一种石窟寺顶板和侧壁岩体稳定性综合监测系统技术方案

本发明专利技术提供一种石窟寺顶板和侧壁岩体稳定性综合监测系统，该综合监测系统包括剥蚀量监测装置，测量石窟寺顶板和侧壁的变形量，顶板应力监测装置，监测石窟寺顶板，地表水准监测装置，监测顶板岩层的多维度变形，地表GNSS监测装置，判断顶板岩层的坐标变化，环境损伤监测装置，监测石窟寺的内部环境，监控中心对数据信息进行综合分析，多装置、多途径、全方位对石窟寺进行监测，有效地分析石窟寺表层岩体剥蚀机理，各个监测装置的数据通过物联网技术传输至监控中心，解决了工作人员需要现场查看仪器并进行数据采集的弊端，减少了工作量，提高了工作效率，节约了成本，各个监测装置所监测到的数据信息可在网络上随时调用，节约时间成本。

A comprehensive monitoring system for the stability of the roof and side walls of the Grottoes

【技术实现步骤摘要】
一种石窟寺顶板和侧壁岩体稳定性综合监测系统
本专利技术涉及石窟寺类洞室稳定性监测预警
，具体涉及一种石窟寺顶板和侧壁岩体稳定性综合监测系统。
技术介绍
石窟寺洞室分为两种，一种是依据天然洞室进行人工雕饰而成，另一种是完全经人工开挖、雕饰而成的洞室结构。近年对大量石窟寺进行旅游开发，随着游客的增加，洞室的岩石顶板，雕像等均与大气直接接触，经过复杂的物理和化学作用，表层岩体强度降低，再加上地质作用及其他自然营力的影响，石窟寺顶板及洞室内壁出现剥蚀现象，因此，需要对其剥蚀变形的机理与规律进行研究，为制定有效的石窟寺类文物洞室保护方案以提供理论支持。目前，文物监测方法因其受文物本身特殊性质的影响，任何针对石窟文物过大干预的监测方法都不允许实施(例如刻槽、钻孔、挖掘等安装方法)。因此，非接触式的监测方法和仪器就显得十分重要。近些年，随着科学技术的发展，监测手段在数据采集、数据传输、大数据分析等方面有了突飞猛进的发展，但是因为“少干预、不干预”的文物保护原则，该领域的综合监测方法尚属欠缺，仅仅针对温度、湿度、颗粒密度、地下水、变形等参数进行单一因素监测或即使实现了综合监测，但是监测数据并未形成一个耦合分析的综合系统。目前文物保护及相关工程应用的监测手段存在以下问题：(1)多数高精度的监测方式属于接触式监测，在安装架设装备的过程中会对文物产生不可修复的破坏；(2)非接触式的监测仪器精度较低，精度多在毫米级甚至厘米级，这对于文物保护需求的精度相差甚远；(3)多数文物保护监测工程的监测手段单一，仅对应力或变形量进行监测，得出的数据较为片面，无法有效分析洞室表层岩体剥蚀机理；(4)监测数据的传输，多采用分派人员到现场进行仪器数据采集，这大大增加了工程的工作量和成本，降低了工作效率，无法实时查看监测数据；利用现有的监测手段无法完全满足石窟寺类文物洞室顶板及侧壁的监测要求，且工作效率较低，单一的数据类型会对洞室稳定性分析、文物保护方案制定造成阻碍。因此，为了实现石窟寺类文物洞室顶板及侧壁进行多源、高效且精确的监测，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。
技术实现思路
本专利技术主要针对石窟寺洞室因顶板和侧壁剥蚀掉块，造成厚度变薄、侧壁岩体支撑力不足、顶板岩体稳定性日益变差等原因造成石窟寺整体稳定性下降或者出现岩体劣化失稳破坏征兆而开展稳定性多源监测预警，利用多源监测数据，分析石窟寺岩体剥蚀变形机理，对洞室顶板和侧壁的稳定性作出评估，对因环境变化而出现的岩体劣化破裂“缓变型”灾害和岩体承载力不足而出现的岩体失稳断裂“突变型”灾变的实时监测。为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：本专利技术提供一种石窟寺顶板和侧壁岩体稳定性综合监测系统，所述综合监测系统包括：剥蚀量监测装置，所述剥蚀量监测装置位于石窟寺的底部，用于测量所述石窟寺顶板和侧壁的变形量；顶板应力监测装置，所述顶板应力监测装置的一端位于所述石窟寺的底部，另一端与所述石窟寺的顶部接触连接，用于监测所述石窟寺顶板的应力变化；地表水准监测装置，所述地表水准监测装置分别位于所述石窟寺顶板岩层的上岩层面和下岩层面，用于监测顶板岩层的多维度变形；地表GNSS监测装置，所述地表GNSS监测装置利用全球导航卫星系统对地面的坐标进行实时监测，判断所述石窟寺顶板岩层上表面的坐标位置变化；环境损伤监测装置，所述环境损伤监测装置位于所述石窟寺的内部，用于监测所述石窟寺的内部环境；监控中心，所述监控中心实时收集所述剥蚀量监测装置、所述顶板应力监测装置、所述地表水准监测装置、所述地表GNSS监测装置和所述环境损伤监测装置所监测到的数据信息，并对数据信息进行综合分析。