《砂船三维激光量方技术规程》

ICS：17.060

P11

团体标准

T/CWTCA***-2019

砂船三维激光量方技术规程

（TechnicalRegulationsforthree-dimensionallaser

measurementofsandships）

（征求意见稿）

2020-**-**发布2020-**-**实施

中国水运建设行业协会发布

1

1总则

1.0.1为规范船舶运载砂方量的三维激光量测技术要求，提高量测精度，满足工

程实际需要，制定本规程。

1.0.2本规程适用于船舶装载量大于500m³的砂方量三维激光量测，其它性质的

量方作业可参照执行。

1.0.3三维激光砂船量方除应符合本规程的规定外，尚应符合国家和行业现行有

关标准的规定。

1

2术语

2.0.1便携式砂船三维激光量方技术

利用便携式三维激光扫描仪结合SLAM技术快速获取运砂船完整的空舱

体及砂体表面点云，对点云进行去噪、分类、计算等处理，获取船舶运载砂方

量的技术。

2.0.2SLAM技术

同步定位与制图构建技术

2.0.3特征点

在点云中便于识别选取的地物角点，线状地物交叉点等。

2.0.4点云

以离散、不规则方式分布在三维空间的点的集合

2.0.5点云密度

单位面积上点的平均数量。注：一般用每平方米的点数表示。

2.0.6格网模型

由不规则分布的数据点构建的网格模型。

2.0.7靶球

用一定材质制作的球形标志。该类标志在点云中能快速识别，可以用于特

征点的快速标记工作。

2.0.8基准面

计算方量时假定的参考面。

2.0.9基准舱容

自砂船舱底面至基准面所包围形成的空间体积。

2.0.10欠载量

位于基准面下部的砂体表面至基准面所形成的空间体积。

2.0.11冒仓量

位于基准面上部的砂体至基准面所形成的空间体积。

2

3基本规定

3.0.1量方作业前应编制量测技术设计书。量测结束后，应编制量测技术总结，

进行资料整理和归档。

3.0.2砂船三维激光量方作业时，空间坐标系应采用自定义坐标系和高程基准。

3.0.3量方作业的日期应采用公元纪年，时间应采用北京时间。

3.0.4砂船三维激光扫描精度等级应以相对误差作为衡量精度的指标，内符合不

大于2%，外符合不大于3%。

3.0.5当出现下列情况之一时，量测仪器设备应进行体积、距离校验，并形成相

应的报告。

(1)仪器投入使用前；

(2)使用超过1年；

(3)遭受严重撞击或其他损害；

(4)关键部件更换或维修后。

3.0.6采用本规程之外的量测新技术和新设备应事先对其进行验证，在确保量测

结果满足本规程相应指标要求时方可正式使用。

3

4系统配置

4.1硬件

4.1.1便携式三维激光量方系统硬件应包括激光雷达传感器、便携式打印机、微

型计算机、电源和附属设备等。

4.1.2硬件配置应满足下列要求：

（1）仪器的精度和测程应符合实际工程的需要；其中，仪器测距精度

小于3cm（@50m），测程不小于50m；

（2）激光安全等级为I级，防护等级不应低于IP52；

（3）仪器使用的环境条件应符合仪器使用说明书的要求；

（4）激光雷达线程数应不小于16线，每秒钟数据量不低于300000个点，

（5）处理数据的计算机内存大小不低于8GB，显卡显存不低于2GB

4.2软件

4.2.1便携式三维激光量方系统应配备具有点云数据采集与处理、方量统计分析

等功能的配套软件和信息化管理平台。

4.2.2配套软件应具备点云数据处理和分析、海量点云可视化及编辑、点云自动/

半自动分类及特定空间的体积计算并输出计算报告等功能。

4.2.3信息化管理平台应具备以下功能：

（1）支持离线/在线运行，实现量方结果的无缝衔接。

（2）支持砂船量方成果的统计分析和查询。

4

5数据采集

5.1采集流程

5.1.1数据采集流程包括仪器校验、靶球布测、数据采集、数据处理及检查、数

据导出及备份等方面。

5.1.2数据采集应按图5.1.2所示流程执行。

图5.1.1数据采集流程图

5

5.2校验和比对

5.2.1作业前仪器校验和比对应进行一般检查、通电检查、体积和距离比测。

5.2.2一般检查：仪器外观无破损，各部件及附件齐全、匹配，仪器各个部件连

接紧密且稳定，激光雷达表面清洁无污渍和浮尘。

5.2.3通电检查：仪器通电后能正常采集并存储数据，电池容量和存储容量符合

作业时间需求。

5.2.4距离比测应选择规则目标物进行三维激光量测距离比对，量测不少于3次，

与目标物已知尺寸互差不应大于5cm。

