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简谈计算机技术在水利水电系统中的应用

作者:2017-02-13 16:21阅读:文章来源:未知
  当代电子信息技术日新月异,已成为世界各国增强国力、谋求发展的重要支柱。水电系统从60年代起开始使用计算机,80年代有了较大的进展。现在正孕育着一个新的飞跃。现就计算机在水电系统生产、设计、管理中的主要应用情况综述如下。
  1水电厂自动监控
  1.1大、中型水电站
  国际上自美国的大古力(Grandcoulee)、巴西的伊泰普(Itaipu)等水电站实现计算机监控以来,计算机在水电站中的应用有了进一步发展和提高,朝着集成、开放和标准化方向发展。近年来,多媒体技术的应用亦日益受到重视,已在语音报警、仿真培训等方面开展了许多工作。
  我国大、中型水电站,从80年代开始逐步建立计算机监控系统,用于数据收集、越限报警、事件记录、调整有功无功、机组起动和优化运行等工作。至今已有40多座大、中型水电站建立了计算机监控系统,取得了良好的社会、经济效益。
  在建的大、中型水电站几乎都配置了计算机监控系统。这些系统已走出了封闭、集中模式,向开放、分布网络方式发展,且通过计算机网络将水情测报、大坝安全监测及电厂MIS联结在一起,向更高层次的应用发展。
  1.2小水电站
  小水电站是我国电力工业的一支重要力量,由于条件所限,电子信息技术的应用水平还较低,但与前10年相比,也有了较大发展。当前,已开发出微电脑调速器、微电脑过速保护、微电脑自动调节器等设备,并装备了部分电站。据不完全统计,有近百座水电站在局部控制和保护方面使用了微电脑开发的产品,如浙江省盘溪梯级水电站实现了“四遥”(遥测、遥讯、遥控、遥调),黄岗山水电站达到了无人值班定时巡视。
  电子技术在电站中的应用,不仅增加了发电量(约3%)、提高了供电质量,而且保障了电站的安全运行,其社会、经济效益十分显著。
  2大坝安全监测
  从整个世界范围来看,由于大坝的自然环境恶劣、运行条件复杂等原因,大坝安全监测自动化较之工业控制自动化起步晚,进展缓慢。而近10年来,随着传感器等敏感元件技术、自动化技术、通讯与计算机技术的飞速发展,大坝安全监测自动化犹如异军突起,向实时监控、远程自动化网络迅速发展。据统计,仅在北美地区,就有上百座水坝实现了实时监控与远程自动化联网。
  当前,美国、加拿大、意大利、法国在大坝安全监测技术应用方面处于领先地位。其特点是:(1)所建系统多;(2)应用层次高;(3)规模大。例如,美国垦务局所辖的242座水坝,1990年已有1/5建立了安全监测系统,其数据每分钟至每小时经由卫星通讯采集一次,送入丹佛总部的工程数据库中,并由数据中心的专家分析系统自动完成数据分析与安全评价,功能十分强大。
  我国大坝安全监测应用计算机技术,起步于70年代,90年代发展较快。1987年引入法国大坝安全监测系统(包括传感器、计算机及Condova软件),并相继开发出“微型机水位测量数据处理系统”、CAMS-1型大坝自动监测系统、DSIMS大坝安全信息管理系统,实现了部分监测项目的数据自动采集、传输、整编、过程线的绘制及观测的相关分析,取得了很大成绩,但与国外相比仍有较大距离。如:(1)功能单一,未形成综合性的系统;(2)未形成地区性或更大范围的广域网络系统;(3)与国内其他方面的应用,如防洪、发电等相比未形成一个有机整体,难以发挥更大的效益。
  3调水和灌溉
  3.1调水
  80年代以来,我国为了解决缺水地区的用水问题,进行了一系列的大型引水工程建设。如引黄济青、引滦入津、引大入秦和册田、景太川等引水工程。举国瞩目的“南水北调”工程也已起步。据统计,多数调水工程已建立了计算机监控系统,实现了自动调水和优化调水,收到了较好的社会效益和经济效益。
  国内调水计算机系统的基本功能为:(1)水源水量预测;(2)供水需求分析计算;(3)泵站机组运行监控;(4)闸门控制;(5)费用核算。
  3.2灌溉
  “七五”期间,电子信息技术在农业灌溉中的应用如雨后春笋,发展十分迅速,至目前为止,已有50多个大中型灌区使用了计算机,控制灌溉面积已超过5000多万hm2,在灌区管理与优化配水方面取得了明显的社会、经济效益。应用范围概括起来有以下3种类型:
  3.2.1科研计算与数据处理。在该方面开展了灌溉渠系运行仿真、井灌区动态用水管理模拟、地下水等值线计算、全国作物需水量等值线计算与绘图制表等工作。
