本发明涉及一种机场道面水膜厚度的高精度监测装置，包括外罩、刻度尺、摄像头和数据处理模块；外罩为底面开口的立方体结构，放置在机场的道肩上，刻度尺和摄像头设置在外罩内，刻度尺的底端靠近并垂直于道肩表面，顶端与外罩内表面相连，摄像头与外罩内表面相连，摄像头的镜头对齐刻度尺的刻度面；数据处理模块与摄像头通信连接，根据摄像头和刻度尺的参数建立参考模型，获取摄像头采集的图像，并执行以下步骤：对图像预处理，识别图像中的气水分界线作为水膜上表面；计算水膜上表面到图像底边的像素距离；将像素距离代入参考模型，得到水膜厚度。与现有技术相比，本发明测量直观有效，数据精度高，操作简便、实时监测反馈机场道面的水膜厚度。