本发明公开了一种悬浮隧道管段姿态测量装置、试验系统及试验方法，测量装置包括用于与悬浮隧道模型管段相固定连接的支架，支架上固定连接有的背景板，背景板上设有的至少两个特征点，以及对特征点进行实时图像采集的图像采集装置；试验系统包括水池、模型管段以及任一所述的测量装置，模型管段放置于水池中，测量装置的支架固定安装在模型管段上；试验方法为制作支架以及背景板；将背景板固定安装在支架上，将支架固定安装在模型管段上，并将模型管段放置于水池中；利用图像采集装置记录特征点初始数据，将管段姿态调平；水池注水，保证特征点位于水面以上，进行工况试验，利用图像采集装置记录特征点位置变化。