大壩安全監測技術的發展經歷了一個比較漫長的發展歷程，自1891年德國埃施巴赫重力壩開啟了人類歷史上首次大壩安全監測活動至今，時間已經過去120多年。大壩安全監測技術經歷了從無到有、從單一到全面、從原始到高科技的發展歷程。業內根據其發展特點將大壩安全監測技術分成如下三個階段：
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(1）原型觀測階段（1891年~1964年），此階段的主要目的是研究大壩的實際變形、溫度和應力狀態，重點是檢驗設計，改進壩工理論。涉及的監測項目不多，以目測、人工觀測儀表為主，基本上不涉及安全監測儀器技術，鮮有涉及自動化安全監測技術。以差動電阻式儀器、應變片式儀器為代表的部分大壩安全監測儀器開始出現，并投入工程使用。
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(2）原型觀測向安全監測過渡階段（1965年~1985年），此階段的主要目的是保證大壩安全運行。大壩安全監測項目逐漸完善，部分安全監測技術相關的法律法規出臺，形成了規范性操作標準。各種類型的大壩安全監測儀器(如鋼弦式儀器)得到快速發展，在電子測量技術的支撐下，各類電測儀表開始出現，同時出現了安全監測自動化測量系統雛形(集中式測量系統）。
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(3）安全監測階段(1985年至今）)，此階段受益于電子測量技術、通信技術、互聯網技術、新材料、新工藝等新興技術的快速發展，實現了安全監測項目的全覆蓋、絕大多數項目實現了自動化測量，安全監測技術在快速發展的基礎上進入成熟期。
大壩作為一種大型建筑物，因其所在環境條件的復雜性，雖然在設計、施工、運行維護的過程中，工程師們已經花費很大的努力去保障系統的安全性，但由于大壩失事后造成災難的嚴重性，因此進行可靠、有效、持續的大壩安全監測顯得非常有必要。隨著科學技術、監測設施技術、設計施工技術和信息處理技術的不斷提高、經驗的逐步積累，世界上很多國家都發布了相應的大壩安全監測設計、施工和管理規范，通過在水工建筑物中設計并安裝埋設安全監測儀器，以獲得大壩及基礎的變形、應力應變、溫度、滲壓滲流等多種運行參數的實時變化情況，準確了解大壩及基礎的演變趨勢，便于及時采取措施規避可能的風險。
智能傳感器技術發展的共性需求集中在小型化、網絡化、數字化、低功耗、高靈敏度和低成本，傳感材料、MEMS芯片、驅動程序和應用軟件是智能傳感器的核心技術，特別是MEMS芯片由于具有體積小、重量輕、功耗低、可靠性高并能與微處理器集成等特點，已成為智能傳感器的重要載體。
自20世紀90年代至今的這二十多年，正好是我國水電大壩的高速發展時期，我國在壩工方面不斷挑戰極限、創造世界奇跡，對大壩安全監測技術特別是安全監測儀器技術提出了各種新的需求，在不斷尋求創新的基礎上促進了大壩安全監測儀器技術的快速成長與進步。
我國現有水庫大壩約10萬座，是世界上擁有水庫大壩最多的國家。這些水庫大壩在防洪、發電、供水、灌溉等方面發揮巨大效益的同時，所存在的安全風險不容忽視。大壩安全監測是大壩安全管理的重要內容，是控制大壩風險的重要措施。大壩安全監測即通過儀器觀測和巡視檢查對大壩工程主體結構、地基基礎、兩岸邊坡、相關設施及周圍環境所作的測量及觀察，具有校核設計、改進施工和評價大壩安全狀況等作用；主要包括變形、滲流、應力應變、環境量等監測項目。
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據調研顯示：
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（1）建設了必要的庫水位、降雨量、表面變形、滲流量監測項目的大型水庫，占比分別為93%、87%、73%、66%；建設了必要的庫水位、降雨量、表面變形、滲流量監測項目的中型水庫，占比分別為81%、75%、52%、49%；建設了必要的庫水位監測項目的小型水庫，占比僅為50%。
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（2）已建設大壩安全監測系統的水庫中，大、中、小型水庫監測系統能正常運行的分別占43%、39%、10%。
