铁路轨道是重要的交通设施,在国家的经济发展过程中有着至关重要的作用。在高强度的列车作用力以及轨道外部环境的影响下,铁路轨道发生形变,影响轨道的平顺性。铁路轨道的平顺状态对行车的平稳性和速度、乘客的舒适性、列车的运行安全以及列车和轨道的器件损害程度起着重要的影响。因此,在短时间内快速而精准地实现轨道不平顺测量任务对于保证轨道的日常维护和列车行车安全是必不可少的。目前,基于高精度全站仪的轨检小车在轨道绝对测量和不平顺检测中发挥着重要的作用。该系统采用“走走停停”模式对轨道进行逐一测量计算,可实现1mm的轨道绝对位置测量精度。随着我国高速铁路营运里程的大幅增长,该方法测量效率偏低,很难满足测量需求。近年来,基于高精度惯性导航系统的铁路轨道快速精密测量系统作为一种新的方法被应用于轨道不平顺检测中。该方法通过移动测量的方式可以实现亚毫米级的相对测量精度。但是,由于高精度惯性导航系统价格高昂,在轨道不平顺检测中进行大规模的推广应用成本很高。在这种情况下,本文重点关注轨道的短波不平顺,引入MEMS惯性器件代替高精度惯性导航系统进行轨道不平顺测量。相比于现有方案,使用MEMS系统可以大幅降低成本,利于市场的推广和应用。本文设计了基于MEMS惯性器件的铁路轨道不平顺测量系统,根据现场实测轨道数据来评估整个轨道不平顺测量系统的精度以及稳定性。为了提高本检测方法的测量精度,本文根据铁路轨道的强约束条件,采用了设计航向辅助、三维速度约束和整体平差约束等方法来减小量测误差。通过对同一段轨道进行多次测量进行分析,MEMS系统具有极好的姿态重复性和短波不平顺内符合精度,多次测量的姿态角差值小于0.015 deg(1σ),在30m范围内的短波轨向不平顺和高低不平顺的整体内符合精度在0.5mm以内。通过将MEMS系统和参考系统解算结果作对比分析外符合精度,表明该系统的轨距偏差、超高偏差、短波轨向不平顺以及高低不平顺测量结果可以保持亚毫米级的相对测量精度,适用于高铁轨道短波(30m弦,5m检核点对)不平顺测量的工程应用。与基于高精度惯性导航系统的轨道测量技术相比,基于MEMS系统的轨道不平顺测量系统成本很低,在实际工程应用中有利于该技术的大规模普及。