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谈到自己的科研方向,陈皓勇略显兴奋,声音也变得洪亮起来。长期以来,他以复杂系统(大规模、随机性、分布式、网络化系统)建模、优化与控制理论方法及其在电力系统中的应用研究为核心学术思想,致力于电力系统规划、运行与控制,新能源并网与智能电网技术,电力技术经济与管理等方向的基础前沿研究和教学工作。
偶遇机缘,踏入电力之门
1990年9月,陈皓勇考入西安交通大学少年班,成为当时西安交通大学通过自主命题、独立招生在全国范围内选拔的29名学生之一,当时的他仅仅15岁。也就是从那时起,他开始深深地喜欢上这个学校,在此学习、工作长达十几年。1992年9月,两年的少年班学习完成后,陈皓勇以优异成绩自主选择了本校电力系统及其自动化专业,从此也正式踏入了电力之门,更找到了开启人生理想的钥匙。
对于陈皓勇来说,1994年看起来和往年一样平凡,却是改变他人生的一年。因为正是在这一年,通过班主任老师的介绍,他结识了刚从日本归国的著名电力系统学者、IEEE Fellow、中国科学院院士王锡凡,从此跟随王锡凡院士学习、工作长达12年。他时常被王院士那严谨治学、低调为人的精神所深深感染着,王锡凡院士不仅是他的学术导师,更是他的人生导师,正是在王锡凡院士的引领之下,才跨入了电力科学的大门。1995年,陈皓勇以优异成绩保送为王锡凡院士的研究生,并硕博连读,从事电力系统优化调度、优化规划和电力市场等领域的研究,最终高质量地完成了博士学位论文,也奠定了日后科研工作的基础。在2000年6月博士毕业后,由于陈皓勇在学生时代的优秀表现和王锡凡院士的鼓励,他顺利留校任教,开始了教学科研的生涯。在西安交通大学从教期间,他除了担任专业主干课《电力系统分析》等的教学工作外,还作为主要研究人员参加了王锡凡院士所主持的国家自然科学基金重点项目、国家重点基础研究发展计划(973计划)等一系列国家重点项目,并且自己也主持了国家自然科学基金青年基金项目、国家社会科学基金青年基金项目等国家级项目,参编了《电力市场基础》新教材,取得了丰硕的成果。
2006年12月,陈皓勇带着出去闯一闯的想法,作为“百人计划”杰出青年教师受聘到华南理工大学。也正是在这里,他得到了又一次地腾飞。在这里,他除了继续前沿理论研究外,更找到了科研成果的良好应用平台;在这里,他开始完全独立工作并形成了自己的学术特色;在这里,他能够与港澳的大学密切合作并进一步放眼海外。不仅这些,陈皓勇还承担了国家自然科学基金项目等一系列国家和省部级重点项目,获得了教育部“新世纪优秀人才”称号,承担了南方电网有限责任公司、广东电网公司等重点企业的多个合作项目,促进了科研成果的实际应用。近期,国家自然科学基金委公布了2013年度国家自然科学基金资助项目名单,陈皓勇又成为华南理工大学新增的4位国家优秀青年科学基金获得者之一。
众所周知,广东省既是能源消费大省,也是能源技术产业大省,其能源产业在我国能源产业中占有举足轻重的地位。广东省的能源消耗量位居全国前列,但能源资源贫乏,对外依存度高,面临经济发展和环境保护的双重压力,能源安全与有效利用已成为制约广东经济社会可持续发展的瓶颈。立足于这种现实,陈皓勇拓展学科领域,融合华南理工大学电力和能源相关学科的优势,先后参与了“能源研究院”、“新能源与环境协同创新中心”等的筹建。
身处改革开放的前沿,陈皓勇却从来没有忘记过母校,他和西安交通大学电力工程系保持着长期和紧密的科研合作关系。近年来,两校联合申请了国家重大项目,并和王锡凡院士等因“电力系统运行与规划的最优决策模型及方法研究”共同获得2008年教育部高等学校科学研究自然科学一等奖,还即将进一步拓展海上风电等领域的科研合作。
千锤百炼,终显学术锋芒
在为电力领域教学和科研事业奋斗的将近20年里,陈皓勇始终刻苦钻研,默默奉献。在课堂上,他是一个优秀的老师,传道授业解惑,激情澎湃;在实验室,他是一个勤奋的科研工作者,编程序,做仿真,认真耐心。人们看得见的是他的荣誉和成果,但看不见的是他背后付出的辛勤和汗水。他忘记了,有多少个周末在实验室里度过,有多少个节假日没有和自己的亲人在一起,有多少次科研走入困境时焦虑不堪地冥思苦想。但天道酬勤,他的付出也得到了应有的回报。
