学术研究
青藏高原多年冻土区是世界上中、低纬度带上海拔最高、面积最大的冻土区，冻土分布区域海拔一般超过4000m。在全球气候变暖的背景下，青藏高原气候也随之转暖并影响着多年冻土发育和分布，而高原多年冻土温度、厚度及空间分布的变化是对气候变化的响应。青藏铁路北起青海省西宁市，南至西藏拉萨市，全长1937公里，主要建设在青藏高原海拔4000m-5000m的多年冻土区上。青藏铁路穿越了550km多年冻土区，其中高温高含冰路段长约134km。青海～西藏±400kV直流联网工程北起青海格尔木，南至西藏拉萨附近的拉萨换流站，采用直流±400kV的标准，输电距离1100余公里。该工程是首次在青藏高原海拔4000m-5000m以上地区、乃至世界多年冻土区建设该高标准的高压直流线路。
在多年冻土区由于多年冻土、厚层地下冰的存在，使得青藏铁路路基和青藏直流联网输电线路塔基稳定性具有极大的不确定性。冻土具有热稳定性差、厚层地下冰和高含冰量冻土所占比重大、对气候变暖反应极为敏感以及水热活动强烈等特性。随着外界环境的变化，冻土中冰体的融化会导致路基和塔基基础的快速、极度弱化，对工程稳定性产生重要影响。同时还会在季节冻融循环过程中，塔基易出现地基土的冻胀、融沉等问题，对工程进一步产生不利影响。
虽然，已经开展了很多有关青藏高原冻土分布特征、力学特性、变化预测等诸多方面的研究，然而由于青藏铁路工程和青藏直流联网输电线路工程地质条件复杂，决定了多年冻土地区工程建设和修建仍然具有较强的探索性和实践性。如何正确认识气候变化、工程作用下冻土发展过程，以及冻土变化与铁路路基稳定性相互关系成为了亟待解决的问题。
面对这些问题，只有通过综合考虑对青藏铁路和青藏直流联网输电线路工程沿线的典型地貌单元、冻土单元、路基和塔基基础形式等建立的长期监测系统，通过对路基和塔基周围冻土的温度、沉降变形等进行重点监测，这些关键数据的获得，才能对路基稳定性的变化趋势做出准确把握和判断，并对可能出现的工程病害提早做出科学预防和诊断，将会对输电线路塔基稳定性的预测、预警、问题分析等提供重要保证。目前，已在青藏铁路和青藏直流联网输电线路工程沿线的多年冻土地区建立长期监测系统，对路基和塔基周围冻土的温度、沉降变形等进行重点监测以获得关键数据。这些长期监测系统的建立为青藏铁路和青藏直流联网输电线路工程沿线中的冻土研究积累了海量的关键数据，对未来多年冻土变化趋势、路基和塔基的稳定性预测、工程效果长期评价提供了有效科学依据。但这些观测数据的爆炸式增长，对后期计算分析和研究带来极大的挑战，因此针对这些观测数据进行相关的数据密集型计算方法的研究和可视化分析方法和环境的研究就显得尤为重要。
技术问题及解决方案：
1、研究青藏铁路和青藏直流联网输电线路工程沿线中冻土的冻融循环过程、冻土与路基的相互作用的数据密集计算方法
青藏铁路和青藏直流联网输电线路工程建设中冻土工程的核心问题是铁路路基和输电线路塔基的冻胀和融沉及长期稳定性问题。土体的冻胀和融沉是复杂的过程，涉及到水分的迁移、温度场的变化以及应力场的作用。在不同的环境条件下，冻融循环过程、水分迁移过程、冻土类型对路基和塔基稳定性的影响就成为研究重点。
但这些方面的研究都离不开大量观测数据的密集型计算，我们研究相关数据密集型计算的方法和算法，并在中科院寒旱所的高性能计算环境下进行密集型计算，以研究铁路路基和输电线路塔基的土质、含水量、压实度、荷载等对土体压缩参数及融沉性的影响，以及冻土与路基和塔基的相互作用。
2、建立青藏铁路路基和青藏直流联网输电线路塔基与冻土相互作用仿真计算模型及数值模拟
通过对现场勘探、气象、地温及路基和塔基变形的监测资料的收集，结合不同地质结构的路基和塔基形式，构建多个典型监测单元的数值仿真计算模型，在不断分析路基和塔基稳定性的基础上，结合逐年的观测资料不断对计算模型进行验证性修正，最终对其长期变化过程和长期稳定性进行综合评判。并对这些数值仿真计算模型在高性能计算环境下进行大量的数值模拟，从而分析预测路基和塔基与冻土相互作用过程中的相互关系及长期变化趋势。
3、研究青藏铁路路基和青藏直流联网输电线路塔基长期观测数据的可视化分析方法
面对长期监测系统采集的庞大数据量，传统的PC系统由于处理速度、GPU绘制能力和显示分辨率的限制，无法满足对其进行可视化分析的需求。将并行可视化技术应用到大规模观测数据中，使科学家们可以深入观察试验结果的细节，并研究使用其它的可视化方法如等值线方法、3维展示方法分析模拟结果，这将对于发掘隐藏信息有极大的帮助。对这些海量数据的可视化方法的研究，才能对路基稳定性的变化趋势做出准确把握和判断，并对可能出现的工程病害提早做出科学预防和诊断，将会对路基稳定性的预测、预警、问题分析等提供重要保证。
目前，系统已实现等值线图防范可视化分析青藏铁路路基和青藏直流联网输电线路塔基地温的变化数据可视化分析，以便于研究人员更直观、方便的发现青藏高原冻土变化过程的科学规律。该软件可及时、准确地了解被观察区域内冻土变化过程和稳定性情况，并可根据分析结果对相关区域采取措施进行处理，从而保障了青藏铁路稳定、可靠的运行。它也为地学数据的可视化表达和分析提供了新的研究思路。
主要技术特征：
a. 准确、快捷地存储和管理海量的长期监测系统观测数据
b. 观测数据存储采用关系型数据库格式，便于以后进行科学分析和处理
c.可视化软件可帮助研究者迅速方便的、自动化地制作观测断面的等值线图，减少了人力成本，提高了工作效率
d.直接面向专业研究人员，操作简单，使用便利。
应用范围：
青藏铁路和青藏直流联网输电线路工程沿线中冻土变化过程的数据密集型计算。可视化分析和研究。可推广至相关冻土分析好研究领域。
