水利信息化與自動化的應用現狀與發展

［摘 要］隨著信息技術的飛速發展，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，展望了未來的發展趨勢。

［關鍵詞］水利信息化；自動化；應用現狀；發展趨勢；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。通過運用現代信息技術和自動化設備，可以實現對水利信息的實時采集、傳輸和處理，為水利管理提供準確、及時的數據支持。這有助于決策者更加全面地了解水利工程的運行狀態，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。自動化設備和系統的應用可以實現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的可持續發展具有重要意義。通過優化資源配置和降低能源消耗，可以實現水資源的合理高效利用，推動水利事業的綠色化發展。同時，水利信息化與自動化還可以為水利科研和技術創新提供有力支持，推動水利事業的持續進步和發展。

2 水利信息化與自動化的應用現狀

2.1 數據采集與監控系統

數據采集與監控系統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揮著至關重要的作用。該系統通過先進的傳感器和監控設備，實時采集水利工程的各項數據，包括水位、流量、水質等關鍵指標。這些數據經過處理后，可以直觀地展示在監控屏幕上，為管理人員提供全面、準確的信息。通過數據采集與監控系統，管理人員可以實現對水利工程的全面監控和遠程控制。。這大幅提高了管理的便捷性和靈活性。此外，該系統還具有強大的數據分析和預警功能。通過對歷史數據的挖掘和分析，可以預測未來的趨勢和可能出現的問題，為決策提供科學依據。同時，當數據出現異常時，系統會自動發出預警，提醒管理人員及時采取措施，防止事故的發生。水利數據采集與監控系統如圖1 所示。

2.2 管理信息系統

水利工程管理信息化系統包括工程信息管理、安全管理、水質監測、水情監測、視頻會商、行政辦公自動化、管網地理信息、生產管理輔助、數據分析及展現等應用系統的建設，構建自動化、信息化系統統一網絡平臺架構，實現統一管理，達到實時、高效地掌握工程運行情況，提高各管理部門的協調和工作效率的目的。同時，建立高速互聯的通信網絡，并通過網絡對外接口實現與上級單位和其他單位的連接及相關數據通信。實現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；實現工程管理的各項業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展，更好地發揮防洪、供水、保護水環境安全等綜合利用服務。

2.3 自動化控制系統

自動化控制系統以其高效、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。自動化控制系統通過集成傳感器、執行器、控制器等先進設備，實現了對水利工程各項設施的自動監測、調節和控制。其能夠實時采集工程運行數據，根據預設的控制邏輯和算法，自動調整設備的工作狀態，確保工程在最佳狀態下進行。這一系統的應用，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，自動化控制系統具備強大的數據分析和處理能力，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，制訂科學的管理策略。此外，隨著物聯網、云計算等技術的不斷發展，自動化控制系統正逐步實現與其他系統的互聯互通，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，還推動了水利事業的現代化發展。水利自動化控制系統如圖2 所示。

3 存在的問題與解決措施

3.1 存在問題

3.1.1 系統設計與實施問題

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

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境時表現出局限性，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在應對突發狀況或優化運行時效果不佳，甚至可能引發運行故障。

3.1.3 穩定性與可靠性問題

在實際應用中，自動化控制系統可能因設備老化、電磁干擾等因素導致運行不穩定，甚至出現故障，嚴重影響水利工程的正常運行。此外，系統的可靠性不足還可能引發安全隱患，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，優化系統架構和功能設計，確保系統能夠滿足工程運行要求。實施階段則需嚴格把控設備安裝、調試和驗收等環節，確保系統硬件和軟件的質量。同時，還應加強施工過程中的質量監督和檢測，及時發現并解決問題，保障系統設計與實施的質量。

3.2.2 推進算法與控制策略的研究與創新

通過深入研究工程實際需求，不斷優化現有算法和控制策略，可以提高系統的穩定性、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“無人值守，關門運行”的管理目標，為實現“快速”“經濟”“省電”“優質”的目標提供智能支撐，創新性地提出了基于機器學習的調度方案尋優，在傳統調度模式的基礎上，探索更經濟、更高效的調度方式。

3.2.3 提高系統的穩定性與可靠性

通過優化系統架構設計、選用高質量硬件和軟件、加強電磁防護等措施，可以有效提升系統的穩定性。同時，建立完善的維護保養制度，定期對系統進行檢測和維修，及時發現并解決問題，可以保障系統的可靠性。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，也是提高系統穩定性與可靠性的重要途徑。

3.2.4 建設智慧監管體系

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、文明施工的監管平臺。通過建設安全信息管理體系，實現工程管理的規范化、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，最大程度減少或規避工程建設中的安全隱患。同時為“打造新時代生態智慧水利工程”提供協同支撐。

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

4 發展趨勢與展望

4.1 智能化發展

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

4.2 網絡化協同

網絡化協同是自動化控制系統發展的一個重要方向，其充分利用互聯網、大數據等現代信息技術，實現不同系統、不同設備之間的信息共享、資源優化和協同工作。在水利工程中，網絡化協同的應用能夠顯著提升工作效率、降低運營成本，并增強系統的靈活性和適應性。網絡化協同的核心在于構建一個開放、互聯的體系，使得系統中的各個組成部分能夠實時地交換數據、共享信息，并根據這些信息做出協同決策。通過這種方式，網絡化協同能夠打破傳統的信息孤島，實現資源的優化配置和高效利用。在水利工程中，網絡化協同的應用場景十分廣泛。例如，通過實時監測和數據分析，系統可以自動調整水庫的蓄水量和放水策略，以應對不同季節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發展的必然趨勢，其對于優化系統性能、提升運行效率及實現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在系統功能的整合、信息數據的融合及控制策略的協同等方面。例如，集成化提升能夠實現系統功能的全面整合。通過將多個分散的自動化控制系統進行集成，形成一個統一的、協調運作的整體，可以消除信息孤島，提高系統的綜合效能。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揮了重要作用。雖然目前仍存在一些問題與挑戰，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提供更加全面、高效的技術支持。

參考文獻

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