除完成一系列国家和省部级重点项目外,陈皓勇近年来发表SCI、EI论文近100篇,所被国内外电力系统、人工智能、经济管理和量子物理等不同领域的科研人员引用1500余次。他的英文专著Power System Optimization:Microeconomics-inspired Approaches近期将由国际权威出版社John wiley&Sons-IEEE Press出版。他的研究成果在我国电力行业得到广泛应用,并取得了良好的经济和社会效益。除了学校的工作,他还兼任了很多社会职务。他是国际电气和电子工程师协会高级会员(IEEE Senior Member)、教育部学科评估专家、国家科学技术奖励评审专家、国家自然科学基金和中英联合基金评审专家、中国博士后科学基金评审专家、广东省职称评审专家、浙江省自然科学基金评审专家,还担任着在香港召开的IEEE亚太电力与能源工程国际会议(IEEEAPPEEC)技术委员会主席。
在国际上,陈皓勇首次提出电力系统机组组合的协同进化算法等人工智能算法,并将其推广于电力系统规划、运行和电力市场决策等多个领域。协同进化算法借鉴自然界中的协同进化机制,引入生态系统的概念,生态系统中多个物种相互作用,共同进化,从而使整个系统不断演进。将工程应用领域待求解的问题映射为生态系统,以生态系统的进化来达到优化问题求解的目的。协同进化算法为电力系统优化提供了新途径,也为解决一般复杂工程系统优化问题提供了一种基础算法。他将“协同进化算法”拓展应用于电力系统的无功优化问题,已获国家发明专利。将协同进化算法应用于寡头垄断电力市场的模拟和分析,开辟了基于协同进化计算的电力市场建模的新方向,在国际权威期刊上发表了系列论文。陈皓勇的研究成果得到国际上电力系统、人工智能、经济管理等不同领域科研人员的广泛引用,直接跟进研究的包括:美国阿贡国家实验室,美国伊利诺理工大学、美国北卡罗莱纳州立大学、约旦科技大学、雅典国家技术大学、澳大利亚悉尼大学、伊朗德黑兰大学,香港理工大学和国内华中科技大学等重点大学。
陈皓勇十分重视交叉学科研究,他系统地研究了博弈论方法在电力市场和电力系统中的应用问题,电力系统是一个复杂的工程一经济系统,从经济的角度,陈皓勇在基于博弈理论的电力市场建模、分析与仿真方面取得一系列研究成果;从工程的角度,国际上首次将微分博弈理论应用于电力系统频率/电压协调控制领域,开拓了基于博弈论的电力系统协同控制新方向。在现阶段不断开放的市场环境下,电力系统中存在不同的利益主体,在规划和运行决策中通常以自身利益最大化为目标,传统的统一优化模型难以适用。作为一类先进的数学工具,博弈论通过建立电力系统中多方优化决策模型并求解均衡策略,使得各方均能获得最佳收益。在这个背景下,陈皓勇长期从事基于博弈理论的电力市场建模、分析与仿真研究:提出了运用多项式方程系统求解电力市场均衡的方法,首次形成了基于实验经济学的电力市场博弈分析系统理论和方法,首次结合基于协同进化计算的智能模拟和实验经济学方法研究了电力市场主体的交易策略和市场均衡问题。这些研究工作得到国际同行的一致认可,被意大利都灵理工大学、西班牙卡斯蒂利亚・拉曼查大学和美国惠普实验室的多个权威学者所引用。另一方面,从工程角度来看,电力系统包含大量分布式控制器,在智能电网的发展过程中,更多的新型控制器将被引入。这些控制器作用于不同层面,控制目标相互独立,甚至存在冲突。制定控制策略时若不进行协调,则可能导致各方相互牵制、抵消,背离控制目标。基于这种考虑,陈皓勇首次提出基于博弈理论的电力系统协同控制思想。在国际上首次将微分博弈理论应用于电力系统频率/电压协调控制,以解决多个控制器动态协调的难题,基于微分博弈理论的电力系统最优协调电压控制研究已获国家自然科学基金资助。
除此之外,陈皓勇还系统地研究了基于大系统随机与离散优化理论的电力系统规划、运行的模型及算法并在电力行业得到广泛应用。电力系统作为典型的分布式大系统,其规划和运行中的很多优化问题都是大规模、离散、非线性和随机的,用常规的方法很难求解,需要寻求新的解决途径。在电力系统规划方面,他提出了基于改进Lagrangian松弛法和随机生产模拟的电源规划模型和算法,发展了基于多目标(协同)进化算法的输/配电网规划;在电力系统优化调度方面,除提出机组组合问题的协同进化算法外,在国际上较早地开展了基于鲁棒优化思想的含风电的电力系统安全约束机组组合问题,研究了基于退火选择遗传算法和内点法的含整数变量最优潮流,建立了基于协同进化计算的配电网重构算法;在电力系统无功优化方面,提出了基于退火选择遗传算法的大电网无功优化,研究了基于退火选择遗传算法的配电网多时段无功/电压控制等问题。特别他在国内率先研究了多风电场并网条件下的电力系统安全约束机组组合问题,提出了描述间歇性能源功率不确定性的极限场景法,在保证预测场景最优的情况下,也能保证误差场景下调度方案的可行,奠定了鲁棒调度的基础。作为国际上鲁棒调度思想的首先提出者之一,陈皓勇在2012年IEEEPower&Energy Society年会上宣读了相关论文,引起与会者的热烈讨论。
