物聯網基石:傳感器和傳感網

傳感器和傳感網是物聯網“金字塔”的最底層和最基礎環節，具有巨大的產業潛力。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

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絡技術等多學科交叉的高新技術，其產業發展具有自身獨特的規律：一是“基礎、應用兩頭依附”；二是“技術、投資兩個密集”；三是“產品、產業領域分散”。

我國傳感器企業在設計、關鍵工藝、可靠性、產品開發等方面均有不同程度的突破和創新，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項行業標準。但總體上看，我國與發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。

據不完全統計，在傳感器及物聯網相關領域，北京市擁有京儀、時代光電、昆侖海岸等企業151家。其中，新型傳感器企業37家，高速、高精度位移傳感器及新型數顯裝置企業兩家、生物傳感器企業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鏈。

但在生產制造方面，北京的企業數量和規模都落后于長三角及珠三角地區。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網應用示范基礎，已在視頻監控、智能交通、城市應急管理、食品追溯等重點領域進行了物聯網的相關部署，在2008年奧運會和2009年國慶六十周年大慶上實現了多項成功示范應用。

相比于發達國家，北京傳感器產業有較大差距，產業仍處于培育期，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。

傳感網絡產業

期待成熟商業模式

傳感網系統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標準化制定工作，初步形成了我國傳感網標準體系框架，擁有獨立的自主組網技術，并在IPv6、TD網絡等多網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產業研發優勢資源，在核心技術、標準的研發方面領先全國。北京還擁有同方、大唐電信、威訊紫晶等優秀企業，為傳感網產業快速發展提供了強大的產業支撐。同時，北京企業還積極參與傳感網技術標準制訂，推動我國成為國際傳感網、物聯網標準化的四大主導國之一；全國傳感器網絡標準工作組秘書處也設在北京。但從產業發展角度來看，成熟商業模式的缺乏是目前制約北京傳感網產業發展的核心短板。

從公共管理

到大眾需求

從物聯網的應用需求來看，物聯網傳感器及傳感網絡主要應用在公共管理、行業、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、資源環境管理、智能城市管理、智能交通、公共衛生是近期公共管理領域的重點細分市場；工業控制、智能建筑、現代精準設施農業、智能物流與食品溯源應用、智能電網（節電）是近期行業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、家庭應用。

城市應急預警物聯網系統是將城市中各應急信息采集點（包括安防系統、交通系統、氣象系統和公安系統）連接在一起的信息處理系統，并根據專家知識庫進行預警信息預報，實時通過網絡通知城市應急部門，統一指揮公安、武警、交通和醫院等部門進行協調行動。傳感器在該領域主要應用于：有害氣體檢測、圖像及識別、氣象監測、危險源監測等。

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識別技術和物聯網技術的結合，為實時掌握人員進出動態及活動范圍提供了保障。

資源環境管理：國際上工業發達的國家都制訂了相應的環境保護法規，加強了對環境的控制和監測，我國也不例外。今后環保傳感器重點將集中在水質監測、大氣污染和工業排污測控等領域。

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，對城市環境、設施、公用事業、城市服務、公民和本地產業等進行感知、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、公路車輛智能監測記錄(卡口)、闖紅燈自動記錄、固定高清超速監測、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是近期傳感器技術應用的主要場景。

公共衛生：公共衛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、食品發酵與酶傳感器。

技術發展需求

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，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展，使得信號檢測具有一定的智能；四是網絡化。

傳感網是由許多分布在空間上的智能傳感器節點組成的一種自治綜合信息系統。網絡中的節點采用協同感知與處理的方式，對不同位置的物理或環境狀況（比如溫度、濕度、光照度、聲音、振動、壓力、移動）進行監控。目前推動傳感器網絡產業發展的廠商可分為三大陣營，即ZigBee、Z-Wave和Insteon。最大的產業陣營是ZigBee Alliance，其ZigBee技術主要基于IEEE802.15.4技術規范發展而成，針對鏈接層、網絡層與應用層等各項協定開發出開放式全面產品。

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通信協議標準，即可快速完成互通測試，便于各家廠商開發多用途的應用產品，滿足住宅、辦公大樓、區域環境等領域的自動化、控制與監測功能需求，因此WSN產業廠商以支持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絡產業的主導標準。

健康發展需統籌規劃

第一，加強統一的宏觀管理和協調規劃，為產業持續提升提供政策保障。 通過政府引導、產業的合理布局以及相關產業政策的制定，積極落實產業技術路線圖研究成果，加強產業示范，重點實施8個產業化示范項目，和13個應用示范項目（見圖1），保障物聯網產業良性、可持續發展。

第二，推動建設共性技術平臺，為大規模產業化提供支撐。 針對產業化面臨的共性技術問題，建設共性技術平臺、產業化測試平臺。通過支持公共技術平臺的建設，扶持產品研發、測試，解決關鍵技術研發與科研成果轉化問題，提升整體的產業化水平。

第三，通過“產、學、研、用”聯合開展創新產品研發，完善產業鏈，提升產業競爭力。積極支持企業突破物聯網核心技術，研發具有創新性的新產品和新裝備。通過技術攻關、應用示范和產業化等各類專項運作，完善產業鏈和產業體系的建設，促進產業升級。

第四，大力支持國際標準、國家標準以及行業標準的制定。支持企業開展物聯網技術協同創新，引導企業、產業聯盟或協會組織參與制定相關技術的國際標準、國內標準、行業標準。

（感謝北京市科委科技宣傳與軟科學處、北京市科技信息中心、長城企業戰略研究所提供報告原文。）