分析水利调度中自动化系统的应用

分析水利调度中自动化系统的应用

冯旭

新疆伊犁河流域开发建设管理局 新疆伊宁 835000

摘要：经济的发展推动了我国水利行业的不断发展，当前，我国治水的工作的总基调已转变为水利工程补短板和水利行业强监管。而水利信息化作为“补短板和强监管”的重要措施之一，经过多年建设，已取得了长足发展。本文主要对水利调度中自动化系统的应用做论述，详情如下。

关键词：水利调度；自动化系统；应用

引言

党的十九大明确提出要建设网络强国、数字中国、智慧社会。2019年7月，水利部印发《加快推进智慧水利的指导意见》和《智慧水利总体方案》。2021年3月，李国英部长提出“坚持科技引领和数字赋能，提高水资源智慧管理水平”。智慧水利是智慧社会建设的重要组成部分，是对传统水利信息化的一种升级和扩充。随着快速的城市建设和社会发展，海绵城市、黑臭河流治理、河长制等一系列管理理念目标和措施不断推出，不惜耗费巨资建设大量活水调水、管网截污、生态工程、河道治理等工程措施。在这些工程建设之后，如何对这些建设好的工程进行科学有效的管理并通过优化管理调度发挥工程的最大效益变得尤为关键。

1水利信息自动化系统结构和功能

信息自动化系统一般由一个监控中心站和若干个远方端站构成，必要时设中继站。监控中心站以微机系统为主体，配以数据通信设备；端站以单片微机或单板微机为主体，配以数据通信设备、传感器和（或）执行端；中继站由中继控制器和数据通信设备构成。监控中心站应配计算机专用电源，端站或中继站一般宜用蓄电池或太阳能电池工作。系统主要功能有：数据采集和命令执行，由端站的传感器和执行端完成；数据传输，由各站数据通信设备完成；数据处理，由监控中心站微机系统完成数据识别、校验、存贮及分析计算作业，并可将数据及作业成果显示、打印。

2水利调度中自动化系统的应用

2.1河流智慧水环境管理调度系统

智慧水环境管理调度系统紧密围绕河水环境管理调度与生态治理等各方面需求，从全局和整体层面进行设计，通过全面感知、高速互联、云化支撑、资源共享、深度挖掘、智能应用及泛在服务的建设实现目标，横向形成感知层、网络层、数据资源层、应用支撑层、业务支撑层、智能应用等6个层次，纵向建立网络安全保障、标准规范2个体系的总体架构。感知层是智慧水环境管理调度系统建设的基础层，主要综合运用水质监测站、河道水文监测站、源水厂、泵闸监控站、视频监视站点、雨污管网监测站、污水处理厂等全河道流域的水文，水质，水量，气象，环境等多维度的信息感知系统进行自动化采集与存储，经网络层汇聚到数据资源层；在应用支撑层构建智慧水环境管理调度系统的软硬件资源，并在应用支撑层创建数据中心，实现大范围的数据资源整合；业务支撑层依托智慧水环境管理调度系统的框架进行开发和应用功能拓展，主要实现数据支撑管理、一张图、全景数据展现、调度流程管理、综合业务管理等业务应用；智能应用层承担对外的门户，主要包括河道综合监管、水环境保护、水生态治理、水安全保障和对外数据公众服务等，并与日常管理、调度流程、应急指挥、资源管理、智能决策、水务管理及各有关应用系统对接和支撑。

