水利信息化与自动化的应用现状与发展

［摘 要］随着信息技术的飞速发展，水利信息化与自动化已成为提升水利工程建设与管理效率的关键手段。文章探讨了当前水利信息化与自动化的应用现状，分析了其存在的问题，并提出了相应的解决措施，展望了未来的发展趋势。

［关键词］水利信息化；自动化；应用现状；发展趋势；技术集成；安全保障

［中图分类号］TV21-39 ［文献标志码］A ［文章编号］2095–6487（2024）05–0126–03

1 水利信息化与自动化的重要性

（1）水利信息化与自动化能够显著提升水利管理的效率和水平。通过运用现代信息技术和自动化设备，可以实现对水利信息的实时采集、传输和处理，为水利管理提供准确、及时的数据支持。这有助于决策者更加全面地了解水利工程的运行状态，从而做出更为科学、合理的决策。

（2）水利信息化与自动化有助于提升水利工程的运行效率和安全性。自动化设备和系统的应用可以实现对水利工程的自动控制和智能管理，减少人为因素的干扰和误差，降低运行风险。

（3）信息化手段还可以帮助人们优化水利工程的运行方案，提高工程的经济效益和社会效益。

（4）水利信息化与自动化对于促进水利事业的可持续发展具有重要意义。通过优化资源配置和降低能源消耗，可以实现水资源的合理高效利用，推动水利事业的绿色化发展。同时，水利信息化与自动化还可以为水利科研和技术创新提供有力支持，推动水利事业的持续进步和发展。

2 水利信息化与自动化的应用现状

2.1 数据采集与监控系统

数据采集与监控系统是水利信息化与自动化的关键组成部分，其在水利工程建设与运行管理中发挥着至关重要的作用。该系统通过先进的传感器和监控设备，实时采集水利工程的各项数据，包括水位、流量、水质等关键指标。这些数据经过处理后，可以直观地展示在监控屏幕上，为管理人员提供全面、准确的信息。通过数据采集与监控系统，管理人员可以实现对水利工程的全面监控和远程控制。。这大幅提高了管理的便捷性和灵活性。此外，该系统还具有强大的数据分析和预警功能。通过对历史数据的挖掘和分析，可以预测未来的趋势和可能出现的问题，为决策提供科学依据。同时，当数据出现异常时，系统会自动发出预警，提醒管理人员及时采取措施，防止事故的发生。水利数据采集与监控系统如图1 所示。

2.2 管理信息系统

水利工程管理信息化系统包括工程信息管理、安全管理、水质监测、水情监测、视频会商、行政办公自动化、管网地理信息、生产管理辅助、数据分析及展现等应用系统的建设，构建自动化、信息化系统统一网络平台架构，实现统一管理，达到实时、高效地掌握工程运行情况，提高各管理部门的协调和工作效率的目的。同时，建立高速互联的通信网络，并通过网络对外接口实现与上级单位和其他单位的连接及相关数据通信。实现信息采集处理自动化，信息传输全面快速、预警预报及时可靠，调度指挥科学智能；实现工程管理的各项业务和水利政务办公网络化、无纸化，以此支撑工程向全面科学决策和全面提升效率效能方向快速发展，更好地发挥防洪、供水、保护水环境安全等综合利用服务。

2.3 自动化控制系统

自动化控制系统以其高效、精准的特性，极大地提升了水利工程的运行效率和管理水平。自动化控制系统通过集成传感器、执行器、控制器等先进设备，实现了对水利工程各项设施的自动监测、调节和控制。其能够实时采集工程运行数据，根据预设的控制逻辑和算法，自动调整设备的工作状态，确保工程在最佳状态下进行。这一系统的应用，不仅降低了人工操作的繁琐性和误差率，还提高了工程安全性。同时，自动化控制系统具备强大的数据分析和处理能力，能够为管理人员提供全面的运行报告和决策支持，帮助他们更好地掌握工程状态，制订科学的管理策略。此外，随着物联网、云计算等技术的不断发展，自动化控制系统正逐步实现与其他系统的互联互通，形成了更加智能化、集成化的管理体系。这不仅提高了水利工程的整体效率，还推动了水利事业的现代化发展。水利自动化控制系统如图2 所示。

3 存在的问题与解决措施

3.1 存在问题

3.1.1 系统设计与实施问题

自动化控制系统的设计与实施问题主要表现在两个方面：①设计阶段可能未能充分满足水利工程的实际需求，导致系统在实际运行中功能受限或稳定性不足。②实施阶段可能因施工环境复杂、设备安装调试不当等因素，影响系统的正常运行。

3.1.2 算法与控制策略的不完善

目前，部分算法在应对复杂多变的工程环境时表现出局限性，控制策略也未能充分适应水利工程实际运行需求。这导致自动化控制系统在应对突发状况或优化运行时效果不佳，甚至可能引发运行故障。

3.1.3 稳定性与可靠性问题

在实际应用中，自动化控制系统可能因设备老化、电磁干扰等因素导致运行不稳定，甚至出现故障，严重影响水利工程的正常运行。此外，系统的可靠性不足还可能引发安全隐患，对人员和设备安全构成威胁。

