一种石窟寺顶板和侧壁岩体稳定性综合监测系统的制作方法

本发明涉及石窟寺类洞室稳定性监测预警技术领域，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。

背景技术：

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。

技术实现要素：

本发明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，本发明提供如下技术方案：

本发明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；

卫星单元，所述卫星单元用于对多个所述监测站的坐标进行测量，实时传输坐标数据；

第四电路板，所述第四电路板电连接所述gnss基准站，且用于处理所述卫星单元所传输的坐标数据与所述gnss基准站所确定的坐标数据之间的对比，判断所述监测站的坐标变化情况。

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，所述环境损伤监测装置包括：

探头，多个所述探头设置在所述石窟寺的内部，用于监测所述石窟寺内部的环境变化；

环境损伤监测盒，所述环境损伤监测盒设置在所述石窟寺的内部，用于收集并处理多个所述探头所监测到的环境数据信息；

所述环境损伤监测盒具体包括：第五电路板，所述第五电路板与多个所述探头之间均电连接，用于处理环境数据信息；

传输单元，所述传输单元与所述环境损伤监测盒之间电连接，用于将所述探头所监测到的环境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，所述探头具体为：

温度传感器，所述温度传感器与所述第五电路板之间电连接，用于监测环境中的温度变化；

气体传感器，所述气体传感器与所述第五电路板之间电连接，用于监测环境中的碳、氮和硫的氧化物的浓度变化。

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、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均包括供电单元。

与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有如下优异效果：

本发明提供一种石窟寺顶板和侧壁岩体稳定性综合监测系统，本综合监测系统中利用高精度激光传感器对石窟寺顶板和侧壁的变形量进行精准实时监测，且与顶板和侧壁之间非接触式测量，遵循文物监测和保护的不干预性原则，高精度石英压电力学传感器与石窟寺顶板之间软接触连接，有效保护文物的完整性，双层光栅网络与顶板岩层的上下表面软接触连接，对岩层表面不干预，综合运用剥蚀量监测装置、顶板应力监测装置、地表水准监测装置、地表gnss监测装置和环境损伤监测装置，多装置、多途径、全方位对石窟寺顶板及顶板岩层表面进行监测，得到全面而又精确的数据信息，有效地分析石窟寺表层岩体剥蚀机理，各个监测装置之间的数据信息运用物联网技术通过无线传输方式传输至监控中心，解决了工作人员到现场查看仪器并进行数据采集的弊端，减少了工程的工作量，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，本发明中的综合系统，对石窟寺顶板变形规律进行全天候的实时监测，所监测到的数据信息进行综合分析，为文物保护及加固方案的制定提供可靠的数据支持。