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（3）安全監測培訓方面，大、中型水庫監測人員經過培訓的分別占68%、55%，小型水庫未進行統計。
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大壩安全監測系統是檢驗設計、指導工程安全運行與科學調度的重要工具，因此，大壩安全監測系統建設不容絲毫馬虎，必須從規劃、設計、審查、招投標、施工、驗收等各環節嚴格控制，確保工程質量。另一方面，大壩安全監測是一項復雜的系統性工程，涉及到水利水電工程、工程測量、數學、自動化、軟件工程等多個學科，需要相關專業人員分工協作，因此，參建單位實力是確保大壩安全監測系統建設成敗的重中之重。此外，大壩安全監測系統建成后并非一勞永逸，后期應足額落實相關管護經費，加強運行維護、人員培訓與監測資料分析，必要時進行升級改造，確保監測系統能長效穩定運行，切實發揮大壩安全“耳目”作用。
（1）周期性
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大壩安全監測系統行業主要是水利、能源、市政工程等基礎設施建設行業，這些行業建設需要大量的啟動資金，主要依靠國家和社會資本的投資，與國家宏觀經濟發展密切相關。當前國家加大基礎設施建設方面的投資，會帶動整個行業的發展。行業的發展跟宏觀經濟的整體運行周期關聯較為緊密，隨宏觀經濟周期波動而調整，具有一定的周期性。
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（2）區域性
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從客戶實際使用需求的區域性來看，行業產品主要應用于水利、能源、交通施工，相應工程在野外環境地區較多，公司產品應用存在一定的區域性特征。從生產企業區域性來看，大壩安全監測系統生產過程融合了多學科、多領域的專用技術，產品結構復雜，所需各種零部件較多，需要上游供應商提供完整的配套支持，所以此類企業一般處于經濟比較發達和相應產業比較集聚的地區，呈現一定的區域聚集性。
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（3）季節性
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大壩安全監測系統主要用于電力能源、水利、交通建筑等行業，客戶主要為國有大中型企業、設計院、科研院所等，客戶采購一般遵守較為嚴格的預算管理制度，通常在每年第一季度制定投資計劃，后經歷預算申請、方案審查、立項批復、請購批復、招投標、合同簽訂等程序，年度資本開支如工程建設和設備安裝等主要集中在下半年；因此本行業呈現一定的季節性波動特征，第一季度收入較少，收入主要集中在下半年。
水庫大壩安全監測系統由水庫智能感知、物聯網技術信息網絡通信（RTU）、云端智慧監控管理工作平臺組成。水庫在線監測具有自動采集、分析和報告水庫水位、降雨、圖像、滲流等運行數據的功能，自組織網絡和數據終端具有采集和通信各要素的功能，水庫安全監測預警系統的云平臺具有監測數據的智能分析和預警功能，實現了水庫運行狀態的感知和監測、運行情況分析、安全管理、巡檢在線管理等綜合運行支撐，有效輔助相關部門制定防汛抗旱調度方案和應急預案，實現水庫的信息化管理。可以把水庫大壩安全監測系統分為四層：感知層、網絡層、平臺層、應用層。
根據產業鏈微笑曲線原理，微笑嘴型的一條曲線，兩端朝上，在產業鏈中，附加值更多體現在兩端，設計和銷售，處于中間環節的制造附加值最低。微笑曲線中間是制造;左邊是研發，屬于全球性的競爭;右邊是營銷，主要是當地性的競爭。當前制造產生的利潤低，全球制造也已供過于求，但是研發與營銷的附加價值高，因此產業未來應朝微笑曲線的兩端發展，也就是在左邊加強研展創造智慧財產權，在右邊加強客戶導向的營銷與服務。如下圖所示：
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圖表：產業鏈微笑曲線
資料來源：中研普華產業研究院
感知層：實時感應水庫大壩監測參數傳感器的狀態，如變形監測、地表沉降、土體位移、土壤含水率、土壓力、滲壓計、水位計、雨量計、GNSS接收機、固定式測斜儀、滲壓計、高速高清攝像機、孔隙水壓計、雷達物位計、拉線式位移計、土壓力計、表面應變計、埋入式應力計等前端感知設備；
