测绘是确定被测对象的形状、大小、空间位置、属性并输出测量结果的工作，光学仪器极大地拓展了人们的观测能力，成为测绘工作必不可少的重要工具及设备。

在常规大地测量和工程测量中，边、角、高程测量是重要的测量任务。人类很早就发现了光的直线传播特性，利用其进行瞄准或准直。1611年，德国天文学家、光学家J.开普勒（Johannes Kepler，1571～1630）发明了开普勒望远镜。开普勒望远镜中间成实像，可在实像面加装特定标志即分划板实现瞄准功能，进而用于瞄准远方的物体。1640年，英国天文学家、数学家W.加斯科因^[注]（William Gascoigne，1612～1644）在分划板上安置了螺旋测微器，望远镜可以在小角度范围内进行角度测量。1662年，出现了管水准器，将望远镜与管水准器连接，利用管水准器将望远镜视准轴安置在水平位置，形成水准器水准仪，可配合水准标尺完成水准测量。1730年，英国仪器商J.西森^[注]（Jonathan Sisson，1690～1747）利用望远镜结合水平方向和垂直方向的测角装置制造了第一台经纬仪。

1922年，德国C.蔡司^[注]（Carl Zeiss）公司利用光学度盘测角生产了第一台光学经纬仪（Th1）。1948年，瑞典AGA公司生产了第一台以白炽灯为光源的光电测距仪（Geodimeter）。1950年，德国蔡司奥普通厂（Opton）生产了第一台自动安平水准仪（Ni2）。1961年，美国军方通过了第一台激光测距仪论证试验。1963年，德国芬奈（Fennel）推出第一台编码式电子经纬仪。1968年，瑞士威特（Wild）公司基于砷化镓（GaAs）发光二极管的光电测距仪（DI10）投入市场。1968年，德国蔡司奥普通厂（Opton）推出了第一台全站仪（Reg Elta14）。1983年，瑞士威特公司推出了基于动态测角原理的电子经纬仪（T2000）。1986年，瑞士凯姆（Kem）公司推出单波长光电测距仪（ME5000）。1986年，瑞士威特推出第一台无反射镜测距仪（DIOR3000）。1990年，瑞士徕卡公司生产了第一台电子水准仪（NA2000）。

在方位测量中，法国物理学家J.B.L.傅科^[注]（Jean Bernard Léon Foucault，1819-09-18～1868-02-11）命名了陀螺仪。20世纪60年代，出现测量型金属吊带式陀螺仪，瑞士威特公司的GAK1经纬仪是早期推出的半自动式陀螺经纬仪，1991年德国DMT公司推出了GYROMAT-2000型自动测量陀螺经纬仪。

在重力测量中，美国Micro-g公司生产了FG5及其改进型FG5X绝对重力仪，是基于自由落体激光干涉原理进行绝对重力测量。

在摄影测量中，1839年法国发明摄影术，1859年出现交会摄影测量，20世纪30～70年代出现了多种模拟摄影测量仪器如立体测图仪，80年代出现了解析测图仪，将相机设置于地面、空中、太空便可以进行近景、航空、航天的摄影测量。

光学测绘仪器种类繁多，不同仪器构造及原理不尽相同，典型模块有望远瞄准模块，利用望远镜分划板瞄准远处的目标。精密测角模块，利用光学度盘显微放大系统或光电精密测角技术，完成角度的精密测量。生成基准线、面模块，利用水准器、电子倾斜传感器、重力摆产生水平线面或铅垂线面。光学及光电测距模块，利用视距测量、光速时间测距法进行精密距离测量。量测图像生成模块，控制拍摄姿态，获取拍摄几何参数姿态参数，控制或校正畸变以获得量测图像。立体像对生成模块，利用双目摄影、等效双目摄影、倾斜摄影获取立体像对。立体像对量测模块，利用立体像对，解算指定点位坐标，生成符合精度要求的三维立体模型。多光谱成像模块，利用目标对不同波长的不同响应进行多光谱成像。密度及色度分析模块，利用光电检测技术检测图像点的密度及色度。

