测站点到目标点的视线与水平线在竖直面内的夹角称为竖直角。如图3-2所示，视线AB与水平线AB′的夹角 α ，为AB方向线的竖直角。其角值从水平线算起，向上为正，称为仰角；向下为负，称为俯角。范围为0°～±90°。
图3-2 竖直角测量原理
视线与测站点天顶方向之间的夹角称为天顶距。图3-2中以 Z 表示，其数值为0 ° ～180 ° ，均为正值。显然，同一目标方向的竖直角 α 和天顶距 Z 有之间如下关系：
α =90 ° – Z （3 – 1）
为了观测竖直角或天顶距，经纬仪上必须装置一个带有刻划注记的竖直圆盘，即竖直度盘，该度盘中心在望远镜旋转轴上，竖直度盘随望远镜一起上下转动；竖直度盘的读数指标线与竖盘指标水准管相连，当该水准管气泡居中时，指标线处于某一固定位置。显然，照准轴水平时的度盘读数与照准目标时度盘读数之差，即为所求竖直角 α 。
光学经纬仪就是根据上述测角原理而设计制造的一种测角仪器。同时，经纬仪还可以进行视距测量。