轨道不平顺是导致车辆和轨道产生振动和破坏的根源。目前轨道不平顺主要通过轨检车来进行检测。由于检测车辆与实际运营的各种列车在速度、轴重、悬挂系统等存在差异,检测车辆动态获取的轨道不平顺参数不能反映运营列车通过时的线路真实状态,从而不能保证其它运营列车的安全。本论文以国家自然科学基金“高速铁路线路安全状态评估理论与关键算法研究”为依托,研究了基于车辆-轨道垂向耦合模型的估计轨道不平顺的相关算法,为评估列车运行的安全性和舒适性提供科学依据。本论文首先采用车辆-轨道垂向耦合模型,选择最小二乘准则指导遗传算法估计轨道静态不平顺,使得Newmark预测-校正积分法计算的模型的理论输出值和轨检车测量的车辆系统位移、速度、加速度和轨道动态不平顺的误差平方和最小。然后,在轨道静态不平顺估计的基础上,本文基于UKF滤波算法,结合其它车辆测量的车辆系统位移、速度和加速度,估计其它车辆通过此轨道时车辆和轨道的响应,从而得到轨道的动态不平顺。仿真结果表明,估计的轨道静态不平顺和车辆-轨道系统的位移和加速度能很好的跟上真值的变化,实现了对不同列车通过相同轨道时的线路真实状态估计。