9.1.2 灌区智能管理的理论和方法
(1)灌区现代化管理的理论框架。
1)理论依据。灌区现代化管理系统基于“互联网＋水利”国家战略,推动互联网、大数据、物联网等与水利管理深度融合,通过现代信息技术对安全生产、防汛灌溉、工程管理等基本数据进行感知采集、分析,建立专家决策和评估系统,从而形成高效智能的田间灌溉系统、严格精准的支渠闭环控水系统、科学规范的工程建设及安全闭环管理系统、反应迅速的防汛指挥决策系统、快捷便利的数据实时管理查询系统。使灌区用水从静态的、传统的、定性的管理向科学的、实时的、定量的、准确的闭环管理转变,依靠通信、网络、遥感、数据库等技术手段对水量、雨情信息等实时采集、传输、分析和决策,由单纯的水量、时段管理转变为灌溉、安全、防汛、工程运行等全过程的实时管理,进一步提高灌区的现代化管理水平。
2)基本原则。用现代化理念指导灌区管理系统建设,用现代科技支撑灌区管理系统,用先进技术、先进工艺、先进设备打造灌区现代化管理基础设施,用现代管理制度、先进管理手段强化灌区现代化管理系统,积极衔接宁夏回族自治区水利云和国家水资源监控系统,坚持“你有我用、你无我补、互补建设、共享成果”的原则,为灌区农业现代化发展、生态文明建设服务。
3)基本内容。在长期灌区管理实践经验积累的基础上,借鉴国际先进管理理论,构建灌区闭环管理理论框架,其核心是闭环管理理念,源于传统的开环管理思想。
开环管理思想从管理源头到底层是一个不可逆的单线过程,它只关注每一层上一级对本级的作用,而闭环管理思想却是一个封闭的管理模式,它不仅关注每一级自上而下的命令和作用,还将底层的输出量反馈到顶端,通过一定的方式对顶层的输入量进行相应的改变和作用。这样便可产生一种良性的反馈系统,不断改善整个系统的生态结构直至达到一种相对理想的状态。
数学建模与灌区实际相结合：灌区闭环管理系统中的数学建模是进行控制系统设计的基础,对灌区管理而言,如果不能科学准确地对人、财、物进行抽象建模,那么在后续工作中就无法进行资源最佳配置,由此也将导致所有的预期管理目标都失效。
系统稳定性与灌区管理相协调：管理系统稳定是进行系统设计和控制的前提,而系统中各环节的迟延直接影响系统的稳定性。灌区管理中如果政令不能畅通,各部门各单位相互迟滞,则灌区运行必然出现失调,对于处于灌溉高峰季节的灌区运行而言将直接导致事故。
系统快速响应与灌区快速应变相匹配：一个良好的控制系统其快速响应特性是其重要的指标,也是衡量性能优劣的体现。灌区各部门的快速应变与执行力是衡量、实现应变力和管理高效的重要指标。面对发展机遇要能快速抓住并付诸实施,面对危机要能快速做出反应,面对正确决策要能快速执行。
系统准确性与灌区管理精准性相一致：控制系统中的“准确性”可通过对控制器的设计,实现系统输出达到希望值,且稳态误差最小。灌区管理中的计划管理、预算管理、质量管理、安全管理等均要体现其准确性,这就要求制订计划必须切合实际,管理措施到位,反馈信息及时,决策快速准确,这是一个典型的闭环控制系统。
系统的抗干扰性与灌区的抗风险能力相匹配：任何管理系统都会存在干扰,所以在灌区闭环管理系统的控制环节设计中要有裕度要求,要有容错能力。灌区管理中同样存在不确定性干扰和风险,因此必须要有危机管理和防范预案。
系统反馈与灌区信息反馈同步：反馈是区别于开环和闭环的重要特征。对管理问题的信息反馈大多数是以控制过程为目标的负反馈系统。在灌区运营中必须建立信息反馈回路,便于实时调整不可预见因素带来的偏差,保证准确地实现灌区管理目标。
4)指导意义。灌区闭环管理理论是提炼了闭环管理本质特征并结合灌区实际进行实践而总结出来的。它涵盖了先进管理理论所具备的管理要素,并在灌区管理上进行了集成创新,在管理实践中得以应用,而且获得一定成功。它以实现灌区现代化管理为目标,运用信息、网络、计算机、无线通信技术和矩阵论、控制论等现代管理手段,通过集成和可视化操作企业中的目标计划、执行反馈、控制、评估等管理要素,高效精准地实现对灌区全业务的管理控制,对指导宁夏引黄灌区现代化建设具有重要的现实意义。
(2)灌区闭环管理方法。
1)闭环管理的实施原则。
a.运行稳定。稳定性是指当灌区管理受到扰动,偏离预期状态时,在去掉扰动后能恢复到预期状态的性能,稳定性是灌区闭环管理的重要特性。
b.快速反馈与调节。在灌区管理过程中必须及时、快速反馈各项信息,并根据反馈信息做出快速调节,以达到灌区管理的最终目标。
c.响应误差最小。确保灌区管理在稳定运行状态下,工作落实情况达到期望目标,并使工作落实情况与期望目标之差最小。
2)闭环管理的实施步骤。
a.制定目标计划网络图。将灌区管理中要实现的总目标、分阶段目标进行分解,将关键节点和重要标志按照流程和逻辑关系进行连接,并以网络图的形式体现出来。网络图中的关键节点包含完成任务的内容、时间、数量和责任部门(管理处、管理所、管理段)、小组或个人。
b.合理配置资源。在计划分解后,应对一切可能引起灌区管理失常的扰动因素进行数学排列,按照提取关键要素的原则,高效合理地进行资源配置(人力、物力和财力),包括自身资源与社会资源,为确保计划目标的完成,要调动一切可以调动的力量进行资源支撑。
c.确定关键控制点与信息反馈点。对影响灌区管理全局的各个主要环节,必须要进行重点控制和建立信息反馈点。
d.误差测量与动态调节。误差是指执行的结果与执行的期望值之间的偏差,调节是指调整偏差的措施。误差测量与调节都必须做到实时处理。通过不断获取偏差、控制偏差和减小偏差,最终实现计划目标,这是衡量灌区管理水平的最本质特征。
e.系统评估。对灌区管理中完成任何一项任务的结果进行评估,包括来自外界的数据收集,根据评估的结果确定是否进行下一次的控制。