物聯(lián)網(wǎng)是當(dāng)前世界新一輪經(jīng)濟(jì)和科技發(fā)展的戰(zhàn)略制高點(diǎn)之一,是全球各發(fā)達(dá)國家信息化社會(huì)建設(shè)的重要內(nèi)容。在中國,目前物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展已經(jīng)初具基礎(chǔ),市場(chǎng)規(guī)模超過2000億元。其中RFID產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)規(guī)模超過100億元,傳感器市場(chǎng)規(guī)模超過900億元。機(jī)器到機(jī)器(M2M)終端數(shù)量接近1000萬,并已經(jīng)成為全球最大的M2M市場(chǎng)之一。這對(duì)于國家建設(shè)創(chuàng)新型社會(huì),促進(jìn)兩化融合,培育和壯大新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的具有重要意義。
一、中國物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)正加速發(fā)展
2011年,中國物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)規(guī)模達(dá)2627.4億元,同比增長30.2%。其中,支撐層、感知層、傳輸層、平臺(tái)層、應(yīng)用層規(guī)模分別為71.9億元、577.1億元、870.0億元、984.3億元和124.1億元,各層在整個(gè)產(chǎn)業(yè)中的占比分別為2.7%、22.0%、33.1%、37.5%和4.7%。相比其它各層而言,物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層的規(guī)模明顯偏小,說明我國的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用尚處起步階段。
圖12010-2011年中國物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)規(guī)模
圖22011年中國物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)(單位:億元)
對(duì)于經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式亟需轉(zhuǎn)變的中國來說,以物聯(lián)網(wǎng)為代表的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)無疑是國家大力培育的新經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)。而物聯(lián)網(wǎng)的一個(gè)重要特征就是智能性,即讓過去被動(dòng)的“物”,呈現(xiàn)主動(dòng)的身份與感知,以增加更多的智能性,這其中孕育著巨大的拓展空間。一個(gè)擁有巨大拓展空間的產(chǎn)業(yè),其發(fā)展機(jī)遇期是非常有限的。經(jīng)驗(yàn)表明,工業(yè)革命真正的創(chuàng)新是在最初的三十年之內(nèi)完成的,電氣革命也是如此。因此當(dāng)前要依靠創(chuàng)新來推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展??上驳氖?,國內(nèi)諸多科研院所或企業(yè),如中科院上海微系統(tǒng)所、中科院微電子所、中國哈爾濱工業(yè)大學(xué)、清華大學(xué)、華中科技大學(xué)、北京郵電大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)、天津大學(xué)和國防科技大學(xué)、華為技術(shù)、中興通訊、武漢郵科院、普天通信、中電集團(tuán)、中電科技等均開展了傳感網(wǎng)及物聯(lián)網(wǎng)的研究,已在傳感器、通信、網(wǎng)絡(luò)等方面獲得眾多自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)和專利,創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)日益顯現(xiàn)。
同時(shí),在國家政策的推動(dòng)下,各級(jí)地方政府部門也揚(yáng)鞭奮起,江蘇、山東、浙江、上海、北京、廣東、武漢等省市開始制定物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的規(guī)劃政策,努力打造無線城市、發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)示范工程、培育物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)、攻堅(jiān)物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)、舉辦物聯(lián)網(wǎng)主題展會(huì),積極搶占物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的制高點(diǎn)。產(chǎn)業(yè)分布上,國內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)已初步形成環(huán)渤海、長三角、珠三角,以及中西部地區(qū)等四大區(qū)域集聚發(fā)展的總體產(chǎn)業(yè)空間格局。其中,長三角地區(qū)產(chǎn)業(yè)規(guī)模位列四大區(qū)域的首位。