附图说明

图1为本发明实施例中的综合监测系统结构示意图；

图2为本发明实施例中的剥蚀量监测系统测量原理示意图；

图3为本发明实施例中的光栅网格单元安装结构示意图；

图4为本发明实施例中的顶板岩层水准监测结构示意图；

图5为本发明实施例中的顶板应力监测装置结构示意图；

图6为本发明实施例中的软连接层结构示意图；

图7为本发明实施例中的综合监测系统示意图。

图中：1、剥蚀量监测装置；2、数据采集传输盒；3、激光测距仪；4、第一立杆；5、第一支柱；6、顶板应力监测装置；7、支护单元；701、上支护柱；702、下支护柱；703、液压柱；8、力学传感器；10、光栅网格单元；101、顶板光栅单元；102、地表光栅单元；13、监测站；14、卫星单元；15、环境损伤监测装置；16、探头；17、环境损伤监测盒；18、第二立柱；19、第二支架；20、软连接层；201、支撑板；202、粘接层；203、大阻尼橡胶层；204、耦合层、205、防污层；21、监控中心；22、顶板岩层；23、石窟寺顶板；25、应力采集单元；26、第三支架；27、石窟寺；28、cdd；29、数据基站。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本发明中使用的术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明，需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1所示，本发明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1，剥蚀量监测装置1安装在石窟寺27洞室内部的地板上，对石窟寺27洞室顶板和侧壁的变形量进行实时监测；顶板应力监测装置6，顶板应力监测装置6包括一根支柱，支柱的一端安装在石窟寺27的地板上，另一端安装在石窟寺27的顶部，且与石窟寺顶板23之间软接触连接，有效地保护石窟寺27内的文物，对石窟寺顶板23应力变化进行实时监测；地表水准监测装置，地表水准监测装置利用双层纵横光栅网络，分别安装在顶板岩层22的上岩层面和下岩层面，多维度对顶板岩层22进行实时监测；地表gnss监测装置，地表gnss监测装置利用全球导航卫星系统，提供地面监测点全天候的三维坐标及速度信息，对地表坐标的位置进行实时监测；环境损伤监测装置17，环境损伤监测装置17安装在石窟寺27洞室的内部，对石窟寺27的内部环境的温度及碳、氮、硫的氧化物浓度进行实时监测；监控中心21，监控中心21设在地面上，监控中心21可实时接收并查看或调用剥蚀量数据、顶板应力数据、顶板岩层变形数据、坐标变化数据和环境变化数据，并且还可以对相关性较强的数据进行综合分析，相关性不强的数据进行单独分析，实时绘制出各个监测装置所监测到的数据变化量与时间之间的关系图，通过多种途径判断和验证石窟寺岩体稳定性特征。

进一步，为了对石窟寺顶板23和侧壁的变形量进行精确和实时监测，本发明实施例中的剥蚀量监测装置1以顶板剥蚀量监测装置为例，剥蚀量监测装置1包括数据监测单元，数据监测单元用于采集石窟寺顶板上的待测点的数据信息，待测点的位置及数量不确定，可根据现场实际情况进行多个位置监测，通过待测点点状监测集群技术，可以进行多点测量，然后经过插值评价石窟寺的顶板面状变形特征，数据采集单元具体包括数据采集传输盒2，数据采集传输盒2内安装有第一电路板，第一电路板上设置有处理器、存储器和相关电气元件，处理器用于收集并处理数据采集单元所采集到的剥蚀量数据信息，并将处理后的剥蚀量数据信息发送至监控中心，此外，电路板上还设置有温度传感器和湿度传感器，温度传感器和湿度传感器分别嵌入到第一电路板上，对石窟寺内的温度和湿度进行测量，然后通过温度和湿度为变量的室内试验，得出对变形或位移测量精度的石窟寺洞室内监测关系，通过实验所得关系式对变形量因温度或湿度漂移造成的误差进行反向补偿，在实验温度范围内，以石窟寺洞室内最初温度值为零点，此时测量的位移为最初位移，然后温度的增加会使测量值偏大，温度的降低会使测量值偏小，而为了使测量变化值更趋于真值，会减去或者加上温度漂移量，从而对剥蚀量数据进行反向补偿；激光测距仪3，激光测距仪3与数据采集传输盒2之间电连接，具体而言，激光测距仪3与第一电路板之间电连接，用于测量石窟寺顶板23上待测点到激光测距仪3之间的距离，激光测距仪3与待测点之间的距离保持在250mm以内，本发明实施例中的激光测距3仪优选为高精度激光传感器，可对待测点进行高精度全天候距离测量，测量的精度可以精确到0.01mm，对待测点的细微变形进行精准的测量，数据采集传输盒2可以保护内部的电气元件不受外力的损坏，同时与待测点之间非接触测量，遵循对文物保护的不干预原则，有效保护文物的完整性；传输单元，传输单元与第一电路板之间电连接，用于发送第一电路板所处理后的剥蚀量数据信息至监控中心，本发明实施例中的传输单元优选为通讯天线，不仅可以发送数据信号，而且还可以接收监控中心所发出的指令，优选传输单元与监控中心之间为无线传输，不仅高效快捷，而且结构简单，操作方便，省去了使用有线网络带来的不利；供电单元，供电单元为太阳能供电或市政交流电供电，为剥蚀量采集装置提供电力。

