Wytyczne techniczne

Prowadzenie stałego monitoringu grawimetrycznego wymaga szczególnych warunków lokalizacyjnych dla stacji pomiarowej. Urządzenia pomiarowe powinny być usytuowane z dala od zakłóceń wywołanych lokalnymi warunkami środowiskowymi oraz działalnością człowieka. Ogólne wymagania techniczne w odniesieniu do stanowisk, na których są wykonywane periodyczne pomiary siły ciężkości przedstawiono w dokumencie z lipca 2012 Guide to evaluation of the sites for comparison of absolute gravimeters opracowanym w ramach połączonej grupy roboczej Consultative Committee of Mass and Related Quantities (CCM), funkcjonującej w ramach 2. Komisji IAG.

Wymagania te odnoszą się wprost do stanowisk, na których są wykonywane okresowe (wymagane) porównania pomiarów uzyskanych różnymi grawimetrami absolutnymi, co w konsekwencji umożliwia wprowadzanie poprawek komparacyjnych do wyników pomiarów otrzymanych z różnych instrumentów biorących udział w realizacji projektów międzynarodowych. Uznać je zatem można za najbardziej restrykcyjne dla stanowisk grawimetrycznych, na których są wykonywane pomiary i obserwacje w warunkach laboratoryjnych (obserwatoria). Zgodnie z wytycznymi CCM:


• Stanowiska do pomiarów absolutnych powinny być lokalizowane w miejscach spokojnych pod względem występowania szumów mikrosejsmicznych, w których nie występują wibracje gruntu spowodowane działalnością człowieka oraz warunkami środowiskowymi, między innymi takimi jak wpływ podmuchów wiatru, wahania poziomu wód gruntowych, wibracji spowodowanych falowaniem wód w morzach i oceanach itp.
• Stanowiska pomiarowe nie powinny być lokalizowane w rejonach, w których w przypowierzchniowej części ośrodka geologicznego występują utwory o dużej porowatości, co może skutkować dużymi wahaniami poziomu wód podziemnych i dużą wrażliwością pomiarów na warunki meteorologiczne.
• Stanowiska pomiarowe powinny być zastabilizowane w postaci słupa betonowego osadzonego w gruncie lub płyty betonowej, które będą gwarantowały, niewrażliwość na naciski na grunt w otoczeniu słupa lub płyty i stabilność położenia w długiej perspektywie czasowej. W przypadku stabilizacji wielu stanowisk, które mają służyć do wykonywania badań porównawczych różnych instrumentów, zalecana, wolna powierzchnia wokół stanowiska pomiarowego nie powinna być mniejsza niż 5 m2.
• ile to możliwe, słupy pomiarowe powinny być stabilizowane do głębokości skonsolidowanego podłoża. Dla większości grawimetrów absolutnych wystarczającym jest słup pomiarowy o przekroju 1,1 x 1,1 m. Powierzchnia stanowisk pomiarowych w laboratoriach i obserwatoriach powinna znajdować się na poziomie podłogi lub wystawać ponad ten poziom nie więcej niż kilka centymetrów. Słupy pomiarowe nie powinny zawierać w sobie żadnych magnetycznych materiałów.
• Stanowiska do pomiarów absolutnych powinny być wyposażone w dokładny zegar, który umożliwia określenie momentu wykonania pomiaru absolutnego z błędem nie większym niż 1 s.
• Stanowiska powinny mieć unikatowy identyfikator, znak geodezyjny lub inny marker w osi wykonywania pomiarów oraz mieć określone w sposób dokładny współrzędne lokalizacji stanowiska w odniesieniu do lokalnego, obowiązującego systemu współrzędnych geodezyjnych.
• Stanowisko pomiarowe powinno umożliwiać ciągły monitoring ciśnienia atmosferycznego w trakcie pomiaru, a także – jeśli to możliwe – zabezpieczoną stabilność i możliwość monitoringu innych parametrów pogodowych (temperatura, wilgotność), istotnych z punktu widzenia stosowania poprawek.
• Stanowiska laboratoryjne powinny mieć wyznaczone lokalne wartości gradientu pionowego i poziomego pola siły ciężkości, niezbędne do redukcji pomiarów i przetwarzania (wyrównywania) wyników pomiarów.
W przypadku stanowisk przewidzianych do prowadzenia ciągłego monitoringu pola siły ciężkości powyższe zalecenia narzucają konieczność budowy stacji zamkniętej o następujących parametrach:
• stacja powinna dysponować zamkniętym pawilonem odizolowanym od zakłóceń elektromagnetycznych posadowionym w rejonie, w którym nie obserwuje się podwyższonej aktywności mikrosejsmicznej;
• w pawilonie powinien się znajdować zakotwiczony w gruncie (o ile to możliwe do głębokości skonsolidowanego podłoża) słup pomiarowy lub też płyta pomiarowa, odizolowane od konstrukcji nośnej stacji, o wytrzymałości na nacisk nie mniejszej niż 500 kg;
• stacja powinna utrzymywać stałą temperaturę w ciągu roku około 20°C z wahaniami nieprzekraczającymi 5°C;
• w stacji muszą się znajdować urządzenia do rejestrowania i gromadzenia danych (komputer PC), a także urządzenia do transmisji danych z wykorzystaniem dostępnych środków telekomunikacyjnych do regionalnych ośrodków gromadzenia danych;
• stacja powinna być wyposażona w system zasilania przyrządów pomiarowych zapewniający ciągłość i stabilność ich pracy (generator prądu, zasilanie buforowe);
• stacja powinna być zlokalizowana poza obszarem oddziaływania drgań wywołanych transportem samochodowym i szynowym oraz z dala od lotnisk (przyjmuje się odległość co najmniej 500 m od dróg i co najmniej 3000 m od lotniska) oraz poza obszarem oddziaływania elektromagnetycznego, tj. z dala od trakcji elektrycznej wysokiego i średniego napięcia (co najmniej 500 m) oraz niskiego napięcia (co najmniej 100 m), a także trakcji kolejowej (co najmniej 10 000 m);
• urządzenia pomiarowe powinny być usytuowane z dala od powierzchniowych cieków i zbiorników wodnych (co najmniej 200 m), a także poza siecią intensywnego drenażu;
• wskazane jest również posadowienie instrumentów w miejscu osłoniętym od wiatru i nienasłonecznionym; najbardziej precyzyjne i czułe pomiary grawimetryczne powinny być wykonywane w zamkniętych pomieszczeniach laboratoryjnych, w których są ograniczone wibracje powietrza; niezbędne jest zatem zapewnienie przestrzeni o powierzchni co najmniej 36 m2.


