［摘 要］隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，水利信息化與自動(dòng)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(dāng)前水利信息化與自動(dòng)化的應(yīng)用現(xiàn)狀，分析了其存在的問(wèn)題，并提出了相應(yīng)的解決措施，展望了未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。

［關(guān)鍵詞］水利信息化；自動(dòng)化；應(yīng)用現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢(shì)；技術(shù)集成；安全保障

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

1 水利信息化與自動(dòng)化的重要性

（1）水利信息化與自動(dòng)化能夠顯著提升水利管理的效率和水平。通過(guò)運(yùn)用現(xiàn)代信息技術(shù)和自動(dòng)化設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)水利信息的實(shí)時(shí)采集、傳輸和處理，為水利管理提供準(zhǔn)確、及時(shí)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(yùn)行狀態(tài)，從而做出更為科學(xué)、合理的決策。

（2）水利信息化與自動(dòng)化有助于提升水利工程的運(yùn)行效率和安全性。自動(dòng)化設(shè)備和系統(tǒng)的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)對(duì)水利工程的自動(dòng)控制和智能管理，減少人為因素的干擾和誤差，降低運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。

（3）信息化手段還可以幫助人們優(yōu)化水利工程的運(yùn)行方案，提高工程的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

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

2 水利信息化與自動(dòng)化的應(yīng)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(dòng)化的關(guān)鍵組成部分，其在水利工程建設(shè)與運(yùn)行管理中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。該系統(tǒng)通過(guò)先進(jìn)的傳感器和監(jiān)控設(shè)備，實(shí)時(shí)采集水利工程的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，包括水位、流量、水質(zhì)等關(guān)鍵指標(biāo)。這些數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)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(zhǔn)確的信息。通過(guò)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)，管理人員可以實(shí)現(xiàn)對(duì)水利工程的全面監(jiān)控和遠(yuǎn)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(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析和預(yù)警功能。通過(guò)對(duì)歷史數(shù)據(jù)的挖掘和分析，可以預(yù)測(cè)未來(lái)的趨勢(shì)和可能出現(xiàn)的問(wèn)題，為決策提供科學(xué)依據(jù)。同時(shí)，當(dāng)數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)發(fā)出預(yù)警，提醒管理人員及時(shí)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(cè)、水情監(jiān)測(cè)、視頻會(huì)商、行政辦公自動(dòng)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(yīng)用系統(tǒng)的建設(shè)，構(gòu)建自動(dòng)化、信息化系統(tǒng)統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理，達(dá)到實(shí)時(shí)、高效地掌握工程運(yùn)行情況，提高各管理部門(mén)的協(xié)調(diào)和工作效率的目的。同時(shí)，建立高速互聯(lián)的通信網(wǎng)絡(luò)，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)對(duì)外接口實(shí)現(xiàn)與上級(jí)單位和其他單位的連接及相關(guān)數(shù)據(jù)通信。實(shí)現(xiàn)信息采集處理自動(dòng)化，信息傳輸全面快速、預(yù)警預(yù)報(bào)及時(shí)可靠，調(diào)度指揮科學(xué)智能；實(shí)現(xiàn)工程管理的各項(xiàng)業(yè)務(wù)和水利政務(wù)辦公網(wǎng)絡(luò)化、無(wú)紙化，以此支撐工程向全面科學(xué)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(hù)水環(huán)境安全等綜合利用服務(wù)。

2.3 自動(dòng)化控制系統(tǒng)

自動(dòng)化控制系統(tǒng)以其高效、精準(zhǔn)的特性，極大地提升了水利工程的運(yùn)行效率和管理水平。自動(dòng)化控制系統(tǒng)通過(guò)集成傳感器、執(zhí)行器、控制器等先進(jìn)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了對(duì)水利工程各項(xiàng)設(shè)施的自動(dòng)監(jiān)測(cè)、調(diào)節(jié)和控制。其能夠?qū)崟r(shí)采集工程運(yùn)行數(shù)據(jù)，根據(jù)預(yù)設(shè)的控制邏輯和算法，自動(dòng)調(diào)整設(shè)備的工作狀態(tài)，確保工程在最佳狀態(tài)下進(jìn)行。這一系統(tǒng)的應(yīng)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(shí)，自動(dòng)化控制系統(tǒng)具備強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析和處理能力，能夠?yàn)楣芾砣藛T提供全面的運(yùn)行報(bào)告和決策支持，幫助他們更好地掌握工程狀態(tài)，制訂科學(xué)的管理策略。此外，隨著物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等技術(shù)的不斷發(fā)展，自動(dòng)化控制系統(tǒng)正逐步實(shí)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(dòng)了水利事業(yè)的現(xiàn)代化發(fā)展。水利自動(dòng)化控制系統(tǒng)如圖2 所示。

