本发明公开了一种基于绝对坐标测量参考系的轨道参数测量装置及其方法，包括：一个小车平台，沿铁轨轨道运动，用于安装所需设备；一个惯性测量装置，安装在小车平台上，测量小车空间三轴方向上的转角运动量及加速度变化量；一个三维激光扫描仪，安装在小车平台上，测量反射物相对于三维激光扫描仪原点的空间位置坐标值；一个固定点及标记点观测系统，用于小车初始空间位置定位；一个轨距测量装置，安装在小车平台上，测量小车平台当前所处位置处铁轨的轨距参数；一台姿态及曲线参数计算机，根据测量值计算轨道的曲线参数。本发明能够克服现有技术测量速度慢，效率低下，测量结果精度低的技术问题，在保证测量精度的前提下，有效地提高了测量效率。