環(huán)渤海地區(qū)是國內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)重要的研發(fā)、設(shè)計(jì)、設(shè)備制造及系統(tǒng)集成基地。該地區(qū)關(guān)鍵支撐技術(shù)研發(fā)實(shí)力強(qiáng)勁、感知節(jié)點(diǎn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用與普及程度較高、網(wǎng)絡(luò)傳輸方式多樣化、綜合化平臺(tái)建設(shè)迅速、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用廣泛,并已基本形成較為完善的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展體系架構(gòu)。
長三角地區(qū)是我國物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和應(yīng)用的起源地,在發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域擁有得天獨(dú)厚的先發(fā)優(yōu)勢(shì)。憑借該地區(qū)在電子信息產(chǎn)業(yè)深厚的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ),長三角地區(qū)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展主要定位于產(chǎn)業(yè)鏈高端環(huán)節(jié),從物聯(lián)網(wǎng)軟硬件核心產(chǎn)品和技術(shù)兩個(gè)核心環(huán)節(jié)入手,實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)與專利戰(zhàn)略,形成全國物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)核心與龍頭企業(yè)的集聚。
珠三角地區(qū)是國內(nèi)電子整機(jī)的重要生產(chǎn)基地。在物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展上,珠三角地區(qū)圍繞物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備制造、軟件及系統(tǒng)集成、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營服務(wù)以及應(yīng)用示范領(lǐng)域,重點(diǎn)進(jìn)行核心關(guān)鍵技術(shù)突破與創(chuàng)新能力建設(shè),著眼于物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、城市管理信息化水平提升,以及農(nóng)村信息技術(shù)應(yīng)用等方面。
中西部地區(qū)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速,各重點(diǎn)省市紛紛結(jié)合自身優(yōu)勢(shì),布局物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè),搶占市場(chǎng)先機(jī)。湖北、四川、陜西、重慶、云南等中西部重點(diǎn)省市依托其在科研教育和人力資源方面的優(yōu)勢(shì),以及RFID、芯片設(shè)計(jì)、傳感傳動(dòng)、自動(dòng)控制、網(wǎng)絡(luò)通信與處理、軟件及信息服務(wù)等領(lǐng)域較好的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ),構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)完整產(chǎn)業(yè)鏈條和產(chǎn)業(yè)體系,重點(diǎn)培育物聯(lián)網(wǎng)龍頭企業(yè),大力推廣物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用示范工程。
