制。自動控制理論通過構(gòu)建水庫工程的風(fēng)險(xiǎn)評估模型，能夠全面識別和分析水庫工程運(yùn)行過程中可能面臨的各種風(fēng)險(xiǎn)。這些風(fēng)險(xiǎn)包括但不限于水庫大壩的裂縫、滲流、滑坡等結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)，以及水庫調(diào)度不當(dāng)引發(fā)的洪水、干旱等運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)?；陲L(fēng)險(xiǎn)評估模型，可以對風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行定性和定量分析，評估風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生概率和可能造成的后果，為風(fēng)險(xiǎn)防控提供決策依據(jù)。在風(fēng)險(xiǎn)控制方面，自動控制理論為水庫工程提供了智能監(jiān)控和預(yù)警系統(tǒng)。通過引入傳感器、攝像頭等感知設(shè)備，系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測水庫工程的運(yùn)行狀態(tài)和關(guān)鍵參數(shù)，一旦發(fā)現(xiàn)異常情況或潛在風(fēng)險(xiǎn)，系統(tǒng)就能夠自動觸發(fā)預(yù)警機(jī)制，及時(shí)向管理部門發(fā)送預(yù)警信息，提醒管理人員采取相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)控制措施。此外，自動控制理論還為水庫工程提供了智能調(diào)度和優(yōu)化決策支持。通過構(gòu)建水庫調(diào)度模型，系統(tǒng)能夠綜合考慮水庫的蓄水、供水、防洪等多重目標(biāo)，以及水庫與上下游河流、水庫與周邊環(huán)境的關(guān)系，制定最優(yōu)調(diào)度方案。這種智能調(diào)度方式不僅能夠確保水庫工程的安全運(yùn)行，而且能提高水庫的綜合效益和可持續(xù)發(fā)展能力。第四，系統(tǒng)升級。自動控制理論為水庫工程信息系統(tǒng)的升級提供了理論框架。水庫工程信息系統(tǒng)的升級涉及多個(gè)方面，包括硬件設(shè)備更新、軟件系統(tǒng)升級、數(shù)據(jù)處理能力提升等。自動控制理論為這些方面的升級提供了統(tǒng)一的理論框架，確保了升級過程的系統(tǒng)性和協(xié)調(diào)性。自動控制理論為水庫工程信息系統(tǒng)的升級提供了優(yōu)化算法和控制策略。在信息系統(tǒng)升級過程中，需要綜合考慮各種因素，如系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、效率等。自動控制理論的優(yōu)化算法和控制策略能夠幫助我們找到最優(yōu)升級方案，確保升級后的系統(tǒng)更加高效、穩(wěn)定、可靠。自動控制理論還注重水庫工程信息系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和動態(tài)性。在信息系統(tǒng)升級過程中，需要引入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和傳輸系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)更新和動態(tài)監(jiān)測。自動控制理論為我們提供了進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理和分析的方法，確保升級后的系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)反映水庫工程的運(yùn)行狀態(tài)和變化過程。

作者簡介：毛顯斌（１９７３—），男，甘肅金昌人，金昌市水務(wù)投資有限責(zé)任公司高級工程師，研究方向?yàn)樗畮旃こ探ㄔO(shè)