长期以来,这些研究相继获得了国家自然科学基金(重点)项目、国家社会科学基金项目、国家重点基础研究发展计划(973计划)、国家高技术研究发展(863)计划重大项目、教育部科学技术研究重点项目、新世纪优秀人才支持计划和国家优秀青年科学基金等的支持。
大胆创新,探路未来发展
创新是科研的生命力所在,没有大胆创新,就不可能有新的突破。陈皓勇深切地明白这一点,因此在做研究时,他始终不怕困难,敢于超越,力求走在电力领域发展的前端。
进入21世纪以来,发展低碳经济,建设生态文明、实现可持续发展,已成为人类社会的普遍共识,因此可再生能源开潮席卷全球。我国已经制定和实施了《中国应对气候变化国家方案》,要求到2020年单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年降低40-45%,非化石能源占一次能源消费比重达到15%左右。风力、太阳能等间歇性可再生能源并网给电力系统运行带来很大的冲击,引起系统电压、频率的大幅波动,恶化了电能质量,降低了电网安全稳定运行的水平,使得传统的电力系统理论方法和技术体系受到挑战。而另一方面,电力系统科研也因此面临着难得的机遇。
当前世界各国电力系统都在朝智能电网(smart Grids)的方向发展。作为支撑可再生能源发展的重要平台,智能电网已成为全球各国政府、企业和学术界所共同关注的热点,被认为是电力系统、可再生能源与信息通信技术的融合。陈皓勇认为,能源问题的解决需要多学科协同攻关。在华南理工大学,他联合电力系统,电力电子、信息通信和经济管理等多学科的研究力量,形成了智能电网与可再生能源领域的一支强大的研究团队,目前已有基础包括风电控制与并网技术国家地方联合工程实验室、广东省绿色能源技术重点实验室和广东省风电控制与并网工程实验室3个国家和省部级重点实验室,囊括10余名教授、副教授与近100名博士、硕士研究生。同时,陈皓勇的团队积极与清华大学、西安交通大学、华北电力大学、南方电网科学研究院和海南电网公司等单位紧密合作,努力攻克多类型新能源发电综合消纳的关键技术,即将于2014年在海南建成全国第一个间歇性能源渗透率不小于15%的省级示范电网,并努力将海南电网打造成为世界一流的智能电网技术集成应用和示范展示平台。
一、智能电网企业
(一)全球龙头企业概况
目前,走在全球智能电网最前沿的不是主要的电力公司,而是思科、IBM、微软和谷歌以及一些中小科技型企业。但美国市场研究机构GTMResearch最新的《全球智能电网企业150家:终端至终端的智能电网供应商信息及排名》统计报告中指出,专业从事电力基础设施建设的企业为了促进其智能电网业务的发展,也纷纷开始收购专业IT企业。如ABB出资10亿美元成功收购了全球领先软件供应商Ventyx公司,施耐德电气出资近20亿美元收购西班牙方案供应商Telvent公司,通用电气也着力强化电能管理方面的软件能力等。基于对市场地位和资本情况的评估,全球智能电网领域25家表现突出的企业如下(表1):
(二)我国企业概况
我国智能电网产业已经初步形成包含发电环节、输电环节、变电环节、配电环节、用电环节、调度环节等较为完备的产业链条,但就技术水平而言,我国的储能技术与复杂信息处理技术仍有待提升,同时还面临新能源并网、远距离输电和交流大电网的安全可靠性问题。具体来看,智能电网的发电环节,主要解决新能源并网问题,涉及主要设备是风电变流器和太阳能逆变器。目前上市公司有荣信股份、海得控制、湘电股份和九洲电气在进行风电变流器的研制与推广。变电环节主要关注数字变电站领域,涉及到主要设备是在线监测、状态监测设备。主要生产厂商有国电南自、国电南瑞、许继电气和思源电气。充电站中快充设备的提供商较少,慢充技术含量较低。快充设备主要提供商有奥特讯、比亚迪、许继电源、思源电气等。用电环节主要关注智能电表。主要生产企业有科陆电子、长城开发等。
(三)业务发展趋势
未来几年,全球智能电网业务发展呈现以下几大趋势:一是提升数据管理能力。管理能耗相关的海量数据成为未来电网所必须具备的基本能力,同时也是有效减少能耗的最佳方法。二是向物联网方向演进。除了电表和设备间的网络连接外,智能电网最终将实现“物联”模式(如汽车、电池、太阳能电池板、温控器、电子设备等)。三是降低能耗。开发区智能恒温器,即以此达到降低能耗的目的。目前,Nest等企业已开始着手开发此类服务。四是蓄电池转向商业化运作。如今的电池设计人员仍在考虑如何能够同时获得既支持发电系统又支持智能电网的监管许可。其中的关键在于解决成本问题,截至目前蓄电池还仅仅是在农村地区应用。五是强化硬件设施,聚焦软件优化。研发出能够在智能电网中激活电流的软件成为基本条件之一。
