楚顯玉 趙志洪

摘要：地質(zhì)變形監(jiān)測(cè)技術(shù)是一種地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)技術(shù)。通過(guò)對(duì)地質(zhì)形貌長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)及時(shí)掌握滑坡、地面沉降以及地裂縫等一些緩變型地質(zhì)災(zāi)害，將其對(duì)人民生命財(cái)產(chǎn)、區(qū)域和城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展所帶來(lái)的損失最小化。本文通過(guò)對(duì)地質(zhì)變形監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域的專(zhuān)利檢索、標(biāo)引，分析了該技術(shù)領(lǐng)域的申請(qǐng)量、主要申請(qǐng)國(guó)、技術(shù)發(fā)展演進(jìn)，以便深入了解地質(zhì)變形監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r以及該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：地質(zhì)變形;尺寸;監(jiān)測(cè)技術(shù)

中圖分類(lèi)號(hào)：P642.22文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(zhì)災(zāi)害是對(duì)人類(lèi)生命財(cái)產(chǎn)安全造成嚴(yán)重危害或潛在威脅的地質(zhì)現(xiàn)象，它伴隨著人類(lèi)歷史而存。迄今為止，人類(lèi)活動(dòng)或加劇或減弱地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生與危害程度，但無(wú)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(zhì)災(zāi)害會(huì)給人類(lèi)造成難以估算的毀滅性災(zāi)難外，滑坡、地面沉降和地裂縫等一些緩變型地質(zhì)災(zāi)害，同樣會(huì)給人民生命財(cái)產(chǎn)、區(qū)域和城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來(lái)巨大損失。因此，對(duì)滑坡、底面沉降等引起的地質(zhì)變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)是十分重要的。本文基于地質(zhì)變形監(jiān)測(cè)技術(shù)的專(zhuān)利申請(qǐng)作為分析對(duì)象，重點(diǎn)分析全球范圍內(nèi)關(guān)于地質(zhì)變形監(jiān)測(cè)技術(shù)的申請(qǐng)量、技術(shù)來(lái)源國(guó)、技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r等。

1 地質(zhì)變形監(jiān)測(cè)

地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)技術(shù)是一門(mén)集地質(zhì)學(xué)、測(cè)量學(xué)、物理學(xué)以及電子技術(shù)等多學(xué)科與技術(shù)為一體的綜合性技術(shù)體系，也是一個(gè)從實(shí)踐到理論的反復(fù)成長(zhǎng)過(guò)程?？v觀國(guó)內(nèi)外數(shù)十年滑坡變形監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展歷程，隨著對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的形成機(jī)理與誘發(fā)因素的深入研究，常規(guī)的監(jiān)測(cè)技術(shù)方法已經(jīng)逐漸成熟，并且還在不斷地創(chuàng)新，監(jiān)測(cè)技術(shù)方法正在向多角度、多信息的綜合技術(shù)方向發(fā)展，因此，監(jiān)測(cè)儀器作為監(jiān)測(cè)技術(shù)的工程實(shí)現(xiàn)方案，現(xiàn)有的監(jiān)測(cè)儀器需要不斷創(chuàng)新，更應(yīng)該向著多參數(shù)、多信息、智能化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)方向發(fā)展，提高監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的綜合分析與處理等各方面的能力。

從監(jiān)測(cè)儀器的角度來(lái)說(shuō)，監(jiān)測(cè)儀器的發(fā)展可以有兩種主要技術(shù)途徑：一方面，在不斷提高現(xiàn)有儀器設(shè)備自動(dòng)化水平的同時(shí)，研制與開(kāi)發(fā)新儀器，以適應(yīng)監(jiān)測(cè)新技術(shù)的發(fā)展需要;另一方面，在現(xiàn)有監(jiān)測(cè)儀器和監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)等其他相關(guān)技術(shù)，構(gòu)成綜合性監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)?？偠灾刭|(zhì)變形監(jiān)測(cè)新技術(shù)的發(fā)展，促進(jìn)了監(jiān)測(cè)儀器的進(jìn)步，而監(jiān)測(cè)儀器的改進(jìn)與提高，推動(dòng)了監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展[1]。

