我國工業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡產(chǎn)品市場應用及趨勢分析

　　個人電腦的普及奠定了互聯(lián)網(wǎng)基礎，智能手機的發(fā)展已經(jīng)帶我們進入移動互聯(lián)網(wǎng)時代。現(xiàn)在，我們正在進入感知時代，并迎來了物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展熱潮。物聯(lián)網(wǎng)中的關(guān)鍵技術(shù)之一就是傳感器技術(shù)。我國傳感器市場的四大應用領域為工業(yè)領域、汽車電子、通信電子、消費電子。無線傳感器網(wǎng)絡(WirelessSensorNetwork，WSN)在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應用過程中起到了樞紐的作用，負責將獨立的傳感器單元通過無線網(wǎng)絡連接起來，并將各個傳感器采集的數(shù)據(jù)傳輸匯總，以實現(xiàn)對空間分散范圍內(nèi)物理或環(huán)境狀況的協(xié)作監(jiān)控，進而根據(jù)這些信息進行相應的分析和處理。由此可見，感知時代的來臨以及工業(yè)4.0的興起為工業(yè)傳感器和工業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡產(chǎn)品發(fā)展創(chuàng)造了良好的發(fā)展機遇。

　　一、 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展因素

　　物聯(lián)網(wǎng)是中國戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，蘊含著巨大的經(jīng)濟價值，賦予了“兩化融合”更多智能化內(nèi)涵，用物聯(lián)網(wǎng)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，必將提升傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟附加值，有力推動我國經(jīng)濟發(fā)展方式由生產(chǎn)驅(qū)動向創(chuàng)新驅(qū)動的轉(zhuǎn)變,促進我國產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整;同時，隨著物聯(lián)網(wǎng)新技術(shù)、新產(chǎn)品、新應用、新服務模式的創(chuàng)新，也必將催生一批新興業(yè)態(tài)，成為中國新的經(jīng)濟增長點。

　　目前，我國物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展與全球同處于起步階段，初步具備了一定的技術(shù)、產(chǎn)業(yè)和應用基礎，呈現(xiàn)出良好的發(fā)展態(tài)勢。據(jù)工業(yè)和信息化部數(shù)據(jù)，2014年我國整個物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的銷售收入達到6000億元以上。近幾年我國物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的綜合增長率達到了30%以上，充分體現(xiàn)了其強勁的發(fā)展勢頭。

　　物聯(lián)網(wǎng)是由感測終端、信息傳輸、處理中心和應用用戶組成的網(wǎng)絡，其技術(shù)已經(jīng)進入實際應用階段，如智能工業(yè)、智能農(nóng)業(yè)、智能物流和智能交通等各領域。而工業(yè)是物聯(lián)網(wǎng)應用的重要領域，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是通過將傳感器嵌入裝配到電網(wǎng)、鐵路、橋梁、隧道、公路、建筑、供水系統(tǒng)、油氣管道等各種工業(yè)設備中，實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)與工業(yè)過程的有機融合，從而大幅提高生產(chǎn)制造效率，改善產(chǎn)品質(zhì)量，并降低產(chǎn)品成本和資源消耗，將傳統(tǒng)工業(yè)提升到智能工業(yè)。

　　2014年我國工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)規(guī)模達到1157.3億元，在整體物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)中的占比約為18%。在政策的推動下，預計2020年，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)在整體物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)中的占比將達到25%，規(guī)模將突破4500億元。

　　從上圖中可以看出，未來幾年我國工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的整體規(guī)模一直保持著25%以上的增長勢頭。制造企業(yè)提升自身競爭力是推動工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的主要原因。我國企業(yè)目前多處于工業(yè)2.0與3.0的邊緣，成本控制、生產(chǎn)效率和流程管理等方面水平較低，需要提升的空間還很大。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為信息化和工業(yè)化融合創(chuàng)造了一個結(jié)合點，使得信息化進程和工業(yè)化進程不再獨立進行，而是兩者在技術(shù)、產(chǎn)品、管理等各個層面相互交融，以信息化帶動工業(yè)化，以工業(yè)化促進信息化，幫助企業(yè)進行生產(chǎn)流程、組織管理和服務升級等方面的改造，進而提升企業(yè)在市場中的競爭力。