光学测绘仪器由光学元件、光电器件进行成像及量测，光学元件、光电器件成本昂贵，有着极高的洁净和定位要求，位移、应力、冲击、震动、潮湿、风沙、温度剧变都会影响成像及量测效果，与光学仪器一样，光学测绘仪器普遍对使用的条件要求较高。

光学测绘仪器精度要求高，使用环境苛刻，体积重量功耗受限，对仪器的设计、制造、检测的要求极高，为实现测绘需求，达到设计指标，光学测绘仪器往往使用精密的制造技术和严苛的工艺手段，运用最新科技材料，采纳最新科技成果。

随着科学技术的进步与发展，绝大部分的光学仪器都进化为光电仪器，现代光学测绘仪器实为光电测绘仪器，综合运用了光学、光电子、精密机械、微电子、计算机硬件及软件、网络通信、图像处理及人工智能等各个学科的先进成果，集成光学、机械、电子电路、计算机的硬件、软件于一体。

光学测绘仪器与测绘科学技术相互依赖、相互促进。测绘科技的发展，对光学测绘仪器提出了新的需求，光学测绘仪器的创新促使测绘科技获得理论和方法的突破性的进展，同时也必须认识到，光学测绘仪器的发展也受当时科技生产水平的制约。

光学测绘仪器具有光学计量仪器的精度要求，光学天文仪器以小测大以近测远的特点，军用光学仪器严苛的使用环境及体积重量功耗的要求。

不同的光学测绘仪器功能、性能及应用范围均不相同。

全站仪（图1）由望远镜瞄准模块、光电测角模块，光电测距模块，电子倾斜传感器及轴系安放系统组成。在一个测站完成合作目标中心相对仪器中心水平角、垂直角、距离等参数的测量，计算合作目标中心坐标，直接测图或放样。测角精度（多测回测角平均标准偏差）最高可达0.5″，测距精度可达1毫米+1×D毫米/千米，D为测距值。广泛应用于大地测量、工程测量等领域。

图1 全站仪

卫星激光测高仪（图2）由光电测距模块、激光发射及接受系统、指向测量系统、隔振系统、热控系统等组成。安装在卫星对地面的高精度激光测距仪，完成卫星对地球表面的激光测距及其他遥感功能。具有光束发散角小（微弧级）、指向误差小（微弧级）、测距重率高（千赫级）、测距精度高（厘米级）等性能，可实现测距回波的全波形记录。可以快速进行全球三维地形测量、植被分析、海冰分析等测绘遥感功能。

图2 卫星激光测高仪

绝对重力测量仪由真空落体机构、激光干涉测量机构、主动隔振支撑等部分组成，参考角锥棱镜在真空落体机构中做真空落体运动，位移量由激光干涉仪测出，控制系统记录位移和时刻，从而计算实验地点的绝对重力值。精度可达微伽级。用于高精度绝对重力测量。

依据测绘工作的类别可分为大地测量仪器、工程及工业测量仪器、摄影测量及遥感仪器、海洋测量仪器和地图制图仪器。依据测绘的对象可分为几何量测量及基准仪器、影像测量及光谱遥感仪器、水深水体参数测量仪器、颜色印刷测量仪器。典型的光学测绘仪器有水准仪、电子水准仪、经纬仪、电子经纬仪、光电测距仪（地面、机载、星载）、全站仪、三维激光扫描仪、陀螺仪、扫平仪、投线仪、准线仪、重力仪（绝对、相对）、激光跟踪仪、摄影测量相机（近景，航空，航天）、光谱仪（地面、航空、航天）、影像扫描仪、纠正仪、立体测图仪、解析测图仪、水体激光测深仪、浊度仪、光学密度计、分色仪等。