线结构光钢轨轮廓全断面测量技术基于三角测量原理,通过结构光传感器获取钢轨的轮廓数据,并与标准钢轨轮廓配准,从而得到被测钢轨的垂直磨耗量和侧面磨耗量等参数,这些参数不仅可以用来掌握钢轨的服役状态,也可以指导钢轨打磨作业,是铁路运营维护的重要手段。该测量技术具有高速、高精度和非接触的特点,是国内外钢轨廓形动态检测的主流方式。然而,在现场应用中,由于成像质量易受干扰、系统标定误差、轮廓拼接误差和曲线段轮廓测量误差等因素的存在,影响了钢轨轮廓测量精度,因此,降低这些因素的干扰,实现钢轨轮廓全断面的高精度测量是本文的研究重点。本文的主要内容和创新成果如下:（1）针对铁路钢轨轮廓全断面测量系统仿真研究领域的空白现状,提出了基于Zemax的钢轨轮廓全断面测量系统仿真模型。从图像采集模块、系统标定模块和轮廓测量模块三个角度依次建模。该仿真模型具备图像采集功能、系统标定功能和钢轨轮廓全断面测量功能,能够准确模拟线结构光钢轨轮廓全断面测量过程,可以用于钢轨轮廓全断面测量的相关问题分析、实验验证和结果预测,为钢轨轮廓全断面测量系统的精度提升和可靠性评估提供了理论支撑。（2）针对现场应用中钢轨激光断面图像局部曝光异常问题,将偏振成像技术应用到钢轨轮廓测量系统中,提出了基于偏振融合的钢轨轮廓全断面成像方法,对钢轨轮廓全断面成像系统进行优化。通过光条信度评价构建了偏振分量图像融合算法,融合图像有效消除了钢轨激光断面图像出现的局部过曝和局部欠曝现象,图像质量得到明显改善。该方法有效克服了局部曝光异常问题对光条中心提取结果的影响,有利于提高复杂工况尤其是钢轨打磨后廓形检测精度和稳定性,确保廓形分析、对比以及评价的有效性,为提升钢轨轮廓全断面测量精度奠定了基础。（3）激光平面姿态缺乏有效评估方法,包括无法评估激光是否共面安装,以及激光平面与钢轨纵向是否垂直安装,这两种情况均会在系统标定时引入误差。针对前者,提出了基于平面靶标的激光平面可视化调整方法和基于平面靶标的钢轨纵向参数标定方法。通过三个平面靶标实时获取钢轨两侧激光平面的姿态信息,并通过平面法线夹角和平面距离构建激光共面评估方法,指导两个线激光器的共面调整操作。针对后者,通过平面靶标紧贴钢轨表面的形式获取钢轨纵向的方向向量,并利用钢轨纵向和激光平面法线的相关性建立激光平面与钢轨纵向的垂直度评估方法。通过这两个方法,将激光共面调整和组件安装等标定准备环节,从原来的具有精度低、实时性差和主观性特点的肉眼评估提升到具有精度高、实时性强和客观性特点的计算机视觉评估,从而降低了系统标定时引入的标定误差。该方法为钢轨轮廓测量系统的精度提升和可靠性评估提供了理论依据,为后续的测量系统标定和误差修正工作奠定了基础。（4）针对激光不共面安装导致的钢轨轮廓测量误差,提出了基于投影变换的激光不共面误差修正方法。利用钢轨纵向参数和世界坐标系原点建立与钢轨纵向垂直的辅助平面,通过将钢轨两侧半断面轮廓投影到辅助平面上,完成激光不共面误差修正。该方法在保证钢轨轮廓全断面测量精度的前提下,不需要钢轨左右两侧激光平面精确共面,只需大致对齐即可,大大降低了组件加工精度要求和现场安装环境要求,避免了现场繁琐、费时的激光平面精调过程。（5）为了解决曲线段钢轨轮廓测量误差较大的问题,提出了两种误差修正方法,分别是基于虚实结合的钢轨轮廓测量误差修正方法和基于双线结构光的钢轨轮廓测量误差修正方法。在第一种方法中,利用实际测量轮廓和辅助平面姿态参数生成虚拟钢轨,由虚拟钢轨与实际钢轨的重合度构建优化目标函数,求解最优辅助平面,将实际测量轮廓投影到最优辅助平面上,完成轮廓修正。在第二种方法中,利用第一激光平面实际测量轮廓和辅助平面姿态参数生成虚拟钢轨,并利用第一激光平面和第二激光平面的实际测量轮廓和两个平面姿态参数生成辅助钢轨,由虚拟钢轨和辅助钢轨的重合度构建优化目标函数,求解最优辅助平面,将实际测量轮廓投影到最优辅助平面上,完成轮廓修正。两种方法从三维的角度得到了与钢轨纵向垂直的平面,为钢轨轮廓测量误差分析与修正相关方面的研究工作提供了一种新的解决问题的思路。