傳感器和傳感網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)“金字塔”的最底層和最基礎環(huán)節(jié),具有巨大的產業(yè)潛力。北京市作為國際性大都市,在公共管理和服務、智慧城市建設、智能建筑、智能家居等多個領域對傳感器產品有迫切的市場需求。
北京傳感器產業(yè)處于培育期
傳感器技術是一門涉及物理學、化學、生物學、材料科學、電子學以及通信與網(wǎng)絡技術等多學科交叉的高新技術,其產業(yè)發(fā)展具有自身獨特的規(guī)律:一是“基礎、應用兩頭依附”;二是“技術、投資兩個密集”;三是“產品、產業(yè)領域分散”。
我國傳感器企業(yè)在設計、關鍵工藝、可靠性、產品開發(fā)等方面均有不同程度的突破和創(chuàng)新,尤其在敏感元件和傳感器制造技術領域有了長足進步,并形成了40項國家標準和15項行業(yè)標準。但總體上看,我國與發(fā)達國家相比有較大技術差距,處于國際上世紀90年代水平。主要表現(xiàn)在三個方面:一是高端傳感器被國外壟斷、中低端傳感器敏感芯片主要依賴進口;二是缺乏強有力的傳感器產業(yè)化共性技術平臺支撐,傳感器敏感芯片、封裝技術和測試技術批產能力較差;三是智能傳感器技術水平不足,缺乏標準和互通性。
據(jù)不完全統(tǒng)計,在傳感器及物聯(lián)網(wǎng)相關領域,北京市擁有京儀、時代光電、昆侖海岸等企業(yè)151家。其中,新型傳感器企業(yè)37家,高速、高精度位移傳感器及新型數(shù)顯裝置企業(yè)兩家、生物傳感器企業(yè)3家,形成了傳感器設計、加工、組裝、測試等較為完整的傳感器產業(yè)鏈。
但在生產制造方面,北京的企業(yè)數(shù)量和規(guī)模都落后于長三角及珠三角地區(qū)。在科研方面,以航天704所、中科院各研究所以及清華、北大等大學院系為代表,北京的傳感器技術研發(fā)和科技成果資源、人才資源是全國最豐富的。
從市場應用來看,北京具有較好的物聯(lián)網(wǎng)應用示范基礎,已在視頻監(jiān)控、智能交通、城市應急管理、食品追溯等重點領域進行了物聯(lián)網(wǎng)的相關部署,在2008年奧運會和2009年國慶六十周年大慶上實現(xiàn)了多項成功示范應用。
相比于發(fā)達國家,北京傳感器產業(yè)有較大差距,產業(yè)仍處于培育期,汽車、城市建設等眾多領域中使用的高端芯片及核心技術仍嚴重依賴進口。
傳感網(wǎng)絡產業(yè)期待成熟商業(yè)模式
傳感網(wǎng)系統(tǒng)是一個學科交叉綜合的知識高度集成的前沿熱點研究領域,正受到各方面的高度關注。目前我國已領先于國際啟動了傳感網(wǎng)標準化制定工作,初步形成了我國傳感網(wǎng)標準體系框架,擁有獨立的自主組網(wǎng)技術,并在IPv6、TD網(wǎng)絡等多網(wǎng)接入技術方面處于領先地位,形成了相關產品。
北京擁有北郵等全國首屈一指的傳感網(wǎng)產業(yè)研發(fā)優(yōu)勢資源,在核心技術、標準的研發(fā)方面領先全國。北京還擁有同方、大唐電信、威訊紫晶等優(yōu)秀企業(yè),為傳感網(wǎng)產業(yè)快速發(fā)展提供了強大的產業(yè)支撐。同時,北京企業(yè)還積極參與傳感網(wǎng)技術標準制訂,推動我國成為國際傳感網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)標準化的四大主導國之一;全國傳感器網(wǎng)絡標準工作組秘書處也設在北京。但從產業(yè)發(fā)展角度來看,成熟商業(yè)模式的缺乏是目前制約北京傳感網(wǎng)產業(yè)發(fā)展的核心短板。
從公共管理到大眾需求
從物聯(lián)網(wǎng)的應用需求來看,物聯(lián)網(wǎng)傳感器及傳感網(wǎng)絡主要應用在公共管理、行業(yè)、個人(大眾)市場三大領域。其中,城市應急(事故災難、自然災害)、社會安全、資源環(huán)境管理、智能城市管理、智能交通、公共衛(wèi)生是近期公共管理領域的重點細分市場;工業(yè)控制、智能建筑、現(xiàn)代精準設施農業(yè)、智能物流與食品溯源應用、智能電網(wǎng)(節(jié)電)是近期行業(yè)應用領域的重點細分市場;個人(大眾)應用領域近期的重點細分市場主要包括智能社區(qū)、家庭應用。
城市應急預警物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)是將城市中各應急信息采集點(包括安防系統(tǒng)、交通系統(tǒng)、氣象系統(tǒng)和公安系統(tǒng))連接在一起的信息處理系統(tǒng),并根據(jù)專家知識庫進行預警信息預報,實時通過網(wǎng)絡通知城市應急部門,統(tǒng)一指揮公安、武警、交通和醫(yī)院等部門進行協(xié)調行動。傳感器在該領域主要應用于:有害氣體檢測、圖像及識別、氣象監(jiān)測、危險源監(jiān)測等。