5.2.5体积比测应选择体积大于500m3目标体进行三维激光量测体积比对，量测

不少于3次，与已知体积互差不应大于3%。

5.3数据采集

5.3.1靶球布测

5.3.1.1靶球宜采用高强度PVC材料制作，制作要求及示例参见附录A。

5.3.1.2靶球布设应符合下列规定：

（1）选择砂船船舱上部轮廓四角位置附近布设靶球，必要时可在中部增设，

保证不同时期量测时靶球布设位置不变；

（2）靶球可采用磁吸固定在标记位置上；

（3）船舱四角明显特征点可做为标靶使用。

5.3.1.3靶球观测应确保靶球表面点云模型基本完整。

5.3.2数据采集应在砂船艏尾锚定、锚泊稳定状态下实施三维扫描，遇风急浪大、

大雨雷暴、强电磁干扰等恶劣条件下停止扫描；

5.3.3点云数据采集应符合下列规定：

（1）测前观察船舱装载现状、施测环境，规划闭合行走路线；

（2）原始数据宜单独记录，保证数据的独立性；

（3）砂船空载、满载状态，测量时靶球位置必须一致；

6

（4）采集时保持匀速行走，转弯时应慢速、保持扫描姿态平稳；

（5）砂体表面应全覆盖测量，点云模型无漏洞；

（6）单船采集可用于计算成果的数据不少于3次；

（7）设备状态不稳定，应停止扫描，查明原因后再施测；

（8）应三维激光量测船舱长、宽不少于3次，与已知尺寸互差不应大于5cm，

否则重新采集；

（9）采集结束后，填写量方记录表，见附录B。

5.3.4应在作业现场检查数据特征点匹配、错位、点云模型漏洞、物体变形、重

影等，确保数据完整且拼接良好，异常时应重测。

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6数据处理

6.1处理流程

6.1.1数据处理流程包括数据准备、数据质量检查、预处理、方量计算等内容。

6.1.2数据处理应按图6.1.2所示流程进行。

数据准备

数据质量检查

不合格

重新

合格

采集

预处理

方量计算

图6.1.2数据处理流程

6.2数据准备

6.2.1数据处理前应收集三维激光点云数据、基准面数据及量方记录表。

6.2.2数据处理前应确认靶球间基准数据，互差应不大于5cm，不满足精度要求

的测次应重测。

6.3预处理

6.3.1数据预处理包括裁剪、噪点自动滤波及人工精细删噪三部分。

6.3.2数据预处理应满足下列要求：

8

（1）裁剪船舱之外的侧面护栏、驾驶楼、船艏部分及船舱之上的管道、楼

梯、隔板等噪点，裁剪后的数据单独保存。

（2）人工去噪前可采用自动滤波方法提高处理效率，自动滤波去噪时领域

点个数和标准差倍数根据实际情况进行设置。

（3）对于自动滤波不能剔除的噪点，进行人工精细删噪。横切、纵切断面

宽度应根据噪点分布情况进行动态控制。

6.4方量计算

6.4.1计算采用的基准面应符合下列规定：

（1）基准舱容和装载砂量计算采用相同特征点形成基准面；

（2）特征点之间的差值Δx、Δy、Δz是恒定值，互差应不大于5cm。

6.4.2每次量测数据应独立计算，形成单次成果报告。基准舱容、船载砂量相邻

测次确定值互差不大于2%，取均值作为最终的值。

6.4.3方量计算宜采用方格网法，格网间距不应大于0.05m，确定的基准舱容可

作为后续对应船载砂量计算的基准值。

6.4.4基准舱容和船载砂量的成果报告文件宜为PDF格式，成果报告的PDF文

件中应至少含有V2、V3部分的方量。计算结果应填写至量方记录表内。

6.4.5船载砂量计算方法、公式见图6.4.5和式6.4.5。

V=V1-V2+V3（式6-4.5）

图6.4.5砂船满载横断面示意图

式、图中：V----船载砂量；

V1----基准舱容；

V2----欠载量；

V3----冒仓量

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6.4.6信息化管理平台应满足下列要求：

6.4.6.1支持成果报告上传至信息化管理平台；

6.4.6.2支持砂船量方成果的打印、统计分析和查询。

6.4.7现场确认信息应包含但不限于编号、货类、仪器编号、船名、测量员、审

核员、测量时间、基准舱容V1、欠载量V2、冒仓量V3、船载砂量V、测量员

签字、审核员签字、供货单位盖章等内容。

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7质量控制与成果提交

7.1质量控制

7.1.1砂船三维激光扫描量方成果应采用现场确认方式进行。

7.1.2量方作业质量检查的内容应包括：

(1)点云完整性；

(2)点云剖面；

(3)基准面确定的合理性

