解读惯性导航7大民用市场,挖掘百亿机遇

假设惯性传感器依然占据 23%的市场份额,则 2020 年我国惯性传感器市场将接近 150 亿。

  国内惯性导航产业格局

  惯性导航产业链主要分为器件制造、模块组装和软件设计两个层级。在产业链上游,惯导系统元器件主要包括电子元器件、惯性器件和其他参考信息设备;产业链中游主要产品包括信息采集处理模块、测量单元模块和卫星测姿模块,以及对各模块进行系统集成和软件设计。

  惯性器件是核心装置,在惯导系统领域中制造难度最大,价值占比最高,但毛利率水平低于中游。产业链上游惯性器件研发和制造难度最大,价值量也相对较高,但其毛利率低于中游模块组装和软件设计。目前我国在中低端陀螺仪已基本实现了国产化,高端陀螺仪仍依赖进口。对于精度需求不高的民用惯导系统,上游陀螺仪供给充分,价格稳定。



 惯性(组合)导航产业链

  资料来源:星网宇达招股说明书,中信建投证券研究发展部

  民营企业多集中在中游。

  产业链中游主要根据下游客户对惯性产品需求及实际工作环境将上游厂商生产的标准化惯性器件进行惯性技术测试等相关工序,并根据参数及目标工作环境调整惯性技术系统以对惯性器件进行纠偏、补偿等,结合集成相关功能性芯片、基础元器件等工序,并选用适当算法、参数,开发适合客户行业及工作特点的软件,最终进行系统集成形成能为下游终端用户直接应用的惯性技术产品。

  下游应用领域包括军用和民用两部分,军用市场基本被国内军工企业占据,民营企业集中在民用市场。

  军用领域方面,惯导系统在舰艇船舶、航空飞行器、航天飞机、制导武器、陆地车辆、机器人等装备上均有所应用。我国军工企业具备惯性技术全产业链的生产能力,大部分的军用惯性市场被军工企业占据。民用市场包括大地测量、石油钻井、电子交通、汽车安全、消费电子等领域,民营上市公司中仅有耐威科技具备 MEMS 传感器(含陀螺仪)的生产能力,且 MEMS 传感器的生产具有规模效应,规模越大,成本越低,竞争力越强。

  目前,军用惯性技术主要向着高性能和高可靠性发展,民用市场则向高精度、低成本和小型化方向发展。

  对于军用市场,主要向着高性能和高可靠性发展,一方面,战略武器需要更高精度的惯性仪表与系统技术,另一方面,对于常规运载体,需要可靠性更高的惯性技术;而对于民用领域,则主要是向着高精度、低成本、小型化发展。

  国内具备惯性传感器研究和制造实力的多集中在军工企业,民营企业主要参与中游惯导系统设计和制造。

  目前,具备惯性传感器制造能力的企业主要有中航六一八所、航天三十三所、航天十三所、航天电子、耐威科技等,多为军工企业。具备惯导系统制造能力的企业包括航天三十三所、航天十三所、中航六一八所、航天电子、航天七零四所、耐威科技、西安晨曦、中星测控和星网宇达等,民营企业多集中在中游惯导系统设计和制造上。

  惯性导航产品市场的主要竞争者

  目前惯性导航在各军种装备中广泛应用,每年市场空间超过百亿。而民用市场应用场景丰富,需求渗透正逐步提升。

  1、无人机

  通过利用惯性器件及捷联惯性导航技术,可以为无人机提供精确的速度、位置和姿态等信息,从而实现其精确的导航定位和姿态控制。目前无人机在军事领域的应用最为成熟,同时随着人们对无人机认知程度的加深.其在遥感测绘、边海防、森林防火、管道巡线、应急救灾、警务执法等民用领域呈现出迅猛的发展态势。


  民用无人机行业将继续保持高速增长

  资料来源:Wind,中信建投研究发展部

  2025 年中国民用无人机细分领域市场规模展望

  资料来源:前瞻产业研究院,中信建投研究发展部

  我国民用无人机市场将继续保持高速增长。根据前瞻产业研究院预测,我国民用无人机产品销售和服务总体市场规模 2018 年有望达到 110.9 亿元,到 2020 年将达到 465 亿元,2025 年将达到 750 亿元;其中,航拍及娱乐仍是最大的应用领域,市场规模有望达 300 亿元。我们认为,未来无人机领域的惯性导航产品将充分受益于无人机市场的高速增长,成为民用市场重要增长点之一。

