盾构机是一种集中了机械、光电、液压、电控等多学科为一体的大型专用工程机械设备,盾构施工法因其施工开挖土方量少、成本低、速度快、机械化程度高,在隧道工程中有着广泛的应用。随着城市规模的增大,轨道交通的发展日新月异,盾构机在隧道施工领域中扮演着重要的角色。隧道盾构法施工中,管片的拼装一直是施工中非常重要的一环,它不仅能保持隧道的结构形态,防止隧道沉降,而且能防止地下水渗漏,提供更加安全的施工空间。当前国内大部分管片拼装,其运输、拼装均需人工操作拼装管片机,拼装管片的速度和精度取决于工人的熟练程度。在整个管片拼装过程中会发生管片破损和拼装后管片与管片之间缝隙不均等问题,进而影响隧道建设的速度与质量。本文以管片拼装机为研究对象,使用视觉测量技术测量待拼装管片的位姿。针对管片大小不一的问题,采用在管片上固定靶标间接获取管片的位姿的方案。本文主要研究工作如下:1)首先,对摄像机成像模型及标定技术作了理论的剖析,采用张氏标定法对双目相机进行了标定,分析结果表明标定实验得出的相机参数与实际相符。设计了一种使用合作靶标间接测量管片位姿的方案,并阐述了管片位姿测量的原理。结合点特征位姿求解的研究现状,确定了靶标所需的特征点数目。分析了靶标尺寸对测量精度的影响,设计了实时识别靶标的图像算法流程并精确提取靶标的四个特征点,为位姿解算做准备。2)其次,融合了双目视觉及n点透视问题对靶标进行位姿求解。针对双目视觉测量的理论模型,从理论和实验分析了三角测量法和射线交汇法的测量精度,实验表明射线交汇法具有更高的测量精度;对于目前的PnP算法,实验中对比了不同算法在特征点为4时的测量精度,筛选出了具有较高精度的旋转矩阵求解算法。3)最后,搭建了六自由度视觉位姿的测量装置检验视觉算法的求解精度,并借助高精度棋盘格对视觉测量位姿的绝对误差进行验证。结果表明融合双目视觉及n点透视问题能提高位姿求解的精度,且平移相对误差没有超过1mm,x轴和y轴的绝对平移误差均小于0.6mm,转角相对及绝对误差小于1度。