3 存在的問(wèn)題與解決措施

3.1 存在問(wèn)題

3.1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)施問(wèn)題

自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施問(wèn)題主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：①設(shè)計(jì)階段可能未能充分滿足水利工程的實(shí)際需求，導(dǎo)致系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中功能受限或穩(wěn)定性不足。②實(shí)施階段可能因施工環(huán)境復(fù)雜、設(shè)備安裝調(diào)試不當(dāng)?shù)纫蛩兀绊懴到y(tǒng)的正常運(yùn)行。

3.1.2 算法與控制策略的不完善

目前，部分算法在應(yīng)對(duì)復(fù)雜多變的工程環(huán)境時(shí)表現(xiàn)出局限性，控制策略也未能充分適應(yīng)水利工程實(shí)際運(yùn)行需求。這導(dǎo)致自動(dòng)化控制系統(tǒng)在應(yīng)對(duì)突發(fā)狀況或優(yōu)化運(yùn)行時(shí)效果不佳，甚至可能引發(fā)運(yùn)行故障。

3.1.3 穩(wěn)定性與可靠性問(wèn)題

在實(shí)際應(yīng)用中，自動(dòng)化控制系統(tǒng)可能因設(shè)備老化、電磁干擾等因素導(dǎo)致運(yùn)行不穩(wěn)定，甚至出現(xiàn)故障，嚴(yán)重影響水利工程的正常運(yùn)行。此外，系統(tǒng)的可靠性不足還可能引發(fā)安全隱患，對(duì)人員和設(shè)備安全構(gòu)成威脅。

3.2 解決措施

3.2.1 加強(qiáng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)施的質(zhì)量管理

設(shè)計(jì)階段應(yīng)充分考慮工程實(shí)際需求，優(yōu)化系統(tǒng)架構(gòu)和功能設(shè)計(jì)，確保系統(tǒng)能夠滿足工程運(yùn)行要求。實(shí)施階段則需嚴(yán)格把控設(shè)備安裝、調(diào)試和驗(yàn)收等環(huán)節(jié)，確保系統(tǒng)硬件和軟件的質(zhì)量。同時(shí)，還應(yīng)加強(qiáng)施工過(guò)程中的質(zhì)量監(jiān)督和檢測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決問(wèn)題，保障系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)施的質(zhì)量。

3.2.2 推進(jìn)算法與控制策略的研究與創(chuàng)新

通過(guò)深入研究工程實(shí)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(yīng)速度。同時(shí)，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(yīng)急調(diào)度）的編制、調(diào)度運(yùn)行和分析評(píng)價(jià)等。以信息化智能調(diào)度驅(qū)動(dòng)自動(dòng)化精準(zhǔn)控制，實(shí)現(xiàn)“無(wú)人值守，關(guān)門(mén)運(yùn)行”的管理目標(biāo)，為實(shí)現(xiàn)“快速”“經(jīng)濟(jì)”“省電”“優(yōu)質(zhì)”的目標(biāo)提供智能支撐，創(chuàng)新性地提出了基于機(jī)器學(xué)習(xí)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(jì)、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(guò)優(yōu)化系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)、選用高質(zhì)量硬件和軟件、加強(qiáng)電磁防護(hù)等措施，可以有效提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性。同時(shí)，建立完善的維護(hù)保養(yǎng)制度，定期對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)和維修，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決問(wèn)題，可以保障系統(tǒng)的可靠性。此外，加強(qiáng)操作人員的技術(shù)培訓(xùn)，提高他們的操作水平和應(yīng)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(guò)建設(shè)單位及各參建單位的共同參與，形成全過(guò)程/ 全方位的安全施工、文明施工的監(jiān)管平臺(tái)。通過(guò)建設(shè)安全信息管理體系，實(shí)現(xiàn)工程管理的規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化及信息化，不斷提高各參建方人員的安全意識(shí)、責(zé)任意識(shí)，最大程度減少或規(guī)避工程建設(shè)中的安全隱患。同時(shí)為“打造新時(shí)代生態(tài)智慧水利工程”提供協(xié)同支撐。

