水利信息化與自動化的應用現(xiàn)狀與發(fā)展

［摘 要］隨著信息技術的飛速發(fā)展，水利信息化與自動化已成為提升水利工程建設與管理效率的關鍵手段。文章探討了當前水利信息化與自動化的應用現(xiàn)狀，分析了其存在的問題，并提出了相應的解決措施，展望了未來的發(fā)展趨勢。

［關鍵詞］水利信息化；自動化；應用現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢；技術集成；安全保障

［中圖分類號］TV21-39 ［文獻標志碼］A ［文章編號］2095–6487（2024）05–0126–03

1 水利信息化與自動化的重要性

（1）水利信息化與自動化能夠顯著提升水利管理的效率和水平。通過運用現(xiàn)代信息技術和自動化設備，可以實現(xiàn)對水利信息的實時采集、傳輸和處理，為水利管理提供準確、及時的數(shù)據(jù)支持。這有助于決策者更加全面地了解水利工程的運行狀態(tài)，從而做出更為科學、合理的決策。

（2）水利信息化與自動化有助于提升水利工程的運行效率和安全性。自動化設備和系統(tǒng)的應用可以實現(xiàn)對水利工程的自動控制和智能管理，減少人為因素的干擾和誤差，降低運行風險。

（3）信息化手段還可以幫助人們優(yōu)化水利工程的運行方案，提高工程的經濟效益和社會效益。

（4）水利信息化與自動化對于促進水利事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。通過優(yōu)化資源配置和降低能源消耗，可以實現(xiàn)水資源的合理高效利用，推動水利事業(yè)的綠色化發(fā)展。同時，水利信息化與自動化還可以為水利科研和技術創(chuàng)新提供有力支持，推動水利事業(yè)的持續(xù)進步和發(fā)展。

2 水利信息化與自動化的應用現(xiàn)狀

2.1 數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)

數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)是水利信息化與自動化的關鍵組成部分，其在水利工程建設與運行管理中發(fā)揮著至關重要的作用。該系統(tǒng)通過先進的傳感器和監(jiān)控設備，實時采集水利工程的各項數(shù)據(jù)，包括水位、流量、水質等關鍵指標。這些數(shù)據(jù)經過處理后，可以直觀地展示在監(jiān)控屏幕上，為管理人員提供全面、準確的信息。通過數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)，管理人員可以實現(xiàn)對水利工程的全面監(jiān)控和遠程控制。。這大幅提高了管理的便捷性和靈活性。此外，該系統(tǒng)還具有強大的數(shù)據(jù)分析和預警功能。通過對歷史數(shù)據(jù)的挖掘和分析，可以預測未來的趨勢和可能出現(xiàn)的問題，為決策提供科學依據(jù)。同時，當數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時，系統(tǒng)會自動發(fā)出預警，提醒管理人員及時采取措施，防止事故的發(fā)生。水利數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)如圖1 所示。

2.2 管理信息系統(tǒng)

水利工程管理信息化系統(tǒng)包括工程信息管理、安全管理、水質監(jiān)測、水情監(jiān)測、視頻會商、行政辦公自動化、管網地理信息、生產管理輔助、數(shù)據(jù)分析及展現(xiàn)等應用系統(tǒng)的建設，構建自動化、信息化系統(tǒng)統(tǒng)一網絡平臺架構，實現(xiàn)統(tǒng)一管理，達到實時、高效地掌握工程運行情況，提高各管理部門的協(xié)調和工作效率的目的。同時，建立高速互聯(lián)的通信網絡，并通過網絡對外接口實現(xiàn)與上級單位和其他單位的連接及相關數(shù)據(jù)通信。實現(xiàn)信息采集處理自動化，信息傳輸全面快速、預警預報及時可靠，調度指揮科學智能；實現(xiàn)工程管理的各項業(yè)務和水利政務辦公網絡化、無紙化，以此支撐工程向全面科學決策和全面提升效率效能方向快速發(fā)展，更好地發(fā)揮防洪、供水、保護水環(huán)境安全等綜合利用服務。

2.3 自動化控制系統(tǒng)

