本发明公开一种管道位姿测量装置及方法。装置包括导向动力组件、三个变径支架组件、周向旋转组件、检测组件和控制器。方法是：激光位移传感器在周向旋转组件的带动下周向旋转任意角度后，在管道内壁投射若干激光点，在算法中对这些激光点进行坐标转换和椭圆拟合，以此确定椭圆的轴线向量，最后在控制器计算出两管道轴线的相对位姿关系，以实现对大型管道的位姿估计。与传统机械检测相比，本发明提高了测量精度，实现了非接触式自动化操作，结构紧凑，实用性强。