垂准测量的传统方法是采用挂锤球、经纬仪投影和激光铅垂仪法来传递坐标，但这几种方法均受施工场地及周围环境的制约，当视线受阻，超过一定高度或自然条件不佳时，施测就无法进行。随着科技的进步，新一代垂准经纬仪的问世，从而解决了传统垂准测量方法中的难题，能在各种困难条件下进行施测，使垂准测量方法进一步完善。天顶法垂准测量的基本原理，是应用经纬仪望远镜进行天顶观测时，经纬仪轴系间必须满足下列条件：
①水准管轴应垂直于竖轴；
②视准轴应垂直于横轴；
③横轴应垂直于竖轴。则视准轴与竖轴是在同一方向线上。当望远镜指向天顶时，旋转仪器，利用视准轴线可以在天顶目标上与仪器的空间画出一个倒锥形轨迹。然后调动望远镜微动手轮，逐步归化，往复多次，直至锥形轨迹的半径达到最小，近似铅垂。天顶目标分划上的呈像，经望远镜棱镜通过90°折射进行观测。
天顶垂准测量使用的仪器及附属设备
上海第三光学仪器厂的DJK-6普通经纬仪和上海第三光学仪器厂于1985年研制成的DJ6-C6垂准经纬仪；其他国产的J6、J2经纬仪（但望远镜要短，能置于天顶）；附属设备与仪器望远镜目镜相配的弯管棱镜组或直角棱镜；目标分划板（可以根据需要设计制作）。
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