地质变形监测专利技术综述

楚显玉 赵志洪

摘要：地质变形监测技术是一种地质灾害监测技术。通过对地质形貌长期监测及时掌握滑坡、地面沉降以及地裂缝等一些缓变型地质灾害，将其对人民生命财产、区域和城市经济发展所带来的损失最小化。本文通过对地质变形监测技术领域的专利检索、标引，分析了该技术领域的申请量、主要申请国、技术发展演进，以便深入了解地质变形监测技术的发展状况以及该领域的研究热点。

关键词：地质变形;尺寸;监测技术

中图分类号：P642.22文献标识码：A 文章编号：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

地质灾害是对人类生命财产安全造成严重危害或潜在威胁的地质现象，它伴随着人类历史而存。迄今为止，人类活动或加剧或减弱地质灾害的发生与危害程度，但无法完全消除或阻止其发生。除了地震、火山、海啸等突发性地质灾害会给人类造成难以估算的毁灭性灾难外，滑坡、地面沉降和地裂缝等一些缓变型地质灾害，同样会给人民生命财产、区域和城市经济发展带来巨大损失。因此，对滑坡、底面沉降等引起的地质变形进行监测是十分重要的。本文基于地质变形监测技术的专利申请作为分析对象，重点分析全球范围内关于地质变形监测技术的申请量、技术来源国、技术发展状况等。

1 地质变形监测

地质灾害监测技术是一门集地质学、测量学、物理学以及电子技术等多学科与技术为一体的综合性技术体系，也是一个从实践到理论的反复成长过程。纵观国内外数十年滑坡变形监测技术的发展历程，随着对地质灾害的形成机理与诱发因素的深入研究，常规的监测技术方法已经逐渐成熟，并且还在不断地创新，监测技术方法正在向多角度、多信息的综合技术方向发展，因此，监测仪器作为监测技术的工程实现方案，现有的监测仪器需要不断创新，更應该向着多参数、多信息、智能化监测系统方向发展，提高监测系统对监测数据的综合分析与处理等各方面的能力。

从监测仪器的角度来说，监测仪器的发展可以有两种主要技术途径：一方面，在不断提高现有仪器设备自动化水平的同时，研制与开发新仪器，以适应监测新技术的发展需要;另一方面，在现有监测仪器和监测网络的基础上，利用计算机网络技术、自动控制技术等其他相关技术，构成综合性监测网络系统。总而言之，地质变形监测新技术的发展，促进了监测仪器的进步，而监测仪器的改进与提高，推动了监测技术的发展[1]。

2 地质变形监测技术专利分析

通过对检索活动的地质变形监测技术的专利进行统计与分析，本文将地质变形监测技术划分为地表测量法、深部检测法和量化分析法三大类。其中，地表测量法包括大地精密测量法、GPS法、摄影法以及测量裂缝法，深部检测法包括时域反射法和钻孔倾斜法，量化分析法包括低下水位观测、动物异常观测、模型预测法以及群防观测法。对地质变形监测技术进行检索，对检索结果进行降噪并进行人工筛选，得到地质变形监测技术专利的文献量（德温特世界专利索引数据库）统计结果如下。

2.1 全球专利申请态势

图2为地质变形监测方法的全球专利申请量随时间变化趋势图，从全球整体申请量来看，地质变形监测在20世纪末期便已开始有相关的专利申请，并逐年缓慢增长。20世纪末期的地质变形监测专利申请主要为机械检测仪器，地表测量法和深部检测法申请量相当。在20世纪90年代，地表测量法的相关专利申请量显著提高，深部检测法的专利申请量增长缓慢，在这一时期，全球定位系统的完善使其广泛应用于地质变形的地表测量，推动了地质变形监测的发展。在2008年之后，地质变形监测的相关专利申请量大幅度提升，一方面合成孔径干涉雷达测量方法以及时域反射测试技术作为新兴技术不断完善，并被用于地质变形监测，推动了地表测量法和深部检测法的共同发展;另一方面，中国在2008年发生“5·12大地震”以及日本在2011年发生大地震，这两次震惊中外的自然灾害都是由地质变形所导致的，使世界各国对地质变形监测愈加重视，各国都在新兴技术的发展支持下不断完善地质变形监测方法，这也使得地质变形监测的相关专利数量不断攀升。

同时，需要指出的是，图2中在2015年后申请量出现下降，主要是因为2015年后申请的专利申请部分尚未公开，无法纳入统计数据，并不能说明专利申请量在下降。

2.2 全球专利申请区域分布

本小结对地质变形监测技术专利申请的来源国和目标国进行统计分析。图3和图4分别为地质变形监测主要申请来源国家或地区专利申请量统计图、地质变形监测主要目标国家或地区专利申请量统计图。

由图3和图4可知，地质变形监测相关专利的来源国与目标国分布基本一致。一方面中国、美国、俄罗斯幅员辽阔，需要进行地质变形监测的区域较多，而日本、韩国的大部分领土处于活跃的地震带上，由于地质变形所导致的灾害发生频繁，需要对相关区域不断进行监测，因此相关专利的数量比较大。另一方面，第二次工业革命之后，德国、美国、日本的工业得到了长足的发展，在地质变形监测技术发展的早期阶段，新技术的应用基本起源于这些国家，同时机械测量的核心专利基本被这些国家占据，这将在下文进行进一步分析。