  2、石油勘探领域

  惯性技术在资源勘探中,主要用于测量井身轨迹和钻头的实际位置,从而保证井深达到预定位置。随着石油资源日益枯竭,勘探和开发情况愈加复杂,因此就需要精度更高、性能更加可靠的石油测斜仪器。而惯性技术的应用,使得这种要求得以满足,通过采用高精度、高分辨率的惯性及磁传感器来精确测量钻井过程中井斜角、方位角及工具面角等工程参数,从而实现井身轨迹与钻头位置的实时监测。

  2017 年石油和天然气固定资产投资完成额触底回升。2014 年至 2015 年油价的下跌,使得我国主要石油和天然气生产企业均降低了国内油田的勘探与开采,通过提高国际原油采购降低自身运营成本,从而减少了对石油勘探开采设备的市场需求。随着 2016 年油价触底回升,2017 年我国石油和天然气固定资产投资完成额触底回升,同比增长 13.9%。今年 1 月至 7 月,完成额累计同比增长 10.7%,石油和天然气资源勘探开发和设备投资进一步好转。

  2016 年油价开始逐步回升

  资料来源:Wind,中信建投研究发展部

 2017 年石油和天然气固定资产投资完成额触底回升

  资料来源:Wind,中信建投研究发展部

  2011 年,基于惯性技术的石油测斜仪销售额约为 18 亿元,占石油测斜仪销售额的 70%。我们按照近几年石油和天然气固定资产投资完成额的增速推算,不考虑惯性技术石油测斜仪占比的提高,2017 年市场空间约为16 亿左右。我们认为,随着油价回暖,石油和天然气资源勘探开发和设备投资进一步好转,基于惯性技术的石油测斜仪市场未来有望回暖。

  3、电子路考

  智能化电子路考系统是一套集计算机技术、自动控制、卫星定位、惯性导航及数字化通信技术为一体的综合性考试设备系统。该系统通过安装在车上的陀螺仪、惯性导航及卫星定位系统等设备实时监测车辆的行驶轨迹和运行姿态,以及超、会车过程中的车辆相对位置等数据信息,从而实现对考试全过程的精确判分,摈弃了传统人工考试的随意性.保证了考试结果的客观公正性。

  目前,智能驾考系统的需求来自于两方面,一是考试车的替换需求,二是教练车的渗透需求。2012 年末,公安部颁布了《机动车驾驶证申领和使用规定》(公安部令第 123 号),其中对驾驶员考试做出了全面修改,为适应新的全国驾驶员考试要求,考试实施场地将实现智能化评判与实时监控,因此,在 2012 年下半年,智能驾考系统的需求开始激增,随着驾驶人考试考点场地逐步完成升级改造,驾驶人考试系统市场未来需求将趋于平稳。鉴于驾考系统一般使用寿命为 3-5 年,未来驾考系统市场主要来源于替换需求。另一方面,随着驾考对驾驶人的考察范围逐步扩大,考生需要加强培训力度才能顺利通过考试,驾驶员考试培训学校为适应新的考试规则,也将升级改造自身培训场地,这也将从整体上提高驾考行业对驾驶员考试和训练系统的需求。因此智能驾考系统未来增长还来自于驾校教练车的渗透需求。

  随着经济的快速发展,我国车辆数量迅猛增加。截至 2017 年底,我国汽车保有量达 2.17 亿辆,同比增长11.85%,驾驶人总数为 3.42 亿人,同比增长 10.32%。截至 2018 年 2 月 9 日,我国共有 2876 个县级行政区划,按照每个县级区划有一个车管所计算(假设县级车管所在科目二考试时具有 10 辆考试车、在科目三考试时具有10 辆考试车),约有 5.7 万辆考试车;截至 2017 年 6 月底,我国共有驾校 16743 所,教练车达 75 万辆左右。我们按每套系统单价 7000 元,有 10%的教练车安装了智能驾考系统计算,则市场空间约为 9.24 亿。对于智能驾考系统来说,其使用寿命一般为 3-5 年,以此估算每年驾考系统使用空间约为 2.3 亿左右。


  汽车保有量稳步上升

  资料来源:Wind,中信建投研究发展部

  汽车驾驶人数稳步上升

  资料来源:Wind,中信建投研究发展部

  驾考系统市场空间估算

  资料来源:中信建投研究发展部

  4、移动通信——动中通

  “动中通”是指通过天线基座对天线进行动态调整,使平台保持和通讯卫星相对稳定的状态,从而保证通讯质量。惯性传感器是动中通的核心部件,在车辆运动过程中根据惯性测量信息自动控制天线的方位、仰角和极化角,确保天线的波束中心始终精确指向卫星,使系统在静态、高速、高动态下均可稳定运行,具有很高的机动性和灵活性。“动中通”共分四类:车载、船载、机载和全自动便携站等产品,主要应用于应急通信、移动办公、电视台现场直播、航空宽带、商船通信、军用通信、游艇、渔船等领域。



