New gravity control in Poland – needs, the concept and the design

• Autorzy: Kryński J. , Olszak T. , Barlik M. , Dykowski P.

Warianty tytułu

PL

Nowa osnowa grawimetryczna w Polsce – potrzeby, koncepcja i projekt

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The existing Polish gravity control (POGK) established in the last few years of 20th century according to the international standards is spanned on 12 absolute gravity stations surveyed with four different types of absolute gravimeters. Relative measurements performed by various groups on nearly 350 points of POGK with the use of LaCoste&Romberg (LCR) gravimeters were linked to those 12 stations. The construction of the network, in particular the limited number of non homogeneously distributed absolute gravity stations with gravity determined with different instruments in different epochs is responsible for systematic errors in g on POGK stations. The estimate of those errors with the use of gravity measurements performed in 2007-2008 is given and their possible sources are discussed. The development of absolute gravity measurement technologies, in particular instruments for precise field absolute gravity measurements, provides an opportunity to establish new type of gravity control consisting of stations surveyed with absolute gravimeters. New gravity control planned to be established in 2012-2014 will consist of 28 fundamental points (surveyed with the FG5 - gravimeter), and 169 base points (surveyed with the A10 gravimeter). It will fulfill recent requirements of geodesy and geodynamics and it will provide good link to the existing POGK. A number of stations of the new gravity control with precisely determined position and height will form the national combined geodetic network. Methodology and measurement schemes for both absolute gravimeters as well as the technology for vertical gravity gradient determinations in the new gravity control were developed and tested. The way to assure proper gravity reference level with relation to ICAG and ECAG campaigns as well as local absolute gravimeter comparisons are described highlighting the role of metrology in the project. Integral part of the project are proposals of re-computation of old gravity data and their transformation to a new system (as 2nd order network) as well as a definition of gravity system as “zero-tide” system. Seasonal variability of gravity has been discussed indicating that the effects of environmental changes when establishing modern gravity control with absolute gravity survey cannot be totally neglected.

PL

Założona w Polsce w ostatniej dekadzie XX wieku zgodnie z obowiązującymi standardami międzynarodowymi Podstawowa Osnowa Grawimetryczna Kraju (POGK), składająca się z około 350 punktów, została oparta na 12 absolutnych punktach grawimetrycznych, na których przyspieszenie siły ciężkości wyznaczono przy użyciu czterech różnych typów grawimetrów absolutnych. Względne pomiary grawimetryczne na punktach tej osnowy, z jednoczesnym dowiązaniem jej do przyspieszenia siły ciężkości na 12 absolutnych punktach grawimetrycznych, wykonały różne grupy pomiarowe przy wykorzystaniu grawimetrów LaCoste&Romberg (LCR). Konstrukcja powstałej sieci grawimetrycznej, w szczególności ograniczona liczba nierównomiernie rozłożonych punktów absolutnych na terenie kraju, na których w dodatku przyspieszenie siły ciężkości wyznaczono różnymi instrumentami w różnych epokach, spowodowały wystąpienie błędów systematycznych w wartościach g na punktach POGK. W niniejszej pracy, przy wykorzystaniu pomiarów grawimetrycznych wykonanych w latach 2007-2008 dokonano oceny tych błędów oraz przeprowadzono dyskusję ich możliwych źródeł. Rozwój technologii absolutnych pomiarów grawimetrycznych, w szczególności instrumentów przeznaczonych do precyzyjnych absolutnych pomiarów grawimetrycznych w warunkach polowych, stwarza możliwość założenia nowego typu osnowy grawimetrycznej, składającej się ze stacji, na których przyspieszenie siły ciężkości jest pomierzone grawimetrami absolutnymi. Nowa osnowa grawimetryczna Polski, która będzie zakładana w latach 2012-2014, będzie się składała z 28 punktów fundamentalnych (mierzonych grawimetrem FG5) i 169 punktów bazowych (mierzonych grawimetrem A10). Będzie ona spełniała wymagania współczesnej geodezji i geodynamiki oraz zapewniała dobre powiązanie z istniejącą osnową POGK. Znaczna liczba punktów nowej osnowy grawimetrycznej, o precyzyjnie wyznaczonej pozycji wysokości utworzy krajową zintegrowaną osnowę geodezyjną. Opracowano i przetestowano metodologie i procedury pomiarowe na punktach nowej osnowy grawimetrycznej dla obu grawimetrów absolutnych (FG5, A10) oraz technologie wyznaczania gradientu pionowego przyspieszenia siły ciężkości na tych punktach. Określono metody zapewnienia odpowiedniego poziomu grawimetrycznego osnowy poprzez udział grawimetrów FG5 i A10 w międzynarodowej (ICAG) i europejskiej (ECAG), a także lokalnych kampaniach porównawczych grawimetrów absolutnych podkreślając jednocześnie rolę metrologii w projekcie. Integralnymi częściami projektu są zamierzenia przeliczenia archiwalnych danych grawimetrycznych wykorzystywanych przy tworzeniu POGK i ich przetransformowania do nowego systemu (jako sieć 2 rzędu) oraz zdefiniowania nowego systemu grawimetrycznego jako systemu „zero-tide”. Przeprowadzono również dyskusję zmienności sezonowej przyspieszenia siły ciężkości wskazując, że przy wyznaczaniu przyspieszenia siły ciężkości na punktach nowoczesnej osnowy grawimetrycznej wpływ zmian środowiskowych nie może być traktowany jako w pełni zaniedbywalny.