为更好的理解激光测距仪3与待测点之间的无接触测量的原理，下面对激光测距仪3的测量原理进行详细说明，如图2所示：

激光测距仪3利用高频单色激光对待测点进行无接触距离测量，待测点无需进行特殊处理，可直接对初始表面进行测量，本发明实施例中采用三角测量法进行测量距离，激光测距仪3发射单束激光，在照射到物体后，发射光由线性ccd28(charge-coupleddevice电荷耦合元件)接收，由于激光剥蚀量监测仪和探测器之间间隔一端距离，依照光学路径，不同距离的物体将会成像在ccd28上不同的位置，图中a、b、c分别代表不同的监测点，a’、b’、c’分别代表与之对应的反光点，依据三角公式进行计算，从而推导出待测点之间的距离，测量精度可以精确到0.01mm，为保证测量的精度，激光源与待测点之间的距离应保持在250mm以内。

剥蚀量监测装置还包括第一立杆4，第一立杆4的底端安装在石窟寺27的地板上，顶端安装有第一支架5，激光测距仪3和数据采集传输盒2均安装在第一支架5上，第一支架5与第一立杆4之间活动连接，如此，第一支架5可以在第一立杆4上进行一定角度的调整，保证激光测距仪3对待测点的精准测量，第一立杆4的长度依据现场的需要可以自由调整，确保激光测距仪3与待测点之间的距离在250mm以内，剥蚀量监测装置1的外部还安装有防潮外壳或涂刷有防潮材料，防潮材料的类型本发明实施例中不做进一步限定，以保护剥蚀量监测装置1内部的电气元件不受潮，避免电气元件受潮导致测量的数据出现偏差。

进一步，如图5-图6所示，为了对石窟寺顶板应力进行实时监测，本发明中还设置有顶板应力监测装置6，顶板应力监测装置6采用立柱传导应力，顶板应力监测装置6具体包括支护单元7，本发明实施例中的支护单元7具体包括上支护柱701、下支护柱702和液压柱703，上支护柱701和下支护柱702均为空心圆柱，空心圆柱的结构可以减轻支护单元7对石窟寺27底板的压力，液压柱703安装在上支护柱701的顶端，液压柱703用于向石窟寺顶板23施加预应力，液压柱703的顶端与石窟寺顶板23之间安装软接触连接层20，可以有效的避免对石窟寺顶板23产生损坏，保证在施加预应力和承受顶板变形应力时而不会对顶板产生破坏，最大程度保护石窟寺顶板岩层岩体，本发明实施例中软接触连接层20具体为，在液压柱703的顶端自下而上依次设置有支撑板201、粘接层202、大阻尼橡胶层203、耦合层204和防污层205，可以起到保护石窟寺的顶板不受外力损坏的作用，支撑板201起到支撑的作用，用于传递支护单元7施加在石窟寺顶板23上的预应力，粘接层202用于粘接支撑板201和大阻尼橡胶层203，大阻尼橡胶层203用于覆盖整个支撑板201和粘接层202，且与支撑板201之间粘弹性接触，减少对石窟寺顶板23表面的损伤，耦合层204与大阻尼橡胶层203耦合接触，用于保证整个接触连接层20表面的平整度，防污层205用于耦合层204与石窟寺顶板23之间的接触，避免耦合层204直接接触石窟寺顶板23，从而对石窟寺顶板23造成污染，软接触连接层20不会因石窟寺内部的环境的变化产生形变，从而避免对顶板压力的变化造成错误的监测，下支护柱702的底端安装在石窟寺27的地板上，上支护柱701和下支护柱702之间为活动连接，共同用于支撑石窟寺的顶板；应力采集单元25，应力采集单元安装在第三支架26上，本发明实施例中的第三支架26安装在上支护柱701的侧壁上，应力采集单元25具体包括第二电路板，第二电路板上设置有处理器、存储器和相关电气元件，存储器用于存储顶板应力监测装置所收集的顶板应力变化的数据信息，处理器用于处理存储器所收集的顶板应力变化的数据信息并将处理后的顶板应力数据信息发送至监控中心21；力学传感器8，力学传感器8与第二电路板之间电连接，力学传感器8将收到的力学信号转化成电信号传送至处理器，用于对应力变化的分析和处理，本发明实施例中的力学传感器8优选为高精度石英压电传感器，其耐冲击力，稳定性好，体积小，响应快，过载能力强，，高精度石英压电传感器为弦式压电传感器，且安装在上支护柱701与下支护柱702的连接处，能对顶板的微小位移做出灵敏的反应，准确测量偏心荷载作用下的压力大小，通过变形点状监测集群技术，可以多点测量，然后经过插值评价顶板多点应力变化特征。

