青藏高原地区是我国经济发展的重点对象之一,铁路建设是实现稳定发展的前提。随着川藏线海拔逐渐增大,青藏高原地区具备了形成和保存多年冻土的低温条件,冻土的水热物理特性使得在冻土区修筑的铁路必将面临冻胀和融沉两大危险,严重损坏轨道地基,造成严重后果。为了服务青藏高原铁路建设和维护保障需要,设计了不同深度冻土温度分布式监测系统,旨在铁路建设与运行时,监测沿线土壤温度,实现冻土变化预警,做好防护措施。本文基于冻土的水热物理特性,结合其温度变化趋势,分析了系统需满足的监测精度、最大深度等性能参数。在此基础上,研究了适用于低温环境下的热敏电阻的非线性特性,通过实验逐点测试传感器温阻值,分段拟合,得到热敏电阻的温阻关系曲线,用于温度信号的监测与处理。根据青藏铁路沿线土壤面积大小及施工难易程度,研究了多通道信号传输技术和复用通道信号传输技术,设计了分布式64通道冻土监测系统和单通道64点冻土监测系统,具体研究内容如下:1、根据多通道信号传输技术,在分布式64通道冻土温度监测系统采集端,建立了64通道传感器群采集模型。为了消除引线误差,降低电压转换电路设计的复杂性,引入四线制方法,巧妙地设计了64通道温度采集电路,将各路采集点的温度阻值转为电压值,通过地下64根信号电缆传输至地面系统中。2、在系统接收端,利用继电器模块和译码器,设计了选通电路,选择性接收64路温度电压信号,可节约单片机85%的通用接口,并提高处理速度。3、针对热敏电阻老化导致信号畸变等问题,提出了一种温度校正方法,对短时间内同一传感器采集的3组温度值进行求差对比,分析了畸变信号的概率,去除畸变概率大的温度点,计算并输出处理后的温度值。64通道系统的优点在于信号串扰较小,精度较高,采集通道的耦合性较低,缺点在于布线繁杂,因此适用于布线容易的高精度监测环境。4、根据频分复用技术原理,建立了分布式单通道64点冻土温度监测系统温度采集模型,旨在提高信道利用率,降低布线难度。设置了各路调制信号的载波频率,设计了64路温度信号调制电路,在单通道中实现了64路信号传输。5、在单通道系统接收端,为了解决自动混频时,本地振荡信号发生频偏导致输出信号幅度失真问题,利用两个乘法器和一个带通滤波器,设计了二阶乘法混频电路,大大降低了中频信号的失真度,提高系统精度。单通道64点系统的优点在于信号传输线路较少,安装容易,易于维护,缺点在于信号间干扰较多,精度略低,因此适用于监测精度要求不高的大面积冻土区域。利用高低温实验室,模拟相似的冻土温度环境,分别对分布式64通道和单通道冻土温度监测系统进行了系统性能测试,并将两个系统的实验数据进行对比。实验结果可得,单通道冻土温度监测系统最大误差为0.2℃,但稳定性较高,适用于大范围的初步监测,64通道冻土温度监测系统温度误差约为0.1℃,偶尔出现误差偏大的温度点,适用于小范围的精密监测,两个系统均能满足实际需求。