Система измерения объёма груза с лидар-сканером: как работает, зачем нужна и кому подходит

Почему взвесить груз — ещё не значит его учесть

Каждый день на тысячах строительных площадок, карьеров и дорожных объектов России один и тот же сценарий разыгрывается по одной и той же схеме: самосвал приезжает с щебнем, водитель передаёт накладную на 20 кубов, кладовщик принимает, подписывает — и никто не знает, сколько кубометров реально ехало в кузове. Была ли насыпь полной? Не увезли ли часть в сторону? Соответствовал ли объём заявленному? Ответить на эти вопросы при помощи обычных автомобильных весов невозможно: они показывают массу, но не объём.

Именно здесь и появляется лазерная система измерения объёма груза — технология, которая за несколько секунд строит точную трёхмерную модель кузова, вычисляет фактические кубометры и фиксирует результат в базе данных с привязкой к номеру машины и времени проезда. На российском рынке эта задача решается несколькими классами оборудования: фотограмметрическими системами типа «СканТрек-2000» и LiDAR-комплексами на базе лазерных 3D-сканеров от таких производителей, как LASE (Германия) и отечественных разработчиков.

Что такое лазерное измерение объёма груза

Лазерная система измерения объёма — это программно-аппаратный комплекс (ПАК), предназначенный для автоматического бесконтактного определения объёма и линейных размеров (длины, ширины, высоты) сыпучих и навалочных материалов, находящихся в кузовах движущегося транспорта. Система монтируется на П-образной рамке-«воротах» над полосой движения — точкой, через которую проезжают самосвалы, — и работает в полностью автоматическом режиме круглосуточно и без участия оператора в процессе сканирования.

Ключевое слово здесь — бесконтактное. Груз не нужно выгружать, измерять рулеткой или взвешивать повторно. Сканер за время проезда автомобиля (от 5 до 15 км/ч) сам строит цифровую 3D-модель кузова с грузом и без — и по разнице этих двух моделей вычисляет точный объём материала.

Принцип работы: фотограмметрия и LiDAR

В современных российских системах применяются два технологических подхода, которые нередко комбинируются в одном устройстве.

Фотограмметрический метод (СканТрек-2000)

Принцип действия установок типа «СканТрек-2000» основан на методах фотограмметрии и заключается в определении пространственных координат точек поверхности движущихся объектов. Процесс реализуется следующим образом:

• Лазерные сканеры разворачивают луч в вертикальной плоскости таким образом, чтобы лучи охватывали весь контур движущегося объекта.
• Предварительно откалиброванные видеокамеры проводят съёмку транспортного средства с маркерными линиями, образованными лазерными лучами.
• Программное обеспечение обрабатывает видеокадры, совмещает их в пространстве, строит трёхмерное изображение и на основании заложенной математической модели вычисляет объём.

Для калибровки видеокамер используются специальные тестовые модули — имитаторы объёма: система определяет координаты X, Y, Z для каждого пикселя изображения, привязывая его к метрическим единицам.

LiDAR-технология (Light Detection and Ranging)

LiDAR — это технология лазерного дистанционного зондирования, которая измеряет расстояние до объектов, испуская серию коротких импульсов в ИК-спектре и фиксируя время их возврата. Зная скорость света, система с высокой точностью вычисляет расстояние до каждой точки на поверхности, формируя плотное облако точек — цифровую копию объекта.

В системе LaseTVM (одного из ключевых конкурентов на рынке) при динамической схеме используются два лазерных 2D-сканера под углом 90° друг к другу: один сканирует самосвал в продольной плоскости, второй — в поперечной. Полученный массив данных автоматически направляется в модуль обработки, где происходит вычисление объёма груза. 3D-сканирование кузова занимает не более 20 секунд.

Алгоритм одного измерения: шаг за шагом

Понять, как работает система на практике, лучше всего на конкретном примере проезда самосвала через измерительный пост.

1. Автомобиль подъезжает к знаку «СТОП» и ожидает зелёного сигнала светофора. Система управления движением автоматически регулирует очерёдность проезда, обеспечивая интервал между машинами не менее 45 секунд.
2. Зелёный сигнал — автомобиль начинает движение со скоростью 5–15 км/ч (для карьерных самосвалов), проезжая под рамкой системы без остановки.
3. Система фиксирует государственный номер автомобиля автоматически — с помощью видеокамер или RFID-модуля. Одновременно происходит захват и построение 3D-модели кузова.
4. Программное обеспечение автоматически вычисляет объём груза, сравнивая 3D-модель пустого кузова (шаблон, сохранённый в базе данных) с текущим состоянием.
5. Результат фиксируется в базе данных с указанием: номера автомобиля, даты и времени, скорости проезда, объёма груза в м³, типа груза и наименования поставщика.
6. Данные передаются в диспетчерскую или в IT-системы заказчика через API — в режиме реального времени.

