在现代制造业中,大尺寸空间三维坐标测量系统应用越来越广泛。经纬仪三维坐标测量系统以其测量非接触、灵活性、高精度等优点广泛应用于航空航天、水利水电、汽车制造等诸多领域,该系统能够根据被测目标的特点合理布设其位置以满足不同的测量要求,因此对经纬仪测量系统的研究对大尺度测量研究及工程应用有着重要的意义。定向方法及技术、算法是决定经纬仪坐标测量系统使用方便性和精度的重要因素,论文研究了两种定向方法,对所实现的两种定向方法的不同特点进行了比较,并通过大量实验进一步分析定向对测量精度的影响;针对系统移动式测量的特点,研究了多冗余数据下坐标系的配准方法,有效解决了测量过程中测站的迁移问题,并且该理论也可应用于其它移动式测量设备,具有普遍意义;完成了系统的软件设计开发工作,实现了整个系统的有机融合统一;最后设计了相关实验检验测量及其它相关模块的精度,取得了良好的效果。论文中的主要研究内容如下:1.综述了多种空间大尺寸三维坐标测量系统以及经纬仪测量系统的基本原理、系统特点等并进行了分析与比较,给出了本课题的研究意义。2.研究了光束平差和精确互瞄两种定向方法,并比较了其特点。3.针对系统测量元素多元化的特点,添加了丰富的元素构造与分析功能,并给出了相应的误差评价方法。4.研究了多冗余数据下坐标系的配准理论,并研究了剔除超差点的方法。5.实现了系统通信模块,数据管理模块,定向、测量、元素构造与分析、坐标系配准功能模块,界面模块等的设计,最终完成了整个系统软件的开发设计工作。6.通过实验和大量数据检验和分析了系统测量、元素构造及坐标系配准模块的精度,验证了其方法的正确性与可行性。