自動化控制系統(tǒng)以其高效、精準的特性，極大地提升了水利工程的運行效率和管理水平。自動化控制系統(tǒng)通過集成傳感器、執(zhí)行器、控制器等先進設備，實現(xiàn)了對水利工程各項設施的自動監(jiān)測、調節(jié)和控制。其能夠實時采集工程運行數(shù)據(jù)，根據(jù)預設的控制邏輯和算法，自動調整設備的工作狀態(tài)，確保工程在最佳狀態(tài)下進行。這一系統(tǒng)的應用，不僅降低了人工操作的繁瑣性和誤差率，還提高了工程安全性。同時，自動化控制系統(tǒng)具備強大的數(shù)據(jù)分析和處理能力，能夠為管理人員提供全面的運行報告和決策支持，幫助他們更好地掌握工程狀態(tài)，制訂科學的管理策略。此外，隨著物聯(lián)網、云計算等技術的不斷發(fā)展，自動化控制系統(tǒng)正逐步實現(xiàn)與其他系統(tǒng)的互聯(lián)互通，形成了更加智能化、集成化的管理體系。這不僅提高了水利工程的整體效率，還推動了水利事業(yè)的現(xiàn)代化發(fā)展。水利自動化控制系統(tǒng)如圖2 所示。

3 存在的問題與解決措施

3.1 存在問題

3.1.1 系統(tǒng)設計與實施問題

自動化控制系統(tǒng)的設計與實施問題主要表現(xiàn)在兩個方面：①設計階段可能未能充分滿足水利工程的實際需求，導致系統(tǒng)在實際運行中功能受限或穩(wěn)定性不足。②實施階段可能因施工環(huán)境復雜、設備安裝調試不當?shù)纫蛩?，影響系統(tǒng)的正常運行。

3.1.2 算法與控制策略的不完善

目前，部分算法在應對復雜多變的工程環(huán)境時表現(xiàn)出局限性，控制策略也未能充分適應水利工程實際運行需求。這導致自動化控制系統(tǒng)在應對突發(fā)狀況或優(yōu)化運行時效果不佳，甚至可能引發(fā)運行故障。

3.1.3 穩(wěn)定性與可靠性問題

在實際應用中，自動化控制系統(tǒng)可能因設備老化、電磁干擾等因素導致運行不穩(wěn)定，甚至出現(xiàn)故障，嚴重影響水利工程的正常運行。此外，系統(tǒng)的可靠性不足還可能引發(fā)安全隱患，對人員和設備安全構成威脅。

3.2 解決措施

3.2.1 加強系統(tǒng)設計與實施的質量管理

設計階段應充分考慮工程實際需求，優(yōu)化系統(tǒng)架構和功能設計，確保系統(tǒng)能夠滿足工程運行要求。實施階段則需嚴格把控設備安裝、調試和驗收等環(huán)節(jié)，確保系統(tǒng)硬件和軟件的質量。同時，還應加強施工過程中的質量監(jiān)督和檢測，及時發(fā)現(xiàn)并解決問題，保障系統(tǒng)設計與實施的質量。

3.2.2 推進算法與控制策略的研究與創(chuàng)新

通過深入研究工程實際需求，不斷優(yōu)化現(xiàn)有算法和控制策略，可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性、精確性和響應速度。同時，建設智能調度體系，主要工作包括調度日常管理、調度方案（常規(guī)調度、應急調度）的編制、調度運行和分析評價等。以信息化智能調度驅動自動化精準控制，實現(xiàn)“無人值守，關門運行”的管理目標，為實現(xiàn)“快速”“經濟”“省電”“優(yōu)質”的目標提供智能支撐，創(chuàng)新性地提出了基于機器學習的調度方案尋優(yōu)，在傳統(tǒng)調度模式的基礎上，探索更經濟、更高效的調度方式。

3.2.3 提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性

通過優(yōu)化系統(tǒng)架構設計、選用高質量硬件和軟件、加強電磁防護等措施，可以有效提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性。同時，建立完善的維護保養(yǎng)制度，定期對系統(tǒng)進行檢測和維修，及時發(fā)現(xiàn)并解決問題，可以保障系統(tǒng)的可靠性。此外，加強操作人員的技術培訓，提高他們的操作水平和應急處理能力，也是提高系統(tǒng)穩(wěn)定性與可靠性的重要途徑。

3.2.4 建設智慧監(jiān)管體系

工程建設期依照“智能感知、全面管控、文明施工”的原則，通過建設單位及各參建單位的共同參與，形成全過程/ 全方位的安全施工、文明施工的監(jiān)管平臺。通過建設安全信息管理體系，實現(xiàn)工程管理的規(guī)范化、標準化及信息化，不斷提高各參建方人員的安全意識、責任意識，最大程度減少或規(guī)避工程建設中的安全隱患。同時為“打造新時代生態(tài)智慧水利工程”提供協(xié)同支撐。