3.2 解决措施

3.2.1 加强系统设计与实施的质量管理

设计阶段应充分考虑工程实际需求，优化系统架构和功能设计，确保系统能够满足工程运行要求。实施阶段则需严格把控设备安装、调试和验收等环节，确保系统硬件和软件的质量。同时，还应加强施工过程中的质量监督和检测，及时发现并解决问题，保障系统设计与实施的质量。

3.2.2 推进算法与控制策略的研究与创新

通过深入研究工程实际需求，不断优化现有算法和控制策略，可以提高系统的稳定性、精确性和响应速度。同时，建设智能调度体系，主要工作包括调度日常管理、调度方案（常规调度、应急调度）的编制、调度运行和分析评价等。以信息化智能调度驱动自动化精准控制，实现“无人值守，关门运行”的管理目标，为实现“快速”“经济”“省电”“优质”的目标提供智能支撑，创新性地提出了基于机器学习的调度方案寻优，在传统调度模式的基础上，探索更经济、更高效的调度方式。

3.2.3 提高系统的稳定性与可靠性

通过优化系统架构设计、选用高质量硬件和软件、加强电磁防护等措施，可以有效提升系统的稳定性。同时，建立完善的维护保养制度，定期对系统进行检测和维修，及时发现并解决问题，可以保障系统的可靠性。此外，加强操作人员的技术培训，提高他们的操作水平和应急处理能力，也是提高系统稳定性与可靠性的重要途径。

3.2.4 建设智慧监管体系

工程建设期依照“智能感知、全面管控、文明施工”的原则，通过建设单位及各参建单位的共同参与，形成全过程/ 全方位的安全施工、文明施工的监管平台。通过建设安全信息管理体系，实现工程管理的规范化、标准化及信息化，不断提高各参建方人员的安全意识、责任意识，最大程度减少或规避工程建设中的安全隐患。同时为“打造新时代生态智慧水利工程”提供协同支撑。

工程运营期建设具有“四预”功能的智慧水利业务应用体系，通过全面感知平台的搭建，实时采集生产运行工况数据、设施安全、水质监测数据、水文水情监测数据等，实现对工程运行的实时感知监控，发布预报信息。根据预报结果、阈值指标等信息识别风险，及时向管理人员发送警示信息，包括防洪风险影响和工况运行异常情况，实现预警发布全覆盖。

4 发展趋势与展望

4.1 智能化发展

智能化发展是自动化控制系统未来的重要趋势，随着人工智能、大数据等技术的不断进步，自动化控制系统正逐步实现更高层次的智能化。智能化发展将提升系统的决策能力和自适应性，使系统能够根据实际运行情况自动调整参数、优化运行策略，实现更加精准、高效的控制。同时，智能化发展还将推动系统的集成化和协同化，实现与其他系统的互联互通，形成更加智能、高效的水利工程管理体系。通过智能化发展，自动化控制系统将为水利工程带来更高的经济效益和社会效益，推动水利事业的可持续发展。然而，智能化发展也面临着技术挑战和安全风险等问题，需要不断加强技术研发和安全管理，确保系统的稳定运行和数据安全。因此，应当积极推动自动化控制系统的智能化发展，加强技术创新和人才培养，为水利工程的现代化和智能化提供有力支持。

4.2 网络化协同

网络化协同是自动化控制系统发展的一个重要方向，其充分利用互联网、大数据等现代信息技术，实现不同系统、不同设备之间的信息共享、资源优化和协同工作。在水利工程中，网络化协同的应用能够显著提升工作效率、降低运营成本，并增强系统的灵活性和适应性。网络化协同的核心在于构建一个开放、互联的体系，使得系统中的各个组成部分能够实时地交换数据、共享信息，并根据这些信息做出协同决策。通过这种方式，网络化协同能够打破传统的信息孤岛，实现资源的优化配置和高效利用。在水利工程中，网络化协同的应用场景十分广泛。例如，通过实时监测和数据分析，系统可以自动调整水库的蓄水量和放水策略，以应对不同季节和气候条件下的需求变化。

4.3 集成化提升

集成化提升是自动化控制系统发展的必然趋势，其对于优化系统性能、提升运行效率及实现资源的最大化利用具有重要意义。在水利工程中，集成化提升主要体现在系统功能的整合、信息数据的融合及控制策略的协同等方面。例如，集成化提升能够实现系统功能的全面整合。通过将多个分散的自动化控制系统进行集成，形成一个统一的、协调运作的整体，可以消除信息孤岛，提高系统的综合效能。这不仅有助于降低运营成本，还能够减少人工干预，提高工作效率。

5 结束语

水利信息化与自动化在提升水利工程建设与管理效率方面发挥了重要作用。虽然目前仍存在一些问题与挑战，但随着技术的不断进步和应用的不断深化，相信未来水利信息化与自动化将为水利事业提供更加全面、高效的技术支持。

参考文献

[1] 王伟，张晓刚. 自动化控制系统集成化提升策略研究[J].自动化与仪表，2022，37（6）：62-66.

[2] 李明，刘洋. 水利工程自动化控制系统的集成化发展趋势[J]. 水电与新能源，2021，35（10）：70-73.