敦煌石窟崖体安全监测


敦煌莫高窟是我国著名历史文化遗产,1961年,莫高窟被中华人民共和国国务院公布为第一批全国重点文物保护单位之一。1987年,莫高窟被列为世界文化遗产。莫高窟与山西大同云冈石窟、河南洛阳龙门石窟、甘肃天水麦积山石窟并称为中国四大石窟。

莫高窟崖体表面材质大多是砂砾岩,胶结性差,较为松散。敦煌研究院长期重视崖体保护,对崖体进行了包括岩体锚固、局部支顶、裂隙灌浆、崖体防风化处理等工作,日常也有较多的崖体加固维护工作,已经将崖体受风化雨蚀的损害降到最低。但长期以来,缺乏对崖体变形进行周期性、系统性的测量,因此,对于崖体是否存在变形?形变量多大?风沙侵蚀程度多大?这些问题始终难以量化回答。

三维激光扫描技术是上世纪八十年代中期出现的一种高效的数据获取模式,高精度的地面三维激光扫描仪能够获取精度优于1毫米的几何模型,是精确三维重建的重要手段,在精密测量、虚拟地理环境、文物保护、虚拟现实等方面应用日益广泛。



2015年11月,敦煌莫高窟保护所联合武汉大势智慧科技有限公司进行了崖体变形监测实验。将2009年和2015年两次激光扫描数据进行对比,对激光扫描技术用于崖体变形监测的可行性进行了分析,得知:(1)目前的激光扫描方法,不经后期优化,可稳定检测3.5mm的崖壁变形。如果进行相关统计算法、几何分析算法研发,形变可检测范围有望缩小至1mm左右。(2)如近距离观测(10m以内),变形检测精度可提高。(3)428窟上沿崖壁整体上并无超过可检测范围的变形。只有在崖壁凹处有填补的迹象,及少数几处有较大的削减迹象。

利用三维激光扫描技术对崖体变形监测是一种可行的技术方法,可为崖体保护提供科学而准确的数据;在窟区建立一套相对稳定的控制网作为观测基准,周期性、系统性的对崖体进行激光扫描数据获取可准确监测崖体变形情况,可有效防范大规模崖体坍塌等事故的发生。

2016年1月,敦煌研究院保护所与大势智慧一起,利用激光扫描仪设置了25个站点,通过51次扫描对30处需监控的崖体进行了精细扫描,进行形变监测分析。