依据上述的石窟寺顶板和侧壁岩体稳定性综合监测系统，作为优选，所述剥蚀量监测装置包括：数据采集单元，所述数据采集单元用于采集待测点的数据信息；传输单元，所述传输单元与所述数据采集单元之间电连接，用于将所述数据采集单元所采集到的剥蚀量数据信息发送至监控中心。依据上述的石窟寺顶板和侧壁岩体稳定性综合监测系统，作为优选，所述数据采集单元包括：数据采集传输盒，所述数据采集传输盒包括第一电路板，所述第一电路板用于收集并处理所述数据采集单元采集到的顶板和侧壁剥蚀量数据信息；温度传感器，所述温度传感器设置在所述第一电路板上，用于监测所述石窟寺内的温度变化；湿度传感器，所述湿度传感器设置在所述第一电路板上，用于监测所述石窟寺内的湿度变化；激光测距仪，所述激光测距仪与所述数据采集传输盒之间电连接，用于测量待测点到所述激光测距仪之间的距离；优选地，所述激光测距仪为高精度激光传感器。依据上述的石窟寺顶板和侧壁岩体稳定性综合监测系统，作为优选，所述顶板应力监测装置包括：支护单元，所述支护单元具体包括：上支护柱，所述上支护柱的顶端与所述石窟寺顶板之间软接触连接，用于承载顶板的位移；下支护柱，所述下支护柱的底端设置在所述石窟寺的底部，所述下支护柱的顶端与所述上支护柱的底端连接，用于支撑所述上支护柱；应力采集单元，所述应力采集单元设置在所述支护单元上，用于采集所述石窟寺顶板应力变化的数据信息；传输单元，所述传输单元与所述应力采集单元之间电连接，用于将所述应力采集单元所采集到的顶板应力数据信息发送至监控中心。依据上述的石窟寺顶板和侧壁岩体稳定性综合监测系统，作为优选，所述应力采集单元具体包括：第二电路板，所述第二电路板用于收集并处理所述应力采集单元所采集到的顶板应力变化的数据信息；力学传感器，所述力学传感器与所述第二电路板之间电连接，所述力学传感器位于所述上支护柱的底端和所述下支护柱的顶端的连接处，用于监测所述石窟寺顶板应力变化；优选地，所述力学传感器为高精度石英压电传感器。依据上述的石窟寺顶板和侧壁岩体稳定性综合监测系统，作为优选，所述地表水准监测装置包括：变形采集单元，所述变形采集单元具体包括：第三电路板，所述第三电路板用于收集并处理所述变形采集单元所采集到的顶板岩层数据信息；光栅网格单元，所述光栅网格单元具体包括：顶板光栅网格，所述顶板光栅网格与所述第三电路板之间电连接，所述顶板光栅网格设置在所述顶板岩层的下表面，用于监测所述顶板岩层的下表面的变形；地表光栅网格，所述地表光栅网格与所述第三电路板之间电连接，所述地表光栅网格设置在所述顶板岩层的上表面，用于监测所述顶板岩层的上表面的变形；传输单元，所述传输单元与所述变形采集单元之间电连接，用于将所述变形采集单元所采集到的顶板岩层数据信息发送至监控中心。依据上述的石窟寺顶板和侧壁岩体稳定性综合监测系统，作为优选，所述地表GNSS监测装置包括：GNSS基准站，所述GNSS基准站设置在地面上，用于确定所述石窟寺的顶板岩层上表面的坐标位置；监测站，多个所述监测站设置在地面上且与所述GNSS基准站之间通讯连接，用于监测所述坐标的变化；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种石窟寺顶板和侧壁岩体稳定性综合监测系统，其特征在于，所述综合监测系统包括：/n剥蚀量监测装置，所述剥蚀量监测装置位于石窟寺的底部，用于测量所述石窟寺顶板和侧壁的变形量；/n顶板应力监测装置，所述顶板应力监测装置的一端位于所述石窟寺的底部，另一端与所述石窟寺的顶部接触连接，用于监测所述石窟寺顶板的应力变化；/n地表水准监测装置，所述地表水准监测装置分别位于所述石窟寺顶板岩层的上岩层面和下岩层面，用于监测顶板岩层的多维度变形；/n地表GNSS监测装置，所述地表GNSS监测装置利用全球导航卫星系统对地面的坐标进行实时监测，判断所述石窟寺顶板岩层上表面的坐标位置变化；/n环境损伤监测装置，所述环境损伤监测装置位于所述石窟寺的内部，用于监测所述石窟寺的内部环境；/n监控中心，所述监控中心实时收集所述剥蚀量监测装置、所述顶板应力监测装置、所述地表水准监测装置、所述地表GNSS监测装置和所述环境损伤监测装置所监测到的数据信息，并对数据信息进行综合分析。/n