　　同時，政策因素有力的推動了工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。隨著工業(yè)4.0戰(zhàn)略在全球范圍的推進，智能工業(yè)逐漸變成各國的焦點。在鼓勵節(jié)能減排和綠色環(huán)保的大背景下，從2009年基于物聯(lián)網(wǎng)的“感知中國”命題的提出，到2012年工業(yè)和信息化部發(fā)布的《物聯(lián)網(wǎng)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》，再到2015年李克強總理簽批的中國版“工業(yè)4.0”規(guī)劃《中國制造2025》，我國工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展有著良好的政策環(huán)境。

　　二、 工業(yè)傳感器發(fā)展現(xiàn)狀及未來趨勢

　　傳感器在工業(yè)自動化領域極為重要，扮演著為物理世界和控制系統(tǒng)提供信息連接的重要角色。在工業(yè)過程控制中，計算機技術(shù)已經(jīng)相對成熟，需要采集的信息正在不斷增加，生產(chǎn)過程要求大量的各類傳感器，如壓力傳感器、熱敏傳感器、光敏傳感器、氣體傳感器、濕敏傳感器和磁敏傳感器等，把大量非電量的物化參數(shù)轉(zhuǎn)化成電信號控制信息，以滿足各個工業(yè)過程中的自動化和智能化的發(fā)展需求。如今，使用數(shù)量較多的有壓力、位移、加速度、角速度、溫度、濕度和氣體傳感器。

　　中國傳感器產(chǎn)業(yè)整體素質(zhì)參差不齊，高端產(chǎn)品自給率不足。2014年，我國從事傳感器研制、生產(chǎn)和應用的企事業(yè)單位共2000多家，從事微系統(tǒng)研制、生產(chǎn)的企業(yè)有50多家，產(chǎn)品種類共計6000多種，年總產(chǎn)量40多億只，市場銷售額接近1000億元。其中，2014年傳感器在工業(yè)領域的應用規(guī)模達到143.1億元，約占傳感器市場規(guī)模的15%。

　　未來幾年，信息技術(shù)在工業(yè)領域的全面應用將會促進工業(yè)傳感器市場規(guī)模的迅速增長。“中國制造2025”的提出會促進企業(yè)全面智能化改造，加快產(chǎn)品更新?lián)Q代，提高產(chǎn)品技術(shù)含量，逐漸縮短國內(nèi)與國際先進水平的差距，在生產(chǎn)設備、工業(yè)環(huán)境和流程管理等部分中融入傳感器、微處理器、PLC和數(shù)字通信接口等現(xiàn)代信息技術(shù)，提高產(chǎn)品的數(shù)字化、智能化和網(wǎng)絡化的程度，進而提高產(chǎn)品的技術(shù)含量和附加價值，最終實現(xiàn)我國制造企業(yè)競爭力的提高以及整體工業(yè)水平的提高。由此可見，傳感器在工業(yè)領域?qū)袕V闊的應用前景。

　　然而，傳統(tǒng)的傳感器在工業(yè)領域依舊存在著一些局限性：與總線相連的傳感器代價昂貴，傳感器組網(wǎng)的開銷成本巨大;在人力難以靠近的危險區(qū)域布線困難;不同類型的傳感器和控制系統(tǒng)的軟硬件之間協(xié)議不兼容。

　　在此背景下，隨著無線傳感器網(wǎng)絡技術(shù)的發(fā)展與成熟，無線傳感器網(wǎng)絡產(chǎn)品開始憑借自身獨特的優(yōu)勢，開始逐步替代傳統(tǒng)有線傳感器產(chǎn)品，并滲入到工業(yè)領域的各個環(huán)節(jié)，成為市場上的新興熱點。無線傳感器與傳統(tǒng)有線傳感器相比存在，其優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

