近几年国内各大城市都在快速推进地铁建设的进程,但是我国的大多数地铁隧道都建在孱弱的第四纪沉积土体中,容易发生较大的沉降病害,因此地铁隧道建成后的沉降检测和维护对于保障地铁运营安全意义重大。现有的地铁隧道沉降检测技术的自动化程度普遍不高,主要还是依靠人工进行测量操作,工作量巨大且成本高昂。因此,本文旨在研发一套用于自动测量地铁隧道沉降数据的系统,确保沉降测量精度的同时,可以进行自动化检测,提高效率,保障地铁安全运营。本文基于水准测量原理,应用机器视觉、图像处理等技术实现了传统水准测量的自动化,并设计了移动式地铁隧道沉降自动检测系统的总体方案。参考人工水准测量操作步骤选用相应的硬件设备实现自动化测量;考虑地铁隧道实际环境,设计了整个系统的测量过程;针对传统地铁列车定位方式存在的问题,提出了基于图像处理的测量点定位算法以及基于二维码识别的测量点全隧道定位方法,实现了对地铁隧道原有沉降测量点的精确定位,可以准确知道地铁隧道发生较大沉降的位置,便于及时进行维护;提出了基于特征的标尺定位追踪算法,利用相机焦平面的角度关系和串口通信等,实现电子水准仪自动对准标尺的功能,并且能够自动进行沉降测量、数据回传等操作;编写了一个上位机程序,实现图像处理算法、硬件设备控制、数据存储等功能。通过在实验室环境中进行测量点定位算法及检测系统测量精度的实验,验证了所设计的算法具有较强的鲁棒性,而且测量精度能够满足项目要求。通过在广州地铁厦滘车辆段隧道的实地实验,证明所设计的移动式地铁隧道沉降自动检测系统能够实现地铁隧道沉降的自动化测量,对于保障隧道结构安全稳定和地铁安全运营具有重大的意义。