Metodyka wykonywania pomiarów grawimetrycznych jest różna w przypadku pomiarów wykonywanych z użyciem grawimetrów absolutnych i grawimetrów względnych. Wynika to z różnic konstrukcyjnych i sposobu, w jaki wyznacza się wartości pomiaru za pomocą obu typów instrumentów.
W szczegółach różnice w metodyce pomiarowej występują pomiędzy badaniami wykonywanymi w ramach różnych projektów badawczych w zależności od celu badań, zakładanych dokładności oraz algorytmów przetwarzania, archiwizacji danych pomiarowych i wyników. W ogólnym przypadku, niezależnie od typu grawimetru, metodyka pomiarowa polega na:
• kalibracji (grawimetry względne) lub wyznaczenia poprawek komparacyjnych (grawimetry absolutne) metodą porównania wyników uzyskiwanych różnymi instrumentami absolutnymi (przed przystąpieniem do realizacji projektu badawczego);
• wykonania serii odczytów w warunkach kontrolowanych (zgodnie z instrukcją pomiarową producenta i z założeniami metodycznymi ustalonymi dla konkretnego projektu);
• rejestracji odczytów za pomocą wbudowanego lub zewnętrznego rejestratora;
• przetworzenia danych z uwzględnieniem wymaganych poprawek i redukcji;
• przeprowadzenia kontroli jakości danych i wyników (zgodnie z przyjętymi w projekcie technikami i algorytmami oraz założoną dokładnością);
• formatowania i archiwizacji danych oraz wyników na potrzeby projektu i tworzenia baz danych.
Istotną rolę w badaniach ziemskiego pola siły ciężkości odgrywają zastabilizowane stanowiska przeznaczone do absolutnych i względnych pomiarów grawimetrycznych stanowiące podstawowe, referencyjne osnowy grawimetryczne. Narodowe osnowy grawimetryczne, zakładane i utrzymywane przez krajowe służby geodezyjne lub geologiczne, są ze sobą wzajemnie powiązane i tworzą ponadnarodową, globalną sieć grawimetryczną. W 1909 roku Międzynarodowa Asocjacja Geodezyjna przyjęła do stosowania jako referencyjny punkt grawimetryczny znajdujących się w Instytucie Geodezji w Poczdamie. W punkcie tym wartość absolutna przyspieszenia siły ciężkości została wyznaczona przez Kűhnena i Furtwänglera z pomiarów wahadłowych wykonanych w latach 1898-1904. System poczdamski obowiązywał aż do 1971 roku, w którym uchwałą XV Zgromadzenia Generalnego Międzynarodowej Unii Geodezji i Geofizyki w Moskwie wprowadzono nowy, międzynarodowy system grawimetryczny International IGSN71 (Gravity Standardization Net – 1971). Sieć IGSN71 założona w latach 1950–1970 składała się z 1854 punktów grawimetrycznych, w tym około 500 punktów podstawowych. Poziom sieci wyznaczono na podstawie 24 000 pomiarów grawimetrycznych, 10 pomiarów absolutnych oraz 1200 pomiarów wahadłowych, które wykonano w ciągu 20 lat (C. Moreli i in., 1972). System IGSN71 jest obecnie obowiązującym systemem odniesienia pomiarów grawimetrycznych.
Ustalone i obowiązujące obecnie w kraju standardy metodyczne dla grawimetrycznych pomiarów na punktach osnów podstawowych zostały ustalone w Rozporządzeniu Ministra Administracji i Cyfryzacji z dnia 14 lutego 2012 w sprawie osnów geodezyjnych, grawimetrycznych i magnetycznych. Rozporządzenie ustala obowiązujące, ogólne zasady metodyczne realizacji osnów grawimetrycznych.
• Pomiary grawimetryczne powinny być wykonywane na zastabilizowanych i oznakowanych punktach, dla których określono współrzędne przestrzenne w obowiązujących w kraju układach odniesienia.
• Na każdym punkcie pomiarowym powinny być wykonane co najmniej dwie niezależne serie pomiarowe oraz odpowiednio – niezależne przetwarzanie danych dla każdej serii.
• Metodyka pomiarowa powinna uwzględniać wykonanie pomiarów nadliczbowych.
• Wyniki z poszczególnych serii powinny być porównane ze sobą w celu wykrycia grubych błędów.
• Przed rozpoczęciem serii pomiarowych na stanowisku grawimetrycznym należy wykonać pomiar gradientu pionowego pola siły ciężkości.
• Wszelkie obliczenia związane z przetwarzaniem i redukcją danych muszą być wykonywane z dokładnością o rząd wielkości wyższą niż oczekiwana dokładność wyników końcowych.
• Z uwagi na postęp techniczny pomiary mogą być wykonywane różnymi przyrządami i zastosowanie różnej metodyki, a do redukcji danych i wprowadzenia poprawek mogą być przyjmowane różne modele zaaprobowane przez IAG, pod warunkiem, że dokładność wyznaczenia wartości stanowiących wynik pomiaru nie zostanie obniżona w stosunku do dokładności wymaganej.
• Wartość przyspieszenia siły ciężkości na punktach wyznaczeń absolutnych określa się z błędem średnim nie większym niż 1,0 × 10–7 m/s2,
• Każdy punkt, na którym wyznaczane są wartości absolutne, powinien mieć w pobliżu punkt ekscentryczny, który dowiązuje się pomiarami grawimetrycznymi do co najmniej trzech punktów osnowy grawimetrycznej.