工程運營期建設具有“四預”功能的智慧水利業(yè)務應用體系，通過全面感知平臺的搭建，實時采集生產運行工況數(shù)據(jù)、設施安全、水質監(jiān)測數(shù)據(jù)、水文水情監(jiān)測數(shù)據(jù)等，實現(xiàn)對工程運行的實時感知監(jiān)控，發(fā)布預報信息。根據(jù)預報結果、閾值指標等信息識別風險，及時向管理人員發(fā)送警示信息，包括防洪風險影響和工況運行異常情況，實現(xiàn)預警發(fā)布全覆蓋。

4 發(fā)展趨勢與展望

4.1 智能化發(fā)展

智能化發(fā)展是自動化控制系統(tǒng)未來的重要趨勢，隨著人工智能、大數(shù)據(jù)等技術的不斷進步，自動化控制系統(tǒng)正逐步實現(xiàn)更高層次的智能化。智能化發(fā)展將提升系統(tǒng)的決策能力和自適應性，使系統(tǒng)能夠根據(jù)實際運行情況自動調整參數(shù)、優(yōu)化運行策略，實現(xiàn)更加精準、高效的控制。同時，智能化發(fā)展還將推動系統(tǒng)的集成化和協(xié)同化，實現(xiàn)與其他系統(tǒng)的互聯(lián)互通，形成更加智能、高效的水利工程管理體系。通過智能化發(fā)展，自動化控制系統(tǒng)將為水利工程帶來更高的經濟效益和社會效益，推動水利事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。然而，智能化發(fā)展也面臨著技術挑戰(zhàn)和安全風險等問題，需要不斷加強技術研發(fā)和安全管理，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運行和數(shù)據(jù)安全。因此，應當積極推動自動化控制系統(tǒng)的智能化發(fā)展，加強技術創(chuàng)新和人才培養(yǎng)，為水利工程的現(xiàn)代化和智能化提供有力支持。

4.2 網絡化協(xié)同

網絡化協(xié)同是自動化控制系統(tǒng)發(fā)展的一個重要方向，其充分利用互聯(lián)網、大數(shù)據(jù)等現(xiàn)代信息技術，實現(xiàn)不同系統(tǒng)、不同設備之間的信息共享、資源優(yōu)化和協(xié)同工作。在水利工程中，網絡化協(xié)同的應用能夠顯著提升工作效率、降低運營成本，并增強系統(tǒng)的靈活性和適應性。網絡化協(xié)同的核心在于構建一個開放、互聯(lián)的體系，使得系統(tǒng)中的各個組成部分能夠實時地交換數(shù)據(jù)、共享信息，并根據(jù)這些信息做出協(xié)同決策。通過這種方式，網絡化協(xié)同能夠打破傳統(tǒng)的信息孤島，實現(xiàn)資源的優(yōu)化配置和高效利用。在水利工程中，網絡化協(xié)同的應用場景十分廣泛。例如，通過實時監(jiān)測和數(shù)據(jù)分析，系統(tǒng)可以自動調整水庫的蓄水量和放水策略，以應對不同季節(jié)和氣候條件下的需求變化。

4.3 集成化提升

集成化提升是自動化控制系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢，其對于優(yōu)化系統(tǒng)性能、提升運行效率及實現(xiàn)資源的最大化利用具有重要意義。在水利工程中，集成化提升主要體現(xiàn)在系統(tǒng)功能的整合、信息數(shù)據(jù)的融合及控制策略的協(xié)同等方面。例如，集成化提升能夠實現(xiàn)系統(tǒng)功能的全面整合。通過將多個分散的自動化控制系統(tǒng)進行集成，形成一個統(tǒng)一的、協(xié)調運作的整體，可以消除信息孤島，提高系統(tǒng)的綜合效能。這不僅有助于降低運營成本，還能夠減少人工干預，提高工作效率。

5 結束語

水利信息化與自動化在提升水利工程建設與管理效率方面發(fā)揮了重要作用。雖然目前仍存在一些問題與挑戰(zhàn)，但隨著技術的不斷進步和應用的不斷深化，相信未來水利信息化與自動化將為水利事業(yè)提供更加全面、高效的技術支持。

參考文獻

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