2 地質(zhì)變形監(jiān)測(cè)技術(shù)專(zhuān)利分析

通過(guò)對(duì)檢索活動(dòng)的地質(zhì)變形監(jiān)測(cè)技術(shù)的專(zhuān)利進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與分析，本文將地質(zhì)變形監(jiān)測(cè)技術(shù)劃分為地表測(cè)量法、深部檢測(cè)法和量化分析法三大類(lèi)。其中，地表測(cè)量法包括大地精密測(cè)量法、GPS法、攝影法以及測(cè)量裂縫法，深部檢測(cè)法包括時(shí)域反射法和鉆孔傾斜法，量化分析法包括低下水位觀測(cè)、動(dòng)物異常觀測(cè)、模型預(yù)測(cè)法以及群防觀測(cè)法。對(duì)地質(zhì)變形監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行檢索，對(duì)檢索結(jié)果進(jìn)行降噪并進(jìn)行人工篩選，得到地質(zhì)變形監(jiān)測(cè)技術(shù)專(zhuān)利的文獻(xiàn)量（德溫特世界專(zhuān)利索引數(shù)據(jù)庫(kù)）統(tǒng)計(jì)結(jié)果如下。

2.1 全球?qū)＠暾?qǐng)態(tài)勢(shì)

圖2為地質(zhì)變形監(jiān)測(cè)方法的全球?qū)＠暾?qǐng)量隨時(shí)間變化趨勢(shì)圖，從全球整體申請(qǐng)量來(lái)看，地質(zhì)變形監(jiān)測(cè)在20世紀(jì)末期便已開(kāi)始有相關(guān)的專(zhuān)利申請(qǐng)，并逐年緩慢增長(zhǎng)。20世紀(jì)末期的地質(zhì)變形監(jiān)測(cè)專(zhuān)利申請(qǐng)主要為機(jī)械檢測(cè)儀器，地表測(cè)量法和深部檢測(cè)法申請(qǐng)量相當(dāng)。在20世紀(jì)90年代，地表測(cè)量法的相關(guān)專(zhuān)利申請(qǐng)量顯著提高，深部檢測(cè)法的專(zhuān)利申請(qǐng)量增長(zhǎng)緩慢，在這一時(shí)期，全球定位系統(tǒng)的完善使其廣泛應(yīng)用于地質(zhì)變形的地表測(cè)量，推動(dòng)了地質(zhì)變形監(jiān)測(cè)的發(fā)展。在2008年之后，地質(zhì)變形監(jiān)測(cè)的相關(guān)專(zhuān)利申請(qǐng)量大幅度提升，一方面合成孔徑干涉雷達(dá)測(cè)量方法以及時(shí)域反射測(cè)試技術(shù)作為新興技術(shù)不斷完善，并被用于地質(zhì)變形監(jiān)測(cè)，推動(dòng)了地表測(cè)量法和深部檢測(cè)法的共同發(fā)展;另一方面，中國(guó)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(zāi)害都是由地質(zhì)變形所導(dǎo)致的，使世界各國(guó)對(duì)地質(zhì)變形監(jiān)測(cè)愈加重視，各國(guó)都在新興技術(shù)的發(fā)展支持下不斷完善地質(zhì)變形監(jiān)測(cè)方法，這也使得地質(zhì)變形監(jiān)測(cè)的相關(guān)專(zhuān)利數(shù)量不斷攀升。

同時(shí)，需要指出的是，圖2中在2015年后申請(qǐng)量出現(xiàn)下降，主要是因?yàn)?015年后申請(qǐng)的專(zhuān)利申請(qǐng)部分尚未公開(kāi)，無(wú)法納入統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，并不能說(shuō)明專(zhuān)利申請(qǐng)量在下降。

2.2 全球?qū)＠暾?qǐng)區(qū)域分布

本小結(jié)對(duì)地質(zhì)變形監(jiān)測(cè)技術(shù)專(zhuān)利申請(qǐng)的來(lái)源國(guó)和目標(biāo)國(guó)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。圖3和圖4分別為地質(zhì)變形監(jiān)測(cè)主要申請(qǐng)來(lái)源國(guó)家或地區(qū)專(zhuān)利申請(qǐng)量統(tǒng)計(jì)圖、地質(zhì)變形監(jiān)測(cè)主要目標(biāo)國(guó)家或地區(qū)專(zhuān)利申請(qǐng)量統(tǒng)計(jì)圖。

由圖3和圖4可知，地質(zhì)變形監(jiān)測(cè)相關(guān)專(zhuān)利的來(lái)源國(guó)與目標(biāo)國(guó)分布基本一致。一方面中國(guó)、美國(guó)、俄羅斯幅員遼闊，需要進(jìn)行地質(zhì)變形監(jiān)測(cè)的區(qū)域較多，而日本、韓國(guó)的大部分領(lǐng)土處于活躍的地震帶上，由于地質(zhì)變形所導(dǎo)致的災(zāi)害發(fā)生頻繁，需要對(duì)相關(guān)區(qū)域不斷進(jìn)行監(jiān)測(cè)，因此相關(guān)專(zhuān)利的數(shù)量比較大。另一方面，第二次工業(yè)革命之后，德國(guó)、美國(guó)、日本的工業(yè)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，在地質(zhì)變形監(jiān)測(cè)技術(shù)發(fā)展的早期階段，新技術(shù)的應(yīng)用基本起源于這些國(guó)家，同時(shí)機(jī)械測(cè)量的核心專(zhuān)利基本被這些國(guó)家占據(jù)，這將在下文進(jìn)行進(jìn)一步分析。