2012年2月14日,工業(yè)和信息化部正式發(fā)布《物聯(lián)網(wǎng)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》,對(duì)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀及形勢(shì)、指導(dǎo)思想、發(fā)展原則、發(fā)展目標(biāo)、主要任務(wù)、重點(diǎn)工程等進(jìn)行梳理和部署,指出智能工業(yè)、智能農(nóng)業(yè)、智能物流、智能交通、智能電網(wǎng)、智能環(huán)保、智能安防、智能醫(yī)療、智能家居是我國物聯(lián)網(wǎng)未來發(fā)展的重點(diǎn)領(lǐng)域,并從政策、財(cái)稅、技術(shù)、人才等方面提出了保障措施。廣泛的應(yīng)用為物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ);政策的指導(dǎo)必將加速中國物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展步伐。
二、“光物聯(lián)”正成為物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的熱點(diǎn)領(lǐng)域
隨著物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展與應(yīng)用的不斷滲入,產(chǎn)業(yè)各細(xì)分領(lǐng)域正在不斷涌現(xiàn),特色化應(yīng)用也正紛紛出現(xiàn)。其中,“光物聯(lián)”是其中頗具具代表性熱點(diǎn)領(lǐng)域之一。從定義上看,“光物聯(lián)”是基于光電子技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的深度融合,通過光感知、光傳輸、光顯示、光照明等技術(shù)與應(yīng)用節(jié)點(diǎn),實(shí)現(xiàn)光電技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的全面對(duì)接。一方面,“光物聯(lián)”產(chǎn)業(yè)是物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的深入和細(xì)化,是物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)差異化、特色化發(fā)展的重要內(nèi)容,另一方面,“光物聯(lián)”是光電產(chǎn)業(yè)的拓展和延伸,是光電產(chǎn)業(yè)拓展與升級(jí)的重要方向。
“光物聯(lián)”體系架構(gòu)上,其與物聯(lián)網(wǎng)的整體體系架構(gòu)相類似,也可相應(yīng)的分為五層,分別包括技術(shù)支撐層、感知層、傳輸層、平臺(tái)層以及應(yīng)用層。其中,技術(shù)支撐層是指光物聯(lián)體系中所涉及到一些關(guān)鍵性、支撐性技術(shù),如感知技術(shù)、組網(wǎng)技術(shù)、信息處理及安全技術(shù)等;感知層是指主要以光纖傳感器、CCD/CMOS、激光掃描等感知器件作為信息感知的手段,實(shí)現(xiàn)對(duì)信息的采集;傳輸層主要指依靠光纖網(wǎng)絡(luò)和無限網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的方式,實(shí)現(xiàn)信息的傳輸;平臺(tái)層的主要功能是依靠軟件系統(tǒng)、計(jì)算中心、管理中心、信息中心等軟硬設(shè)施的建設(shè),為各類應(yīng)用提供綜合性的運(yùn)營和支撐平臺(tái);應(yīng)用層是指光物聯(lián)技術(shù)在不同行業(yè)中的應(yīng)用,除了涉及到的一些關(guān)鍵硬件外,如設(shè)備、終端等,還包括在這些行業(yè)運(yùn)用光物聯(lián)技術(shù)過程中所衍生出的一些新型服務(wù)業(yè)。
圖3光物聯(lián)體系架構(gòu)圖
“光物聯(lián)”作為物聯(lián)產(chǎn)業(yè)的重要組成部分,與以無線傳輸為手段的無線物聯(lián)網(wǎng)相比,有著明顯的優(yōu)勢(shì),同時(shí)由于其部分技術(shù)的不成熟性,目前在應(yīng)用中尚存一定的劣勢(shì)。
表1“光物聯(lián)”技術(shù)優(yōu)劣勢(shì)比較
三、“光物聯(lián)”具備良好的發(fā)展與應(yīng)用前景
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(yīng)用基礎(chǔ),呈現(xiàn)出良好的發(fā)展態(tài)勢(shì)。作為物聯(lián)網(wǎng)的重要細(xì)分領(lǐng)域,通過光的原理和特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)物物相聯(lián)的“光物聯(lián)”正在成為物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的熱點(diǎn)領(lǐng)域。
1、光感知技術(shù)多樣、功能豐富,逐漸成為物聯(lián)網(wǎng)感知熱點(diǎn)。
