针对施工单位在实际工程越冬维护温度监控工作中出现的温度监测效率低、准确率难以保证等问题,采用多物理模拟软件COMSOL Multiphysics,开展了越冬维护期间冻结土壤温度场模拟。结合吉林省松原市某具体在建工程试验,构建了温度模型,考察了试验不同测温点温度监测值与温度模拟值的关系。从温度监测值与温度模拟值对比曲线图可知:温度场数值模拟得到的温度与试验得到的温度吻合度较高,可应用于实际工程中;仿真模拟得到的温度更能有效地预测季节性冻土地区冬季冻土内部温度的发展规律。

为了服务青藏高原铁路建设需要,本文在分析青藏高原冻土水热物理特性基础上,研究了冻土测试专用热敏电阻的非线性特性,通过实验逐点测试传感器温度值并进行分段拟合,得到热敏电阻的阻温关系曲线。结合青藏高原恶劣自然环境,设计了一种适应于青藏高原不同深度冻土温度监测系统。引入四线制方法,巧妙地设计了64通道温度监测电路,实现了不同深度冻土温度监测功能。根据测试精度要求,提出一种温度校正方法,解决了热敏电阻测量不稳定,信号畸变等问题。经过系统性能分析与实验室测试,结果表明系统能够满足不同深度冻土温度监测精度要求,功耗较低,具有良好的工作性能。

祁连山冻土区木里盆地三露天井田自2008年首次钻采到天然气水合物实物样品以来,实现了中低纬度高山冻土区天然气水合物勘探的重大突破。天然气水合物钻孔DK-9于2013年发现水合物,通过对该孔长期地温实时监测,获得了稳态的地温数据。结果表明,祁连山多年冻土区聚乎更矿区三露天井田冻土层底界为约163 m,冻土层的厚度达约160 m,冻土层内的地温梯度为1.38℃/100 m,冻土层以下的地温梯度达4.85℃/100 m。根据天然气水合物形成的温-压条件分析,聚乎更矿区具备较好的天然气水合物形成条件,天然气水合物稳定带底界深度处于510～617 m之间。

将GSM技术应用到冻土区土壤温度自动监测中,以满足恶劣气候条件下的无人值守、长时间、多点监测需求。详细阐述了系统结构、施工过程及实验结果分析。结果表明,该系统测量精度高、可靠性好、功耗低,可实现较大范围内的多点测温及超远距离无线监测。

为简化青藏铁路冻土路基温度场现有测温系统,将单总线数字温度传感器DS18820应用于冻土路基温度场监测系统中,对传感器处理电路及关键元件参数、防水防尘封装方法及温度数据采集算法等做了具体介绍及实验验证。本系统大大降低了整个系统的复杂度和成本。为青藏铁路冻土路基温度场监测提供了一种新的方法。

着眼于对青藏铁路沿线多年冻土区典型段地温进行自动监测,并将所检测的数据传入监控中心,与其它有关信息综合分析、处理,设计了基于无线传感器网络WSN(wireless sensor networks)的青藏铁路冻土温度自动监测系统。该节点以CC2430为核心,通过温度传感器DS18B20对青藏铁路冻土温度进行监测。由其构成的WSN可为千里青藏铁路冻土区的安全运营和养护维修提供及时、有效、准确的监测数据,并对铁路长期运营、维修和养护提供科学依据。