二、工业机器人企业
(一)全球龙头企业概况
在国外,工业机器人技术日趋成熟,已经成为一种标准设备被工业界广泛应用。自从1962年美国研制出世界上第一台工业机器人以来,机器人技术及其产品发展很快,已成为柔性制造系统(FMS)、自动化工厂(FA)、计算机集成制造系统(CIMS)的自动化工具。从而,相继形成了一批具有影响力的、著名的工业机器人公司,包括瑞典的ABB Robotics,日本的FANUC、Yaskawa,德国的KUKA Roboter,美国的Adept Technology、American Robot、Emerson Industrial Automation、S-T Robotics,意大利COMAU,英国的Auto TechRobotics,加拿大的Jcd International Robotics,以色列的Robogroup Tek公司等,这些公司已经成为其所在地区的支柱性产业。
(二)我国企业概况
受到国家863计划的资助,目前已经有哈尔滨工业大学、燕山大学等30余所高校展开了对工业机器人的研究。一些数控机床和系统制造商开始将未来的盈利点瞄向工业机器人。目前国内做机器人的主要公司有:沈阳新松机器人自动化股份有限公司、哈尔滨博实自动化设备有限公司、哈工大海尔机器人有限公司、丰裕电机工程有限公司、广州数控设备有限公司等。本土的机器人企业正在奋起直追,沈阳、西安等地的机器人研发速度很快,而珠三角地区的应用市场则增长最为迅速。据统计,仅深圳市机器人协会就有63家机器人企业会员,2011年产值达160亿元,平均年增速为50%至60%。虽然我国在某些关键技术上有所突破,但还缺乏整体核心技术的突破,具有中国知识产权的工业机器人企业则很少。目前我国机器人技术相当于国外发达国家20世纪80年代初的水平,特别是在制造工艺与装备方面,不能生产高精密、高速与高效的关键部件。我国主要工业机器人研发生产单位如下表所示(表2):
(三)业务发展趋势
我国机器人技术主题发展的战略目标是:根据21世纪初我国国民经济对先进制造及自动化技术的需求,瞄准国际前沿高技术发展方向创新性地研究和开发工业机器人技术领域的基础技术、产品技术和系统技术。未来工业机器人技术发展的重点有:第一,危险、恶劣环境作业机器人,主要包括防爆、高压带电清扫、星球检测、油汽管道等机器人;第二,医用机器人,主要包括脑外科手术辅助机器人、遥控操作辅助正骨等;第三,仿生机器人,主要包括移动机器人、网络遥控操作机器人等。其发展趋势是智能化、低成本,高可靠性和易于集成。
三、3D打印设备企业
(一)全球龙头企业概况
1986年,美国3DSystems公司率先推出了称为“立体平版印刷”(SLA)的激光快速成型制造系统,引发3D打印技术的发展热潮。目前,美国企业在3D打印技术领域处于主导地位,德国、以色列、日本的企业也处于国际领先水平。其中,美国的3D打印技术已经初步产业化,其两家3D打印机设备制造巨头Stratasys和3DSystems,均在纳斯达克上市,2011年两家公司的营业收入分别为1.7亿美元和2.9亿美元。2012年以来,两家公司股价均大幅上扬,其中,Stratasys股价翻番,3DSystems股价增加了近2倍,而同期纳斯达克指数涨幅仅为18%。主要3D打印设备厂商如下表所示:(表3)
(二)我国企业概况
1991年以来,在我国政府资助和支持下,一些高等院校和研究机构积极开展快速成型领域的研究,并取得较大进展。我国最早在快速成型技术方面开展研究的科研机构主要有清华大学、西安交通大学、华中理工大学。这些科研机构早期在开发系统设备方面各有侧重。如清华大学成立了激光快速成型中心,研制出世界上最大的LOM双扫描成形机;西安交大现已开发出一整套SLA快速成型机,成型速度、零件精度都已接近国外先进技术。华中理工大学成功开发并向市场推出商品化的LOM成型设备和SLS设备。从事3D打印设备研发和制造的企业目前还为数不多,湖南华曙、北京隆源、南京紫金立德、中航激光等公司,应用领域和产业化程度较低。目前,部分国产3D打印设备已接近或达到美国公司同类产品的水平,价格相对低廉,自主研发应用于快速成型的材料也逐步趋于完善,材料的价格更加便宜,等待投放市场后可以改善过于依赖进口材料的状况。我国已初步形成了RP设备和材料的制造体系。但与国际领先企业相比,在稳定性和材料的多样性方面都存在一定差距。
关键词:信息技术;物联网产业;产业现状;对策建议
中图分类号:F207 文献标识码:A 文章编号:2095-1302(2016)01-00-04
0 引 言