2.3 地質(zhì)變形監(jiān)測(cè)技術(shù)發(fā)展路線(xiàn)分析

地質(zhì)變形監(jiān)測(cè)技術(shù)從20世紀(jì)70年代開(kāi)始發(fā)展，在其發(fā)展初期，監(jiān)測(cè)手段為較直觀的距離變化監(jiān)測(cè)，例如安裝于待測(cè)區(qū)域表面的振弦式應(yīng)變計(jì)、通過(guò)在土地內(nèi)部安裝水準(zhǔn)儀并通過(guò)讀取水準(zhǔn)儀的度數(shù)來(lái)對(duì)地面沉降進(jìn)行監(jiān)測(cè)的技術(shù)方案。20世紀(jì)80年代，地質(zhì)變形監(jiān)測(cè)技術(shù)繼續(xù)發(fā)展，其所依靠的主要監(jiān)測(cè)方式依然為機(jī)械式檢測(cè)，在這一階段，人們通過(guò)溫度補(bǔ)償?shù)确绞较h(huán)境因素對(duì)地質(zhì)變形監(jiān)測(cè)的影響，使得各類(lèi)監(jiān)測(cè)儀器的精度不斷提高[2-3]。由于其他領(lǐng)域的新技術(shù)并未成熟應(yīng)用于地質(zhì)變形監(jiān)測(cè)，導(dǎo)致地質(zhì)變形監(jiān)測(cè)的手段比較單一。20世紀(jì)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(zhì)變形監(jiān)測(cè)帶來(lái)了一場(chǎng)全新的技術(shù)革命。在一時(shí)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(luò)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的遠(yuǎn)程自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為代表的現(xiàn)代高科技技術(shù)手段，逐漸成為災(zāi)害勘察與監(jiān)測(cè)的重要技術(shù)方法，這些現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)具有全天候性，不受天氣、時(shí)間以及幾乎不受通視和地點(diǎn)的限制，且人工干預(yù)少，監(jiān)測(cè)精度高，作業(yè)周期短的特點(diǎn)。美國(guó)、日本等國(guó)家率先采用全球定位系統(tǒng)進(jìn)行地質(zhì)變形監(jiān)測(cè)。同時(shí)，隨著地質(zhì)變形監(jiān)測(cè)手段的豐富，地表測(cè)量法、地下檢測(cè)法均具有多種測(cè)量?jī)x器，因此綜合考量各類(lèi)儀器監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)提高地質(zhì)變形監(jiān)測(cè)精度的量化分析法應(yīng)運(yùn)而生。進(jìn)入21世紀(jì)后，新興技術(shù)蓬勃發(fā)展，并促使地質(zhì)變形監(jiān)測(cè)技術(shù)不斷更新，在已有的監(jiān)測(cè)方法中加入新的測(cè)量方法，光學(xué)測(cè)量?jī)x器逐步應(yīng)用于地質(zhì)變形監(jiān)測(cè)中。同時(shí)，在這一時(shí)期，采用綜合測(cè)量方式以及量化分析法對(duì)地質(zhì)變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)的方法逐漸增多，這使得地質(zhì)變形監(jiān)測(cè)精度有了很大提高（見(jiàn)圖5）。

2010年后，隨著我國(guó)專(zhuān)利制度不斷完善，以及對(duì)專(zhuān)利申請(qǐng)的各種政策性支持，我國(guó)各類(lèi)科研院所以及企業(yè)逐漸認(rèn)識(shí)到通過(guò)申請(qǐng)專(zhuān)利保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的重要性，因此我國(guó)的專(zhuān)利申請(qǐng)量明顯提高。

2.4 我國(guó)地質(zhì)變形監(jiān)測(cè)技術(shù)相關(guān)專(zhuān)利申請(qǐng)時(shí)間分布分析

由圖6給出的地質(zhì)變形監(jiān)測(cè)技術(shù)相關(guān)專(zhuān)利時(shí)間分布曲線(xiàn)圖可以直觀看出，在2000年前，我國(guó)地質(zhì)變形監(jiān)測(cè)相關(guān)專(zhuān)利申請(qǐng)量極低，這是由于在20世紀(jì)末，我國(guó)的專(zhuān)利制度還不完善，人們對(duì)于專(zhuān)利了解甚少。