(4)靶球放置位置、船舱尺寸对比情况、采用的基准舱容、体积计算方法；

(5)点云密度、点云噪声；

(6)格网数据与点云数据符合；

(7)计算完整性。根据合格的点云数据需对基准舱容或船载砂量装载独立计

算3次，内符合互差不大于2%，外符合不大于3%；

(8)成果报表、抽检表的内容完整性、正确性。

7.2成果提交

7.2.1成果提交应满足下列要求：

(1)外业扫描、数据处理记录规范、齐全；

(2)检查验收记录完整，各项指标明确且符合相关要求；

(3)技术文档齐全、完整，内容真实，表述准确；

(4)各项作业记录，技术资料和成果应签署并保存完整。

7.2.2成果提交内容应包括下列资料：

(1)技术设计书；

(2)标靶布设与测量记录资料；

(3)点云原始数据、编辑数据；

(4)方量计算成果；

(5)技术总结书；

(6)检查报告；

(7)其它相关资料。

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附录A标靶球制作示例

150mm

尺寸图实物图

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附录B量方记录表

表B.0.1量方记录表

物料

日期船舶名称供应商

规格

单据编号天气风浪

1.外业采集记录

量方地点测量员审核员

到场时间量方时间离场时间

点云图像

设备编号存储介质

是否匹配

已知已知已知舱容长宽和

舱容长度舱容宽度激光长宽最大差值

本次本次

基准舱容

舱容长度舱容宽度

2.内业处理记录

冒舱量1欠载量1船载砂量1

互差(%)

冒舱量2欠载量2船载砂量2

冒舱量3欠载量3船载砂量3

冒舱量欠载量船载砂量

（平均）（平均）（平均）

测量员（签字）：

3.现场审核记录

点云图像是主要查看：靶球是否放置到位、数据是否完整、是否错位、

□是□否

否匹配噪点是否过多等；

校核舱容校核舱容宽

基准面是否

长度是否符□是□否度是否符合□是□否□是□否

选择正确

合要求要求

互差(%)备注

校核方量

审核员（签字）：

三次互差的计算是三次计算值的最大值与最小值的差值除以船载砂量的平均值，互差应小于等于2%为合

格；校核方量互差是校核方量与船载砂量（平均）的互差。

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附录C检验表

表C.0.1检验表

1.抽检航次记录

物料

抽检日期抽检船舶供应商

规格

单据编号：天气

原量方地点原量方日期原测量员原审核员

原冒舱量原欠载量原船载砂量原设备编号

复核地点现设备编号

备注

2.采集处理记录

已知舱容长

已知已知

宽和激光长

舱容长度舱容宽度

宽最大差值

本次本次

基准舱容

舱容长度舱容宽度

冒舱量1欠载量1船载砂量1互差

冒舱量2欠载量2船载砂量2（%）

冒舱量3欠载量3船载砂量3

冒舱量欠载量船载砂量

（平均）（平均）（平均）

测量员（签字）：

3.现场审核记录

点云图像是主要查看：靶球是否放置到位、数据是否完整、是否错位、

□是□否

否匹配噪点是否过多等；

校核舱容

校核舱容宽基准面是否

长度是否符□是□否□是□否□是□否

度是否符合选择正确

合要求

互差(%)校核方量与原总方量

校核方量

互差(%)

备注

审核员（签字）:

三次互差的计算是三次计算值的最大值与最小值的差值除以船载砂量的平均值，互差应小于等于2%为合格；校

核方量互差是校核方量与船载砂量（平均）的互差。

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用词说明

1本标准（规范/规程/指南......）执行严格程度的用词，采用下列写法：

1）表示严格，在正常情况下均应这样做的用词，正面词采用“应”，反面

词采用“不应”或“不得”。

2）表示允许稍有选择，在条件许可时首先应这样做的用词，正面词采用

“宜”，反面词采用“不宜”。

3）表示有选择，在一定条件下可以这样做的用词，采用“可”。

2引用标准的用语采用下列写法：

1）在标准条文及其他规定中，当引用的标准为国家标准或行业标准时应

表述为“应符合《****》（***）的有关规定”。

2）当引用标准中的其他规定时，应表述为“应符合本标准（规范/规程/指

南......）第*章的有关规定”、“应符合本标准（规范/规程/指南......）第*.*

节的有关规定”、“应按本标准（规范/规程/指南......）第*.*.*条的有关规定

执行。”