物联网作为新一代信息技术的重要组成部分,被称为信息产业的第三次浪潮,为推动全球工业化、城市化进程提供了革命性的技术支撑,通过与传统产业的全面融合,其必将成为促进全球新一轮发展的主要力量。
1 物联网的起源及发展历程
物联网是新一代信息技术的重要组成部分,它是指利用射频识别(RFID)、二维码、传感器、全球定位系统等信息传感设备,按约定的通信协议,实现人与人、人与物、物与物在任何时间、任何地点的连接,通过信息交换,实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的庞大网络系统。简单说就是物物相连的互联网。
“物联网”一词最早见于比尔盖茨于1995年出版的《未来之路》,但限于当时无线网络、硬件及传感设备的发展状况与设想有很大差距,因此未引起世人的重视。
1998年美国麻省理工学院的一位天才教授Kevin Ashton提出了EPC(Electronic Product Code)开放网络(物联网)构想,即将RFID技术与传感器技术应用于日常物品中,形成一个网络。在宝洁、可口可乐、沃尔玛、国际条码组织、IBM等全球83个跨国公司的支持下,开始了这个发展计划。
2005年11月,信息社会世界峰会(WSIS)在突尼斯举行,国际电信联盟(ITU)了《ITU互联网报告2005:物联网》,“物联网”概念被正式提出。
2008年11月,“智慧地球” 概念由IBM提出,其含义是把感应器嵌入和装备到铁路、公路、桥梁、建筑、电网、供水系统、油气管道等物体中,通过普遍连接,形成所谓的“物联网”,再将“物联网”与互联网整合起来,实现物理系统与人类社会的整合。
目前,以物联网、云计算、大数据等为代表的新一代信息通信技术(ICT)是最活跃的创新要素,正在全世界范围内掀起新一轮科技革命和产业变革。物联网正在加速与传统和新型产业的相互融合渗透。
2 全球物联网的发展状况
“物联网”从提出到应用至今,已进入到生活中的各个方面,它是信息技术发展到一定水平的必然产物,也是经济社会发展到较高阶段的新需求,受到全球广泛关注。据报道2012年全球物联网市场规模超过1 700亿美元,2015年将接近3 500亿美元,年增长率接近25%。据美国市场研究公司Forrester预测到2020年,全球“物物互联”业务与人和人通信的业务相比,将达到30∶1,仅在智能电网和机场防入侵系统方面的市场就有上千亿美元。因此,物联网被称为是下一个万亿美元级的信息技术产业。
可以预见未来几年,物联网将有更大的发展。美、欧等发达国家把发展物联网应用视为巩固其综合国力,催生经济动力的重要手段之一。美国政府自“再工业化”战略提出以来,逐步将物联网发展和重塑美国制造业优势结合起来,以期牢固占领制造业的制高点。欧盟在第七科研框架计划中开设了一系列项目,对物联网技术进行研发。在智慧城市、智慧电网、智慧交通等方面进行积极布局。德国工业4.0战略是将传感器、软件和通信系统集成于CPS,通过引入物联网和服务,重构制造业全新的生产制造体系。2013年10月,韩国政府“ICT WAVE”计划,未来五年投入80亿美元攻克10大ICT关键技术和15项关键服务,物联网平台被列入10大关键技术。日本积极布局物联网产业逐步实施发展战略,2009年12月,日本政府提出 “i-Japan”战略(2010-2020)。
由于世界各国物联网的战略引领和市场的稳步推动,全球物联网应用加速发展,物联网推动新型信息化与传统领域深度融合,其对行业和市场所带来的机遇倍受关注。
3 我国物联网产业发展现状及趋势
近年来,我国物联网产业发展速度较快。2014年我国物联网市场规模达5 679亿元,预计到2015年,我国物联网产业整体规模将超过7 000亿元,2018年物联网市场规模将超过1.5万亿元。随着“中国制造2025”、“互联网+”等国家战略的推进,物联网产业也将迎来更广阔的发展空间。
3.1 我国物联网发展现状
(1)我国物联网产业政策日趋完善
我国政府高度重视物联网顶层设计和政策引导,为了规范和促进物联网产业的健康快速发展,近年来适时出台了诸多相关政策措施。2012 年8 月,物联网发展部际联席会议制度确立;2013 年2月,《关于推进物联网有序健康发展的指导意见》由国务院,国家还成立了由30 多名专家组成的物联网发展专家咨询委员会;2013年9月,发改委、工信部等10多个部门,了顶层设计、标准制定、技术研发、应用推广、产业支撑、商业模式、安全保障、政府扶持措施、法律法规保障、人才培养十个专项行动计划;2014年5月,财政部和工信部联合制定了《国家物联网发展及稀土产业补助资金管理办法》; 2015年9月,工信部召开了电子信息领域标准化工作座谈会,强调加快物联网、传感器件等领域的标准研究制订工作。