Słowa kluczowe

EN

gravity control; absolute gravity determination; local hydrology

PL

hydrologia lokalna; osnowa grawimetryczna; pomiary grawimetryczne

• Wydawca: Komitet Geodezji PAN
• Czasopismo: Geodesy and Cartography
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. 62, no. 1
• Strony: 3--21
• Opis fizyczny: Bibliogr. 27 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Kryński J.

• Institute of Geodesy and Cartography Department of Geodesy and Geodynamics 27 Modzelewskiego St., 02-679 Warsaw, Poland

autor

Olszak T.

• Warsaw University of Technology Department of Geodesy and Geodetic Astronomy 1 Plac Politechniki, 00-661 Warsaw, Poland

autor

Barlik M.

• Warsaw University of Technology Department of Geodesy and Geodetic Astronomy 1 Plac Politechniki, 00-661 Warsaw, Poland

autor

Dykowski P.

• Institute of Geodesy and Cartography Department of Geodesy and Geodynamics 27 Modzelewskiego St., 02-679 Warsaw, Poland

Bibliografia

• Barlik, M. (ed.) Olszak T., Pachuta A. & Prochniewicz D. (2009b). Investigations of the long-standinggravity changes on the main tectonic units on Polish territory in a period 2006-2009 (in Polish). Warsaw: Warsaw University of Technology.
• Barlik, M., Bogusz J. & Olszak T. (2006). Activities of gravimetric laboratory at Józefosław Astrogeodetic Observatory in the frame of geodynamic investigations. Reports on Geodesy, 1(76), 129-138.
• Barlik, M., Krynski J., Olszak T., Cisak J., Pachuta, A., Dykowski P., Walo J., Zak L., Szpunar R., Jerzejewska A., Marganski S., Prochniewicz D. & Drozdz M. (2011). Design and control surveyof gravity control in Poland - first stage (in Polish). Technical report. Warsaw: Head Office of Geodesy and Cartography.
• Barlik, M., Krynski J., Olszak T., Sas A., Pachuta A., Cisak M., Prochniewicz D., Walo J. & Szpunar R. (2010). Modernization of Absolute Gravity Zero Order Network in Poland. IAG Symposium on Terrestrial Gravimetry: Static and Mobile Measurements (TG-SMM2010), 22-25 June 2010 (pp. 112-115). Saint Petersburg, Russia: International Association of Geodesy.
• Barlik, M., Krynski J., Sas A., Olszak T., Cisak M., Roguski P., Pachuta A., Walo J., Szpunar R. & Prochniewicz D. (2008). Measurements of gravity values at absolute stations of western calibrationbaseline and selected absolute stations of POGK network (in Polish). Technical report. Warsaw: Head Office of Geodesy and Cartography.
• Barlik, M., Olszak T., Pachuta A., & Prochniewicz D. (2009a). Monitoring of the long-standing changes of the absolute gravity in Observatory of Józefosław and at the main tectonic units of Poland territory. Reports on Geodesy, 1(86), 61-68.
• Boedecker, G. (1988). International Absolute Gravity Basestation Network (IAGBN) - Absolute Gravity Observations Data Processing Standards and Station Documentation. BGI Bull. d’Inf., 63, 51-56.
• Döll, P., Kaspar F. & Lehner B. (2003). A global hydrological model for deriving water availability indicators: model tuning and validation. Journal of Hydrology 270, 105-134.
• Dykowski, P. (2012). Vertical gravity gradient determination for the needs of contemporary absolute gravity measurements - first results. Reports on Geodesy, 1(92), 23-35.
• Farrell, W.E. (1972). Deformation of the Earth by surface loads. Rev. Geophys. and Space Phys., 10, 761-797.
• Kloch-Glowka, G. Szelachowska M. & Krynski J. (2013): Analysis of time variations of the gravity field over Europe obtained from GRACE data in terms of geoid height and mass variation, IAG Symposia Vol. 139, (ed.) P. Willis, Earth on the Edge: Science for a Sustainable Planet, XXV IUGG General Assembly, Melbourne, Australia, 28 June - 7 July 2011 (in print).
• Krynski, J. & Barlik M. (2012). On a lasting role of geodynamics in modern vertical and gravity reference systems. Reports on Geodesy, 1(92), 61-38.
