地質變形監(jiān)測專利技術綜述

楚顯玉 趙志洪

摘要：地質變形監(jiān)測技術是一種地質災害監(jiān)測技術。通過對地質形貌長期監(jiān)測及時掌握滑坡、地面沉降以及地裂縫等一些緩變型地質災害，將其對人民生命財產(chǎn)、區(qū)域和城市經(jīng)濟發(fā)展所帶來的損失最小化。本文通過對地質變形監(jiān)測技術領域的專利檢索、標引，分析了該技術領域的申請量、主要申請國、技術發(fā)展演進，以便深入了解地質變形監(jiān)測技術的發(fā)展狀況以及該領域的研究熱點。

關鍵詞：地質變形;尺寸;監(jiān)測技術

中圖分類號：P642.22文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2018）30-0046-04

Abstract： Geological deformation monitoring technology is a kind of geological disaster monitoring technology. To minimize the losses to people's lives， property， regions， and urban economic development，the long-term monitoring of geological topography is very helpful.By searching and indexing the patent of geological deformation monitoring technology，we analyze the patent applications， the main applicant and technology development so that we can make a good knowledge of the technology development of geological deformation monitoring technology.

Key words： geological deformation;size;monitoring technology

地質災害是對人類生命財產(chǎn)安全造成嚴重危害或潛在威脅的地質現(xiàn)象，它伴隨著人類歷史而存。迄今為止，人類活動或加劇或減弱地質災害的發(fā)生與危害程度，但無法完全消除或阻止其發(fā)生。除了地震、火山、海嘯等突發(fā)性地質災害會給人類造成難以估算的毀滅性災難外，滑坡、地面沉降和地裂縫等一些緩變型地質災害，同樣會給人民生命財產(chǎn)、區(qū)域和城市經(jīng)濟發(fā)展帶來巨大損失。因此，對滑坡、底面沉降等引起的地質變形進行監(jiān)測是十分重要的。本文基于地質變形監(jiān)測技術的專利申請作為分析對象，重點分析全球范圍內關于地質變形監(jiān)測技術的申請量、技術來源國、技術發(fā)展狀況等。

1 地質變形監(jiān)測

地質災害監(jiān)測技術是一門集地質學、測量學、物理學以及電子技術等多學科與技術為一體的綜合性技術體系，也是一個從實踐到理論的反復成長過程?？v觀國內外數(shù)十年滑坡變形監(jiān)測技術的發(fā)展歷程，隨著對地質災害的形成機理與誘發(fā)因素的深入研究，常規(guī)的監(jiān)測技術方法已經(jīng)逐漸成熟，并且還在不斷地創(chuàng)新，監(jiān)測技術方法正在向多角度、多信息的綜合技術方向發(fā)展，因此，監(jiān)測儀器作為監(jiān)測技術的工程實現(xiàn)方案，現(xiàn)有的監(jiān)測儀器需要不斷創(chuàng)新，更應該向著多參數(shù)、多信息、智能化監(jiān)測系統(tǒng)方向發(fā)展，提高監(jiān)測系統(tǒng)對監(jiān)測數(shù)據(jù)的綜合分析與處理等各方面的能力。

從監(jiān)測儀器的角度來說，監(jiān)測儀器的發(fā)展可以有兩種主要技術途徑：一方面，在不斷提高現(xiàn)有儀器設備自動化水平的同時，研制與開發(fā)新儀器，以適應監(jiān)測新技術的發(fā)展需要;另一方面，在現(xiàn)有監(jiān)測儀器和監(jiān)測網(wǎng)絡的基礎上，利用計算機網(wǎng)絡技術、自動控制技術等其他相關技術，構成綜合性監(jiān)測網(wǎng)絡系統(tǒng)。總而言之，地質變形監(jiān)測新技術的發(fā)展，促進了監(jiān)測儀器的進步，而監(jiān)測儀器的改進與提高，推動了監(jiān)測技術的發(fā)展[1]。

2 地質變形監(jiān)測技術專利分析

通過對檢索活動的地質變形監(jiān)測技術的專利進行統(tǒng)計與分析，本文將地質變形監(jiān)測技術劃分為地表測量法、深部檢測法和量化分析法三大類。其中，地表測量法包括大地精密測量法、GPS法、攝影法以及測量裂縫法，深部檢測法包括時域反射法和鉆孔傾斜法，量化分析法包括低下水位觀測、動物異常觀測、模型預測法以及群防觀測法。對地質變形監(jiān)測技術進行檢索，對檢索結果進行降噪并進行人工篩選，得到地質變形監(jiān)測技術專利的文獻量（德溫特世界專利索引數(shù)據(jù)庫）統(tǒng)計結果如下。