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網絡層：支持數據通信，可上、下雙向通訊，支持無線蜂窩網絡、短信、北斗、PSTN、超短波等通信方式。感應設備M21F2可通過監測預警平臺的通訊方式，上行發送至監測控制中心平臺。
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平臺層：整合各層設備和系統功能，通過信號的連接，下發平臺對前端感應器的命令，上傳監測數據的采集、處理、存儲和分析，實時聯動前端各大監控設備。
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應用層：監測中心通過實時數據接收匯集管理及監測預警平臺可以實現各種監測數據的共享，對各種監測數據進行查詢、分析、預警和管理。開啟信息發布途徑，實時展示信息數據和預警信息。
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系統功能
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數據實時監測：實現在線監測的地圖顯示、查看，包括監測設備的快速查詢顯示、監測數據展示、報警情況顯示及監測數據曲線圖的實時展示，通過系統主界面的顯示功能，可以查看設備的位置、運行狀態，掌握其水庫庫壩體浸潤線及壩體內孔隙水壓力、庫內水位、水庫出入入流量、降雨量、壩體位移的實時監測。
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及時報警：通過布設在壩體內部和表面的各種類型的傳感器，獲取大壩變形、滲流、沉降、位移、水文、氣象等相關數據。傳輸到相關軟件系統，實現對整個壩體的全方位實時監測。等數據超過告警上限時系統自動根據該預警數據發布不同級別的報警信息。可設置多級報警，支持彈出軟件窗口報警、郵件報警、短信報警及聲光報警等功能多種方式傳達至相關領導和責任人。
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視頻遠程監控：包括對上下游水區、壩上、壩下和閘房內部的實時視頻監控，用戶可以從監控終端中實時的看到現場的視頻圖像，同時還可以通過軟件控制現場攝像機鏡頭以及云臺，根據需要調整光圈大小、焦距遠近、變倍高低以及視頻角度等，滿足用戶對現場多方位視頻圖像的監控需要，確保水庫大壩運行安全。
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數據分析預判：對大壩浸潤線、庫水位、實時雨量、大壩滲流量及壩體位移歷史數據等相關數據進行綜合比較分析，推算出各類壩體運行數據的時間和空間的相關性，綜合判斷壩體健康狀況。
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GIS模擬建模：在適用前提下將水庫大壩安全管理過程中的新思想、新方法融入到系統開發，做到數據和圖形相融合、GIS與數學模型相結合，把科學計算的結果通過三維情景表現和動態的形式直觀表現。
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操作便捷：具備LCD液晶顯示屏以及多功能輸入鍵盤，用于現場參數設置、人工置數、安裝調試、狀態顯示等功能，以及串口配置方式。支持多種工作模式（包括自報式、查詢式、兼容式等），最大限度降低功耗。
工程項目成本構成因素
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行業產品均為按項目進行定制，屬于非標準化產品，依據每個項目不同的設計方案，所需耗用的材料及安裝工藝過程都不同，且整個工程項目中，除了自制的核心部件，其他部件和勞務大多以外購為主。一般來說，項目成本中如果自制產品成本占比越高，外購產品和勞務的成本占比越低，說明該項目體現公司核心技術的成分越高，項目毛利率就越高，反之則較低。不同的產品應用之間以及報告期內同一產品在不同會計期間，由于自制產品、外購產品和勞務的成本占比不同，從而導致毛利率波動。
