铁路、隧道、桥梁等基础设施的路基发生微小的变形,可能会造成路面、隧道裂缝,甚至路面坍塌等事故,因此及时掌握路基沉降变形情况对基础设施的安全运营至关重要。但传统的路基表面沉降监测方法检测精度低且后期维护困难,而图像式路基表面沉降监测技术有效克服了传统方法的不足,凭借摄像测量和位姿传递测量实现了有害路段大范围、全自动、非接触式、实时性强以及高精度的路基沉降监测。本文针对图像式路基沉降位姿传递测量方法在长期监测过程中出现的相关问题展开研究,并将研究成果应用到路基表面沉降监测系统中。首先,根据摄像测量基础理论分析摄像机成像模型,对摄像机针孔成像模型和非线性模型进行详细阐述,并通过相机标定获得相机参数。然后研究两级位姿传递测量方法的原理,分析单元位姿传递测量系统的测量原理。最后得出多级位姿传递测量系统的数学模型,并对多级位姿传递测量系统原理做出详细概述。其次,针对监测系统在实际运营中由于列车振动影响导致相机与靶面位姿发生偏转,产生测量误差的问题,研究设计了监测点位姿测量系统,主要设计了区别于传统特征点的特征点靶面,利用特征点实现相机与靶面相对位姿的测量,并利用特殊特征点实现靶面校正。最后通过实验验证了该位姿测量系统以及位姿解算方法的有效性。然后,根据监测系统安装的实际环境分析了影响光斑图像质量的主要因素,其主要因素为光源特性和接收靶面特性的变化,并通过分析光斑图像的特征变化得出了监测系统的光斑图像质量评估方法。最后通过实验筛选得出最优的光斑图像平均灰度值。最后,将本文所设计的位姿测量系统应用于监测系统并安装于铁路道床两侧,利用最优光斑图像质量灰度值筛选光斑图像以及应用位姿测量系统修正相机与靶面之间的偏转。最后通过监测中心所采集的数据分析得出现场实验的路基沉降规律。现场实验结果表明,改进后的监测系统能够有效修正相机与靶面之间的偏转,进一步提高了监测精度,实现了真正意义上的非接触、自动化和高精度的监测。