冻土工程与环境监测系统关键技术与工程应用

重大冻土工程的长期监测是理解冻土工程与气候、生态环境和冻土之间相互 作用的第一手基础数据，是重大冻土工程建设、安全运营和维护重要的科学基础； 而多年冻土区仅出现在高海拔和高纬度，大多地处无人区，野外环境异常恶劣； 且冻土的缓慢变化特性对数据的连续性、设备的稳定性等提出异常严苛的要求。 图1 高含冰冻土 冻胀融沉危害 及 冻土监测环境 本项目随着青藏铁路等重大冻土工程建设，十数年不断完善、更新和创新， 系统解决了恶劣环境下冻土工程与环境监测中高精度监测与远程无线传输、异构 信息存储与检索、数据共享与权益保护、灾害分析与预测等复杂工程问题，构筑 了具有集成创新特征的自主可控的“冻土工程与环境监测”完整应用系统，并在 青藏铁路、青藏公路、哈大高铁、哈齐高铁等国家重大冻土工程与环境监测中得 到广泛应用，积累了大量珍贵的监测数据；授权发明专利 4 项、实用新型专利3 项、软件著作权2项，取得了丰硕的理论成果、应用成果和社会效益，切实推动 了我国冻土工程与环境领域的科技进步；是目前中国多年冻土区唯一长期运营的 具有完全自主知识产权的国产设备和系统。是典型物联网应用样板示范工程。

关键技术： 1）长期稳定的高精度监测技术 —- 24 4 -— 图2 长期稳定的高精度测量技术原理、专利证书及与国外设备的数据比较 2）静态微功耗的精细能量管理技术 图3 精细能量管理、超微功耗测量原理及专利证书 3）多种无线通信技术 图4 多种无线通信技术在系统中的应用：WSN、LoRa、GSM-R/GPRS/3G/4G、WiFi、北斗 —- 24 5 -— 4）时空授权的异构大数据中心 图5 数据中心 技术指标： 1) 测量长期稳定度：优于 0.005℃； 2) 无线通信方式： 3G/4G/5G、北斗、WiFi、LoRa、ZigBee 等，适应不同 场合。