2.2精细化管理信息平台构建

精细化管理信息平台作为精细化“六大管理”（管理任务、标准、制度、流程、评价和平台）的重要组成部分，如何科学规划与建设，成为目前必须解决的首要任务。水利枢纽立足精细化管理的核心理念，按照水利工程精细化管理评价办法及标准，以避免重复建设、便于工程实施操作和有利于管理维护为原则，结合各类业务需求及相互间关系，以“运管一体化”为主导理念，构建以“信息标准化、系统整体化、决策智能化”为特征的精细化管理信息平台，实现水利工程安全、可靠、经济、高效、环境友好的运行新模式。精细化管理信息平台以原有集中监控、工程管理等系统为基础，以核心业务为主，兼顾行业管理新业态，紧扣工程管理的“事项、标准、流程、制度、考核、成效”等重点管理环节，体现“系统化、全过程、留痕迹、可追溯”的思路，力求实现管理事项清单化、要求标准化、流程闭环化、成果可视化、档案数字化、审核网络化，着力打造先进、实用、好用且具有示范意义的精细化管理信息平台。

2.3水利工程数字孪生技术的应用

水利工程数字孪生技术就基础组成来讲，主要分为两个部分，物理实体和虚拟体。物理实体提供水利工程的实际运行状态给虚拟体，虚拟体以物理实体的真实状态为初始条件或边界约束条件进行决策模拟仿真。经决策仿真验证后的操作方案将会反馈到物理实体的信息化系统，从而实现对物理实体（如闸、泵等设备）的控制操作。物理实体从广义上讲包括信息化系统和数据质量管理系统。信息化系统主要包括闸泵监控、水情监测、工程安全监测、水质监测等系统。物理实体的状态数据来源于信息化系统的监控采集值，但由于传感器异常、通讯故障等原因，工程上一般会出现监控采集值的异常，导致监控采集值并不能反映物理实体的真实状态，这将导致虚拟体的决策错误。因此，物理实体还应包含专门的数据质量管理系统，能够对异常数据自动筛选、剔除，并能提供人机交互的数据修正功能。虚拟体从广义上讲包括数字模型和决策算法。数字模型主要包括产汇流模型、河网水动模型、水质模型等，以及黑箱模型，如神经网络模型、时间序列模型等。但是，仅有数字模型还不足支撑对水利工程的调度决策，因此对虚拟体来讲，还必须有决策算法做支撑，这些算法不仅包括传统的线性规划、动态规划算法等，还包括遗传算法、粒子群算法等智能算法等，以及能满足大规模并行计算技术手段。

2.4大型水利枢纽泄洪运行安全实时调控系统

大型水利枢纽泄洪运行安全实时调控系统包含的仪器管理、数据管理、闸门监控、视频监控、安全调控等业务应用模块:(1)仪器管理模块主要是对水电站安装的脉动压力传感器、流速传感器、振动传感器、雨量计、强震仪等各类仪器信息、布置图、埋设位置等信息的管理。(2)数据管理是对脉动压力、流速、振动、低频声波、雾化降雨等各类监测数据进行管理，用户可根据仪器编号等查询数据信息，数据信息以过程线图和数据表的形式展示。(3)闸门监控可显示上游水位、泄洪流量、电站出力等运行信息以及各闸门开度情况，并根据闸门调控指令对闸门启闭、开度进行调控。(4)视频监控通过接入现场各工程部位视频设备，对工程关键部位进行视频信息展示。 (5)安全调控模块分为关键参数获取、智能快速评估和闸门实时调控3个部分。实时监测数据输入到泄洪安全智能快速评估模型中，对运行状态进行评价和预警，提出优化调度方案，将闸门参数输入到闸门实时调控模块对当前调度方案进行调整，实现调度运行方案的快速多目标优化。

结语

总之，水利工程是促进国家经济发展、改善民生的重要途径，采用智能型综合供水调度自动化调度策略，形成集控制、运行、管理于一体的高效管理模式，这对于改善经济增长方式有着非常重要的意义。

参考文献

[1]蔡阳，谢文君.全国水利一张图建设与应用[J].水利信息化，2020(1)：1-5.

[2]智慧水利总体方案编制工作组.智慧水利总体方案[R].北京：水利部信息中心，2019：91-93.

[3]佟保根. 云 GIS 技术在区域水利信息化综合服务平台的研究与应用[J]. 电脑知识与技术，2019，15 (32)：25-260.