全站仪可视为光学、电子、经纬仪和激光测距仪。此外，内部电路和计算机系统将两个功能结合起来。目标点的三维坐标通过计算仪器测量的斜距、水平角和垂直角的计算实现。
例如，三坐标测量机测量地面上某一点的三维坐标是以下过程：
1、在已知的某一点上建立仪器，该点必须能够与被测点通过视线。
2、建立测量站：输入测量站的NEZ三维坐标值
3、对准后视角：仪器自动计算输入后视角或输入后视角NE坐标的坐标方位角。方位角是指测量站点-后视点基线的坐标方位角。操作望远镜照射到后视点，单击OK，仪器自动将其水平度板值设置为方位角，即配电站。之后，如果您旋转望远镜，望远镜指向的水平度板值是该方向的坐标方位角。
4、测量目标棱镜：根据目标棱镜中心，按测量键，仪器开始测量从仪器中心到目标棱镜的斜距，同时获得垂直磁盘读数（请注意，垂直磁盘不需要设置磁盘匹配，因为仪器中有垂直传感器。一般情况下，仪器中可设置垂直磁盘的水平方向为0或天顶为0。这两种设置都不会影响仪器的输出。仪器的望远程镜中心-目标的仰/俯角）。
三坐标测量机根据测量的仰/俯角和斜距，从目标到仪器的平距和高度差可以通过三角函数解决。通过正确计算目标点的平坦、坐标方位角和NE坐标，可以正确计算目标点的NE坐标；测量站点高程、仪器高度（从仪器望远程镜中心到测试站点的高度差）、从仪器望远程镜中心到目标棱镜的高度差、目标棱镜高度（从目标棱镜中心到地面的目标点的高度差）是已知的，目标点的高度可以通过四个计算得到；因此，可以测量目标点的NEZ坐标。
整个全站仪的所有其他功能也基于这三种物理测量数据的计算。
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