導讀

在2020年6月6日舉辦的第五屆中國智能建築節高峯論壇上，工信部電子元器件行業發展研究中心總工程師郭源生以《物聯網核心技術與創新應用》爲主題，圍繞物聯網核心技術的創新應用、發展趨勢及其在產業化中面臨的問題、解決方案等話題展開了深入分享。過去兩次信息技術浪潮解決了數據處理問題和傳輸問題，那麼數據的獲取問題如何解決呢？我們根據郭源生教授的演講將內容整理成文字，以饗讀者。

<以下文字根據郭源生教授演講內容整理而成>

非常感謝、非常榮幸能夠參加中國智能建築節這個盛會，大會的主題是“產業在線，數字經濟”，剛纔主持人也談到了數字經濟中的數字產業化和產業數字化，那麼這將如何實現呢？我今天就從“數字基礎產業與技術，及其如何與建築行業融合”“數字經濟的主要特徵”，更重要的“數據從何而來”這幾個話題談一些個人的體會，與大家一同分享。

衆所周知，當前以5G、人工智能爲主線的各種各種應用技術創新紛沓而至，令人眼花繚亂、應接不暇。全球正在從過去的以製造加工業爲主線的產業規模經濟，變爲目前以信息技術爲主線、數字經濟爲主體的經濟結構，這是產業變革的核心。建國以來，我國長期處於計劃經濟的穩步發展階段，特別是改革開放40年以來，我們從政策推動的短缺經濟快速轉換成資源推動的過剩經濟。再到以十八大十九大爲分水嶺，進入信息產業和傳統產業深度融合、以數字經濟爲主線的創新型經濟，即我們所說的數字經濟，中國經濟呈現出具有明顯特徵的經濟形態和歷史階段。

關於數字經濟，跟大家分享幾個數據：2017年，美國GDP是18萬億美金，其中數字經濟約佔9萬億美元，佔比超過50%。2018年，GDP是22萬億美元，數字經濟達到了12萬億美元，佔比超過60%。中國緊隨其後，2017年數字經濟是3萬多億美元，2018年是4萬多億美元。中美兩國的數字經濟合計佔了全球數字經濟的50%以上，這說明成爲未來經濟的核心不再是傳統的能源、石油、化工等自然資源，而是數字中最核心的就是數據，數據將成爲產業變革和經濟脈絡的主流。

01 新基建與信息技術的概念與相互關係

最近大家都在說新基建，到底什麼是新基建？5G、人工智能、物聯網、傳感器等信息技術與新基建有什麼關係？5G+AI與傳感技術究竟是誰賦能誰？我們先把這些問題澄清一下。

關於新基建的概念，網上有各種表述，其範圍和邊界覆蓋了各個行業。新基建是一個橫向切面，涉足到各個行業領域，不僅僅是7大領域，有人把它擴到了11大領域，也不足爲奇，這裏就不再贅述。

那麼新基建與原來產業之間有什麼相互關係呢？這裏有幾個關鍵詞：一是滲透，新基建核心內容會滲透到各個行業領域；二是融合，多產業、多技術的相互融合，尤其是信息技術與傳統產業的深度融合；三是協同，跨部門、跨領域的協同，尤其是人才跨界的協同；四是轉型，當我們從製造業大國走向製造業強國時，就要把以數據爲主導的產業升上檯面，即產業結構的轉型升級。轉型，就是把傳統產業轉向戰略型新興產業；升級，就是利用信息技術運用到傳統產業之中，把能效比提上來、把成本降下去。五是服務，在區域和行業中要強調服務的概念，通過平臺架構設計與模式創新來提供相應的各種服務。

再來看看新技術之間的邏輯關係，通過這張模型圖可以清楚看到：首先，物聯網在物體的前端，是我們獲取一切數據的主要方式，無論是通過虛擬還是場景化再現，傳感網可以把目標數據可量化地採集和提取出來。然後通過互聯網，如4G、5G，把過濾後可用的目標數據傳輸到網絡終端服務器，即雲端進行計算，這部分叫雲計算；數據再往上經過神經元就形成了大數據；再經過深度學習就是人工智能。再往後就是人聯網，在我看來，5G的誕生以及人工智能的運用，就把過去的人聯網轉移到以物爲主體的物聯網上才能體現和發揮優勢作用和價值。通過這個邏輯關係模型圖以及剛纔的幾個關鍵詞，就可以清晰地理解新基建需要如何把這些新的技術融合進去。

