2024先进感知新技术及新应用白皮书-中移智库.docx

先进感知发展概述

伴随着数字经济蓬勃发展带来的产业数字化浪潮，物联网技术迎来快速发展期，2022年8月我国移动物联网连接数首次超过移动电话用户数，正式步入网络连接“物超人”时代，物联网市场向着千亿级连接规模迈进。“万物智联，感知为先”，感知技术是物联网系统最为重要的底层数据来源及核心技术支撑。近年来，随着千行百业感知需求的持续增长和感知场景的不断细分，感知技术在以下领域的技术瓶颈凸显，制约了产业进一步发展：一是垂直行业发展带来新

应用场景，感知设备需要拓展感知范围、提高感知精度、增加可感范围；二是物联网终端空间有限，感知设备体积需要进一步压缩；三是智能化发展需要传感器集成通信、供能、校准、处理等更多功能，提供更多服务；四是当前有线连接的传感器由于施工难度高、布设拉线成本超高，应用受到制约。

感知技术是多学科、多技术、多领域的融合体,产业链覆盖材料、电子、通信、计算机软硬件、机械、理论数学等领域。为满足各类应用对感知能力的需求，近年来先进感知技术不断发展，通过对机理、材料、工艺和算法等四个方面的技术创新持续拓展感知范围，提升感知精度，优化感知效率。

图1先进感知技术发展方向

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感知新机理是指基于物理、化学、生物的基本效应，采用新的感知机理，提高传感设备的感知范围、灵敏度、精确度和响应速度等核心性能指标，以满足不断变化和发展的行业应用需求，近年来重要创新包括无源感知技术、通感一体技术及量子传感。

感知新材料是指不同于传统金属材料以外的，可用于响应环境变化并传递电信号的新型材料，是传感技术未来的重要发展方向之一，主要包括柔性传感材料和触觉传感材料。

感知新工艺是制作传感器件实体的重要步骤，工艺的发展可以使技术创新不止停留在想法层面，而是完成工程化实现，目前业界主要关注智能微系统工

艺及激光直写共形制造工艺。随着物联网技术的不断发展，应用场景不断拓展，用户对于传感能力的要求越来越高，但传感器硬件的开发周期较长，难以快速满足市场需求。因此，各传感器厂商逐渐从单纯围绕硬件竞争，进入到围绕“算法+硬件”竞争的阶段。

感知新算法可用于提高传感精度，或以原始数据为基础实现新的感知能力，主要包括脑电传感算法和光纤传感算法。

在上述四类技术创新基础上，先进感知将持续强化自身能力，向着微型化、集成化、无线化、智能化趋势发展，以实现高精度、大量程、小体积、抗干扰、易部署等优质特性。

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先进感知新机理

无源感知通感一体量子传感

先进感知新技术及新应用

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先进感知新机理

在先进感知新机理方面，无源感知、量子传感和通感一体是其中典型代表技术，在低空经济、智慧城市、航空航天、智慧医疗和生物医学等领域具有极大应用价值。无源感知利用无源物联免电源、易部署技术优势，极大的地降低特定场景的感知成本，拓展感知广度；量子传感通过量子效应提高感知精度，

具有非破坏性、实时性、高灵敏性、稳定性和多功能等优势；通感一体通过将通信、感知和算力深度融合，提供更加泛在的定位感知服务。

2.1无源感知

（1）无源感知新技术

无源感知是一种不依赖传统电源的传感技术，通过解析无线信号的反射和散射，基于相位信息与传输距离和信号载波波长的关系，推断出目标状态变化，以实现周围环境变化的细粒度感知[1]。无源感知技术按照部署方式分为绑定式感知和非绑定式感知，绑定式感知主要指无源标签绑定在感知目标上，根据标签的感知信息来推感知目标的位置变化、微状态变化等信息。非绑定式感知不对感知目标绑定任何标签等设备，利用感知目标对标签信号的反射影响，

构建模型进行感知，减小了设备部署开销。

近年来，无源感知技术取得了显著的进展及成效：

一是与AI技术结合。在无源感知技术中，无线信号“特征成像”和“智能推理”是关键环节，其中“智能推理”需要根据“特征成像”输出的多维特征实现分类、回归等推理过程。传统的建模推理方法由于泛化性的需求导致模型相对简

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图2基于RFID的感知原理

单，难以用“模型驱动”的方式细致、有效地刻画多维信号特征与最终输出的分类结果之间的非线性关系。结合AI技术后，基于深度学习、强化学习等智能化手段实现“数据驱动”的推理过程，通过大量标记的感知数据实现精确、泛化、鲁棒的泛在智能感知机制[2][3][4]。

二是与新材料和新技术的结合。正交频分复用（OFDM）、可见光通信（VLC）、气敏材料等技术的应用，为无源感知技术带来了新的发展方向。其中，OFDM技术通过多载波传输特性，增强了RFID系统的传感能力[5][6]，使得在不增加硬件成本的情况下，能够并行收集多维度的传感数据。VLC技术则利用照