(2)部分领域技术取得突破,但相关产业环节所处发展阶段不同
从整体看,我国在二维码、中高频 RFID、 M2M 服务等产业环节具有一定优势,但在基础芯片设计、智能信息处理、高端传感器制造等产业环节依然薄弱,仍然处于物联网应用初期阶段,真正意义上的社会化商业化物联网服务尚在起步。
物联网制造业中,我国光纤传感器在高温传感器和光纤光栅传感器方面取得了重大突破,在钢铁、石油、运输、国防等领域实现了批量应用,产品质量达到国际先进水平。在 RFID 领域,我国已成功研制出具有自主知识产权的超高频产品,并打入了国际市场,在工业物联网领域,成功研制了面向工业过程自动化的工业无线通信芯片。国内中高频 RFID 技术产品在数据处理能力、安全防护、可靠性等方面接近国际先进水平,产业链已经成熟,在国内占有 90% 的市场份额,但是高端传感器和芯片,仍有约60%和80%需要进口。
(3)国内物联网产业集群正在形成,但应用规模化与产业化水平矛盾突出
经过近几年的发展,国内物联网产业逐步形成了长三角、珠三角、环渤海和中西部集群区。长三角因其深厚的电子信息制造业基础,是物联网产业技术和应用的起源地。上海、无锡、昆山、南京、苏州、杭州等地,成了传感器、软件开发、系统集成企业的主要集聚地。珠三角地区的物联网产业以智能设备制造、传感器产业,软件及系统集成、网络运营服务等产品带动应用示范。以武汉、重庆、四川、陕西为代表的中西部地区则结合自身优势,在仪器仪表、矿山安全、石化、冶金、汽车电子等方面积极发展应用项目。
目前,我国物联网产业集中度低,产业链条长且范围分散。每个产业环节中小企业众多,大企业较少,缺乏具有产业引领的龙头企业。当前物联网产业仍处于初级阶段,行业进入门槛低,导致市场未能形成规模效益,政府和企业的大量投入与较少产出矛盾突出,物联网应用成本高。原因主要有以下两方面,一是在应用初期,产品功能单一、价格昂贵、可靠性和产品精度无法满足要求,难以形成产品普及和规模化应用。二是在没有实现规模化应用之前,就无法真正带动和提升产业化水平,部分技术仍停留在仿真、试验层面,无法通过产品化创造价值并发挥作用。
(4)我国物联网标准化局部取得突破,获得部分国际话语权
我国在物联网国际标准化中的影响力不断提升,已成为ISO 和ITU相应物联网工作组的主导国之一,国内越来越多的企业开始参与到国际标准制定的工作中,牵头制定了首个国际物联网总体标准《物联网概览》。2014年9月4日,经33个成员国投票表决,由中国技术专家牵头提交的物联网参考架构国际标准项目获得了国际标准组织ISO/IEC JTC1的正式通过,这是首次由中国牵头主导在全球新兴热门技术领域的顶层架构标准。
3.2 国内物联网产业未来的发展趋势
影响物联网“应用规模化发展”的主要因素是市场需求、技术成熟度、标准化、成本降低和商业模式等。
(1)物联网与移动互联网融合最具市场潜力。物联网借助移动互联网的渠道、技术和商业模式,逐步从行业领域向民生领域渗透。
(2)工业物联网统一标准成为大势所趋。在工业、农业、物流、交通、电力、安防和环保等行业应用仍是物联网发展的重要领域,首要任务是统一标准。
(3)物联网产生大数据,大数据带动提升物联网价值。通过对物联网庞大数据的分析和处理,可产生多种应用的商业模式,未来物联网的产业链条将向下游智能处理聚集,这将是物联网最具商业价值的领域。
4 陕西省物联网发展状况
陕西在物联网产业拥有良好的基础,我省企业和科研机构的产品及技术几乎涵盖了物联网行业的全部产业链,并形成了一定优势。据不完全统计,目前陕西物联网产业相关企业超过400余家,产业规模超过200亿元,产业已进入快速发展期。
4.1 技术研发优势明显,部分核心技术国内领先
(1)陕西科研院所众多,为物联网产业发展奠定了良好的技术基础
陕西是全国重要的高新技术产业和科研教育基地,聚集了西交大、西工大、西电、有色院、西安光机所等一批高校和科研院所,涌现出了大唐电信、中星测控、烽火集团、优势微电子和华迅微电子等一批优秀企业,引进了华为、中兴等国内龙头企业,涉及物联网的相关技术和产品,涵盖了核心芯片、射频识别RFID技术、智能传感器、软件与应用平台、智能天线、系统集成方案等全产业链,强有力的技术支撑了物联网产业发展。
(2)物联网上游核心芯片取得较大突破
航天华迅公司成功研制了我国第一套具有完全自主知识产权的高性能GPS芯片组。西安优势物联网科技公司成功研发了国内首颗完全自主知识产权的物联网核心芯片(唐芯一号),积累了近百项专利。西安西谷微功率数据公司作为国内2.4 G有源RFID国家标准及2.4 G 实时定位系统国家标准起草的核心单位,形成了以Super-Zigbee、i3RFID为核心的44项完整专利技术体系。
