进入21世纪以来,中国的轨道交通行业步入一个跨越式发展的新阶段,轨道损坏和隧道病患是威胁运营舒适、便捷、安全、环保的两个重要因素,加强对轨道病害的检测,有利于提高列车运行的稳定性、安全性,减少能量的损耗,实现绿色环保,因此,提高轨道交通检测的快速性、准确性、高效性具有重要意义。但是,目前我国的城市轨道交通检查与维护面临着天窗时间短、作业环境恶劣、检测设备智能程度低、作业效率低下等诸多困难和限制。因此,本文围绕快速、多功能的轨道检测装备的研制和高效、高精度轨道病害检测方法的开发展开研究,主要研究内容有以下几个方面:首先,利用LiDAR/IMU/里程计组合定位获取载体平台的高精度运动轨迹,通过多源数据融合模型和系统标定参数,解算得到轨道沿线三维点云,并通过运动纠正模型得到轨道连续精密横断面,在此基础上,从几何定义上直接提取轨道几何参数。接着,提出一种基于自适应迭代最近点(AICP)算法的钢轨表面病害检测与分类算法。将测量的钢轨断面与钢轨标准断面模型的配准精度提高到亚毫米级,在此基础上提取出候选病害点,并使用K-means聚类法得到候选缺陷区域,最后使用决策树分类器将得到的缺陷分类,完成钢轨表面缺陷识别与分类。然后,提出一种基于小波变换和迭代最近点(ICP)算法的隧道衬砌表面裂缝识别方法。该方法通过改进的运动修正模型解算出隧道衬砌横断面并在系统标定参数下与标准断面模型初匹配,得到隧道衬砌横断面与标准断面模型的差值波形,利用小波变换滤除波形上的高频分量,得到无干扰隧道衬砌横断面,在此基础上采用ICP算法将无干扰隧道衬砌横断面与隧道标准断面模型精确匹配,从而根据隧道衬砌表面裂缝的特征快速、准确定位隧道衬砌表面裂缝区域并从连续断面中提取裂缝的长度、宽度和密度等几何信息。最后,在这些研究基础上,本文研制了一套轨道服役状态检测装置,集成了激光扫描仪,激光轮廓仪,里程计,惯性测量单元,全球定位系统等多种传感器,在同步控制作用下快速获取轨道全断面三维点云,实现了轨道几何参数测量,轨道表面病害检测和隧道表面裂缝检测,并通过一系列现场试验验证系统的测量精度和检测性能。