Водитель при этом получает квитанцию с фактическим объёмом. Если данные сканера расходятся с накладной — оператор вправе зафиксировать расхождение документально.

Технические характеристики: что умеет современная система

Метрологические и технические параметры установки «СканТрек-2000», зарегистрированной в Государственном реестре средств измерений (№ 64344-16), следующие:

Лазерное излучение класса 1 — полностью безопасно для зрения и здоровья, никаких специальных защитных мер персоналу не требуется.

Варианты исполнения: стационар, мобиль и карьер

Установки выпускаются в нескольких конфигурациях под разные задачи.

Стационарная установка

Монтируется на постоянном месте — как правило, на въезде/выезде предприятия, на КПП или у весового поста. Фундамент и инфраструктура подготавливаются заказчиком. Стоимость — от 5 000 000 рублей без НДС.

Мобильная установка

Смонтирована на прицепе или разборной металлоконструкции — может быть переброшена на новый объект за несколько дней. Особенно востребована в дорожном строительстве и на сезонных работах, где объект меняется каждые 2–4 месяца. Стоимость — от 4 900 000 рублей без НДС.

Карьерный вариант (СканТрек-2000 Карьер)

Разработан специально для карьерных самосвалов грузоподъёмностью 40–141 т (БелАЗ, Caterpillar и аналоги). Металлоконструкция ТМ 140/144 позволяет проезжать под ней технике шириной до 7 метров. Диапазон измерений расширен до 230 м³. Стоимость — от 15 000 000 рублей без НДС.

Состав комплекса: что входит в поставку

Программно-аппаратный комплекс «СканТрек-2000» в карьерном исполнении включает следующие компоненты:

• Модули сканирования ST-S511 (сканер груза в термобоксе) — 3 шт.
• Модули ST-KP (камера вида груза сверху и сбоку) — в зависимости от конфигурации
• Камеры обзора въезда/выезда — 2 шт.
• Модуль RFID (идентификация транспортных средств) — 1 шт.
• Блок управления движением и освещением (светофоры, светильники)
• Блок коммутации питания и управления ST-KRM
• АРМ оператора (системный блок, монитор)
• Модуль хранения и передачи данных
• Шкаф уличного исполнения 19" 33U, IP55, климатическое исполнение УХЛ.1
• ИБП 3000 VA с батарейными блоками (автономная работа 45 мин)
• Металлоконструкция ТМ 144

Уличный термошкаф оснащён конвекционным обогревателем (300 Вт) и вентилятором (500 м³/ч), что обеспечивает стабильную работу электроники при сибирских морозах.

Интеграция с IT-системами предприятия

Одно из ключевых достоинств современных систем — открытый API для передачи данных во внешние системы заказчика. Это означает, что результаты каждого измерения автоматически уходят в 1С, SAP, диспетчерские системы или любые другие ERP-платформы предприятия без ручного ввода.

Структура данных, передаваемых через API, включает:

• Уникальный идентификатор измерения
• Номер автомобиля (ГРН)
• Дату и время начала/окончания измерения
• Объём груза в м³
• Скорость движения при измерении
• Тип и наименование груза
• Наименование поставщика

Доступ к базе данных разграничен по ролям: водители, операторы, диспетчеры и руководители видят только ту информацию, которая относится к их полномочиям.

Где применяется: отрасли и задачи

Системы измерения объёма грузов востребованы везде, где расчёты ведутся в кубометрах, а материалы перевозятся самосвалами.

Горнодобывающая промышленность и карьеры

Главная задача — контроль коэффициента использования грузоподъёмности (КИГ) автосамосвалов. Недогруженный БелАЗ — это лишние рейсы, лишнее топливо, лишний износ техники. Система в режиме реального времени показывает оператору экскаватора, насколько полно загружен кузов, и позволяет скорректировать работу до начала рейса. АЛРОСА (г. Айхал, Якутия) внедрила такую систему в 2024 году.