• W przypadku osnowy bazowej (2. klasy) długości przęseł pomiarowych nie mogą być dłuższe niż 60 km, zaś przęsła muszą tworzyć zamknięte poligony składające się z trzech lub maksymalnie czterech przęseł.
• Grawimetry względne używane do pomiarów na punktach osnowy muszą zostać skalibrowane na podstawie co najmniej trzech przęseł wzorcowej bazy kalibracyjnej, przy czym przęsła powinny być tak dobrane, żeby punkty końcowe znajdowały się poza szerokością geograficzną, a suma przyrostów przyspieszenia na przęsłach bazy kalibracyjnej była wyższa od spodziewanych różnic przyspieszenia na punktach osnowy.
• Pomiary na punktach fundamentalnych (1. klasy) muszą być wykonywane grawimetrami absolutnymi, które mają wyznaczone poprawki w trakcie kampanii porównawczych, przy czym:
- na pojedynczym punkcie wykonuje się od 12 do 48 serii obserwacyjnych, robiąc pomiary co godzinę;
- pojedyncza seria obserwacyjna składa się z co najmniej stu spadków powtarzanych co 10 s;
- odchylenie standardowe obserwacji w pojedynczej serii nie powinno przekraczać 2 × 10–7 m/s2;
- obserwacje redukuje się, uwzględniając poprawki: pływową, pływową litosferyczną, barometryczną i ze względu na zmiany położenia bieguna ziemskiego.
• Pomiar przyspieszenia siły ciężkości w punktach bazowej osnowy grawimetrycznej wykonuje się grawimetrami absolutnymi, natomiast pomiar różnic przyspieszenia siły ciężkości – grawimetrami względnymi, przy czym:
- pomiar różnic przyspieszenia siły ciężkości na przęsłach wykonuje się co najmniej trzema grawimetrami statycznymi, o dokładności wyznaczeń nie mniejszej niż 10–7 m/s2;
- sposób transportu powinien zapewnić swobodne, pionowe położenie grawimetrów oraz ochronę przed wstrząsami, wibracjami, uderzeniami i przechyłami, a także przed gwałtownymi zmianami temperatury;
- pomiar powinien być wykonany w jak najkrótszym czasie, a czas przejazdu pomiędzy kolejnymi punktami osnowy powinien być w miarę możliwości jednakowy;
- przy wykonywaniu pomiarów w niesprzyjających warunkach atmosferycznych (silny wiatr, opady lub intensywne nasłonecznienie) zalecane jest stosowanie namiotów osłaniających grawimetry.
• Pomiar różnic przyspieszenia siły ciężkości na przęsłach bazowej osnowy grawimetrycznej wykonuje się przy użyciu statywu lub spodarki o stałej wysokości ustawianych nad centralnym punktem znaku, przy czym:
- pomiary wykonuje się według schematu: A–B–B–A–A–B, tak aby otrzymać dla każdego przęsła co najmniej trzy wartości różnic przyspieszenia Δg z każdego grawimetru;
- grawimetr powinien być na każdym stanowisku identycznie zorientowany w stosunku do stron świata;
- w przypadku wykonywania pomiarów za pomocą grupy grawimetrów pozycja każdego z nich powinna być ściśle określona i opisana, żeby zapewnić możliwość redukcji odczytów do centra znaku.
• Przy obliczaniu wartości przyrostów Δg między punktami podstawowej osnowy grawimetrycznej uwzględnia się współczynniki skal grawimetru, wyznaczone na bazie kalibracyjnej, oraz poprawki ze względu na:
- dryft grawimetrów, przy czym obliczenia prowadzi się przy założeniu liniowości dryftu w czasie między kolejnymi obserwacjami na tym samym punkcie osnowy;
- wpływ przyciągania Księżyca i Słońca, który oblicza się z dokładnością 1,0 × 10–8 m/s2, stosując współczynnik sprężystości skorupy ziemskiej równy 1,17;
- redukcję do poziomu znaku pomiarowego przy użyciu wyznaczonej w terenie wartości gradientu pionowego przyspieszenia siły ciężkości, przy czym gradient pionowy oblicza się z pomiarów wykonanych grawimetrem względnym na trzech różnych poziomach nad punktem.
• Błąd średni średniej wartości przyrostu wyznaczonego za pomocą grupy grawimetrów na przęśle bazowej osnowy grawimetrycznej nie powinien przekraczać 2,0 × 10–7 m/s2. W przypadku uzyskania większego błędu średniego pomiar na przęśle należy powtórzyć.
• Odchyłki zamknięć poligonów f nie powinny być większe od fdop = mΔg n, gdzie n jest liczbą przęseł tworzących poligon, a zestawienie zamknięć poligonów powinno zawierać wartości f oraz odchyłki dopuszczalne fdop.
• Pomiar kalibracyjny na przęsłach bazy kalibracyjnej wykonuje się w taki sam sposób jak pomiar przęsła sieci bazowej osnowy grawimetrycznej, przy czym błąd średni pomiaru wartości Δg przęsła bazowego nie powinien przekroczyć 1,5 × 10–7 m/s2, a wartości współczynników każdego grawimetru powinny być wyznaczone ze średnim błędem względnym nie większym niż 1,0 × 10–4.
• Błąd średni wartości przyspieszenia siły ciężkości w punktach bazowej osnowy grawimetrycznej nie powinien być większy niż 2,5 × 10–7 m/s2.
