轨道线路关键参数精确检测是确保轨道交通安全运营的关键技术。随着我国高速铁路、城际铁路、城市轨道交通的快速发展,以光学基准法等方法为代表的传统线路测量手段存在精度低、效率低等方面的问题,均难以满足轨道交通建设和发展的需要,迫切需要高速、高效、高精度的测量技术和仪器,基于惯性原理的轨道线路关键参数检测方法有望同时解决测量精度和效率的问题。本文结合铁路线路测量检测需求,针对轨道线路测量精度低、效率低等问题,基于惯性测量原理,建立多源信息融合模型,分析其误差特性,研究多源信息融合处理算法,提出轨道线路关键参数精确检测方法,并研制了满足工程应用需求的便携式轨检仪和车载轨道检测系统。本文主要工作和创新性内容包括:(1)基于“平顺性”等轨道几何参数物理含义及数学表达,分析轨道几何参数与惯性测量参数之间的转换关系;建立惯性/里程计组合导航误差模型,分析关键误差可观测性,确定影响轨道几何参数测量精度的关键因素,并进行仿真分析。(2)针对便携式轨检仪里程计打滑导致测量误差增大问题,提出一种里程计打滑判断方法,准确判断打滑发生起止时间,避免里程计工作异常导致测量误差;针对小转弯半径下测量误差大的问题,提出一种结构误差补偿方法,提高了测量精度;结合车载轨道检测系统应用,提出一种结构误差补偿方法,解决了惯性测量单元与里程计空间一致性问题;提出一种惯性/激光器几何位置关系在线标校方法,简化车载轨道检测系统惯性基准与光学测量仪器之间安装误差角的标校流程。(3)针对传统单一惯性测量方法误差发散、精度低的问题,为实现亚毫米级精确测量,充分利用多源信息进行数据融合,提出一种基于航迹隶属度的双滤波器信息融合算法,实现惯性/里程计/设计线形等多源信息的有效综合利用,与传统数据处理方法分析对比,提高检测精度。(4)基于以上理论分析和方法论证,设计便携式轨检仪和车载轨道检测系统,研制工程样机,并进行测试。便携式轨检仪和车载轨道检测系统均实现了较高的技术指标,其中,平面及高低平顺性等典型参数达到了测量精度毫米级的技术指标,可满足国内外高速铁路建设对轨道几何参数测量的高精度要求。