无砟轨道在施工过程中必须保证其初始的高平顺性,在运营过程中要及时检测轨道变形与位移对平顺性的影响,需要使用高精度的检测设备对轨道进行精调与检测。本文在对我国无砟轨道检测需求深入研究的基础上,通过对国内外技术的广泛比较和消化,开发出一套具有独立知识产权的便携、智能、高精度CTL2006A型无砟轨道三维检测系统,对促进我国高速铁路的发展具有显著的社会效益和经济效益。本文以高速铁路工程测量体系的建立作为切入点,论述了传统铁路工程测量的缺点与不足。针对无砟轨道对精调及检测的要求,提出了轨检系统内部几何参数和外部几何参数测量一体化的设计方案,构建了无砟轨道检测的理论体系,建立了无砟轨道三维检测的数学模型。对无砟轨道三维检测系统的架构、技术、界面及功能进行了设计,解决了系统研制过程中自由设站自动观测、无线电通讯及数据后处理等关键技术问题,并在Visual Studio.NET平台上进行软件集成并得到实现。最后,作者探讨了无砟轨道三维检测系统的误差来源并对其进行了分类,建立了轨道检测中误差影响的数学模型,对误差影响的机理进行分析。系统采用Helmert方差分量估计的抗差解来解决测站平差中随机模型误差和观测值粗差对平差结果的影响,并提出了削弱其它误差影响的解决办法。通过系统相关实验数据,对系统内部几何参数测量的不确定度进行评价,在考虑CPⅢ控制点精度条件下通过最小二乘配置方法对系统外部几何参数测量的精度进行了分析。评价和分析的结果表明,CTL2006A型无砟轨道三维检测系统的精度满足我国无砟轨道精调施工与轨道检测的需要,达到国外同类产品的精度水平。