顶板应力监测装置6还包括传输单元，传输单元与第二电路板之间电连接，用于发送第二电路板所处理后的顶板应力数据信息至监控中心，本发明实施例中的传输单元优选为通讯天线，优选传输单元与监控中心之间为无线传输；供电单元，供电单元为太阳能供电或市政交流电供电，为顶板应力监测装置提供电力。

进一步，如图3-图4所示，为了对石窟寺的顶板岩层22进行远程实时监测，本发明中还设置有地表水准监测装置，地表水准监测装置包括变形采集单元，变形采集单元用于对顶板岩层22多维度变形进行远程实时监测，本发明实施例中的变形采集单元具体包括第三电路板，第三电路板上设置有处理器和存储器及相关电气元件，存储器用于存储顶板岩层的变形数据，处理器用于对光栅网格单元10的变形数据进行处理，利用坐标采集得到的顶板岩层变形数据进行三维绘图，得出石窟寺顶板岩层22综合变形云图，对光栅网格单元10同步监测，对比地表和顶板变形数据，分析变形机理，本发明实施例中的坐标为相对坐标，坐标原点可以根据现场情况自行选择，对此不做进一步限定；光栅网格单元10包括顶板光栅网格101和地表光栅网格102，顶板光栅网格101安装在石窟寺27内部的顶板上，且与第三电路板之间电连接，地表光栅网格102安装在石窟寺27的顶板岩层22的上表面，且与第三电路板之间电连接，在石窟寺顶板岩层22的上下岩层面形成网格式全断面，利用双层纵横光栅网格对顶板岩层多维度变形进行实时监测。

具体来说，如图5所示，顶板光栅网格和地表光栅网格安装时，使用位置测量仪器，对光栅测点进行准确测量，本发明实施例中对位置测量仪器的型号不做进一步限定，能对光栅测点位置进行准确定位的均可，顶板岩层22外表面变形监测采用定点封装的光栅测点，将顶板岩层22上部的第四系和人工杂填土盖层剥离，露出顶板岩层22上表面基岩，采用定点夹具以固定安装的方式安装定点光栅，各个光栅之间纵横交错，同时在石窟寺顶板23采用定点夹具的安装方式安装与地表相对应的定点光栅，在顶板岩层22上下岩层面形成网格式全断面实时监测，利用光栅网格单元10监测，在顶板岩层22的纵横方向上可得出顶板岩层22连续变化的数据信息，顶板光栅网格101和地表光栅网格102分别与顶板岩层的上下表面软接触连接，有效的保护顶板岩层的完整性，此处的软接触连接层20与顶板应力监测装置中的软接触连接层20相同。

地表水准监测装置还包括传输单元，传输单元与第三电路板之间电连接，用于发送第三电路板所处理后的顶板岩层22数据信息至监控中心21，本发明实施例中的传输单元优选为通讯天线，优选传输单元与监控中心之间为无线传输；供电单元，供电单元为太阳能供电或市政交流电供电，为地表水准监测装置提供电力。