  星展测控的“动中通”和“动中看”产品

  资料来源:星展测控官网,中信建投研究发展部

  动中通整体市场空间估计在 72 亿以上。惯性技术在军民市场应用前景与展望中的数据显示,2010 年,我国动中通系统的市场需求为 500 套/年,2011 年达到 800 套/年。我们认为,车载动中通的需求来自于军队、公安和武警以及县级以上的政府应急管理部门(包含政务、地震、水利、交通等)。截至 2018 年 2 月 9 日,我国共有 2876 个县级行政区,大约有近 3000 只武警中队、3000 个县级公安局和 1800 个政府应急管理部门(包含政务、地震、水利、交通等),若每个部门配置 2 个车载动中通设备,则市场需求达 1.5 万套;船载动中通需求来自于海警、海监船,根据伦敦国际战略研究所统计,中国海警有 370 艘舰船,海监有 400 余艘执法船,则市场空间也有近千套。根据星网宇达招股说明书显示,动中通单价约为 30~60 万/套,按照 45 万/套计算,整体市场空间在 72 亿以上。

  5、高速铁路

  惯性技术是高速铁路检测中普遍采用的技术方法之一。高速铁路出现后,如何快速、准确地判断轨道是否发生型变、损失、路基是否沉降变得尤为重要,而基于惯性技术的路轨检测车则可以自动地测量轨道高低、轨向、水平、扭曲和轨距等轨道不平顺度以及轨道损伤等。因此,轨检小车一方面可用于铁路铺设,另一方面可以完成铁路的日常养护以及维修等。

  GPS 惯导组合轨检小车

  资料来源:新浪网,中信建投证券研究发展部

  我国高速铁路轨道检测设备与发达国家相比有所滞后。作为全世界第一高铁大国,我国仍主要沿用过去的铁路检测设备,难以适应高速铁路发展的需要;而国外进口的轨道检测设备价格昂贵,以进口的 GEDO_CE 轨检小车为例,平均价格约为 140 万/套,且供货数量、供货周期都难以得到保障。

  未来三年轨道检车小车需求约为 625 辆,平均每年市场空间约为 1.77 亿左右。根据我国中长期铁路规划,预计到 2020 年我国高速铁路里程将达到 3 万公里。截至 2017 年底,现有高速铁路里程为 2.5 万公里,未来三年将新增 0.5 万公里的高速铁路。根据相关铁路建设数据显示,平均每建设 40 公里高铁需要一辆轨道检测小车,则未来三年大约需要 125 辆。按照每 60 公里高铁需要一辆轨道小车进行维护,则 3 万公里需要 500 辆。我们认为,未来三年大约需要 625 辆轨道检测小车,按照小车出厂价 85 万/辆计算,平均每年市场空间约为 1.77 亿。



  预计 2020 年高铁里程达到 3 万公里

  资料来源:Wind,中信建投研究发展部

  高铁动车组数量稳步上升

  资料来源:Wind,中信建投研究发展部

  目前,星网宇达等公司在供电弓网检测领域上也应用了惯导技术。弓网系统的作用是为电动列车提供电能,滑动接触,不间断、可靠安全地供电,因此需要测量供电弓网的空间几何位置信息,而星网宇达等公司可以提供基于惯性导航测量弓网潜在故障部位的产品,并且在 2016 年上半年给成都国铁电气提供了 31 套设备,估计价格在 30 万左右。

  我们预计,未来三年基于惯性技术的供电弓网检测设备的市场空间在 1.5 亿至 2.0 亿左右。根据国家铁路局《2017 铁路统计公报》数据,2017 年我国在运动车组为 2935 标准组,列车为 23840 辆。不考虑行车密度增加,则 2018~2020 年我国仍需新增动车组 587 组=3/(3-0.5)*2935-2935.若考虑行车密度增加,保守预计 2020年每公里高铁动车组为 0.125 组,则新增数量为 815 组。我们预计,每辆高铁上配备一个光纤惯导,大致单价在 20-30 万左右,未来三年市场空间在 1.5 亿至 2 亿左右。