　　1、無線傳感器具有較高的靈活性，適用于有移動需求但不方便布線的情況，如起重機、移動裝瓶設備、交通行業(yè)、自動引導車輛系統(tǒng)和單軌輸送機等。

　　2、無線傳感器具有較高的可靠性。無線傳感器可以避免運動帶來的損傷，如長拖鏈所帶來的導線彎折、旋轉(zhuǎn)運動導致電纜線的扭曲折斷等。同時，排除了有線網(wǎng)絡中由連接器引起的故障因素。

　　3、無線傳感器具有較高的安全性。隨著技術(shù)的發(fā)展和新威脅的不斷出現(xiàn)，安全維護的升級能力是必不可少的。新的加密策略和隱蔽的數(shù)據(jù)傳送預示著無線的安全級別將超過有線系統(tǒng)。另外在一些危險的極端環(huán)境，如不方便布線的爆破場合，無線傳感器可以保障人員安全。

　　4、無線傳感器可以大幅度減少人員工作量。受橋梁、河流、山川等地勢影響，線纜無法任意建設的地方，無線傳感器可以減小人力成本和工程周期。故障出現(xiàn)時，無線傳感器檢修點較為集中，可以消除以往沿線巡查的繁瑣事務。

　　5、無線傳感器成本低廉。無線傳感器相對于有線傳感器安裝、維護、故障診斷和升級配線費用具有明顯的成本優(yōu)勢。

　　如今，現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)向著大型、快速、高效、低耗和環(huán)保的方向發(fā)展。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，生產(chǎn)的智能化和業(yè)務流程的智能化是整體智能化的前提，企業(yè)紛紛開始實施生產(chǎn)線的改造以及IT設備的升級改造來實現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部的互聯(lián)網(wǎng)化，最終實現(xiàn)新一代信息技術(shù)與制造業(yè)深度融合，形成新的生產(chǎn)方式、產(chǎn)業(yè)形態(tài)和商業(yè)模式。無線傳感器因為其靈活、安全、可靠、便捷以及低成本將在未來企業(yè)智能化生產(chǎn)中發(fā)揮特殊的作用。

　　三、 工業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡產(chǎn)品發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

　　工業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡產(chǎn)品為系統(tǒng)級產(chǎn)品，即包括現(xiàn)場無線傳感器、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)關(guān)和監(jiān)控主機等在內(nèi)的整體解決方案。因具有成本低、范圍大、布設靈活、移動支持等特點，工業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡產(chǎn)品在力學參數(shù)檢測、工業(yè)監(jiān)控、智能電力、礦山安全、醫(yī)療健康、環(huán)境監(jiān)測等行業(yè)的應用一直廣受重視;與此同時，工業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡產(chǎn)品也面臨著延長節(jié)點工作時間、增加通信距離、小型化、標準化等技術(shù)挑戰(zhàn)和尋找應用場景等市場挑戰(zhàn)。

　　隨著工業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡技術(shù)的不斷成熟，以及市場需求的不斷提升，工業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡產(chǎn)品對傳統(tǒng)工業(yè)傳感器替代效果不斷提升。2014年，我國工業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡產(chǎn)品在工業(yè)傳感器市場中的占比約為4.3%，規(guī)模達到6.2億元。到2019年，我國工業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡產(chǎn)品在工業(yè)傳感器市場中的占比將達到為10.0%，市場規(guī)模預計達到24.2億元，年復合增長率高達27.1%，市場前景廣闊。

　　圖52010-2019年中國工業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡產(chǎn)品市場規(guī)模與增長預測

　　數(shù)據(jù)來源：賽迪顧問2015，10

　　從有線網(wǎng)絡到無線網(wǎng)絡的變化將加速無線傳感器網(wǎng)絡的成長，透過無線傳感器網(wǎng)絡可接觸到比有線網(wǎng)路更廣泛、更彈性化以及可擴展的多元應用。隨著近幾年無線傳感器網(wǎng)絡技術(shù)的飛速發(fā)展，越來越多的無線傳感器網(wǎng)絡產(chǎn)品開始投入使用。目前無線傳感器網(wǎng)絡產(chǎn)品主要用于檢測和監(jiān)測兩部分市場。