进一步，如图1所示，为了对石窟寺顶板岩层上表面的坐标进行远程全天候实时监测，本发明实施例中还设置有地表gnss监测装置，本发明实时例中地表gnss监测装置包括gnss基准站，gnss基准站安装在地面上，且不设在石窟寺的顶板岩层22的上表面，避免对石窟寺27造成损坏，gnss基准站与第四电路板之间电连接，用于确定顶板岩层22上表面的坐标位置，保证监测数据的有效性，gnss基准站还能将电路板处理后的坐标变换数据信息通过卫星单元发送至监控中心21；监测站13，多个监测站13安装在地面上和顶板岩层22上表面，对石窟寺27造成的影响降至到最低限度，多个监测站13均与gnss基准站之间通讯连接，用于监测地面上的坐标变化，以便及时发现地面上是否出现位移；卫星单元14，卫星单元14用于对多个监测站13的坐标进行测量，实时将测量的坐标数据传送到gnss基准站，本发明实时例中的卫星单元14优选全球导航卫星系统，全球导航卫星系统是以全球导航卫星系统是能在地球表面或近地空间的任何地点为用户提供全天候的三维坐标和速度以及时间信息的空基无线电导航定位系统；第四电路板，第四电路板上设置有处理器、存储器和相关电气元件，处理器用于处理卫星单元发送的坐标数据信息且与相对坐标原点基准站的位置坐标进行对比，判断监测站的位置坐标是否发生变化。

具体来说，地表gnss监测利用全球导航卫星系统装置，提供地面监测点全天候的三维坐标及速度信息，地表gnss监测包括一个gnss基准站和若干个监测站13，以gnss基准站的坐标为相对原点坐标，根据相对原点坐标来确定若干个监测站的坐标，gnss基准站的坐标不发生变换，若干个监测站13的坐标信息间断更新，若干个监测站13间隔更新的坐标信息发送至gnss基准站，根据gnss基准站坐标计算每个监测站13的相对位移量，判断监测站13是否发生位移，若干个监测站13同步监测，分析构造应力引起石窟寺坐标变换情况；利用gnss对监测点坐标的辅助监测，可以判断石窟寺整体位置的变化情况，用以判断石窟寺稳定性因素是否由构造应力引起。

地表gnss监测装置还包括供电单元，供电单元为太阳能供电或市政交流电供电，为地表gnss监测装置提供电力；本发明实时例中还对gnss基准站和监测站13的外围安装有围栏，对内部的设备进一步保护，防止其受到外力的损伤，同时，对gnss基准站和监测站13进行避雷装置的安装，比如安装避雷针等，防止雷雨天气将设备损坏，造成不必要的维修和运营成本的增加。

进一步，为了对石窟寺内的环境情况进行远程全天候实时监测，本发明还设置有环境损伤监测装置15，环境损伤监测装置15包括探头16，多个探头16与环境损伤监测盒17之间电连接，且安装在石窟寺27的内部，对石窟寺27的内部环境进行监测；环境损伤监测盒17，环境损伤监测盒17安装在石窟寺27的内部，对石窟寺27的内部环境进行分析监测，环境损伤监测盒17包括第五电路板，第五电路板上设置有处理器、存储器和相关电气元件，处理器用于处理多个探头16所监测到的环境数据信息，并对处理结果进行分类及记录；本发明实施例中的探头16为高精度传感器，具体包括温度传感器，温度传感器与第五电路板之间电连接，用于监测环境中的温度变化，气体传感器，气体传感器与第五电路板之间电连接，用于监测环境中的碳、氮和硫的氧化物的浓度，石窟寺内安装多个探头16，分散在石窟寺27内的各个位置，对内部环境进行全面的分析和监测，通过比对长期损伤因素监测结果与岩体剥蚀规律，分析加速石窟寺27内部表层岩体弱化剥蚀的原因，针对相应监测结果，以制定石窟寺文物保护方案。

环境损伤监测装置17还包括传输单元，传输单元与第五电路板之间电连接，用于发送第五电路板所处理后的环境数据信息至监控中心，本发明实施例中的传输单元优选为通讯天线，优选传输单元与监控中心之间为无线传输；供电单元，供电单元为太阳能供电或市政交流电供电，为环境损伤监测装置提供电力。

