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针对高速铁路轨道基准点测量工作中的自由设站问题,提出了一种利用方差分量估计理论高精度解算空间自由设站三维坐标的方法;推导了基于Helmert的全站仪自由设站三维间接平差模型以及线性化误差方程的严密公式,将其应用于高速铁路轨道基准点的测定,并详细介绍了工作流程。通过计算与分析发现,基于Helmert的自由设站三维间接平差模型是正确的,将其应用于高速铁路轨道基准点的测定工作是可行的。