  3.2.2灌区信息管理。有不少灌区结合本地的特点建立了小型灌区信息管理系统,基本功能大致为水源预报、配水计划管理、水费管理和灌区信息管理等。如“位山灌区配水系统”“洛惠灌区信息管理系统”“石津灌区用水管理系统”等。
  3.2.3信息采集、监测与自动化管理系统。该方面的工作由信息采集、处理、闸门控制及优化调度等几个环节组成。到目前为止,每个环节都取得了较大进展。如:内蒙古的“土壤水、盐信息自动采集系统”、山东的“水位遥测系统”、江苏南关灌区的“微机信息网络系统”(半自动化)、湖北孝感的“多水源灌溉管理系统”等。
  我国是一个水资源相对匮乏的国家,农业用水约占全国用水量的80%以上。因此,采用电子信息技术对加强灌区管理、优化配水、节约用水有着重要的战略意义。
  4计算机辅助设计(CAD)
  近年来,CAD技术发展非常迅速,有几个方面要特别引起我们的注意。
  4.1视觉技术
  该方面比较突出的是计算机动画,在建筑上可用来研究进、出一座建筑物的视觉效应以及由于光线条件的改变、表面装饰材料的改变和建筑尺寸的改变等等而产生的效应,并研究建筑物与周围景观的相互影响。
  4.2智能CAD
  常规CAD系统基于几何模型,在支持复杂的设计时常遇到一些困难,大量数据的输入也较麻烦。因此近年出现了基于人工智能的CAD系统,简称智能CAD,功能得到增强,并有专家系统和人机对话两方面的功能。
  4.3集成智能CAD
  一个工程设计的全过程往往是很复杂的,需要把许多CAD或智能CAD系统集合起来方能解决问题,为此产生了集成智能CAD。它将各子系统有机地结合起来,减少彼此的数据传送,并利用人工智能技术,提高计算和绘图能力,使设计师能够方便地控制设计的全过程。
  我国的CAD技术于70年代引入,现在已有了较大发展。设计领域中各部属设计院基本上都装备了CAD系统,出图率一般为30%,运用计算机进行分析计算可达90%以上,计算机做多种方案设计已达50%以上,设计出错率已从手工设计的5%降低到1%,提高功效6~8倍;由于多方案优化,节省工程投资至少2%~5%,个别可达10%以上。
  自1983年,国务院提出把“计算机辅助水利电力勘测设计系统”纳入国家重点开发项目之后,水电系统各部属设计院及部分省院相继配置了CAD系统。目前已在重力坝、拱坝、厂房和场地规划设计等方面完成了近30个CAD项目的开发,取得了很大的成绩。但也存在一些问题,有待进一步完善、发展。如:(1)应用覆盖面还不够大;(2)当前所建系统多为单项开发、单机作业,与其他相关的业务未形成一个有机系统,整体效益难以发挥;(3)已有的CAD软件,基本是针对初步设计阶段中便于用CAD技术实现的环节开发的,而对于技术设计阶段的图纸生产以及相应各专业之间的配合、协调尚未真正触及。
  5计算机信息系统
  5.1管理信息系统
  管理信息系统从50年代的电子数据处理(EDP)、事务处理系统(TPS),60年代的管理信息系统(MIS)、办公自动化系统(OAS),到70年代的决策支持系统(DSS),已跨越了三个阶段,现在已进入第四代:智能管理系统(IMS)。
  IMS是计算机管理信息系统向智能化、集成化方向发展的产物。在MIS、OAS、DSS的基础上,借助人工智能的概念、方法和技术,扩展系统的功能,适应用户多层次、多方面、多阶段的需求,是一具有全方位管理功能的集成化系统。
  目前,我国基本处于MIS和OAS阶段。据统计,全国有30000个系统在运行。
  管理信息系统在水电系统起步较晚,但发展十分迅速。几乎各个业务部门都建立了规模不等的MIS或OAS,并且逐渐跳出封闭、孤立的应用境地,向企业级、部门级、行业级发展。水、电两部的一些职能部门,如财务、人事、物资、统计等都建立了部门级的专业信息系统,在大型水电厂中建立了企业级管理信息系统,并收到了很好的社会、经济效益。此外,水利、电力两部门正着手建设行业级系统,如:“全国首脑机关辅助办公决策系统”“国家防汛指挥系统”等。
  5.2数据库
  数据库技术是计算机技术的重要组成部分,也是信息系统的重要支柱之一,发展十分迅速。层状、网状数据库已被关系数据库取代。关系型数据库的商业产品已有几十种。其中,Oracle、Sybase、Informix、Ingres四大数据库处于领先地位。发达国家的数据库业非常发达,据统计已有近5000个涉及经济、商业、科技、统计、金融、社会等诸方面的数据库通过多种途径提供公共服务。
  我国建库工作始于80年代初,现在已有800多个数据库。但真正有一定规模并提供社会服务的,最多只有10多个。