15

团体标准

砂船三维激光量方技术规程

条文说明

16

目次

1总则................................................................................................................18

2术语................................................................................................................19

3基本规定................................................................................................................20

4系统配置................................................................................................................21

4.1硬件......................................................................................................21

4.2软件......................................................................................................22

5数据采集..............................................................................................................23

5.1采集流程......................................................................................................23

5.2校验和比对..................................................................................................23

5.3数据采集......................................................................................................23

6数据处理................................................................................................................25

6.1处理流程......................................................................................................25

6.2数据准备......................................................................................................25

6.3预处理..........................................................................................................25

6.4方量计算......................................................................................................25

7质量控制与成果提交............................................................................................26

7.1质量控制......................................................................................................26

7.2成果提交......................................................................................................26

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1总则

1.0.1砂石料作为工程建设中的基础建筑材料，用量极大，利用运砂船进行砂石

料运输是目前的主要运输方式，因此，对砂石料能否准确计量直接影响项目的盈

亏。传统的人工计量误差大，并受人为因素影响大，难以确保量方公平和准确性，

量方人员容易徇私舞弊，且效率不高，所以传统人工计量法给项目亏损留有漏洞。

三维激光量方技术采用自动化计算结合信息化管理平台应用，提高作业效率和准

确度、减少人为干预，保证公正性。

1.0.2装载量小于500方的装砂船样本少，测试、验证及应用的代表性不足，故

本规程适用于船舶装载量大于500方的砂方量三维激光量测。

1.0.3规程编制参考了《水运工程团体标准编制规定》，三维激光砂船量方作为

一种新兴技术，国内关于该技术无参考标准。

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2术语

2.0.1便携式三维激光量方技术

本条便携式三维激光扫描系统是指背包式移动三维激光扫描系统，测量人员

利用该系统沿着运砂船船沿行走一周获取完整的砂体点云，将采集的点云进行去

噪、分类，选取和标定特征点后，利用软件的体积计算模块进行砂体体积计算。

基准舱容和船载砂量的选取的计算基准面应一致，两者的体积获取方法和计算方