环境损伤监测盒17的外部还安装有防潮外壳或涂刷有防潮材料，防潮材料的类型本发明实施例中不做进一步限定，以保护环境损伤监测盒17内部的电气元件不受潮，避免电气元件受潮导致测量的数据出现偏差，探头16的安装还设置有第二支架19，第二支架19安装在第二立杆18上，便于探头安装在石窟寺的内部空间中，探头彼此之间独立工作，环境损伤监测盒优选为一个，各个探头16均与环境监测盒之间电连接，便于环境数据的监测分析和随时调用。

进一步，如图7所示，为了对各装置监测到的数据信息进行汇总整理及分析预测，本发明还设置有监控中心21，监控中心21均与剥蚀量监测装置1、顶板应力监测装置6、地表水准监测装置、地表gnss监测装置和环境损伤监测装置15之间通过数据基站29通信连接，各个监测装置所监测到的数据信息通过物联网技术实时传输至监控中心21，通过大数据分析装置，对相关性较强的参数进行综合分析，相关性不强的数据进行单独分析，最终通过多种途径判断和验证石窟寺岩体稳定性特征；比如，温度与碳氧化物浓度相关性较强，顶板变形及与温度关联性较强，顶板变形与顶板压力关联性较强，均可综合分析，而gnss监测数据与大多数数据关联性并不强，只作为该地质区域运动的参考，可进行单独分析。

需要强调的是，本发明实施例中的顶板和侧壁的剥蚀量数据、顶板应力变化数据、地表水准多维度变形数据、环境变化数据和坐标位置变化数据均可以通过数据基站29发送至监控中心21，监控中心21所发出的指令也可经过卫星单元14传送至数据基站29，并通过数据基站29传输到各个监测装置，实现各个监测装置上的变化数据均可通过无线网络随时调用。

进一步说明，本发明实施例中的第一电路板、第二电路板、第三电路板、第四电路板和第五电路板上均设置有处理器和存储器，对于存储器和处理器的大小、型号及运行速率等规格要求，本发明不做进一步限定说明，以满足数据处理和数据存储的规格型号均可。

本发明实施例中的剥蚀量监测装置1、顶板应力监测装置6、地表水准监测装置、地表gnss监测装置和环境损伤监测装置15中均安装有变压器，变压器与各个监测装置之间均电连接，供电单元为太阳能供电或市政交流电供电，当使用市政交流电对各个监测装置供电时，需要将220v交流电通过变压器转换成16v直流电，当使用太阳能供电时，各个监测装置直接通过直流供电线与太阳能板连接即可，如此，在双电源的设置下，保证了各个监测装置全天候进行工作，不会发生断电的问题，况且使用太阳能为装置供电，还可以节省费用，降低生产成本。

综上所述，本发明提供一种石窟寺顶板和侧壁岩体稳定性综合监测系统，本综合监测系统中利用高精度激光传感器对石窟寺顶板23和侧壁的变形量进行精准实时监测，且与石窟寺顶板23和侧壁之间非接触式测量，遵循文物监测和保护的不干预性原则，高精度石英压电力学传感器与石窟寺顶板23之间软接触连接，有效保护文物的完整性，双层光栅网络与顶板岩层22的上下表面软接触连接，对岩层表面不干预，综合运用剥蚀量监测装置1、顶板应力监测装置6、地表水准监测装置、地表gnss监测装置和环境损伤监测装置15，多装置、多途径、全方位对石窟寺顶板23及顶板岩层22表面进行监测，得到全面而有精确的数据信息，有效地分析石窟寺表层岩体剥蚀机理，各个监测装置之间的数据信息通过物联网技术通过无线传输至监控中心，解决了工作人员去现场查看仪器并进行数据采集的弊端，减少了工程的工作量，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，本发明中的综合监测系统，对石窟寺顶板变形规律进行全天候的实时监测，所监测到的数据信息进行综合分析，为文物保护及加固方案的制定提供可靠的数据支持。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均在本发明待批权利要求保护范围之内。