在常规的全站仪测量过程中,在正式观测之前一般都需要进行对中和整平操作。随着现代测量技术水平的提高和高速铁路测量技术的不断发展,某些传统的测量习惯被打破,例如高铁精密测量中的全站仪自由设站和自由测站都无需对全站仪进行对中。在一些实际工作中,对全站仪进行对中整平费时费力,影响测量效率。鉴于此,本文对智能型全站仪不整平测量技术进行研究,主要研究的内容包括以下几点:第一,通过对全站仪不整平状态下三维观测值测量精度的观测实验,验证了智能型全站仪在不整平状态下测量所得的斜距观测值的精度较高,全站仪在整平与不整平状态下观测对斜距观测值的精度影响不大。同时,根据对全站仪不整平测量时的三维坐标计算模型的验证实验,验证了全站仪在不整平状态下的三维坐标计算模型。第二,研究了全站仪不整平三维后方距离交会测量的相关算法,介绍了几何消元法和解析消元法求解三维距离后方交会点近似坐标的方法,并推导了其平差算法与精度评定模型,最后利用实验数据对上述算法进行验证,同时对两种消元法的平差结果进行了对比分析。第三,提出了全站仪不整平自由测站测量及其数据处理方法,即利用罗德里格矩阵代替空间坐标转换模型中的旋转矩阵来直接解算坐标转换参数,实现站心坐标系下待定点坐标到工程独立坐标系的坐标转换。同时,通过对基于实验数据的罗德里格矩阵的空间坐标转换模型和布尔沙的空间坐标转换模型解算结果的比较,得出了基于罗德里格矩阵的空间坐标转换模型能够适用于任意旋转角的空间坐标转换,且转换精度高。第四,在现有的轨道平顺性检测技术与方法的前提下,介绍了全站仪不整平测量技术在轨道平顺性检测中的应用思路和方法,推导了全站仪仪器中心坐标与轨道中线坐标间的关系计算模型以及轨顶三维实测坐标的计算方法。