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通过分析重载铁路基础设施、机车及其运行环境监测的现状和迫切需求,研究建立了基于空天车地一体化的重载铁路运营与安全保障监测系统,包括静态空基监测平台、动态空基监测平台、车载监测平台及地面轨旁监测平台,详细阐述了系统的组成及其功能。根据重载铁路现场的典型监测需求,提出了空天车地一体化监测系统的架构设计及其各部分详细功能分析,为重载铁路系统的监测、重载铁路系统运行状态监测和预警服务的进一步理论和应用研究提供参考。