本发明公开了一种随动式防倒车全自动化采样装置及其采样方法，采样装置包括运行监测装置、全自动采样中控系统、操纵各系统作业的电控及液压装置、以及采样装置；运行监测装置包括在火车轨道两侧和采样装置上设置的若干传感器和探测器；全自动采样中控系统与运行监测装置和采样装置连接；采样装置包括固定在火车轨道上方的桥式机架、可在桥式机架上水平滑动的小车行走机构、以及设置在小车行走机构上可升降的用于在前进中火车车厢上采集样品的采样头。本发明所提供的随动式防倒车全自动化采样装置及其采样方法，可实现全过程随动式采样、自动识别倒车风险、无需人为干预，提高了工作效率、降低了人工劳动强度和可能发生的危险。