4.2 较为完整的产业链条,骨干企业影响力较强
陕西形成了从核心芯片、射频识别RFID、智能传感器、软件与应用平台、智能天线、物联网系统集成方案提供等完整的物联网产业链条,并形成了一定优势。
(1)芯片生产、外部设备、电子标签等企业成长迅速
目前陕西有70余家集成电路芯片设计企业,其中相当一部分涉及物联网领域。西安航天华迅是国内北斗芯片设计、研发、量产领域主要的开拓者和领导者。西安华芯公司自主品牌大容量动态随机存储器产品早已量产。陕西烽火电子已成为省内物联网行业中电子标签领域的龙头企业。西安阿法迪信息技术公司是射频识别RFID物联网软硬件产品的研发生产企业,产品在十几个省的电力行业中已有广泛应用。
(2)传感器种类齐全,产业优势明显
我省在西安、宝鸡、汉中集聚了约70余家传感器科研生产单位,共涉及40多类传感器,智能化程度高,品种齐全。尤其在图像传感器和烟雾方面处于全球领先地位,在应变片、重力传感器以及基于MEMS(微机电系统)技术的小型压力传感器方面处于全国首位。西安中星测控、陕西电器研究所、中航电测仪器股份有限公司、西光厂、西安盛赛尔电子公司、西安飞秒光电、宝鸡恒通电子、宝鸡秦川测控科技公司、宝鸡秦明集团麦克传感器公司等企业,在国内外不同种类传感器领域具有相当大的影响力。
(3)物联网应用企业不断涌现,显示出较强的行业特色
在市场驱动下,陕西物联网产业涌现出了一批致力于特定行业的系统集成商,其应用涉及交通、农业、煤矿、石油、核电、风电、水利、环保、文物等领域,是我国物联网整体解决方案开发应用领域最宽的地区之一,其技术位居国内前列。
如:西安航天自动化股份有限公司的基于物联网技术的火电厂监控系统、中油测井公司的快速与成像测井系统、西安威盛电子仪器公司具有感知功能的石油测井成套装备、西安大唐电信的煤炭矿用安全整体解决方案、大唐电信基于物联网的智慧城市综合系统、西安元智系统技术公司的文物存护环境监测网、西安航天恒星开发的“飞邻”物联网应用平台、西安贵隆电子科技公司的油田抽油监测系统报警与远程控制网、西安山脉科技公司的水库大坝无线水位安全监测网水利系统、西安优势科技公司基于唐芯核心物联网芯片的airlamp物联网照明系统、西安海联石化科技有限公司利用物联网建立基于采油厂与采油区块的统一生产监管保障智慧化系统等,都在全国多个地方应用,并在行业内得到了好评。
4.3 人力资源相对丰富,后备力量潜力雄厚
陕西高校数量位居全国第三,是我国重要的科研教育和高新技术产业基地,聚集了西交大、西电、西工大等知名高校。西安交大在传感器故障诊断方面、西电在通讯方面、西工大在导航控制方面、西安科技大学在煤矿传感安全监测方面、长安大学在运输遥测管理方面都具有雄厚的研发基础和明显的专业优势,为后备人才的成长提供了基础保障。
陕西同时也涌现出了一大批优秀企业和科研院所,如中星测控、陕西烽火集团等。西安航空工业拥有4个研究所,在振动传感、加速度、航空传感器研发方面遥遥领先;西安航天拥有5个研究所,在压力传感、称重传感及计算机卫星传输等方面具有明显的优势;西安兵器工业拥有7个研究所,在无线遥测、光学传感、雷达控制等方面研发技术领先。这些均为物联网产业的发展提供了实用技术人才的支持。
我省在振动、加速度、光学等传感器方面,在导航控制、传感故障诊断、煤矿传感安全监测、运输遥测管理等方面拥有一大批学术领先、技术过硬的研发人才。同时,我省理工科大中专院校均设有计算机和软件专业,能够提供大批的技能型新生力量。这些均为我省物联网产业的发展奠定了坚实的人才基础。
4.4 产业园区承载,集群式发展势头良好
(1)西安国际港务区
2013年,西安国际港务区管委会与陕西电子信息集团开始共同实施物联网应用产业示范园区项目,形成物联网产业的聚集,以物流业、商贸业等为突破口,开展物联网技术的应用推广。园区主要依托国际港务区产业优势,发挥陕西省物联网产业展示中心聚集效应,打造“苗圃―孵化―加速”完整服务体系,促进陕西省物联网相关产业的快速发展。
(2)西安高新技术开发区
近年来,西安高新区以商务模式为核心,人才为保障,产学研相结合,加快推进移动互联网、云计算、物联网和大数据等下一代融合,现在西安高新区软件新城已初具规模,国家数据出版基地将投入使用,此外为了加快互联网产业的发展,还规划了一个占地四平方公里的互联网产业园,已经完成一期建设,希望到2020年西安高新区互联网产业园成为国内一流世界知名的互联网产业发展园区。
(3)西咸新区沣西新城