我國(guó)從1995年開(kāi)始申請(qǐng)加入世界貿(mào)易組織，并于2000年完成與多數(shù)國(guó)家的雙邊貿(mào)易協(xié)定，并于2001年正式加入世界貿(mào)易組織。中國(guó)成功入世給我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來(lái)了巨大的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，同時(shí)，這也意味著中國(guó)將進(jìn)一步與世界接軌。此時(shí)，大量國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)涌入國(guó)內(nèi)，為了順應(yīng)我國(guó)加入世界貿(mào)易組織的需要，對(duì)《專(zhuān)利法》進(jìn)行了第二次修改。這次修改一方面完善了我國(guó)的專(zhuān)利法制度，另一方面鼓勵(lì)大家提高專(zhuān)利申請(qǐng)量，提高知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)意識(shí)。因此，在2000年后地質(zhì)變形監(jiān)測(cè)方法的相關(guān)專(zhuān)利的申請(qǐng)量有了明顯提高。

在2008年后，地質(zhì)變形監(jiān)測(cè)相關(guān)專(zhuān)利申請(qǐng)量顯著提高，這與地質(zhì)變形監(jiān)測(cè)的相關(guān)專(zhuān)利全球申請(qǐng)量的變化趨勢(shì)保持一致，原因同樣是兩個(gè)方面：一是合成孔徑干涉雷達(dá)測(cè)量方法以及時(shí)域反射測(cè)試技術(shù)作為新興技術(shù)不斷完善，并被用于地質(zhì)變形監(jiān)測(cè)，推動(dòng)了地表測(cè)量法和深部檢測(cè)法的共同發(fā)展;二是中國(guó)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(zāi)害都是由地質(zhì)變形所導(dǎo)致的，使世界各國(guó)對(duì)地質(zhì)變形監(jiān)測(cè)愈加重視，各國(guó)都在新興技術(shù)的發(fā)展支持下不斷完善地質(zhì)變形監(jiān)測(cè)方法，這也使得地質(zhì)變形監(jiān)測(cè)的相關(guān)專(zhuān)利數(shù)量不斷攀升。

3 結(jié)論

在介紹地質(zhì)變形所導(dǎo)致的自然災(zāi)害發(fā)生狀況的基礎(chǔ)上，本文首先對(duì)地質(zhì)變形監(jiān)測(cè)技術(shù)各分支進(jìn)行專(zhuān)利分析;基于檢索以及統(tǒng)計(jì)結(jié)果，對(duì)地質(zhì)變形監(jiān)測(cè)各方法的分布情況進(jìn)行了說(shuō)明;同時(shí)，根據(jù)歷年的地質(zhì)變形監(jiān)測(cè)相關(guān)專(zhuān)利發(fā)展情況概述了其核心技術(shù)分支的發(fā)展路線(xiàn)，并對(duì)統(tǒng)計(jì)結(jié)果中的核心專(zhuān)利進(jìn)行了分析。以上結(jié)果表明，地質(zhì)變形監(jiān)測(cè)技術(shù)國(guó)際發(fā)展歷史悠久，而我國(guó)起步較晚，傳統(tǒng)檢測(cè)設(shè)備發(fā)展日趨完善，且市場(chǎng)基本被美國(guó)及日本占領(lǐng)。中國(guó)進(jìn)入地質(zhì)變形監(jiān)測(cè)領(lǐng)域較晚，雖然申請(qǐng)量呈現(xiàn)逐年遞增的趨勢(shì)，但在監(jiān)測(cè)設(shè)備上的核心專(zhuān)利占有量較少，即難以掌握傳統(tǒng)檢測(cè)設(shè)備的核心生產(chǎn)力。但在新興技術(shù)應(yīng)用于地質(zhì)變形監(jiān)測(cè)后，我國(guó)相關(guān)科研院所對(duì)新技術(shù)的研究已經(jīng)與國(guó)際水平齊平。我國(guó)科研院所應(yīng)與當(dāng)?shù)仄髽I(yè)結(jié)合，爭(zhēng)取產(chǎn)學(xué)研共同發(fā)展，形成良性循環(huán)，力爭(zhēng)將科技實(shí)力轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)效益，爭(zhēng)取早日將我國(guó)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)推廣出國(guó)門(mén)，力爭(zhēng)打造國(guó)際龍頭企業(yè)。

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