摘要：方案介绍本方案针对冻土区（包括季节性冻土和永久冻土）中土壤温度、水分、冻结状态和热通量的动态变化进行长期在线监测。系统通过多点温度传感器、冻融状态识别探头和数据采集器，实现对冻土层的实时监控，服务于气候变化研究、基础设施安全保障、生态环境保护等领域。
方案介绍
本方案针对冻土区（包括季节性冻土和永久冻土）中土壤温度、水分、冻结状态和热通量的动态变化进行长期在线监测。系统通过多点温度传感器、冻融状态识别探头和数据采集器，实现对冻土层的实时监控，服务于气候变化研究、基础设施安全保障、生态环境保护等领域。
监测目标
连续监测不同深度土壤的温度变化掌握土壤冻融动态过程及其时空分布特征评估活动层厚度与永久冻土界面的年际变化为冻土对工程结构影响评估和生态建模提供基础数据需求分析
系统能在极寒、高原或高纬度环境中长期稳定运行具备多层次土壤温度与水分监测能力数据传输远程化、自动化，便于平台化管理可识别冻结/解冻状态及冰-水转变特征系统低功耗，支持独立太阳能供电监测方法
采用埋设式温度传感链、水分/冻结识别传感器、热通量板等，布设在不同土层深度，实现对土壤冻结过程、活动层厚度变化等的连续监测，数据通过采集器上传至服务器平台进行分析。
应用原理
冻土监测基于热传导、介电常数变化和相变原理，利用传感器测量土壤在冻结和解冻过程中温度、水分、电导率的变化。冻结状态下介电常数下降，传感器可判别冻结层界面与厚度。
功能特点
多层温度剖面数据采集（通常为0–5 m）实时识别冻融界面和状态变化具备土壤水分、电导率监测功能系统防寒抗冻、自动加热保护电路支持远程监控、数据导出与趋势分析可扩展雪深、地表温度、气象参数同步监测硬件清单
多点土壤温度传感器链（10–30点）土壤水分/冻结状态传感器数据采集器（含SD卡存储、通信模块）土壤热通量板（可选）地表红外温度传感器（可选）通讯模块（4G/LoRa/北斗短报文）太阳能供电系统+蓄电池仪器防护箱、防冻套管和支架系统硬件参数（量程、精度）
温度量程：-50℃～+50℃，精度：±0.1～0.3℃水分监测范围：0～100% VWC，精度：±2–3%冻融识别误差：±2 cm（界面层）热通量量程：±200 W/m²，精度：±5%通信方式：RS485/4G/NB-IoT/LoRa电源：太阳能板40–80W，蓄电池容量≥40Ah方案实现
选择代表性冻土区或工程区，钻孔埋设温度链，按20–50 cm间隔布设温度点，部分点位配套水分与冻结状态传感器。数据采集系统周期采样，实时上传至云平台，通过软件进行数据可视化与历史趋势分析。
数据分析
活动层厚度年际变化曲线冻融过程温度-时间剖面图冻融循环频次与持续时间统计冻融界面深度变化与气候因子相关性分析基于热通量与温度差估算土壤热传导率预警决策
冻融临界温度报警，防止地基结构受损活动层过厚预警，提示生态系统潜在风险快速冻融循环识别，预警道路滑坡或塌陷风险为建设项目提供冻土稳定性判断依据系统可靠性高，可长期野外无人值守运行多参数集成，全面反映土壤冻融动态过程可部署于高寒、高海拔、极端气候区域自动化程度高，适合科研与工程同步应用可与气象、植被、地质等数据集成建模分析应用领域
高寒/高原冻土区气候变化监测工程地质环境安全评估（道路、铁路、管道）冻土对森林、湿地生态系统的影响研究北方农业区耕层冻融周期监控国家重点生态功能区环境评估与预警高原城市地基冻胀监控与治理评估效益分析
为冻土区基础设施建设提供风险评估数据支撑减少因冻融引起的道路、管网等破坏风险支持区域生态监测与气候变化响应研究提升边远高原区环境自动化观测能力服务国家重大工程与边境监测任务国标规范
GB/T 21139-2007《季节性冻土地区建筑地基设计规范》GB 50040-2019《建筑地基基础设计规范》GB/T 31711-2015《土壤温度测定方法》LY/T 2223-2013《森林冻土生态监测方法》JTG E40-2007《公路路基设计规范》参考文献
Cheng, G., & Wu, T. (2007). Responses of permafrost to climate change and their environmental significance.吴青柏等.《冻土工程》. 科学出版社Zhang T. et al. (2005). Frozen ground monitoring and modeling in China.李华钟等.《中国冻土监测技术与应用》. 高等教育出版社案例分享
案例1：青藏铁路冻土段部署深层温度链系统，动态监控多年冻土活动层厚度变化，为路基稳定性评估提供支撑。
案例2：黑龙江某寒温带林区部署土壤冻结在线监测系统，结合生态监测评估林地冻融对碳释放影响。
案例3：甘肃玛曲高寒草原冻土监测点实现无人值守运行4年以上，数据支撑国家气候变化响应评估项目。
来源：欣仰邦