2.1 全球專利申請態(tài)勢

圖2為地質變形監(jiān)測方法的全球專利申請量隨時間變化趨勢圖，從全球整體申請量來看，地質變形監(jiān)測在20世紀末期便已開始有相關的專利申請，并逐年緩慢增長。20世紀末期的地質變形監(jiān)測專利申請主要為機械檢測儀器，地表測量法和深部檢測法申請量相當。在20世紀90年代，地表測量法的相關專利申請量顯著提高，深部檢測法的專利申請量增長緩慢，在這一時期，全球定位系統(tǒng)的完善使其廣泛應用于地質變形的地表測量，推動了地質變形監(jiān)測的發(fā)展。在2008年之后，地質變形監(jiān)測的相關專利申請量大幅度提升，一方面合成孔徑干涉雷達測量方法以及時域反射測試技術作為新興技術不斷完善，并被用于地質變形監(jiān)測，推動了地表測量法和深部檢測法的共同發(fā)展;另一方面，中國在2008年發(fā)生“5·12大地震”以及日本在2011年發(fā)生大地震，這兩次震驚中外的自然災害都是由地質變形所導致的，使世界各國對地質變形監(jiān)測愈加重視，各國都在新興技術的發(fā)展支持下不斷完善地質變形監(jiān)測方法，這也使得地質變形監(jiān)測的相關專利數(shù)量不斷攀升。

同時，需要指出的是，圖2中在2015年后申請量出現(xiàn)下降，主要是因為2015年后申請的專利申請部分尚未公開，無法納入統(tǒng)計數(shù)據(jù)，并不能說明專利申請量在下降。

2.2 全球專利申請區(qū)域分布

本小結對地質變形監(jiān)測技術專利申請的來源國和目標國進行統(tǒng)計分析。圖3和圖4分別為地質變形監(jiān)測主要申請來源國家或地區(qū)專利申請量統(tǒng)計圖、地質變形監(jiān)測主要目標國家或地區(qū)專利申請量統(tǒng)計圖。

由圖3和圖4可知，地質變形監(jiān)測相關專利的來源國與目標國分布基本一致。一方面中國、美國、俄羅斯幅員遼闊，需要進行地質變形監(jiān)測的區(qū)域較多，而日本、韓國的大部分領土處于活躍的地震帶上，由于地質變形所導致的災害發(fā)生頻繁，需要對相關區(qū)域不斷進行監(jiān)測，因此相關專利的數(shù)量比較大。另一方面，第二次工業(yè)革命之后，德國、美國、日本的工業(yè)得到了長足的發(fā)展，在地質變形監(jiān)測技術發(fā)展的早期階段，新技術的應用基本起源于這些國家，同時機械測量的核心專利基本被這些國家占據(jù)，這將在下文進行進一步分析。

2.3 地質變形監(jiān)測技術發(fā)展路線分析

地質變形監(jiān)測技術從20世紀70年代開始發(fā)展，在其發(fā)展初期，監(jiān)測手段為較直觀的距離變化監(jiān)測，例如安裝于待測區(qū)域表面的振弦式應變計、通過在土地內部安裝水準儀并通過讀取水準儀的度數(shù)來對地面沉降進行監(jiān)測的技術方案。20世紀80年代，地質變形監(jiān)測技術繼續(xù)發(fā)展，其所依靠的主要監(jiān)測方式依然為機械式檢測，在這一階段，人們通過溫度補償?shù)确绞较h(huán)境因素對地質變形監(jiān)測的影響，使得各類監(jiān)測儀器的精度不斷提高[2-3]。由于其他領域的新技術并未成熟應用于地質變形監(jiān)測，導致地質變形監(jiān)測的手段比較單一。20世紀80年代末90年代初，全球定位系統(tǒng)（GPS）發(fā)展逐漸成熟，為地質變形監(jiān)測帶來了一場全新的技術革命。在一時期，以全球定位系統(tǒng)（GPS）、遙感（RS）、電子全站儀以及基于通信、網(wǎng)絡、計算機技術的遠程自動監(jiān)測系統(tǒng)為代表的現(xiàn)代高科技技術手段，逐漸成為災害勘察與監(jiān)測的重要技術方法，這些現(xiàn)代先進技術具有全天候性，不受天氣、時間以及幾乎不受通視和地點的限制，且人工干預少，監(jiān)測精度高，作業(yè)周期短的特點。美國、日本等國家率先采用全球定位系統(tǒng)進行地質變形監(jiān)測。同時，隨著地質變形監(jiān)測手段的豐富，地表測量法、地下檢測法均具有多種測量儀器，因此綜合考量各類儀器監(jiān)測數(shù)據(jù)來提高地質變形監(jiān)測精度的量化分析法應運而生。進入21世紀后，新興技術蓬勃發(fā)展，并促使地質變形監(jiān)測技術不斷更新，在已有的監(jiān)測方法中加入新的測量方法，光學測量儀器逐步應用于地質變形監(jiān)測中。同時，在這一時期，采用綜合測量方式以及量化分析法對地質變形進行監(jiān)測的方法逐漸增多，這使得地質變形監(jiān)測精度有了很大提高（見圖5）。