衆所周知，信息技術是由感知技術、傳輸技術和處理技術這三大技術構成，如果把人看成一個完整的信息系統，那麼五官和皮膚就是與外界交互數據或信息的感知器官，對應到物理層面就是傳感器技術；5G通信技術就相當於信息傳輸的神經系統；計算機就相當於大腦，負責處理信息。信息技術其實是一個古老的技術，人類社會行爲活動無外乎物流，人流和信息流，數字是人類這三種行爲產生的結果，信息技術就是通過現代科學方法把這三個方面表現爲數字化。

近代信息技術經歷了三次大的浪潮，一是上世紀80年代，個人計算機誕生，解決了數據處理問題；二是本世紀初互聯網到來，把人與人的距離無限拉近，解決了數據傳輸問題，直到今天的5G，其實還是在解決數據傳輸問題。三是物聯網帶來的“萬物互聯”，解決的是信息獲取與採集問題。這最大的問題，即數據的來源問題。在目前中國產業形態下，還沒有很好的解決。

下面，我們就把物聯網和感知技術作爲今天分享的重點，特別是如何與智能建築行業融合，我試着談談個人的體會。

02 物聯網核心技術創新應用趨勢

首先從物聯網結構來看看物聯網發展的瓶頸問題：

一是基礎感知技術的開發；二是帶寬與成本問題，即現在5G要解決的問題；三是政府管控下的市場壁壘，這是阻礙和影響了物聯網的發展最嚴重的問題，是影響了數字經濟的整體發展的真正問題。

舉幾個例子：

一是ETC。目前技術還不是很成熟，感知不是很靈敏，這其實與行業壁壘的影響有很大的關係；

二是高鐵。我們進入高鐵站後往往一頭霧水，找車廂、找方向，看紅色綠色的標識……這些都是需要打通最後一公里去解決的技術問題、模式問題；

三是銀行卡。在我看來銀行卡不是爲了客戶，而是各個銀行爲了控制自己的固定客戶，所以各銀行發了不同的卡。如果從數字經濟來看，用一張卡到任何一家銀行辦理，後臺統一結算就可以了，誰家的服務好就找誰。

所以行業壁壘對數字經濟產生的影響是深遠的，這是改革需要解決的問題。

國內外傳感器技術與產業現狀：

目前全球傳感器共有約31000種，其中，中國約有22000種。產業分佈方面，據美國統計報告顯示，全球約有6500多家，其中中國約有1200家。

傳感器的基礎共性技術有15項，在這些基礎技術產業方面，我們與美國還存在着10到15年的差距。我們在應用科學上遠遠領先世界，但是在基礎產業上存在着很大的差距。比如集成電路，美國已經到3納米了，我們14納米芯片還沒法完全實現量產。

傳感器的技術創新與發展趨勢：

1、敏感機理與材料多樣化。傳感器的產業鏈從材料開始到最後封裝、應用是一個很龐大的體系。最近有很多新的敏感材料發現，這也將帶來傳感器行業的顛覆性改變；

2、共性工藝技術創新——MEMS（Micro-Electro-Mechanical System，微機電系統）工藝技術。目前這個技術的主要掌控者還是美國和西方國家，如果能夠推行，就可以完全實現產品的標準化、規模化和低成本的產業化發展；

3、無線網絡化。在共性技術支持下，傳感器正在向多技術融合、多功能集成，以及系統化、微型化、數字化、網絡化、智能化節點方向發展。在某一場景下，把某一種或多種物理量聚合起來，繼而將其數字化傳回到系統中，經過反覆思考學習，變成可用的數據。盲目的數據採集是沒有用的，因爲數據量很龐大。

美國傳感器研究和應用的三大趨勢：

一是把MEMS工藝量產化。美國硅谷近20多年來以MEMS工藝技術爲基礎，根據不同行業和功能的需求，展開不同封裝結構的各種傳感器產品創新。解決了傳感器作爲“工業工藝品”的製造難題。過去傳感器製造要像捏泥人那樣一個個雕琢，工藝很複雜，但是現在可以做到完全量產了；二是智能化和網絡化，即實現無線化、節點化；三是微能量獲取技術。傳感器節點化以後供電問題怎麼解決？美國正在研究把光能、風能、電磁能輻射等這些微能量收集起來，給傳感器長期供電。MEMS工藝能夠把傳感器變成肉眼觀察不到的電子灰塵，它可以像蒲公英一樣漂浮，甚至滯留在空中，從而無限地獲取能量、採集數據。

