哈大高铁的开通运行，标志着世界上首条寒区高速铁路正式投入使用。寒区高铁的安全运营牵动各方关注，由于寒区高铁面临更多不确定的安全因素，因此研究寒区高铁轨道安全监测迫在眉睫。当前，高铁轨道安全监测系统主要采用轨道检测列车对轨道的几何状态进行监测。但是这种检测技术只能在夜间无列车通过时进行检测，无法满足对高铁轨道运营状态的实时监测。光纤光栅具有抗电磁干扰、工作温度范围宽、体积小、易安装、防腐蚀、耐潮湿等优点，是寒区高铁监测的最有效手段之一。本论文根据寒区高铁的特点采用基于光纤光栅的轨道应变传感器、轨道位移传感器和静力水准仪对高铁的轨道基础设施进行多参量测量，研究了高铁轨道与光纤光栅传感器之间协同变形的测试方法，将钢轨的温度场应力转化为光纤光栅的中心波长变化，实现轨道热膨胀变形监测的功能。论文中详细介绍光纤光栅应变传感和位移传感基本原理以及静力水准仪基本原理，研究了适于寒区高铁轨道安全监测的轨道热膨胀应力、高铁路基沉降和高铁轨道位移的监测方案，对轨道应变传感器进行了理论分析，对轨道位移传感器和静力水准仪进行了设计。利用LabVIEW软件编写传感器信息采集程序，完成波长采样、数据存储和波形显示，可通过无线终端进行远程传输，实现大温差寒区环境的高铁轨道基础关键参数的监测。通过波分复用集成的光纤光栅多参量传感网络将为寒区高铁轨道设施的安全服役提供有力的技术保障。