法一致。结合船舱空载和满载时体积结果可以得到运载砂的方量。

2.0.2SLAM技术

SLAM是同步定位与地图构建(SimultaneousLocalizationAndMapping)的

缩写，最早是由HughDurrant-Whyte和JohnJ.Leonard在1988年提出的。

SLAM与其说是一个算法不如说它是一个概念更为贴切，它被定义为解决“机器

人从未知环境的未知地点出发，在运动过程中通过重复观测到的地图特征（比如，

墙角，柱子等）定位自身位置和姿态，再根据自身位置增量式的构建地图，从而

达到同时定位和地图构建的目的问题方法的统称。

2.0.3特征点

本条主要是指为假定体积计算的基准面所选取的标记点，一般选取运砂船船

舷的四个角点。

2.0.4基准面

基准面是一个假定的平面，主要是作为方量计算的起算面，为便于理解和计

算，一般选取运砂船船舷的四个角点形成的面作为基准面。构成装载砂量体积计

算基础的基准舱容、冒仓量和欠载量均是以基准面为起算面。

2.0.9基准舱容

运砂船未装载砂前，需要对舱容量进行标定，即砂船舱底面至基准面所包围

形成的空间体积，该标定数据是砂船载砂体积计算的基础数据，同冒仓量和欠载

量共同构成了砂船载砂体积的基础。

19

3基本规定

3.0.2便携式三维激光扫描系统，利用IMU（惯性测量单元）辅助姿态信息，

结合即时定位与地图构建技术（SLAM），实现三维坐标的采集。仪器内部有自

定义坐标系统，每次开机该坐标系统会重新定义，每次点云三维坐标会不同。

3.0.3便携式三维激光扫描系统内置有微型计算机，用于同步采集时间和记录。

3.0.4本条规定了砂船三维激光量方精度要求。内符合误差适用于同一设备对同

一砂船同一时间不同次间的方量互差要求；外符合适用于不同设备或不同量测方

法间方量互差要求。

3.0.5本条规定了便携三维激光扫描仪须进行校验的情况和内容；新仪器投入使

用前，均须距离和体积校验，再次使用时，作业前进行距离校验；仪器长期使用，

受环境和操作影响，会出现误差累计、人为损坏、部件故障等，因此，参照测量

仪器国家强检的要求，做出此条相关规定。

3.0.6本条指出了采用本规程之外的量测技术和设备，应进行验证的要求。

20

4系统配置

4.1硬件

4.1.1本条是列出了整个作业流程包括但不限于所罗列的硬件，例如，用于获取

数据的激光雷达系统，用于数据处理的计算机，用于进行方量结果打印的便携式

打印机等。

4.1.2本条规定了硬件配置的要求：

（1）“GB7247.1-2012/IEC60825-1:2007激光产品的安全第1部分：设备分

类、要求”标准中对激光设备类别的规定，I类是在使用过程中，包括长时间直接

光束内视，甚至在使用光学观测仪器（眼用小型放大镜或双筒望远镜）时受到激

光照射仍然是安全的激光器。因为激光设备需要使用人员近距离、长时间接触，

故本条要求激光安全等级为I级。

（2）由于测量对象是砂石料，设备对于灰尘防护是十分必要的，同时，作

业时存在遇到阴雨天气的可能性，故规定了设备的防护等级不低于IP52。

（3）点云的数据量大且需进行可视化编辑，故规定了RAM不低于8G和显

存不低于2G。

（4）按照光束（线）分为1线、4线、8线、16线、32线或64线等激光雷

达传感器，多个激光束在竖直方向沿不同角度发出，经水平方向扫描实现对目标

区域的三维轮廓探测。多个测量通道（线）相当于多个倾角的扫描平面，因此垂

直视场内激光线越多其竖直方向的角分辨率就越高，激光点云密度就越大，根据

实际测试及应用，故规定激光雷达线程数决定了应不小于16线，每秒钟数据量

不低于300000个点；根据多数运砂船的实际尺寸，故要求测量距离不小于50m。

4.1.3硬件配置应满足下列要求：

（1）仪器的精度和测程应符合实际工程的需要；

（2）激光安全等级为I级，防护等级不应低于IP52；

（3）仪器使用的环境条件应符合仪器使用说明书的要求；

（4）激光雷达线程数应不小于16线，每秒钟数据量不低于300000个点，

测量距离不小于50m

21

4.2软件

4.2.1本条是列出了整个作业过程包括但不限于所罗列的软件，例如，外业采集

时需要的点云采集软件，内业处理时所用的点云处理软件，对成果进行统计和分

析的信息化管理平台等。

4.2.3在进行砂船量方时，砂船可能位于到网络信号不稳定或者无信号区域，故

规定信息化平台应具有离线/在线运行功能，保证数据成果及时上传、及时存贮；

同时，为追溯、查询量方过程中的各个重要节点，及时记录第一手数据，避免可

能的纠纷，做好砂船量方成果的系统化、信息化管理，故规定了信息化平台应具

有支持砂船量方成果的统计分析和查询功能，这也是在软件中增加信息化管理平

台的目的。

22

5数据采集

5.1采集流程

5.1.2该采集流程是对现场砂船激光量方的一种规范操作。

5.2校验和比对

本条规定了便携三维激光扫描仪作业前的校验和比对。该类设备在国家测绘

局公布的强检测量仪器目录中没有具体规定，因此，作业前，需对仪器本身进行

严格的校验和比对，保证成果的可靠性。测距比对时，目标物形状规则，通过钢

尺、测距仪等人工量取多次获得其已知尺寸信息，距离互差根据仪器点云精度做

出限值要求；目标物已知体积可通过对其尺寸信息的精确量取，经计算获得，体

积互差限差参照现行标准《地面三维激光扫描作业技术规程》（CH/Z3017-2018）

的要求确定。

5.3数据采集

5.3.1为了便于砂船方量的计算，需要借助于某一假定的参考面作为起算基准；

靶球布设的目的就是为了提供这一计算基准，同时，通过靶球的规则形态，在计

算过程中，能够快速找到，并确定基准面。

5.3.1.1PVC是一种高分子材料，具有防雨、耐磨、抗摔、强度高的特点；且

激光反射率高，点云成像清晰，是最为适合的靶球制作材料。

5.3.1.2靶球布设在砂船船舱上部轮廓四角附近，若周围有较多遮挡物，选择

在中部增设；位置选定后，使用喷漆等有效方式在船体表面做好唯一性标记，并

拍照记录，保证标砂船无论是在空载还是装载砂状态下量测，靶球布设位置始终

不变。

靶球布设时，若砂船四角有明显且易识别选取其点云的特征目标点，可代替

靶球来确定基准面。

5.3.1.3量方基准面是通过拟合四个靶球模型的中心来确定的，靶球观测应完

整获取其表面点云，保证基准面的唯一