2012年,经省工信厅批准,“陕西省物联网产业基地”正式落户到陕西省西咸新区信息产业园。目前中国移动、中国联通、中国电信三大通讯运营商联袂入驻信息产业园,项目总投资达42亿元,为园区建设发挥了巨大的引领作用。
(4)经济技术开发区
自2010年以来,经济技术开发区先后实施了一些重大项目并开展相关产业园区的建设。先后建设了西安服务外包产业园、中国电子西安产业园、西安经开数据中心等园区,重点发展数字能源与智能电网、数据与灾备服务、软件与信息服务、金融外包服务、工业设计与嵌入式软件等以生产业为代表的现代服务业。
4.5 北斗导航在陕西省物联网产业中表现突出
2012年12月,北斗卫星导航系统正式向全国提供民用区域服务,开始成功应用于个人位置服务、交通运输管理、应急救援、精密授时、森林防护、水文气象等多个行业。
陕西省是国内较早从事卫星应用开发和研究的省份之一,在卫星导航、卫星通信、卫星遥感等领域技术基础雄厚,研发优势明显,在国内占有十分重要的地位,其科技水平和综合实力居全国前列。具备较好的产业基础和技术优势,相对完整的产业链条,芯片制造商有航天华讯、北斗恒通,终端设备生产商有20所、航天恒星、北斗金控、总装1001厂为代表的数家企业,系统集成平台和运营平台有航天恒星、20所、北斗金控、北斗康鑫、陕西诺维、西安航华为代表的数家企业。
2014年4月13日,中国人民总装备部和陕西省人民政府在西安联合启动陕西省北斗卫星导航应用示范项目。项目由陕西电子工业研究院牵头,按照“以示范促应用、以应用带产业”的总体思路,重点开展“两平台、四系统”建设,为我省北斗产业链的完善,市场的推广,产业的发展起到了积极的推动作用。
5 陕西省物联网产业发展的问题及建议
5.1 陕西省物联网产业发展的问题
陕西物联网产业经过近几年的发展,取得了一定的成绩,拥有了较好的技术、产业和人才基础,但由于物联网产业涵盖行业众多,缺乏统一标准,技术边界模糊,跨界发展困难等原因,也存在着诸多问题。
(1)我省物联网产业缺乏统一协调的顶层设计,缺少推动产业快速发展的整体规划。
(2)产业整合资源配置能力欠缺,区域协调发展水平有待提高。
(3)产业培育体系不完善,缺乏专业的,开放型的成果转化和科研中试基地,行业创新成本较高。
(4)物联网产业缺乏重大产业化项目和规模化产品带动,整体投融资能力不足。
(5)示范应用“碎片化”,缺乏统筹规划和政策的延续性。
(6)物联网产业信息安全风险意识不强,信息安全保护缺乏具体措施。
5.2 对陕西省物联网产业发展的建议
为促进我省物联网产业发展,政府可以从提供公共服务和购买第三方服务,制定相关政策等方面进行积极的探索,充分发挥市场在资源配置中的决定作用,同时更好的发挥政府职能,推动我省物联网产业健康快速发展。其具体建议如下:
(1)强化顶层设计,绘制发展蓝图。依据国家物联网产业发展规划,结合我省特点,组织省内外相关专家,对我省物联网产业进行顶层设计,制定资源配置合理、发展方向清晰、可操作可持续的一揽子产业政策,规划引领、统筹指导省内物联网产业平稳快速发展。
(2)加强产业宏观引导和统筹规划。由省内物联网产业相关领导机构牵头,整合统筹协调省内各类开发区,依据各自的资源特点,优化配置物联网产业园区,构建产业系统服务功能,为园区相关单位提供全面、高效、低成本的服务。避免园区之间无序竞争,盲目引进项目,低效重复建设。使物联网产业园区具有统筹兼顾上下游产业链,形成资源配置合理、产业集成高效、功能完善、可持续发展的产业集聚区。
(3)通过市场手段,激励第三方机构助力产业发展。通过购买或奖励等政策手段,鼓励扶持产业联盟或第三方专业机构,搭建开放型的物联网产业科研中试基地,搭建全方位、多功能、开放型的公共服务平台,构建自主创新产业链,逐步形成互利共赢的产业生态,为产业的快速发展提供更多机会。
(4)开展公开咨询,发掘市场需求。适时组织行业专家和第三方机构进行市场调研,发掘大众的实际需求,探索未来市场发展方向,从而进一步推动物联网的全面应用,促进产业快速发展。
(5)谋划重大示范项目,带动物联网产业发展。通过市场调研,结合我省实际情况,统筹资源,统一规划,选取市场容量大、公众认可度高、便于市场化运作的民生公共服务系列项目,利用政府政策支持和第三方机构相结合的办法,开展项目运作,更广、更快、更好的让广大民众体会到物联网带来的福利,推动物联网普及利用。
(6)组织技术研发,构建信息安全防控体系。组织引导相关机构进行信息安全方面的技术开发,促进认证与数据加密技术创新发展,使信息资源使用效率不断提高,保障信息安全。只有用户信息安全得到保证,物联网产业才能繁荣发展。
参考文献
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