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以行業內公司基康儀器為例，2022年該公司公司智能監測終端產品技術含量較高，品牌知名度良好，因此銷售毛利率常年維持在較高的水平，2022年智能監測終端毛利率為60.92%。主要成本結構包括：原材料成本、勞動成本、研發成本和軟件成本，其中原材料成本占比35.7%，研發成本占比24.3%。
大壩健康監測系統行業上游主要為各類傳感器行業
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近年來，我國大力支持智能傳感器技術及產業，陸續推出智能傳感器專項政策支持，助力智能傳感器產業進入快速發展期。據中國信通院數據，2017-2021年中國智能傳感器市場規模從814.1億元增長至約1113.4億元，年均復合增長率達8.14%，預計到2023年中國智能傳感器行業市場規模將達1308.3億元。
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智能傳感器的產品品類主要包括MEMS傳感器、CIS圖像傳感器、雷達傳感器、射頻傳感器、指紋傳感器等，從產品占比情況來看，MEMS傳感器和CIS傳感器的占比較大，兩者分別占比29.7%和26.5%，合計占比56.2%。
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從國產化率來看，我國傳感器行業正處于“散、小、低、弱、缺芯”的現狀，大約60%的敏感元件和傳感器仍依賴進口，中高端傳感器的研發與制造能力存在較大短板。數據顯示，國內智能傳感器國產化率從2016年的13%增長至2022年的35%，預計未來國產化率將進一步提升。
近年來，我國物聯網產業的快速發展，傳感器作為我國“強基工程”的核心關鍵部件之一，是實現工業 4.0 轉型升級、提升各類設備智能性和可靠性的主要組成部分，我國傳感器的市場規模及應用場景也得到進一步增長。隨著“十四五”期間發展 5G、物聯網的戰略地位逐漸明確，傳感器作為數據采集的唯一功能器件，未來市場規模還將逐步擴大，預計到2028年中國傳感器市場規模增長至2000億元。
物聯網、云計算、智能管理等技術及應用的發展，使我國傳感器市場快速成長起來。作為物聯網服務實現的載體，傳感器在物聯網領域的地位至關重要，無論是智能水利、智能交通、智慧能源，還是地災預警、智慧城市等各大物聯網應用系統中，安全監測感器都發揮著舉足輕重的作用。同時，國內外從事傳感器技術研發的機構和投入都不斷增多，傳感器技術也取得了突飛猛進的發展。隨著先進傳感器、新型傳感器、低成本、高性能傳感器的不斷研發成功，傳感器應用的成本將不斷降低，應用效果將不斷提升，從而推動安全監測傳感器及儀器儀表行業的持續發展。
大壩健康監測系統產業下游為水利行業
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2022年全國完成水利建設投資10893億元，比2021年增長44%，是新中國成立以來水利建設投資完成最多的一年，為穩定宏觀經濟大盤、促進經濟回穩向上作出重要貢獻。
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2022年，重大水利工程開工數量和投資規模均為歷史最多，全年開工47項、投資規模4577億元，總投資超100億元的有13個項目，南水北調中線引江補漢、淮河入海水道二期、環北部灣廣東水資源配置、太湖吳淞江治理等一批論證多年、具有戰略意義的標志性工程開工建設，鄂北水資源配置等34項工程基本建成開始發揮效益，觀景口水利樞紐等20項工程竣工驗收。全國完成水利建設投資首次突破1萬億元，廣東、云南、浙江、湖北、安徽等12個省份超500億元，大規模水利建設直接吸納就業人數251萬人，其中農村勞動力205萬人。民生水利項目全面提速建設，新開工水利項目2.5萬個，新增投資規模1.23萬億元，累計實施水利項目4.1萬個。其中，實施病險水庫除險加固3500多座，開展主要支流和中小河流治理1605條、治理河長1.4萬公里；完工農村供水工程18169處，全國農村自來水普及率提高到87%；實施大中型灌區建設和改造529處，完成淤地壩除險加固622座，治理水土流失面積6.3萬平方公里。水利投融資改革取得明顯成效，累計落實水利建設投資11564億元，較2021年增長44%，其中利用地方政府專項債券2036億元、金融信貸和社會資本3204億元，有力保障大規模水利建設資金需求。