2.3 地质变形监测技术发展路线分析

地质变形监测技术从20世纪70年代开始发展，在其发展初期，监测手段为较直观的距离变化监测，例如安装于待测区域表面的振弦式应变计、通过在土地内部安装水准仪并通过读取水准仪的度数来对地面沉降进行监测的技术方案。20世纪80年代，地质变形监测技术继续发展，其所依靠的主要监测方式依然为机械式检测，在这一阶段，人们通过温度补偿等方式消除环境因素对地质变形监测的影响，使得各类监测仪器的精度不断提高[2-3]。由于其他领域的新技术并未成熟应用于地质变形监测，导致地质变形监测的手段比较单一。20世纪80年代末90年代初，全球定位系统（GPS）发展逐渐成熟，为地质变形监测带来了一场全新的技术革命。在一时期，以全球定位系统（GPS）、遥感（RS）、电子全站仪以及基于通信、网络、计算机技术的远程自动监测系统为代表的现代高科技技术手段，逐渐成为灾害勘察与监测的重要技术方法，这些现代先进技术具有全天候性，不受天气、时间以及几乎不受通视和地点的限制，且人工干预少，监测精度高，作业周期短的特点。美国、日本等国家率先采用全球定位系统进行地质变形监测。同时，随着地质变形监测手段的丰富，地表测量法、地下检测法均具有多种测量仪器，因此综合考量各类仪器监测数据来提高地质变形监测精度的量化分析法应运而生。进入21世纪后，新兴技术蓬勃发展，并促使地质变形监测技术不断更新，在已有的监测方法中加入新的測量方法，光学测量仪器逐步应用于地质变形监测中。同时，在这一时期，采用综合测量方式以及量化分析法对地质变形进行监测的方法逐渐增多，这使得地质变形监测精度有了很大提高（见图5）。

2010年后，随着我国专利制度不断完善，以及对专利申请的各种政策性支持，我国各类科研院所以及企业逐渐认识到通过申请专利保护知识产权的重要性，因此我国的专利申请量明显提高。

2.4 我国地质变形监测技术相关专利申请时间分布分析

由图6给出的地质变形监测技术相关专利时间分布曲线图可以直观看出，在2000年前，我国地质变形监测相关专利申请量极低，这是由于在20世纪末，我国的专利制度还不完善，人们对于专利了解甚少。

我国从1995年开始申请加入世界贸易组织，并于2000年完成与多数国家的双边贸易协定，并于2001年正式加入世界贸易组织。中国成功入世给我国的经济发展带来了巨大的机遇和挑战，同时，这也意味着中国将进一步与世界接轨。此时，大量国外的先进技术涌入国内，为了顺应我国加入世界贸易组织的需要，对《专利法》进行了第二次修改。这次修改一方面完善了我国的专利法制度，另一方面鼓励大家提高专利申请量，提高知识产权保护意识。因此，在2000年后地质变形监测方法的相关专利的申请量有了明显提高。

在2008年后，地质变形监测相关专利申请量显著提高，这与地质变形监测的相关专利全球申请量的变化趋势保持一致，原因同样是两个方面：一是合成孔径干涉雷达测量方法以及时域反射测试技术作为新兴技术不断完善，并被用于地质变形监测，推动了地表测量法和深部检测法的共同发展;二是中国在2008年发生“5·12大地震”以及日本在2011年发生大地震，这两次震惊中外的自然灾害都是由地质变形所导致的，使世界各国对地质变形监测愈加重视，各国都在新兴技术的发展支持下不断完善地质变形监测方法，这也使得地质变形监测的相关专利数量不断攀升。

3 结论

在介绍地质变形所导致的自然灾害发生状况的基础上，本文首先对地质变形监测技术各分支进行专利分析;基于检索以及统计结果，对地质变形监测各方法的分布情况进行了说明;同时，根据历年的地质变形监测相关专利发展情况概述了其核心技术分支的发展路线，并对统计结果中的核心专利进行了分析。以上结果表明，地质变形监测技术国际发展历史悠久，而我国起步较晚，传统检测设备发展日趋完善，且市场基本被美国及日本占领。中国进入地质变形监测领域较晚，虽然申请量呈现逐年递增的趋势，但在监测设备上的核心专利占有量较少，即难以掌握传统检测设备的核心生产力。但在新兴技术应用于地质变形监测后，我国相关科研院所对新技术的研究已经与国际水平齐平。我国科研院所应与当地企业结合，争取产学研共同发展，形成良性循环，力争将科技实力转化为经济效益，争取早日将我国的监测系统推广出国门，力争打造国际龙头企业。

参考文献：

[1] 张永权.基于惯性测量的滑坡位移监测研究[D].武汉：中国地质大学，2016.

[2] 刘宇.地质灾害实时监测与信息管理集成系统关键技术研究[D].重庆：重庆大学，2015.09.

[3] 孙汝建.国外岩土工程监测仪器[M].南京：东南大学出版社，2006.