［摘 要］隨著信息技術(shù)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(shè)與管理效率的關(guān)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(guān)鍵詞］水利信息化；自動化；應用現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢；技術(shù)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(shù)和自動化設(shè)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(shè)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(jīng)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(shù)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(guān)鍵組成部分，其在水利工程建設(shè)與運行管理中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。該系統(tǒng)通過先進的傳感器和監(jiān)控設(shè)備，實時采集水利工程的各項數(shù)據(jù)，包括水位、流量、水質(zhì)等關(guān)鍵指標。這些數(shù)據(jù)經(jīng)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(zhì)監(jiān)測、水情監(jiān)測、視頻會商、行政辦公自動化、管網(wǎng)地理信息、生產(chǎn)管理輔助、數(shù)據(jù)分析及展現(xiàn)等應用系統(tǒng)的建設(shè)，構(gòu)建自動化、信息化系統(tǒng)統(tǒng)一網(wǎng)絡平臺架構(gòu)，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(diào)和工作效率的目的。同時，建立高速互聯(lián)的通信網(wǎng)絡，并通過網(wǎng)絡對外接口實現(xiàn)與上級單位和其他單位的連接及相關(guān)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(diào)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(wǎng)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(shè)備，實現(xiàn)了對水利工程各項設(shè)施的自動監(jiān)測、調(diào)節(jié)和控制。其能夠?qū)崟r采集工程運行數(shù)據(jù)，根據(jù)預設(shè)的控制邏輯和算法，自動調(diào)整設(shè)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(wǎng)、云計算等技術(shù)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(shè)計與實施問題

自動化控制系統(tǒng)的設(shè)計與實施問題主要表現(xiàn)在兩個方面：①設(shè)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(shè)備安裝調(diào)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(shè)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(shè)備安全構(gòu)成威脅。

3.2 解決措施

3.2.1 加強系統(tǒng)設(shè)計與實施的質(zhì)量管理

設(shè)計階段應充分考慮工程實際需求，優(yōu)化系統(tǒng)架構(gòu)和功能設(shè)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(shè)備安裝、調(diào)試和驗收等環(huán)節(jié)，確保系統(tǒng)硬件和軟件的質(zhì)量。同時，還應加強施工過程中的質(zhì)量監(jiān)督和檢測，及時發(fā)現(xiàn)并解決問題，保障系統(tǒng)設(shè)計與實施的質(zhì)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(shè)智能調(diào)度體系，主要工作包括調(diào)度日常管理、調(diào)度方案（常規(guī)調(diào)度、應急調(diào)度）的編制、調(diào)度運行和分析評價等。以信息化智能調(diào)度驅(qū)動自動化精準控制，實現(xiàn)“無人值守，關(guān)門運行”的管理目標，為實現(xiàn)“快速”“經(jīng)濟”“省電”“優(yōu)質(zhì)”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(diào)度方案尋優(yōu)，在傳統(tǒng)調(diào)度模式的基礎(chǔ)上，探索更經(jīng)濟、更高效的調(diào)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(gòu)設(shè)計、選用高質(zhì)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(shù)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(shè)智慧監(jiān)管體系

工程建設(shè)期依照“智能感知、全面管控、文明施工”的原則，通過建設(shè)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(shè)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(shè)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(shè)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(chǎn)運行工況數(shù)據(jù)、設(shè)施安全、水質(zhì)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(jié)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(shù)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(diào)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(jīng)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(shù)挑戰(zhàn)和安全風險等問題，需要不斷加強技術(shù)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(shù)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(wǎng)絡化協(xié)同

網(wǎng)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(wǎng)、大數(shù)據(jù)等現(xiàn)代信息技術(shù)，實現(xiàn)不同系統(tǒng)、不同設(shè)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(wǎng)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(wǎng)絡化協(xié)同的核心在于構(gòu)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?qū)崟r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(wǎng)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(wǎng)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(diào)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?qū)崿F(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(diào)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(jié)束語

水利信息化與自動化在提升水利工程建設(shè)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(shù)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(shù)支持。

參考文獻

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