2010年后，隨著我國專利制度不斷完善，以及對專利申請的各種政策性支持，我國各類科研院所以及企業(yè)逐漸認識到通過申請專利保護知識產(chǎn)權的重要性，因此我國的專利申請量明顯提高。

2.4 我國地質變形監(jiān)測技術相關專利申請時間分布分析

由圖6給出的地質變形監(jiān)測技術相關專利時間分布曲線圖可以直觀看出，在2000年前，我國地質變形監(jiān)測相關專利申請量極低，這是由于在20世紀末，我國的專利制度還不完善，人們對于專利了解甚少。

我國從1995年開始申請加入世界貿易組織，并于2000年完成與多數(shù)國家的雙邊貿易協(xié)定，并于2001年正式加入世界貿易組織。中國成功入世給我國的經(jīng)濟發(fā)展帶來了巨大的機遇和挑戰(zhàn)，同時，這也意味著中國將進一步與世界接軌。此時，大量國外的先進技術涌入國內，為了順應我國加入世界貿易組織的需要，對《專利法》進行了第二次修改。這次修改一方面完善了我國的專利法制度，另一方面鼓勵大家提高專利申請量，提高知識產(chǎn)權保護意識。因此，在2000年后地質變形監(jiān)測方法的相關專利的申請量有了明顯提高。

在2008年后，地質變形監(jiān)測相關專利申請量顯著提高，這與地質變形監(jiān)測的相關專利全球申請量的變化趨勢保持一致，原因同樣是兩個方面：一是合成孔徑干涉雷達測量方法以及時域反射測試技術作為新興技術不斷完善，并被用于地質變形監(jiān)測，推動了地表測量法和深部檢測法的共同發(fā)展;二是中國在2008年發(fā)生“5·12大地震”以及日本在2011年發(fā)生大地震，這兩次震驚中外的自然災害都是由地質變形所導致的，使世界各國對地質變形監(jiān)測愈加重視，各國都在新興技術的發(fā)展支持下不斷完善地質變形監(jiān)測方法，這也使得地質變形監(jiān)測的相關專利數(shù)量不斷攀升。

3 結論

在介紹地質變形所導致的自然災害發(fā)生狀況的基礎上，本文首先對地質變形監(jiān)測技術各分支進行專利分析;基于檢索以及統(tǒng)計結果，對地質變形監(jiān)測各方法的分布情況進行了說明;同時，根據(jù)歷年的地質變形監(jiān)測相關專利發(fā)展情況概述了其核心技術分支的發(fā)展路線，并對統(tǒng)計結果中的核心專利進行了分析。以上結果表明，地質變形監(jiān)測技術國際發(fā)展歷史悠久，而我國起步較晚，傳統(tǒng)檢測設備發(fā)展日趨完善，且市場基本被美國及日本占領。中國進入地質變形監(jiān)測領域較晚，雖然申請量呈現(xiàn)逐年遞增的趨勢，但在監(jiān)測設備上的核心專利占有量較少，即難以掌握傳統(tǒng)檢測設備的核心生產(chǎn)力。但在新興技術應用于地質變形監(jiān)測后，我國相關科研院所對新技術的研究已經(jīng)與國際水平齊平。我國科研院所應與當?shù)仄髽I(yè)結合，爭取產(chǎn)學研共同發(fā)展，形成良性循環(huán)，力爭將科技實力轉化為經(jīng)濟效益，爭取早日將我國的監(jiān)測系統(tǒng)推廣出國門，力爭打造國際龍頭企業(yè)。

參考文獻：

[1] 張永權.基于慣性測量的滑坡位移監(jiān)測研究[D].武漢：中國地質大學，2016.

[2] 劉宇.地質災害實時監(jiān)測與信息管理集成系統(tǒng)關鍵技術研究[D].重慶：重慶大學，2015.09.

[3] 孫汝建.國外巖土工程監(jiān)測儀器[M].南京：東南大學出版社，2006.