光感知技術(shù)包括光纖傳感、CCD/CMOS、激光掃描、遙感等技術(shù)。光纖傳感是以光波為載體,光纖為媒質(zhì),感知和傳輸外界被測(cè)量信號(hào)的新型傳感技術(shù);CCD/CMOS圖像傳感器可直接將光學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬電流信號(hào),實(shí)現(xiàn)圖像的獲取、存儲(chǔ)、傳輸、處理和復(fù)現(xiàn);激光掃描是一種光學(xué)距離傳感技術(shù),用于條碼識(shí)別、工程探測(cè)、出入通行控制、危險(xiǎn)區(qū)域防護(hù)等;遙感是指非接觸的,遠(yuǎn)距離的探測(cè)技術(shù),一般指運(yùn)用傳感器/遙感器對(duì)物體的電磁波的輻射、反射特性的探測(cè),并根據(jù)其特性對(duì)物體的性質(zhì)、特征和狀態(tài)進(jìn)行分析的理論、方法和應(yīng)用的科學(xué)技術(shù)。實(shí)現(xiàn)以感知、探測(cè)、成像等功能為主的光感知技術(shù)不斷提高,出現(xiàn)諸如分布式光纖傳感系統(tǒng)、三維激光掃描儀、智能攝像頭、智能紅外探測(cè)器等一系列光感知產(chǎn)品,產(chǎn)品類型日益豐富,應(yīng)用領(lǐng)域也得到廣泛拓展。光感知技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)感知層的重要內(nèi)容。隨著物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)在全國大范圍推開,光感知技術(shù)也將在更大范圍內(nèi)獲得發(fā)展,更大程度提升社會(huì)生產(chǎn)效率和生活品質(zhì)。另外,光纖傳感器以其抗干擾性強(qiáng)、靈敏度高的特點(diǎn)成為檢測(cè)外界環(huán)境參數(shù)的重要載體。同時(shí),光纖本身具有信息傳輸?shù)墓δ?,將感知和傳輸結(jié)合起來使得光纖傳感技術(shù)在長距離線路上的應(yīng)用具有先天優(yōu)勢(shì)。
2、光通信傳輸效率高、承載能力大,逐漸成為物聯(lián)網(wǎng)傳輸熱點(diǎn)。
在傳輸層,光纖通信擁有巨大的容量、很高的帶寬和極小的損耗。目前市場(chǎng)應(yīng)用仍然以40Gbit/s為主,隨著用戶需求的提高,單波道通信容量將從40Gbit/s逐漸升級(jí)為1000Gbit/s。主流商用FTTH技術(shù)仍然集中在EPON、GEPON和GPON,具備靈活帶寬調(diào)配能力和新業(yè)務(wù)接入能力的自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)(ASON)也受到企業(yè)和政府的高度重視。隨著光纖放大器和波分復(fù)用技術(shù)的迅速發(fā)展,光纖通信的通信距離和通信容量得到迅速拓展。光纖通訊技術(shù)能夠有效適應(yīng)海量的數(shù)據(jù)集合和泛在的網(wǎng)絡(luò)要求,實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的拓展。以光纖網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的光通信,可以為社會(huì)低成本、高效率的信息化發(fā)展提供有力支撐,是未來的發(fā)展趨勢(shì),也將成為物聯(lián)網(wǎng)傳輸層的熱點(diǎn)技術(shù)。
3、光物聯(lián)應(yīng)用形式多、發(fā)展?jié)摿Υ?,逐漸成為物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的熱點(diǎn)。
在光感知領(lǐng)域,光纖傳感器正在逐步從實(shí)驗(yàn)室走向商業(yè)化,其應(yīng)用幾乎涉及國民經(jīng)濟(jì)和國防軍事等所有重要領(lǐng)域,尤其可以安全有效地應(yīng)用于各種惡劣環(huán)境中。CMOS將在移動(dòng)通信、數(shù)碼相機(jī)、攝像機(jī)、游戲機(jī)等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)大幅增長。激光技術(shù)領(lǐng)域,一方面產(chǎn)品的投入產(chǎn)出比和技術(shù)基礎(chǔ)的優(yōu)化作用愈發(fā)明顯,融合在產(chǎn)品與服務(wù)中的技術(shù)含量越來超高,另一方面激光技術(shù)與眾多學(xué)科相結(jié)合,更加貼近人們的日常生活。
在光傳輸領(lǐng)域,光纖光纜產(chǎn)能逐漸向發(fā)展中國家轉(zhuǎn)移,美國與日本企業(yè)在光電器件領(lǐng)域占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì),而歐洲光通信產(chǎn)業(yè)則略有衰退跡象。隨著FTTH技術(shù)的逐漸成熟和中國、印度等發(fā)展中國家與地區(qū)新興市場(chǎng)的崛起,全球光通信市場(chǎng)規(guī)模將依然保持穩(wěn)定增長,現(xiàn)在中國已成為全球光通信產(chǎn)業(yè)發(fā)展最快的區(qū)域。隨著3G產(chǎn)業(yè)鏈日臻成熟與完善,其用戶數(shù)量和終端種類正在迅速增長,全球3G市場(chǎng)迎來了蓬勃發(fā)展期,而3G及其升級(jí)技術(shù)的強(qiáng)勁發(fā)展將不斷開創(chuàng)新應(yīng)用,持續(xù)開拓新市場(chǎng)。此外,F(xiàn)TTX網(wǎng)絡(luò)和3G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)都將帶動(dòng)光網(wǎng)絡(luò)建設(shè)相關(guān)設(shè)備市場(chǎng)的快速增長。此外,國家電力網(wǎng)、鐵路網(wǎng)、公路網(wǎng)、運(yùn)輸管道網(wǎng)等大型工程設(shè)施及相關(guān)設(shè)備的互連可以廣泛使用光纖傳感技術(shù),發(fā)揮其長距離、高靈敏度,傳感合一的優(yōu)勢(shì),并與各種設(shè)備實(shí)現(xiàn)物理系統(tǒng)的整合,實(shí)現(xiàn)高效監(jiān)控、科學(xué)管理。光物聯(lián)逐漸成為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層的熱點(diǎn)。