Дорожное строительство и инфраструктурные проекты

При строительстве дорог, мостов и других объектов сыпучие инертные материалы — щебень, песок, ЩПС — завозятся тысячами рейсов. Разница между заявленным и фактическим объёмом в каждом кузове может составлять 10–20%. Мобильные установки «СканТрек-2000» активно используются в «Севзапдорстрой», «Атомдорстрой», «АБИ ГРУПП», Башкиравтодоре и десятках других подрядчиков.

Коммунальное хозяйство

Водоканал Санкт-Петербурга эксплуатирует стационарные установки с 2010-х годов — для учёта грунта и строительных отходов при проведении земляных работ. Водоканал Нижнего Новгорода установил две системы в 2022 году.

Лесопромышленный комплекс

Версия «СканТрек-2100» работает для измерения объёма круглых лесоматериалов на автовозах и железнодорожных составах. Крупнейшие эксплуатанты — Сегежский ЦБК, АО «Монди СЛПК», ГК Илим, «СоликамскБумпром».

Строительство и девелопмент

Учёт объёмов завозимого и вывозимого грунта, строительного мусора, бетонного лома — задачи, с которыми работают системы на объектах ГК «Алмаз», «Проект-Девелопмент», «Сима-Строй».

Реальные кейсы: что показывают данные

Практика эксплуатации наглядно демонстрирует расхождение между накладными и фактическим объёмом. В реальных журналах учёта сыпучих материалов при строительстве зафиксированы многочисленные случаи, когда данные со сканера расходились с задокументированными данными поставщика:

• При поставке ЩПС С4: задокументированный объём 25,1 м³ на машину — фактические данные сканера: 16,3 м³ и 16,0 м³ (два рейса).
• Задокументированный объём 36,75 м³ — данные сканера: 17,2 м³ и 15,6 м³.
• Объём по накладной 36,5 м³ — данные сканера: 18,7 м³ и 16,4 м³.

Эти числа — не аномалия: поставщики, выставляя счёт за «полный кузов», систематически недогружают машины, пользуясь тем, что заказчик не имеет инструмента объективного контроля. Установка сканера буквально за несколько недель окупает себя за счёт выявленных расхождений.

Метрология и юридическая сила измерений

Это принципиально важный момент: показания сканера могут использоваться в коммерческих расчётах только при наличии государственной метрологической аттестации. Установки «СканТрек-2000» включены в Федеральный информационный фонд по обеспечению единства измерений (Госреестр, свидетельство № 64344-16). Поверка — ежегодная, по методике МП АПМ 49-15, утверждённой ООО «Автопрогресс-М».

Для получения юридически значимых данных необходимо соблюдение следующих условий:

• Ежегодная поверка установки уполномоченной организацией
• Соответствие версии ПО (не ниже 6.1.2)
• Соблюдение режима движения при сканировании
• Проведение калибровки пустых кузовов не реже одного раза в месяц

Сертификат утверждения типа СИ № 64344-16 был выдан ФАРМ в 2016 году и продлён приказом от 5 мая 2021 г..

Что нужно для установки: подготовка объекта

Заказчик самостоятельно выполняет подготовительные работы до прибытия монтажной бригады:

• Выравнивание и уплотнение дорожного полотна в зоне установки (бетон, асфальт или утрамбованный щебень)
• Заливка фундамента или укладка плит по согласованной схеме
• Подключение к силовой сети: отдельный автоматический выключатель 25А, мощность 2 кВт
• Обустройство контура защитного заземления
• Организация канала передачи данных от места установки до диспетчерской (Ethernet или Wi-Fi)
• Установка дорожных знаков «СТОП», «Приоритет проезда»
• Организация освещения зоны сканирования (не менее 10 метров по обе стороны от рамки)

Монтаж, пусконаладка и обучение персонала занимают от 16 до 21 календарного дня с момента доставки оборудования на объект.

Конкурентная среда: кто ещё присутствует на рынке

Рынок систем измерения объёма груза в России активно развивается. Среди ключевых игроков:

Ключевые отличия «СканТрек-2000» от конкурентов:

• Единственная отечественная разработка с государственной аттестацией в Госреестре СИ — юридически значимые данные для коммерческих расчётов
• Более 50 реализованных проектов в России и СНГ — подтверждённый референс-лист
• Широкий модельный ряд: от компактных мобильных установок (~5 млн руб.) до полноразмерных карьерных комплексов для 140-тонных БелАЗов (~15–18 млн руб.)
• Открытый API и документированная структура БД — интеграция с любыми IT-системами