  数据库技术在水电系统的应用发展还是很快的。建库软件已从小型的数据库管理系统,如dBASE、Foxbase等向大型数据库管理系统迈进,Oracle、Sybase已在许多部门安装使用。遗憾的是,目前除个别公用数据库(如全国分布式水文数据库等)正在建设中外,其他的数据库还只是作为某个专用信息系统的一部分,封闭在建库单位的计算机之中,不能提供广泛的社会服务。
  5.3计算机网络
  计算机网络分为局域网络和广域网络两种类型。其拓扑结构有星型、环型、树型、分布式和总线式5种。在发达国家中,计算机应用多数达到了网络化,并且将不同业务、不同地点的局域网联结成更大的网络——广域网。
  Internet是国际上著名的广域网之一。它是美国国防部下属的一个机构于1969年建立的。最初只有4台计算机,规模很小。现在已延伸到美、欧、亚、大四大洲的137个国家和地区,联结了100万台计算机和2000多万用户,而且用户数量还以每月10%的速度增长着。
  近年来,计算机网络技术的应用,在我国发展也十分迅速。一些大、中型企业、事业单位已建立了计算机网络系统,将分散、孤立的计算机系统联结成一个整体,从而实现资源共享。据统计,国内已建成100多个专用信息网。
  为了充分利用信息资源,发展生产力,缓解能源、交通、环境等制约国民经济发展的“瓶颈”效应,促进“四化”建设;也为适应人民日益增长的文化娱乐、教育科技和卫生保健等方面的需求,国家于1993年3月提出“金桥工程”。金桥网一期工程将覆盖全国400多个城市,与各部门、地方专用网以及邮电部建立的分组交换网、数字数据网、公众电话网互联互通。
  水利水电系统肩负着全国防汛救灾和电力、水资源的生产、开发利用的任务,其信息交流量是十分巨大的。目前,两部除大力促进局域网络的建设外,正在利用本系统和国家的通信条件,组建自己的全国性专用网络。
  6问题与建议
  计算机在水利水电系统中的应用,虽然已取得了较大的成绩,但整体看来水平还不很高,还有不少问题亟需研究解决。
  6.1计算机应用机构的调整改革
  现存的一些计算机应用机构,如计算中心、计算站等,多是80年代中、末期组建的,已远不适应当前的发展形势,有两大问题亟待解决:其一,有些单位仍采用集中应用模式,即:将一个单位的计算机设备和专业人才高度集中在一个机构内部,统一解决本单位用机和软件的开发工作。这种模式,过去曾起过较大作用,但到大批微型计算机涌入国内后,便逐渐被冷落了,出现了大量设备和人员闲置的现象。其二,是运行机制问题。这些机构多属所在单位的二级或三级技术服务性部门,经济上不独立,没有“人、才、物”的所有权,缺乏竞争意识,难以适应市场经济条件下的竞争机制。
  6.2切实加强“三统一”工作
  “三统一”,即“统一规划、统一标准、统一领导”。目前水利水电系统的计算机应用,正处于由单项向综合、由局部向整体开发应用的发展阶段,此间不能山头林立、各自为政,必须坚持“三统一”原则,使系统逐渐成为一个整体,实现资源共享。
  6.3加强对信息源的研究、开发
  信息是一切信息系统的基础。这是一个极为简单的道理,但在实际中却又往往被人们忽视。
  对此,不妨回顾一下我国第一次(1986年至1989年间)政务信息系统建设浪潮。当时,从中央部门到地方单位,投入了大量人力、物力,但收获甚微,多数单位并未如愿以尝。原因很多,但对构成系统的最基本要素——信息的特点及处理的难度缺乏足够的认识和相应对策,不能不说是一个根本的原因。1992年以来,随着经济的发展,全国又掀起了第二次政务信息系统建设浪潮,水利水电部门也相继拉开了系统建设的序幕。在新的高潮中,务必高度重视对信息源的研究和开发工作,切不可只把人力、物力投入到网络建设和设备的购置方面。否则,将难免重蹈第一次浪潮的覆辙。
  6.4规范系统的维护管理工作
  应当看到,信息系统一方面会给人们带来进步和财富,另一方面也会带来灾难和损失。这是由信息系统的先天不足——脆弱性引起的。故必须加强系统的维护管理,以防发生不测。
  6.5重视技术人才,加强人员培训
  再好的计算机系统没有大批的应用人才和开发、维护人员也难以发挥作用。然而,据了解,计算机技术人才,尤其是青年一代,很不稳定,流失很大。为此,希望有关主管部门制定相应的对策,以利稳定队伍。
  信息技术是一个高速发展的新兴学科,新技术、新产品年年涌现,信息系统的设计、开发和运行管理人员必须不断更新知识。因此,加强培训(包括在职人员的培训)十分急迫、重要。
 

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