個人電腦的普及奠定了互聯(lián)網基礎，智能手機的發(fā)展已經帶我們進入移動互聯(lián)網時代?，F(xiàn)在，我們正在進入感知時代，并迎來了物聯(lián)網的發(fā)展熱潮。物聯(lián)網中的關鍵技術之一就是傳感器技術。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。

無線傳感器網絡(WirelessSensorNetwork，WSN)在工業(yè)物聯(lián)網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絡連接起來，并將各個傳感器采集的數據傳輸匯總，以實現(xiàn)對空間分散范圍內物理或環(huán)境狀況的協(xié)作監(jiān)控，進而根據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)無線傳感器網絡產品發(fā)展創(chuàng)造了良好的發(fā)展機遇。

一、工業(yè)物聯(lián)網發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展因素

物聯(lián)網是中國戰(zhàn)略性新興產業(yè)的重要組成部分，蘊含著巨大的經濟價值，賦予了“兩化融合”更多智能化內涵，用物聯(lián)網改造傳統(tǒng)產業(yè)，必將提升傳統(tǒng)產業(yè)的經濟附加值，有力推動我國經濟發(fā)展方式由生產驅動向創(chuàng)新驅動的轉變,促進我國產業(yè)結構的調整；同時，隨著物聯(lián)網新技術、新產品、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)，成為中國新的經濟增長點。

目前，我國物聯(lián)網發(fā)展與全球同處于起步階段，初步具備了一定的技術、產業(yè)和應用基礎，呈現(xiàn)出良好的發(fā)展態(tài)勢。據工業(yè)和信息化部數據，2014年我國整個物聯(lián)網產業(yè)的銷售收入達到6000億元以上。近幾年我國物聯(lián)網產業(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。

圖1 2010－2019年中國物聯(lián)網整體規(guī)模與增長預測

物聯(lián)網是由感測終端、信息傳輸、處理中心和應用用戶組成的網絡，其技術已經進入實際應用階段，如智能工業(yè)、智能農業(yè)、智能物流和智能交通等各領域。而工業(yè)是物聯(lián)網應用的重要領域，工業(yè)物聯(lián)網是通過將傳感器嵌入裝配到電網、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)網與工業(yè)過程的有機融合，從而大幅提高生產制造效率，改善產品質量，并降低產品成本和資源消耗，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)網規(guī)模達到1157.3億元，在整體物聯(lián)網產業(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)網在整體物聯(lián)網產業(yè)中的占比將達到25%，規(guī)模將突破4500億元。

　圖2 2010－2019年中國工業(yè)物聯(lián)網整體規(guī)模與增長預測

從上圖中可以看出，未來幾年我國工業(yè)物聯(lián)網的整體規(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)網技術為信息化和工業(yè)化融合創(chuàng)造了一個結合點，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、產品、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“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，計算機技術已經相對成熟，需要采集的信息正在不斷增加，生產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轉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。

中國傳感器產業(yè)整體素質參差不齊，高端產品自給率不足。2014年，我國從事傳感器研制、生產和應用的企事業(yè)單位共2000多家，從事微系統(tǒng)研制、生產的企業(yè)有50多家，產品種類共計6000多種，年總產量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%。

　圖3 2010－2019年中國工業(yè)傳感器市場規(guī)模與增長預測

未來幾年，信息技術在工業(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，加快產品更新?lián)Q代，提高產品技術含量，逐漸縮短國內與國際先進水平的差距，在生產設備、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和數字通信接口等現(xiàn)代信息技術，提高產品的數字化、智能化和網絡化的程度，進而提高產品的技術含量和附加價值，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)領域將會有廣闊的應用前景。

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，隨著無線傳感器網絡技術的發(fā)展與成熟，無線傳感器網絡產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、旋轉運動導致電纜線的扭曲折斷等。同時，排除了有線網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據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。隨著信息技術的發(fā)展，生產的智能化和業(yè)務流程的智能化是整體智能化的前提，企業(yè)紛紛開始實施生產線的改造以及IT設備的升級改造來實現(xiàn)企業(yè)內部的互聯(lián)網化，最終實現(xiàn)新一代信息技術與制造業(yè)深度融合，形成新的生產方式、產業(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)智能化生產中發(fā)揮特殊的作用。