  6、民用飞机

  对于民用飞机,惯性技术主要作为 GPS 的补充导航手段,多用于航向姿态测量,要求低寿命周期成本。民用飞机航路较为固定,且飞行环境比较平稳,一般来说主要依赖全球定位系统(GPS) 和地面导航设备,惯导系统只是作为一种补充手段。因此,对于民用飞机,惯性导航系统的经济性和可靠性因素占比较重,价格低、精度低、使用周期长的惯导系统更适合民用飞机。

  目前,民机机型主要配置的是激光陀螺捷联惯性导航系统。20 世纪 80 年代中后期,环形激光捷联惯性导航系统开始大量装备民机,主要民机机型均配置了这种设备。目前,为民用飞机提供环形激光陀螺仪的公司主要为霍尼韦尔和诺格,如霍尼韦尔公司的 Laseref 系列惯性基准单元(IRU),配套波音 737-300/400/500、747-400、757、767、787 及空客公司 A310、A300-600,以及巴西 Embraer170/175/190/195 等。诺格公司的激光捷联惯性基准系统 LTN90-100 用于 A300-600 及俄航的伊尔 96-300 客机;LTN92 用于波音 747、麦道 DC10、湾流Ⅱ/Ⅳ等;LTN101 用于包括 A320、A330 和 A340 在内的多种客机和货运飞机等。

  商飞、波音预计 2017-2036 年我国喷气式客机和涡扇支线客机市场

  资料来源:商飞、波音官网,中信建投证券研究发展部

  由于光纤陀螺可靠性更高、寿命更长、成本更低,部分新机型准备采用光纤陀螺惯导系统。与当前环形激光陀螺技术相比,光纤陀螺技术所带来的更高的可靠性、更长的寿命对于民用飞机导航市场格外重要。诺格公司的 MEMS 加速度计和 FOG 基惯性基准单元 LTN101E 被 A380 飞机选用,FOG 构成的姿态航向参考系统(ARHS)LCR92μ大量装备支线飞机如多尼尔 328、隼 20 及湾流 G 等,以及 S-76、S-92 和贝尔 412 直升机。

  随着我国民用飞机产量和国产化比例的提高,未来 20 年民用飞机惯导需求有望达到 2500 套。根据中国商飞预测,预计 2017~2036 年我国将需求单通道喷气式客机 5475 余架,涡扇支线客机 1097 架。截至 2018 年 5月,单通道喷气式客机 C919 订单达 815 架,涡扇支线客机 ARJ21 订单达 453 架。我们预计,C919 未来 20 年产量有望达到 2000 架,ARJ21 产量达到 500 架,则国内民用飞机惯导需求将达到 2500 套。

  7、消费电子和汽车

  MEMS 惯性传感器全球市场规模约 50 亿美元左右,下游主要应用领域为消费电子和汽车。根据半导体权威机构 Yole Development 的数据,预计到 2018 年,全球 MEMS 行业的产值将突破 220 亿美元,其中 MEMS 惯性传感器约占 MEMS 行业总规模的 23%,预计将在 50 亿美元左右,主要应用领域为消费电子和汽车。

  低精度 MEMS 惯性传感器通常用在消费电子类产品上。这类产品包括手机、游戏机、无线鼠标、数码相机、硬盘保护器、智能玩具、计步器等等,主要用来进行加速度、倾斜、振动和转动测量。如智能手机中的加速度传感器,当用户拿着手机运动时,会出现上下摆动的情况,这样可以检测出加速度在某个方向上来回改变,通过检测改变的次数,从而实现计步功能。

  中级精度 MEMS 惯性传感器通常作为工业级产品。这类产品主要用于汽车电子稳定系统(ESP 或 ESC)、精密农业、工业自动化、大型医疗设备、机器人、仪器仪表、工程机械等等。比如在汽车领域,通过惯性传感器测量加速度的变化,可及时打开安全气囊,保护驾驶员和乘客免受撞击伤害。

 MEMS 传感器在全球消费电子和汽车领域市场规模

  资料来源:Yole Développement,中信建投证券研究发展部

  我们预计,2020 年我国 MEMS 惯性传感器市场将达到 150 亿。智研咨询数据显示,2015 年中国 MEMS 传感器市场规模为 308 亿元人民币。预计未来 5 年中国 MEMS 传感器年复合增长率在 20%左右,到 2020 年市场规模将近 650 亿元。假设惯性传感器依然占据 23%的市场份额,则 2020 年我国惯性传感器市场将接近 150 亿。

文章参考自中信建投证券。

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