　　無線傳感器網(wǎng)絡產(chǎn)品在檢測市場主要應用于國防研究、高校、專業(yè)科研及檢測機構(gòu)和大型裝備制造幾個領域。在這幾個檢測領域中，無線傳感器網(wǎng)絡產(chǎn)品相對于有線產(chǎn)品具有成本低，靈活性高和應用情景廣等顯著特點，無線替代有線已呈現(xiàn)未來的發(fā)展趨勢。國防產(chǎn)品需要進行大量的試驗和測試以確保產(chǎn)品的精確性和穩(wěn)定性，因此對測試國防產(chǎn)品的傳感器提出了高可靠性的要求。近幾年，國家開始實施越來越多的國防重大工程，并致力于自主可控，再加上更換頻率高，對檢測傳感器的需求正在逐步擴大;如今，我國已經(jīng)具有一定規(guī)模的高校數(shù)量和較為完整的人才培養(yǎng)體系，但與國外相比，教學設備還存在差距。同樣，我國的科研院也存在著實驗設備相對落后的問題。未來隨著我國教育產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，相關(guān)教學設備和實驗設備的采購需求會快速擴大，檢測傳感器的市場前景較為廣闊;我國正在加大檢測行業(yè)的發(fā)展力度，基礎設施建設如公路、鐵路和橋梁等工程的檢測需求在持續(xù)增長，使得專業(yè)的科研和檢測機構(gòu)對檢測傳感器的需求增加;隨著智能制造的發(fā)展，我國對高端大型裝備的需求也越來越多。測試裝置可以有效的減少產(chǎn)品研發(fā)周期，提高產(chǎn)品質(zhì)量，減低產(chǎn)品成本。檢測傳感器已經(jīng)慢慢成為大型裝備制造企業(yè)在產(chǎn)品研發(fā)過程中測試產(chǎn)品穩(wěn)定性需求，因此檢測傳感器在大型裝備制造領域的市場規(guī)模將呈現(xiàn)上升態(tài)勢。

　　無線傳感器網(wǎng)絡產(chǎn)品在監(jiān)測市場主要應用于以下幾個領域：

　　1、 工業(yè)環(huán)境監(jiān)測

　　工業(yè)環(huán)境的監(jiān)測范圍已經(jīng)涉及到整個生態(tài)環(huán)境的各個方面，包括日常環(huán)境監(jiān)測，如大氣，水，電磁輻射和放射性監(jiān)測等;同時還存在一些特殊的區(qū)域環(huán)境監(jiān)測，如沙漠、高山和存在放射源等區(qū)域的監(jiān)測。這些環(huán)境對傳感器產(chǎn)品的靈活性、可靠性和安全性提出了高要求。無線傳感器網(wǎng)絡產(chǎn)品可以突破傳統(tǒng)的監(jiān)測方法，在滿足了靈活性、可靠性和安全性的同時，為工業(yè)環(huán)境的監(jiān)測降低了成本，同時也大幅度縮減了傳統(tǒng)監(jiān)測的繁瑣流程，為隨機性的研究數(shù)據(jù)獲取提供了便利。隨著人們對于工業(yè)環(huán)境的關(guān)注程度越來越高，需要采集的環(huán)境數(shù)據(jù)也越來越多，對無線傳感器網(wǎng)絡產(chǎn)品的需求將逐步擴大。

　　2、 智能電網(wǎng)