圖4  2010－2019年無線工業(yè)傳感器在工業(yè)傳感器中的占比與預測

三、工業(yè)無線傳感器網絡產品發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

工業(yè)無線傳感器網絡產品為系統(tǒng)級產品，即包括現(xiàn)場無線傳感器、數據轉發(fā)網關和監(jiān)控主機等在內的整體解決方案。因具有成本低、范圍大、布設靈活、移動支持等特點，工業(yè)無線傳感器網絡產品在力學參數檢測、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)無線傳感器網絡產品也面臨著延長節(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)無線傳感器網絡技術的不斷成熟，以及市場需求的不斷提升，工業(yè)無線傳感器網絡產品對傳統(tǒng)工業(yè)傳感器替代效果不斷提升。2014年，我國工業(yè)無線傳感器網絡產品在工業(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)無線傳感器網絡產品在工業(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5 2010－2019年中國工業(yè)無線傳感器網絡產品市場規(guī)模與增長預測

從有線網絡到無線網絡的變化將加速無線傳感器網絡的成長，透過無線傳感器網絡可接觸到比有線網路更廣泛、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絡技術的飛速發(fā)展，越來越多的無線傳感器網絡產品開始投入使用。目前無線傳感器網絡產品主要用于檢測和監(jiān)測兩部分市場。

無線傳感器網絡產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，無線傳感器網絡產品相對于有線產品具有成本低，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。國防產品需要進行大量的試驗和測試以確保產品的精確性和穩(wěn)定性，因此對測試國防產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，我國已經具有一定規(guī)模的高校數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業(yè)的發(fā)展，相關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品研發(fā)周期，提高產品質量，減低產品成本。檢測傳感器已經慢慢成為大型裝備制造企業(yè)在產品研發(fā)過程中測試產品穩(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。

無線傳感器網絡產品在監(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)境對傳感器產品的靈活性、可靠性和安全性提出了高要求。無線傳感器網絡產品可以突破傳統(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，為隨機性的研究數據獲取提供了便利。隨著人們對于工業(yè)環(huán)境的關注程度越來越高，需要采集的環(huán)境數據也越來越多，對無線傳感器網絡產品的需求將逐步擴大。

2、智能電網

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。智能電網如今已經成為物聯(lián)網技術的重要應用之一，也是電網發(fā)展的必然趨勢。智能電網通過先進的傳感測量技術、通訊技術、先進的控制方法和決策支持系統(tǒng)技術的應用，確保電力供應的安全性、可靠性和經濟性。為了使智能電網的持續(xù)運營，設備安全保障已經成為了關鍵問題。由于電網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。無線傳感器網絡產品可對電網設備進行遠程的監(jiān)控，了解設備的工作狀態(tài)，并將數據傳輸到控制中心，對設備進行統(tǒng)一管理，同時實時監(jiān)控也提高了維護效率。隨著智能電網計劃的推進，對電網設備的智能化監(jiān)控需求形成了巨大的無線傳感器網絡產品市場。

3、數字化油田

經濟發(fā)展與社會需求的不斷擴大加速著油井數量的迅速上升，油田開發(fā)整體范圍也呈擴大趨勢。因此，油田生產、管理與經營的智能化成為發(fā)展趨勢，數字化油田應運而生。在油田的數字化過程中，無線傳感器網絡產品可以對油井環(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)出警報并安排調度。隨著無線傳感器網絡產品在油田的深入推廣和廣泛示范，數字化油田的數量也將逐漸增加，無線傳感器網絡產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)正面臨新一輪產業(yè)革命的契機，制造企業(yè)利用物聯(lián)網技術進行改造升級的需求十分迫切，信息技術企業(yè)也在積極借助物聯(lián)網技術，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)網技術向工業(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。

將無線傳感器網絡技術應用到智能監(jiān)測中，將有助于工業(yè)生產過程工藝的優(yōu)化，同時可以提高生產線過程檢測、實時參數采集、生產設備監(jiān)控、材料消耗監(jiān)測的能力和水平，使得生產過程的智能監(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絡技術的工業(yè)過程監(jiān)測系統(tǒng)解決方案的市場需求。

工業(yè)無線傳感器網絡產品飛速增長的主要原因是隨著整個物聯(lián)網生態(tài)環(huán)境的成熟，工業(yè)物聯(lián)網也由政府主導開始慢慢發(fā)展。中國工業(yè)感測終端的數量保持著飛速增長的態(tài)勢，2014年中國工業(yè)感測終端數量為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)境的無線傳感器網絡的興起。工業(yè)無線傳感器網絡產品會隨著“中國制造2025”的提出所帶動的企業(yè)生產線改造和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。

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