Как выбрать систему: опросный лист для заказчика

Прежде чем обращаться к поставщику, полезно ответить на следующие вопросы:

• Какие типы транспортных средств будут измеряться (марки, грузоподъёмность, максимальная длина)?
• Какой максимальный объём кузова (в м³)?
• Сколько автомобилей проезжает в сутки?
• Требуется стационарная или мобильная установка?
• Нужно ли измерение в динамике (без остановки) или статическое (с остановкой)?
• Каков тип грунта на месте установки?
• Есть ли особые условия (взрывоопасная зона, агрессивная среда)?
• Требуется ли интеграция с весами, 1С или другими системами?
• Требуются ли данные с юридической силой для коммерческих расчётов (если да — только аттестованные СИ)?

Эти параметры определяют выбор модели, тип металлоконструкции (ТМ 130, ТМ 132, ТМ 134, ТМ 140/144) и итоговую стоимость проекта.

Типичные вопросы и заблуждения

«У нас уже есть весы — зачем ещё сканер?»

Весы показывают массу. Сканер показывает объём. В большинстве договоров на поставку инертных материалов расчёт ведётся именно в кубометрах. Кроме того, зная и массу, и объём одной партии, можно вычислить фактическую плотность материала — и выявить разводнение, лёгкие смеси или другие манипуляции со стороны поставщика.

«Сканер будет сбоить зимой»

Рабочий диапазон температур установок — от −45°C до +45°C. Все модули сканирующей части помещены в термобоксы с подогревом, уличный шкаф управления оснащён конвекционным обогревателем. Системы штатно эксплуатируются в Якутии, Архангельской области и Республике Коми.

«Это слишком дорого для нашего объекта»

Мобильная установка или стационарные системы стоят своих денег и окупаются уже на первом году использования. При типичном строительном объёме поставок (несколько тысяч кубометров в месяц) и расхождении в 10–15% между накладными и фактом установка окупается за 2–4 месяца эксплуатации. Кроме того, её можно перевезти на следующий объект.

«Мы сами проверяем кузова на глаз»

Человеческий глаз не способен оценить объём насыпи с погрешностью менее 15–20%. Сканер даёт погрешность ±3% — это в 5–7 раз точнее визуальной оценки.

Инструкция для водителей: как правильно проехать через сканер

Работа системы во многом зависит от того, соблюдает ли водитель порядок проезда. Основные правила:

1. Перед проездом убедиться, что оба регистрационных номера автомобиля чистые и читаемые — считывание номеров происходит автоматически.
2. Подъехать к шлагбауму и ожидать разрешения на въезд.
3. Дождаться зелёного сигнала светофора.
4. Двигаться через рамку системы со скоростью не более 5–8 км/ч без остановки.
5. После сканирования убедиться по сигналу системы, что измерение прошло корректно.
6. Если сканирование прошло некорректно — вернуться задним ходом к исходной позиции и повторить проезд.
7. После разгрузки вернуться к оператору для подписания ТТН.

Категорически запрещено:

• Останавливаться под системой в процессе измерения
• Ездить задним ходом во время активного сканирования
• Превышать скоростной режим (более 5–8 км/ч для шоссейных самосвалов)
• Допускать въезд посторонних автомобилей в зону сканирования во время проезда измеряемого ТС

Заключение: цифровой учёт вместо доверия на слово

Системы лазерного измерения объёма груза — это не дань моде на цифровизацию, а прагматичный инструмент экономии. Там, где ежедневно принимаются десятки рейсов сыпучих материалов, даже погрешность в 1–2 куба на машину превращается в многомиллионные потери за сезон. Обмануть обученного оператора можно, написать «нужную» цифру в накладной — тоже. Обмануть лазер, который видит кузов целиком и строит его трёхмерную модель за 15 секунд, не получится.

Российский рынок таких систем сформировался и активно растёт. Отечественная платформа «СканТрек-2000», получившая государственную метрологическую аттестацию ещё в 2016 году, прошла путь от единичных поставок до масштабных серийных внедрений — от дорожных подрядчиков Архангельской области до алмазных карьеров Якутии. LiDAR-системы немецкого производства (LASE) присутствуют в крупных инфраструктурных проектах и предлагают погрешность до ±1%. Новые отечественные разработчики также выходят на рынок.

Выбор конкретной системы определяется типом транспорта, требованиями к метрологической аттестации, необходимостью мобильности и бюджетом. Но базовый принцип один: объём груза должен измеряться — точно, автоматически и с формированием юридически значимых данных.