地球形状与重力场的研究是大地测量学和地球物理学的重要领域，它通过地面观测的重力异常值（物理量）和大地水准面起伏（几何量）之间的内在联系，把重力测量的手段运用到以研究大地水准面形状和确定地面点坐标为主要内容的大地测量学中去。方师在德国耶拿地震研究所进修期间，恰逢国际上刚刚注意这一问题并作初步实践，他十分敏锐地注意这一极有发展前途的研究方向和前沿领域。为此他专程去维也纳访问，向权威霍夫纳( F.Hopfner)教授(维也纳天文台台长)请教，并刻苦钻研著名大地测量学家F．R．黑尔默特(Helmert)的著作。回国之后，他便在我国率先开拓了这一领域的研究工作。

天文重力水准是根据国家天文大地网平差的需要而施测的，它也是确定地球椭球高程（第三维坐标）的一项重要措施。方师在先进的莫洛金斯基理论基础上于1957-1958年间主持全国天文重力水准网的布设工作，提出了高精度与低精度相结合的布点方案。尤为突出的是，他于1958年提出并于次年发表以平均重力异常为基础的方格模板计算方法，它与当时国际权威的方法相比，具有使用方便、精度高的优点。当论文在《中国科学》的俄文版发表后，很快引起国际上的重视，先后被编入苏联、东欧及我国的教科书中，被称为方师的方格模板法。此前，方俊为建立我国高精度的重力基准还做出了巨大的贡献。