工程運(yùn)營(yíng)期建設(shè)具有“四預(yù)”功能的智慧水利業(yè)務(wù)應(yīng)用體系，通過(guò)全面感知平臺(tái)的搭建，實(shí)時(shí)采集生產(chǎn)運(yùn)行工況數(shù)據(jù)、設(shè)施安全、水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、水文水情監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)等，實(shí)現(xiàn)對(duì)工程運(yùn)行的實(shí)時(shí)感知監(jiān)控，發(fā)布預(yù)報(bào)信息。根據(jù)預(yù)報(bào)結(jié)果、閾值指標(biāo)等信息識(shí)別風(fēng)險(xiǎn)，及時(shí)向管理人員發(fā)送警示信息，包括防洪風(fēng)險(xiǎn)影響和工況運(yùn)行異常情況，實(shí)現(xiàn)預(yù)警發(fā)布全覆蓋。

4 發(fā)展趨勢(shì)與展望

4.1 智能化發(fā)展

智能化發(fā)展是自動(dòng)化控制系統(tǒng)未來(lái)的重要趨勢(shì)，隨著人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的不斷進(jìn)步，自動(dòng)化控制系統(tǒng)正逐步實(shí)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(yīng)性，使系統(tǒng)能夠根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況自動(dòng)調(diào)整參數(shù)、優(yōu)化運(yùn)行策略，實(shí)現(xiàn)更加精準(zhǔn)、高效的控制。同時(shí)，智能化發(fā)展還將推動(dòng)系統(tǒng)的集成化和協(xié)同化，實(shí)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(guò)智能化發(fā)展，自動(dòng)化控制系統(tǒng)將為水利工程帶來(lái)更高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，推動(dòng)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(fēng)險(xiǎn)等問(wèn)題，需要不斷加強(qiáng)技術(shù)研發(fā)和安全管理，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和數(shù)據(jù)安全。因此，應(yīng)當(dāng)積極推動(dòng)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的智能化發(fā)展，加強(qiáng)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(luò)化協(xié)同

網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同是自動(dòng)化控制系統(tǒng)發(fā)展的一個(gè)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(shí)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(luò)化協(xié)同的應(yīng)用能夠顯著提升工作效率、降低運(yùn)營(yíng)成本，并增強(qiáng)系統(tǒng)的靈活性和適應(yīng)性。網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同的核心在于構(gòu)建一個(gè)開(kāi)放、互聯(lián)的體系，使得系統(tǒng)中的各個(gè)組成部分能夠?qū)崟r(shí)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(guò)這種方式，網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同能夠打破傳統(tǒng)的信息孤島，實(shí)現(xiàn)資源的優(yōu)化配置和高效利用。在水利工程中，網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同的應(yīng)用場(chǎng)景十分廣泛。例如，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)分析，系統(tǒng)可以自動(dòng)調(diào)整水庫(kù)的蓄水量和放水策略，以應(yīng)對(duì)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(dòng)化控制系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢(shì)，其對(duì)于優(yōu)化系統(tǒng)性能、提升運(yùn)行效率及實(shí)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(guò)將多個(gè)分散的自動(dòng)化控制系統(tǒng)進(jìn)行集成，形成一個(gè)統(tǒng)一的、協(xié)調(diào)運(yùn)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(yùn)營(yíng)成本，還能夠減少人工干預(yù)，提高工作效率。

5 結(jié)束語(yǔ)

水利信息化與自動(dòng)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(wèn)題與挑戰(zhàn)，但隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用的不斷深化，相信未來(lái)水利信息化與自動(dòng)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(xiàn)

[1] 王偉，張曉剛. 自動(dòng)化控制系統(tǒng)集成化提升策略研究[J].自動(dòng)化與儀表，2022，37（6）：62-66.

[2] 李明，劉洋. 水利工程自動(dòng)化控制系統(tǒng)的集成化發(fā)展趨勢(shì)[J]. 水電與新能源，2021，35（10）：70-73.