• Krynski, J. & Lyszkowicz A. (2006). The overview of precise quasigeoid modelling in Poland. 2nd Workshop on International Gravity Field Research 2006, 8-9 May 2006 (pp. 113-149). Contributionsto Geophysics and Geodesy, Special issue, WIGFR 2006. Smolenice, Slovakia: Geophysical Institute of Slovak Academy of Sciences.
• Krynski, J. & Lyszkowicz A. (2007). Centimetre quasigeoid modelling in Poland using heterogeneous data. In IAG Proc. 1st International Symposium of the International Gravity Field Service (IGFS) “Gravity Field of the Earth”, 28 August - 1 September 2006 (pp. 37-42). Istanbul, Turkey: International Association of Geodesy.
• Krynski, J. & Rogowski J.B. (2009). National Report of Poland to EUREF 2007. In Symposium of the IAG Subcommission for Europe (EUREF) held in London, UK, 6-9 June 2007 (pp. 251-257). EUREF Publication 17, Frankfurt am Main: Mitteilungen des Bundesamtes für Kartographie und Geodäsie.
• Krynski, J. & Sekowski M. (2010). Surveying with the A10-20 Absolute Gravimeter for Geodesy and Geodynamics - first results. Reports on Geodesy, 1(88), 27-35.
• Krynski, J. (2007). Precise quasigeoid modelling in Poland - results and accuracy estimate (in Polish). Monographic series of the Institute of Geodesy and Cartography, No 13. Warsaw: Institute of Geodesy and Cartography.
• Krynski, J. (2012). On the new International Gravity Reference System. In Workshop at the Joint Meeting of JWG 2.1 Techniques and Metrology in Absolute Gravimetry and JWG 2.2 Absolute Gravimetry and Absolute Gravity Reference System, 14-15 February 2012. Vienna, Austria: JWG2.1 and JWG2.2.
• Krynski, J., Sas-Uhrynowski A. & Siporski L. (2003). Verification of the Absolute Gravity Measurements in Poland. Proc. Workshop on Instrumentation and Metrology in Gravimetry, 28-30 October 2002 (pp. 129-136). “Institut de Europe”, Castle of Münsbach, Luxembourg, Cahiers du Centre Européende Géodynamique et de Séismologie, 22.
• MAC. (2012). Regulation of Ministry of Administration and Digitalization on geodetic, gravimetric andmagnetic control (in Polish). Journal of Laws of 2012, entry. 352. Warsaw: Government Legislation Centre.
• Mäkinen, J. Sekowski M. & Krynski J. (2010). The use of the A10-020 gravimeter for the modernization of the Finnish First Order Gravity Network. Geoinformation Issues, 2(1), 5-17.
• Rajner, M. Barlik M. Liwosz T. Olszak T. & Rogowski J. (2011). On consistence of seasonal crustal deformation derived from GRACE data and hydrology models and measured by GPS and absolute gravimeter at the Józefosław Observatory in Poland. In Earth on the Edge: Science for a Sustainable Planet, XXV IUGG General Assembly, 28 June - 7 July 2011. Melbourne, Australia: IUGG.
• Sas, A. Cisak M. & Mäkinen J. (2005). The establishment of a vertical gravity calibration baseline in Tatra Mountains, new adjustment of the Polish Gravity Control Network. In Symposium of the IAG Subcommission for Europe (EUREF) held in Vienna, Austria, 1-4 June 2005, EUREF Publication 15, Mitteilungen des Bundesamtes für Kartographie und Geodäsie, Frankfurt am Main, 38, 385-392.
• Sas-Uhrynowski, A. Cisak M. Mroczek S. Sas A. & Siporski L. (2000). A new gravimetric control network for Poland. Reports on Geodesy 8, 55-60.
• Sas-Uhrynowski, A. Cisak M. Sas A. & Siporski L. (1999). A new national gravity control network - POGK97 (in Polish), Proc. of the Institute of Geodesy and Cartography, XLVI(98), 41-49.
• van Dam, T., Wahr J., Milly P. & Francis, O. (2001). Gravity changes due to continental water storage J. Geod. Soc. Jpn. 47, 249-254.
• Walo, J. (ed.) (2010). The Unified Gravimetric Reference System for Polish GNSS Stations and GeodynamicFields (in Polish). Warsaw: Warsaw University of Technology.