重力為地球引力與地球自轉離心力之合力，在重力測量學中，定義cm/sec2為伽爾（Gal），以紀念物理學家伽利略（Galilei）。但在重力測量中，因伽爾無法滿足精度之需求，故以千分之一伽爾作為單位，即為毫伽（mGal）。簡言之，重力測量即是重力之量測，一般可分為絕對重力測量及相對重力測量兩種施測方式。

絕對重力測量是利用相關量測儀器或設備，直接測定地球表面上某點(或待測點)之重力值g，謂之。從16世紀末，世界上進行第一次重力測量至今，基本上均是採用自由落體法以進行量測。例如具有μGal級精度之FG5絕對重力儀，亦是採自由落體法；其基本原理和方法詳如下：

由物理學之自由落體的運動力程式為：

S = S0+v0t + 1/2gt2  (1)

其中：

S　為自由落體的下落距離

S0 為自由落體的起始高度

t　為從起始高度起算的下落時間

v0 為在起始高度上，自由落體的下落速度

g　為待測點之重力值

由(1)式知，如果在不同時刻測得自由落體的下落時間 ti 及其相應的距離Si-S0，就可以按該式解算出絕對重力值 g 。由於該式含有三個未知數S0、v0和 g，所以必須至少測定三組Si 和ti 值，以解出 g 值；此種方法亦被稱為自由落體三位置法。為了大略估計重力 g 和觀測值 Si、ti 之間的關係，可將(1)式寫成理想狀況，即令S0、t0，則：

S = 1/2 gt2  (2)

將(2)式取對數微分，得

dg/g=ds/s-2 dt/t  (3)

由誤差傳播定理，知

(mg/g)2 = (ms/S)2 + (2mt/t)2  (4)

若mg/g ~~ 10-6，則必須

ms ~~ ±0.71 * 10-6S

m ~~ ±3.5 * 10-7t

如果物體下落距離S ~~ 1公尺，下落時間t  ~~ 0.4秒，則長度是測誤差應小於1μm，時間量測誤差不超過3.5 * 10-7秒。 在實際解算g值時，是將(1)式進行簡化：自由落體在三個位置上的下落時間和距離，分別為t1、s1、t2、s2和t3、s3，設：

x1 = h1 - h0

x2 = h2 - h0

x3 = h3 - h0

則按(1)式，得

x1 = v0t1 + 1/2 gt21

x2 = v0t2 + 1/2 gt22  (5)

x3 = v0t3 + 1/2 gt23

將上式的第二式和第三式分別減去第一式，得

(x2-x1) = (t2-t1)[v0 + 1/2g(t2 + t1)]

(x3-x1) = (t3-t1)[v0 + 1/2g(t3 + t1)]  (6)

令D1 = x2 - x1、D2 = x3 - x1、T1 = t2 - t1、T2 = t3 - t1，並將其代入(6)式，得

g = 2(S2/T2 - S1/T1) / T2 - T1  (7)

式(7)即是應用三位置法，以解算g值的實用公式。為了能準確測定自由落體在不同位置的S和T值，目前皆採用激光干涉系統。

Hammond和Faller[1997] 在與美國國家標準局合作，並得到空軍劍橋研究實驗室(AFCRL)的資助下，在Wesleyan大學成功研製了可移動的絕對重力儀FG5，其是自十九世紀可移式可倒擺重力儀之後的第一台可移式絕對重力儀。此儀器的主要元件是激光干涉儀，用於跟蹤自由下落的立體直角稜角的運動。早期儀器都屬於JILA(The Joint Institute for Laboratory Astrophysics)系列；後利用真空抽取方式、時間振盪器及改進電路設計，使儀器更精巧、精度更高，新的儀器系列名為FG系列。

FG5是有一個立直角稜鏡(1)裝在自由落體上，其光心和落體的質心重合。自由落體可以沿垂直方向自由下落。由高穩定度的氦－氖激光器(2)射出的細光束，通過狹縫(3)和垂直透鏡(4)投射到主分光鏡(5)上，此時雷射光束分成兩路：一光束經由主分光鏡反射至立體直角稜鏡(1)；另一光束透過主分光鏡，經反射鏡(6)反射至固定參定考立體直角稜鏡(7)。此兩光束分別經稜鏡(1)和(7)的折射，再經過主分光鏡(5)、反射鏡(8)和透鏡(9)一起反射進入光電倍增管(10)。這種結構實為邁克爾遜干涉儀。因為是由同一雷射光源發出的光波，經主分光鏡分成兩束，所以此兩束光的頻率和相位皆相同。

所謂相對重力測量，即是利用相對重力儀測量相關測點對於某一重力基點之間讀數差值；當將此讀數差值乘上儀器之標定常數(K)，以得到此些測點與此重力基點間之動力差值(△g)。將此重力差值配含重力基力基點之已知絕對重力值(g已)，即可求得各測點之絕重力值(g未)可用下式表示，[Sazhina & Grashinsky, 1971；Torge, 1989]：

g未 = g已 + △g

本研究計畫是利用LCR相對重力儀，以進行相關測點之相對重力觀測。此重力儀精度高且穩定，是公認－高精度之相對重力儀。

相對重力測量方法一般分為三種：階梯式、改良型階梯式及線性式。測量方法會因地形、路程及精度要求之不同，而有所不同；但並無一定論，甚至有將上述基本方法，予以混合使用[Torge, 1989；National Ocean Service，1998]。

地球上任何一點之重力值會隨時間而變化；引起變化的環境因素有日、月之潮位引力（tidal attraction）、海潮引力（attraction of ocean tide）、氣壓改變、地球之極移（polar motion）、地下水位變化、土壤濕度改變等，其所涉及之模式大部分在文獻中可得知，如Torge(1989)、Vanicek and Krakiwsky(1986)、Moritz and Mueller(1987)、Melchoir(1983)。除考量上述改正外，相對重力儀所引起之系統誤差如儀器率定函數(Calibration Function)、漂移函數(Drift Function)，則可以利用重力網平差時以多餘觀測法解算其參數關係，便可求得重力網中任一點的絕對重力值。

LCR相對重力儀

LCR相對重力儀是美國德克薩斯州奧斯汀生產的重力儀。其是採用一根非常精密的測量螺桿連接兩個槓桿和兩根連桿，而形成一組槓桿系統;。其彈性系統固定在三個位置上，即擺桿、槓桿和連桿各固定在一端，其它端點是活動的。當重力變化時，擺桿呈傾斜現象，此時只要轉動測量螺旋，經由槓桿系統的傳動，以改變主彈簧的上懸掛點的位置。此時可產生兩種現象：改變彈簧的彈力和改變彈簧與槓桿間之夾角，以達到平衡位置。

LCR重力儀有兩套讀數系統，一是光學讀數裝置，一是電子讀數裝置。因其是採用電容成能量的方式，故具有恆溫功能，精度可達0.001℃，恆溫電源為12V直流電。陸地上使用之LCR相對重力儀，有G型重力儀、D型重力儀及EG型重力儀。其熱結構十分精良、抗干擾性能良好；故恆溫溫階一般都在50℃左右。