【技术特征摘要】
1.一种石窟寺顶板和侧壁岩体稳定性综合监测系统，其特征在于，所述综合监测系统包括：
剥蚀量监测装置，所述剥蚀量监测装置位于石窟寺的底部，用于测量所述石窟寺顶板和侧壁的变形量；
顶板应力监测装置，所述顶板应力监测装置的一端位于所述石窟寺的底部，另一端与所述石窟寺的顶部接触连接，用于监测所述石窟寺顶板的应力变化；
地表水准监测装置，所述地表水准监测装置分别位于所述石窟寺顶板岩层的上岩层面和下岩层面，用于监测顶板岩层的多维度变形；
地表GNSS监测装置，所述地表GNSS监测装置利用全球导航卫星系统对地面的坐标进行实时监测，判断所述石窟寺顶板岩层上表面的坐标位置变化；
环境损伤监测装置，所述环境损伤监测装置位于所述石窟寺的内部，用于监测所述石窟寺的内部环境；
监控中心，所述监控中心实时收集所述剥蚀量监测装置、所述顶板应力监测装置、所述地表水准监测装置、所述地表GNSS监测装置和所述环境损伤监测装置所监测到的数据信息，并对数据信息进行综合分析。


2.根据权利要求1所述的石窟寺顶板和侧壁岩体稳定性综合监测系统，其特征在于，所述剥蚀量监测装置包括：
数据采集单元，所述数据采集单元用于采集待测点的数据信息；
传输单元，所述传输单元与所述数据采集单元之间电连接，用于将所述数据采集单元所采集到的剥蚀量数据信息发送至监控中心。


3.根据权利要求2所述的石窟寺顶板和侧壁岩体稳定性综合监测系统，其特征在于，所述数据采集单元包括：
数据采集传输盒，所述数据采集传输盒包括第一电路板，所述第一电路板用于收集并处理所述数据采集单元采集到的顶板和侧壁剥蚀量数据信息；
温度传感器，所述温度传感器设置在所述第一电路板上，用于监测所述石窟寺内的温度变化；
湿度传感器，所述湿度传感器设置在所述第一电路板上，用于监测所述石窟寺内的湿度变化；
激光测距仪，所述激光测距仪与所述数据采集传输盒之间电连接，用于测量待测点到所述激光测距仪之间的距离；
优选地，所述激光测距仪为高精度激光传感器。


4.根据权利要求1所述的石窟寺顶板和侧壁岩体稳定性综合监测系统，其特征在于，所述顶板应力监测装置包括：
支护单元，所述支护单元具体包括：
上支护柱，所述上支护柱的顶端与所述石窟寺顶板之间软接触连接，用于承载顶板的位移；
下支护柱，所述下支护柱的底端设置在所述石窟寺的底部，所述下支护柱的顶端与所述上支护柱的底端连接，用于支撑所述上支护柱；
应力采集单元，所述应力采集单元设置在所述支护单元上，用于采集所述石窟寺顶板应力变化的数据信息；
传输单元，所述传输单元与所述应力采集单元之间电连接，用于将所述应力采集单元所采集到的顶板应力数据信息发送至监控中心。


5.根据权利要求4所述的石窟寺顶板和侧壁岩体稳定性综合监测系统，其特征在于，所述应力采集单元具体包括：
第二电路板，所述第二电路板用于收集并处理所述应力采集单元所采集到的顶板应力变化的数据信息；

【专利技术属性】
技术研发人员：陶志刚，罗森林，张斌，张海江，何满潮，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：发明
国别省市：北京;11