　　當前，全球能源、環(huán)境、氣候變化等問題日益突出，世界各國紛紛把開發(fā)利用清潔能源作為能源發(fā)展與變革的重點。智能電網(wǎng)如今已經(jīng)成為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的重要應用之一，也是電網(wǎng)發(fā)展的必然趨勢。智能電網(wǎng)通過先進的傳感測量技術(shù)、通訊技術(shù)、先進的控制方法和決策支持系統(tǒng)技術(shù)的應用，確保電力供應的安全性、可靠性和經(jīng)濟性。為了使智能電網(wǎng)的持續(xù)運營，設備安全保障已經(jīng)成為了關(guān)鍵問題。由于電網(wǎng)設備長期處于高電壓、大電流等工作狀態(tài)，同時面臨雷雨等極端自然環(huán)境的威脅，對設備實施智能監(jiān)控顯得尤為重要。無線傳感器網(wǎng)絡產(chǎn)品可對電網(wǎng)設備進行遠程的監(jiān)控，了解設備的工作狀態(tài)，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂浦行模瑢υO備進行統(tǒng)一管理，同時實時監(jiān)控也提高了維護效率。隨著智能電網(wǎng)計劃的推進，對電網(wǎng)設備的智能化監(jiān)控需求形成了巨大的無線傳感器網(wǎng)絡產(chǎn)品市場。

　　3、 數(shù)字化油田

　　經(jīng)濟發(fā)展與社會需求的不斷擴大加速著油井數(shù)量的迅速上升，油田開發(fā)整體范圍也呈擴大趨勢。因此，油田生產(chǎn)、管理與經(jīng)營的智能化成為發(fā)展趨勢，數(shù)字化油田應運而生。在油田的數(shù)字化過程中，無線傳感器網(wǎng)絡產(chǎn)品可以對油井環(huán)境和井口設備實現(xiàn)實時監(jiān)控，將工作現(xiàn)場的設備狀態(tài)，環(huán)境參數(shù)等重要信息傳到控制中心，在必要時刻即刻發(fā)出警報并安排調(diào)度。隨著無線傳感器網(wǎng)絡產(chǎn)品在油田的深入推廣和廣泛示范，數(shù)字化油田的數(shù)量也將逐漸增加，無線傳感器網(wǎng)絡產(chǎn)品的市場需求將呈現(xiàn)高速增長的態(tài)勢。

　　4、智能工業(yè)

　　我國工業(yè)制造業(yè)正面臨新一輪產(chǎn)業(yè)革命的契機，制造企業(yè)利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進行改造升級的需求十分迫切，信息技術(shù)企業(yè)也在積極借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，以其為突破口迅速向工業(yè)領域滲透。以智能化為核心的工業(yè)4.0的提出，契合了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)向工業(yè)領域融合的趨勢，未來市場發(fā)展?jié)摿薮蟆Ｖ悄苤圃熘械暮诵闹皇枪I(yè)過程的智能監(jiān)測。

　　將無線傳感器網(wǎng)絡技術(shù)應用到智能監(jiān)測中，將有助于工業(yè)生產(chǎn)過程工藝的優(yōu)化，同時可以提高生產(chǎn)線過程檢測、實時參數(shù)采集、生產(chǎn)設備監(jiān)控、材料消耗監(jiān)測的能力和水平，使得生產(chǎn)過程的智能監(jiān)控、智能控制、智能診斷、智能決策、智能維護水平不斷提高。隨著物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展和工業(yè)4.0的進一步推進，以智能化為核心的工業(yè)過程控制將得到快速發(fā)展，進而拉動對基于無線傳感器網(wǎng)絡技術(shù)的工業(yè)過程監(jiān)測系統(tǒng)解決方案的市場需求。

　　工業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡產(chǎn)品飛速增長的主要原因是隨著整個物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)環(huán)境的成熟，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)也由政府主導開始慢慢發(fā)展。中國工業(yè)感測終端的數(shù)量保持著飛速增長的態(tài)勢，2014年中國工業(yè)感測終端數(shù)量為7億左右，預計伴隨著中國制造2025的推行，到2020年，中國工業(yè)感測終端將突破20億個。同時，無線通信、功耗、極端微型化(驅(qū)動力之一是MEMS傳感器)以及嵌入式計算方面的發(fā)展，也促成了面向苛刻工業(yè)環(huán)境的無線傳感器網(wǎng)絡的興起。工業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡產(chǎn)品會隨著“中國制造2025”的提出所帶動的企業(yè)生產(chǎn)線改造和IT設備升級改造一直高速增長到2019年，并一直保持著上升趨勢。