新中國成立70年來，黨領導人民開展氣壯山河的水利建設，取得舉世矚目的偉大成就，為我國經濟社會發展、人民安居樂業和生態環境保護作出了突出貢獻。全國各類水庫從新中國成立前的1200多座增加到近10萬座，總庫容從200多億立方米增加到近9000億立方米，5級以上江河堤防超過30萬公里，規模以上水閘10萬多座，規模以上泵站9.5萬處，全國水利工程供水能力達到8600多億立方米。全國農田有效灌溉面積由2.4億畝增長到10.2億畝，位居世界第一，大中型灌區發展到7800多處，小型泵站、機井、塘堰等發展到2000多萬處，基本形成了蓄、引、提、排較為完善的農田灌排體系，約占全國耕地面積50%的灌溉面積上生產了占全國總量75%的糧食和90%的經濟作物。三峽水利樞紐、南水北調工程等一批關系國脈國運、民族盛衰的大國重器建成并發揮重要作用，成為中國國力提升和大國治理優勢的重要標志;初步構建了以《中華人民共和國水法》《中華人民共和國防洪法》《中華人民共和國水土保持法》為核心的水法律體系，探索了富有中國特色的河長制湖長制，形成了水治理體系的基本框架。
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這一系列成績與我國全面建成小康社會取得的決定性成就是相匹配的，是我國經濟實力、科技實力、綜合國力躍升的重要體現。它表明，水利已經從新中國成立之初災害頻繁、設施殘破、技術落后的狀態，發展到今天工程體系成型、保障水平有力的良好局面，從設施數量、保障程度、工程技術水平和國際影響力來看，我國的水利大國地位都是名副其實的，具備了向水利現代化強國邁進的堅實基礎。
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當前，世界經歷百年未有之大變局，我國發展外部環境日趨復雜。習近平總書記多次強調，防范化解各類風險隱患，積極應對各類挑戰，關鍵在于辦好自己的事，提高發展質量。《建議》把高質量發展作為主題，強調發展中的矛盾和問題的解決，都集中體現在發展質量，要把發展質量擺在更加突出位置，推動質量變革、效率變革、動力變革。因此，新的歷史坐標下的水利現代化建設，應圍繞發展質量這一主線，不斷提高貫徹新發展理念、構建新發展格局的能力和水平，努力為優化供給結構、穩定經濟增長做貢獻;為促進綠色轉型、推動優化升級做貢獻;為提升服務質量、促進民生改善做貢獻;為抵御系統風險、保障總體安全做貢獻，持續推動水利向安全、高效、智能、綠色轉型。
《中共中央關于制定國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和二0三五年遠景目標的建議》，下稱《建議》中提出：
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水利現代化的實現，要靠創新來引領，創新不僅僅體現在水利工程和科技手段，而是要體現在科技創新、管理創新、制度創新等各個方面。應當看到，我國當前水利工程技術已躍居世界前列，是當之無愧的水利科技大國。但在新科技革命方興未艾、新型工業化城鎮化智能化同步推進和深入融合的大背景下，水利創新仍任重道遠且大有可為，要推動水利與信息網深度融合發展，以信息化、智能化來促進水利轉型發展，并挖掘傳統水利的功能價值，以水利科技創新來帶動水利管理創新、水利制度創新。具體而言，在新一代傳感互聯和大數據分析等技術的帶動下，將在水利工程智能物聯管護、實時調度、自動化監測和輔助決策、精細化供水服務、精準灌溉管理、智慧水土保持等諸多領域形成強大支撐，推動傳統水利管理方式的跨越式前進和革命性演變，相應地帶來管理規范和標準的革新、管理基礎條件的優化、科技研發和人才培養方向的調整，帶動整個水治理體系的優化升級。
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《建議》的提出，對國內水利行業起到指導作用，預計未來國內大壩健康監測系統行業將迎來大力發展的機會。
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朱夢華
大壩健康監測系統產能 中國大壩健康監測系統行業發展歷程分析 
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