其他領域的傳感器需求分析如下:
社會安全:國家的大型賽事、活動等對安全有著特殊的要求,通過RFID識別技術和物聯(lián)網(wǎng)技術的結合,為實時掌握人員進出動態(tài)及活動范圍提供了保障。
資源環(huán)境管理:國際上工業(yè)發(fā)達的國家都制訂了相應的環(huán)境保護法規(guī),加強了對環(huán)境的控制和監(jiān)測,我國也不例外。今后環(huán)保傳感器重點將集中在水質監(jiān)測、大氣污染和工業(yè)排污測控等領域。
智能城市管理:傳感器在該領域的應用,主要是通過嵌入到公路、橋梁、鐵路、公共設施之上,對城市環(huán)境、設施、公用事業(yè)、城市服務、公民和本地產業(yè)等進行感知、分析和管理。
智能交通:傳感器在智能交通上的主要應用包括城市交通誘導、城市交通信息采集、公路車輛智能監(jiān)測記錄(卡口)、闖紅燈自動記錄、固定高清超速監(jiān)測、交通指揮集成控制等。電子收費、交通安全與自動駕駛、停車管理、交通信息采集和處理系統(tǒng)是近期傳感器技術應用的主要場景。
公共衛(wèi)生:公共衛(wèi)生領域傳感器需求重點為診治各種疾病的生物和化學傳感器、食品發(fā)酵與酶傳感器。
技術發(fā)展需求
技術推動和需求牽引共同決定了未來傳感技術的發(fā)展趨勢,主要包括四個方面:一是微型化,微米甚至納米級別的微型器件出現(xiàn),同時帶來功耗的降低;二是集成化,即傳感器與IC的集成制造技術以及多參量傳感器的集成制造技術;三是智能化,即在集成化基礎上的更進一步發(fā)展,使得信號檢測具有一定的智能;四是網(wǎng)絡化。
傳感網(wǎng)是由許多分布在空間上的智能傳感器節(jié)點組成的一種自治綜合信息系統(tǒng)。網(wǎng)絡中的節(jié)點采用協(xié)同感知與處理的方式,對不同位置的物理或環(huán)境狀況(比如溫度、濕度、光照度、聲音、振動、壓力、移動)進行監(jiān)控。目前推動傳感器網(wǎng)絡產業(yè)發(fā)展的廠商可分為三大陣營,即 ZigBee、Z-Wave和Insteon。最大的產業(yè)陣營是ZigBee Alliance,其ZigBee技術主要基于IEEE802.15.4技術規(guī)范發(fā)展而成,針對鏈接層、網(wǎng)絡層與應用層等各項協(xié)定開發(fā)出開放式全面產品。
由于ZigBee技術持開放性標準,個別廠商的產品只須符合ZigBee Alliance制訂的Zigbee通信協(xié)議標準,即可快速完成互通測試,便于各家廠商開發(fā)多用途的應用產品,滿足住宅、辦公大樓、區(qū)域環(huán)境等領域的自動化、控制與監(jiān)測功能需求,因此WSN產業(yè)廠商以支持ZigBee技術的廠商為多。未來,上述三大無線傳感技術在一段時期內仍將是傳感網(wǎng)絡產業(yè)的主導標準。
健康發(fā)展需統(tǒng)籌規(guī)劃
第一,加強統(tǒng)一的宏觀管理和協(xié)調規(guī)劃,為產業(yè)持續(xù)提升提供政策保障。 通過政府引導、產業(yè)的合理布局以及相關產業(yè)政策的制定,積極落實產業(yè)技術路線圖研究成果,加強產業(yè)示范,重點實施8個產業(yè)化示范項目,和13個應用示范項目(見圖1),保障物聯(lián)網(wǎng)產業(yè)良性、可持續(xù)發(fā)展。
第二,推動建設共性技術平臺,為大規(guī)模產業(yè)化提供支撐。 針對產業(yè)化面臨的共性技術問題,建設共性技術平臺、產業(yè)化測試平臺。通過支持公共技術平臺的建設,扶持產品研發(fā)、測試,解決關鍵技術研發(fā)與科研成果轉化問題,提升整體的產業(yè)化水平。
第三,通過“產、學、研、用”聯(lián)合開展創(chuàng)新產品研發(fā),完善產業(yè)鏈,提升產業(yè)競爭力。積極支持企業(yè)突破物聯(lián)網(wǎng)核心技術,研發(fā)具有創(chuàng)新性的新產品和新裝備。通過技術攻關、應用示范和產業(yè)化等各類專項運作,完善產業(yè)鏈和產業(yè)體系的建設,促進產業(yè)升級。
第四,大力支持國際標準、國家標準以及行業(yè)標準的制定。支持企業(yè)開展物聯(lián)網(wǎng)技術協(xié)同創(chuàng)新,引導企業(yè)、產業(yè)聯(lián)盟或協(xié)會組織參與制定相關技術的國際標準、國內標準、行業(yè)標準。