03 傳感器技術創新在各個行業的落地應用

傳感器技術創新有很多種類和方向，普遍應用於各行業：

眼花繚亂的可穿戴設備。可穿戴設備其實就是一個個智能傳感器節點，甚至可能是多功能、多參數的複合節點，比如有些設備既可以測血壓，心跳，還可以測脈搏等等。

疫情防控中的傳感器技術。疫情防控中傳感器的使用，除了我們熟知的無接觸測溫儀，還有血壓、血脂、血氧、脈象以及二氧化碳氣體等等130多種產品類型，它們在這次疫情中都發揮着無可替代的作用。

智能化設備、裝置中的各種傳感器。智能化設備中也應用了大量的傳感器，比如手術機器人要用到400多隻傳感器；智能家居中現在也應用了上千只不同類型的傳感器；智能手機裏現在已經有20多種傳感器，再往下發展，當這個數量達到100多種的時候，手機就會變成智能節點，未來手機將與家庭智能終端融合，通話功能只是手機裏一個很小的功能模塊。

家庭智能終端成爲傳感器創新應用平臺。家庭智能終端的多樣化和創新也是未來發展的一個趨勢，包括私有云技術的融合、虛擬技術的融合，它即可以自成系統，也可以對外鏈接。比如，由傳感器組成的智能牀是居家養老的有效器具之一，可以實現自動翻身、按摩、緊急呼叫等功能；智能馬桶內置了76只傳感器，可以檢測人體13種生理參數指標，生成健康報告並上傳，甚至直接與私人醫生連接。

未來家庭智能終端和服務機器人還將應用於智慧養老，我提出“”2025機器保姆”將進入家庭，主要有三大功能：一是智能管家系統，家用設備與設施管理，包括做飯等所有家務；二是慢病監測與醫護管理，三是情感陪護。這也可以解決虐待老人、保姆緊缺等社會問題。

下面再來看看新基建系統中傳感器的應用：新基建中一個電子圍欄裏就有19000多個傳感器。未來的電子圍欄應該是無形的，車可以直接開走，不用停下來等着收費，相信在5G的推動下ETC等系統會發生較大變化。

公共場所的安檢也要用到大量的傳感器，比如機場安檢，目前還需要部分手動檢查，未來通過感知技術，人只要走過就能同步完成安檢。

還有近期的虎門大橋共振事件，如果啓用了傳感系統，通過數據分析就可以發現共振的前兆，從而提前處理。

智慧農業應用：從種子培育，土壤酸鹼度以及施肥狀態、生長狀態，都會用到大量傳感器。目前一般的大棚要用到20多隻傳感器，最好的植物工廠要用到700—800只。日本、荷蘭的花卉、蔬菜等植物工廠都是依靠大量的傳感器來採集數據。

預防電梯事故：電梯事故通過傳感器技術也可以得到有效解決，門框機構形變、鋼絲繩的張力、電機的扭矩、電路板的溫升、電壓電流的控制，都可以通過感知技術獲取，通過事故模型比對，就可以提前判斷、預防。

智能製造應用：通過感知技術獲取相應的在線和情景描述，可以實現家電的智能化、無人化生產。最具代表性的就是特斯拉的無人工廠，幾乎沒有人，完全靠感知技術實現汽車製造。

軍事物聯網應用：軍事中可以通過傳感器節點散播部署可以快速發現對方，此外，慣導制導、軌道變形等都需要感知技術實時發現、追蹤目標。

結論：傳感器技術決定着系統功能的優劣。判斷一個設備或系統性能的優劣，不僅僅要看裝了多少微處理器，更重要的是，要看有多少隻、多少類型傳感器。沒有感知、沒有數據採集，大腦再發達也無的放矢。因此，沒有傳感器技術，萬物互聯與智能將無從談起！

04 行業存在的問題、成因分析及產業化相關建議

我國傳感器產品技術與應用創新存在以下7大問題：

1、缺乏充分認。即沒有形成共識，大家都在說傳感器重要，但實際上並沒有把傳感器作爲主要的一個戰略目標去發展，西方國家的認識恰恰與我們相反。

2、缺乏戰略定位與行業發展整體頂層設計。缺乏行業規範與相應標準，比如前面提到的傳感器15項共性技術、2萬多種產品、市場應用技術等。

3、長期存在基礎技術與產品偏弱問題。中美之間的博弈實際上很大一部分就是基礎產業技術、共性技術的博弈，下一步一定會是傳感器技術和產業。

4、行業自身存在突出問題。我們的產業基礎還不夠，行業自身存在多品種、小批量的特點，不像第一次信息化浪潮，很快形成了共性技術，快速實現了產業化。

5、創新應用中的跨領域協同與技術融合。就像我們前面提到的，行業壁壘對產業發展的影響力是巨大的。

6、政策錯位與缺失、不配套。80年，美國發現傳感器技術的發展制約了計算機的發展，就出臺了傳感器的支持政策，每年拿出69億美元支持傳感器產業的發展。我們也制定了三年行動計劃，但是缺乏對應的資源配置和資金支持。

