本发明公开了一种铁路道砟厚度无损快速测量系统及测量方法，属于无损检测技术领域。本发明设计加工了用于搭载探地雷达、GPS定位设备、测距轮的轻便式轨道小车，研发了特征层自动追踪人机交互技术，形成了集探测、定位于一体的铁路道砟厚度快速测量系统，具有轻便、定位准确、分辨率高、测量成果连续等优点，解决了既有铁路道砟厚度难以测量的问题，以无损测量的方法替代了传统人工挖掘道砟测量的方式，同时能够提供线路下方连续的道砟厚度值，便于精细化设计工作的开展，并且效率非常高，每小时可测量几十公里以上的道砟厚度值，本发明可为铁路运营、维护及改造提供有力的技术支撑，具备很好的应用前景。