Instrumenty pomiarowe do wykonywania absolutnych pomiarów grawimetrycznych powinny spełniać również następujące wymagania techniczne:


• dokładność rzędu 2 μGal (2 × 10–8 m/s2);
• precyzja nie mniejsza niż 15 μGal (15 × 10–8 m/s2) ;
• powtarzalność rzędu 1 μGal (10-8 m/s2);
• praca w szerokim zakresie temperatur (co najmniej od 15 do 30°C);
• możliwość zastosowania urządzenia do pomiarów terenowych;
• automatyczny rejestrator danych;
• pakiet urządzeń monitorujący warunki fizyczne w pomieszczeniu z odpowiednim sterownikiem nanoszącym poprawki barometryczną i temperaturową;
• system eliminujący drgania (superspring system);
• ciężar nie większy niż 350 kg;
• moc nie większa niż 1000 W.


Wybór miejsca pod lokalizację stacji musi być poprzedzony rejestracjami próbnymi. Weryfikację optymalnej lokalizacji na posadowienie grawimetrycznej stacji pomiarowej można wykonać przez wykonanie kilkudniowych, wielogodzinnych rejestracji z wykorzystaniem absolutnego grawimetru przenośnego o czułości poniżej 10 μGal (1 × 10–7 m/s2) i porównanie ich z inną stacją zlokalizowaną na obszarze wolnym od zakłóceń.