7、評價指標體系長期錯位。沒有很好地釐清科學問題、技術問題、工程問題、產品問題和商品問題。科學問題是在於發現，技術問題是在於發明，工程問題是在於融合和協同，產品問題是企業的事情，需要嚴格區分開來。

基於以上問題，我們來看幾個構建產業體系與模式的案例：

1、企業自主構建創新體系——歌爾聲學。歌爾聲學已經把硅麥克風已經做到全球前三，全球三大麥克風芯片供應商中，有兩個在中國。雖然我們在覈心技術還有許多地方待改進，但是這能夠形成產業化已經十分難得。

2、行業管理協調下的跨區域協同——紅外測溫儀。這次疫情期間，我參與了紅外測溫儀的部署。疫情期間紅外測溫儀貨源短缺、價格飆升，紅外測溫儀的核心部件是紅外熱電堆傳感器，原來的價格只有五六元，疫情爆發後漲到了248元。對此我們專家組提出建議：組織行業找到測溫儀產業鏈的6個節點，篩選12到14家企業，提供充分的資源，缺什麼補什麼，通過行業的調度協調，資源配置，駐場專家協同，一個半月就解決了問題。通過這個案例我想說明一個問題，中國不缺技術和能力，只要做好頂層設計、做好定位，我們就可以打造協同平臺、做好產業化創新。

3、國家主導下的三大敏感基地。我們計劃經濟的時候有三大敏感基地，但是沒有把傳感器推向產業化，這中間就有體制問題。民營企業創新動力很足，但是創新能力不夠，因爲民營企業缺人缺錢；大型國企不缺能力缺機制，沒有激勵機制和創新意願；中型企業不缺市場缺高人，又忙於訂單，不看方向；科研院所不缺課題缺問題，不知道要解決什麼實際問題，科技成果轉化豈能不難？

針對上面的7大問題，如果我們達成共識，做好頂層設計，相應的資源配置，有良好的機制，形成規範和標準，實現產業化並非難事，前面紅外熱電堆傳感器就是一個很好的例子。具體如何打造，這裏分享兩點：

1、“十四五”規劃將至，產業需要重新佈局，抓好以下四個方面：

（1）做好頂層設計，明確戰略定位。從傳統產業向數字經濟邁進時，無論是地方還是產業認識都不夠深刻，因此我們需要明確戰略思想、戰略方向、戰略重點，確定產業發展基調。

（2）挖掘產業中的問題，彌補短板與瓶頸。從問題入手，解決市場需求變化、行業動態與特徵、技術基礎與碎片化、資源配置有效性等各種已知未知的問題。比如前面提到的紅外熱電堆傳感器，找到問題的關鍵，很快就解決了。

（3）政策精準配套，資源持續配置。施政策要精準，不能遍地撒。否則很多年後會發現還是產業還是如此，沒有太大改變。

（4）持續評估效果，及時調整方式。在施政過程中要不斷評估效果，看看有沒有與行業、產業的發展方向嚴重偏離。評估考覈和定位是不是準確，對行業、產業的發展是不是有影響。

2、打造雙生態產業體系：發揮區域特徵和行業優勢，營造產業生態體系：建立“傳感谷”構想

什麼叫雙生態？一個是產業本身的生態；比如前面提到的，一個產業鏈有15種共性技術，這是第一個鏈，第二個鏈是各門類之間的鏈，它們構成了第一個產業生態。第二個產業生態是營商環境的改變，這個就需要“政、產、學、研、用、服”六位一體的協同，共同施力於產品的專業化和精準化。培育並形成傳感器基礎產品500億產值，系統集成與應用產品千億級以上的具有明顯產業化特色的國際傳感器產業集羣的目標。另外，產業生態需要兩大基本要素：一個是產業基金，另一個是物理空間。因爲時間關係就不展開講了，謝謝大家！