整體而言,光物聯(lián)感知層、傳輸層、應(yīng)用層的主要產(chǎn)品已經(jīng)廣泛存在于安防、交通、環(huán)境監(jiān)測(cè)、管線管網(wǎng)、橋梁監(jiān)測(cè)、目標(biāo)追蹤等領(lǐng)域,包括光纖傳感器、CCD/CMOS、激光掃描設(shè)備、光纖光纜、光通信器件、光通信設(shè)備、光存儲(chǔ)設(shè)備、光顯示設(shè)備等。此外,F(xiàn)TTX網(wǎng)絡(luò)和3G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)將帶動(dòng)光網(wǎng)絡(luò)建設(shè)相關(guān)設(shè)備市場(chǎng)的快速增長。中國已經(jīng)成為全球光通信產(chǎn)業(yè)發(fā)展最快的地區(qū)。光物聯(lián)實(shí)現(xiàn)智能感知、大容量傳輸,必將成為物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的亮點(diǎn),吸引越來越多的企業(yè)和地區(qū)關(guān)注。
四、以武漢為代表的地方城市正大力培育發(fā)展“光物聯(lián)”產(chǎn)業(yè)
在國家政策的積極引導(dǎo)下,全國各地政府都高度重視物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,北京、上海、無錫、杭州、成都、重慶、青島等城市出臺(tái)了一系列鼓勵(lì)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的政策,并各自探索出各自不同的發(fā)展路徑。在“光物聯(lián)”領(lǐng)域,武漢作為“中國光谷”,在光電子信息領(lǐng)域具備雄厚的發(fā)展基礎(chǔ)。
武漢東湖高新區(qū)是繼北京中關(guān)村之后獲國務(wù)院批準(zhǔn)建設(shè)的第二家國家自主創(chuàng)新示范區(qū),是我國重要的光電子信息產(chǎn)業(yè)基地,國家重要的自主創(chuàng)新中心,國家六大建設(shè)“世界一流高科技園區(qū)”的試點(diǎn)園區(qū)之一,擁有國內(nèi)最大的光纖光纜、光電器件生產(chǎn)基地、最大的光通信技術(shù)研發(fā)基地以及最大的激光產(chǎn)業(yè)基地。其光纖光纜的生產(chǎn)規(guī)模居全球第一,占據(jù)國內(nèi)市場(chǎng)份額的55%;光電器件、激光產(chǎn)品在全球產(chǎn)業(yè)分工中占有一席之地。
武漢理工大學(xué)、華中科技大學(xué)、武漢郵科院等一批知名的光纖傳感器研究機(jī)構(gòu)及大量的研究人員為武漢“光感知”技術(shù)研究提供了科研平臺(tái)。長飛光纖光纜、武漢郵科院、華工正源光子等一批重點(diǎn)企業(yè),為武漢“光物聯(lián)”產(chǎn)業(yè)發(fā)展創(chuàng)造了產(chǎn)業(yè)化條件。此外,東湖示范區(qū)作為國家級(jí)火炬計(jì)劃軟件產(chǎn)業(yè)基地,逐步形成了自己特有的軟件產(chǎn)業(yè):以中國地質(zhì)大學(xué)、武漢大學(xué)為技術(shù)支撐的3S(GIS、GPS、RS)地理信息系統(tǒng);以華中科技大學(xué)為技術(shù)支撐的3C(CAD、CAM、CAPP)制造業(yè)信息系統(tǒng);以武漢達(dá)夢(mèng)數(shù)據(jù)庫公司為代表的網(wǎng)絡(luò)信息安全軟件;以烽火通信、精倫電子為代表的嵌入式軟件企業(yè)。這為“光物聯(lián)”系統(tǒng)應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。
依托以上優(yōu)勢(shì),武漢已將“光物聯(lián)”產(chǎn)業(yè)作為本地物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)特色發(fā)展的核心戰(zhàn)略,并大力加以扶持發(fā)展。“光物聯(lián)”產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,不僅將為武漢等城市電子信息產(chǎn)業(yè)的結(jié)構(gòu)調(diào)整與持續(xù)發(fā)展提供新的動(dòng)力,也將中國物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展注入新的活力。