ISO 109752023 农业机械和拖拉机操作员控制的拖拉机和自推进机械的自动导向系统安全要求标准立项发展报告

农业机械和拖拉机操作员控制的拖拉机和自推进机械的自动导向系统安全要求（ISO10975:2023）标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:SafetyRequirementsforAuto-guidanceSystemsforOperator-controlledTractorsandSelf-propelledMachinesinAgriculturalMachineryandTractors摘要关键词：自动导向系统；农业机械；安全要求；国际标准；精准农业；ISO10975AbstractWiththerapidadvancementofprecisionagriculturetechnologies,auto-guidancesystemshavebecomeindispensabletechnicalequipmentinmodernagriculturalproduction.Throughtheintegrationofsatellitepositioning,inertialnavigation,andsensorfusiontechnologies,thesesystemsenableautomaticpathcontrolforagriculturalmachineryoperations,significantlyimprovingoperationalaccuracy,efficiency,andqualitywhilereducingoperatorfatigue.However,thewidespreadapplicationofauto-guidancesystemshasalsointroducednewsafetyrisksandchallenges,necessitatingunifiedsafetytechnicalrequirementsforregulation.Againstthisbackdrop,theInternationalOrganizationforStandardization(ISO)publishedISO10975:2023,providingaunifiedtechnicalbasisforthedesign,manufacturing,andsafetyassessmentofagriculturalmachineryauto-guidancesystemsworldwide.Thisreportsystematicallyreviewstheprojectinitiationbackground,developmentprocess,coretechnicalcontent,andindustryimpactofthisstandard,withemphasisonintroducingthekeyparticipatingorganizationsandtheircontributions.Thereportalsoprovidesin-depthanalysisofthestandard'ssignificantvalueinenhancingagriculturalmachineryintelligence,safeguardingoperationalsafety,andfacilitatinginternationaltrade.Itisconcludedthatthepublicationofthisstandardmarksanewstageinthesafetystandardizationofagriculturalmachineryauto-guidancetechnology,carryingprofoundstrategicsignificanceforpromotingthestandardizedandhigh-qualitydevelopmentofglobalprecisionagriculture.Keywords:Auto-guidancesystems;Agriculturalmachinery;Safetyrequirements;Internationalstandards;Precisionagriculture;ISO10975一、引言1.1研究背景农业现代化是全球农业发展的重要方向，而智能化、自动化技术则是驱动农业现代化的核心动力。据联合国粮食及农业组织（FAO）统计，全球人口预计在2050年将达到97亿，粮食需求将比目前增加约70%。面对日益严峻的粮食安全挑战和农业劳动力短缺问题，提高农业生产效率、实现精准作业已成为各国农业发展的共同目标。自动导向系统作为精准农业的关键支撑技术之一，近年来在全球范围内获得了快速发展和大规模应用。自动导向系统（Auto-guidanceSystem）是一种集成全球导航卫星系统（GNSS）、惯性测量单元（IMU）、角度传感器、控制终端和转向执行机构等软硬件于一体的自动化控制系统。该系统能够使拖拉机或自推进农业机械按照预设路径自动行驶，在耕地、播种、施肥、喷药、收获等作业环节中实现厘米级的高精度导航控制。据市场研究报告显示，2022年全球农业自动导航系统市场规模约为35.6亿美元，预计到2030年将增长至95.2亿美元，年复合增长率约为13.1%。然而，自动导向系统的广泛应用也伴随着新的安全问题和风险。由于系统涉及自动驾驶功能，一旦发生故障或误操作，可能造成严重的人员伤亡和财产损失。主要安全风险包括：一是系统在作业过程中出现定位偏差或信号丢失，导致机械偏离预定路径，可能引发碰撞或碾压事故；二是操作员对自动导向系统的过度依赖，导致警觉性下降，在紧急情况下未能及时干预；三是系统在坡地、复杂地形或特殊农艺条件下的适应性不足，存在倾翻或失控风险；四是不同制造商生产的系统在接口、性能和操作方式上缺乏统一规范，增加了用户使用的复杂性和安全风险。在上述背景下，制定统一的自动导向系统安全要求国际标准成为行业的迫切需求。国际标准化组织（ISO）作为全球最具权威性的标准化机构之一，在农业机械安全标准化领域拥有完善的技术委员会体系和工作机制，其制定的标准被全球各成员国广泛采用，在促进技术进步和消除贸易壁垒方面发挥着不可替代的作用。1.2标准立项的必要性在ISO10975:2023发布之前，全球范围内缺乏专门针对农业机械自动导向系统安全要求的统一国际标准。尽管部分发达国家和地区（如欧盟、美国）已有相关的技术法规和标准，如欧盟机械指令（2006/42/EC）中对机械安全的一般要求、ISO4254-1:2013《农业机械安全第1部分：通用要求》等，但这些标准主要针对传统农业机械的一般性安全要求，未能全面覆盖自动导向系统所特有的功能安全、人机交互、系统可靠性和网络安全等关键问题。不同国家之间在自动导向系统的技术要求、测试方法和安全评估标准方面存在较大差异，给农机制造商的产品出口和国际市场准入带来了不小的困扰，同时也增加了用户的选型和维护难度。因此，制定一项专门针对自动导向系统的国际安全标准具有充分的必要性。该标准的制定不仅有助于统一技术要求和测试方法，还将减少重复性测试和认证成本，促进国际贸易和技术交流，推动全球农业智能化装备的健康发展。二、标准基本信息2.1标准概览ISO10975:2023《农业机械和拖拉机操作员控制的拖拉机和自推进机械的自动导向系统安全要求》由国际标准化组织（ISO）正式发布。该标准属于ISO/TC23（农林拖拉机和机械技术委员会）的工作范畴，具体由SC3（操作者安全、舒适性和健康分技术委员会）负责制定。标准发布日期为2023年10月2日，采用英文版本，现行有效。该标准的分类号为农业机械和设备综合，在ISO标准体系中与ISO4254系列农业机械安全标准、ISO12100机械安全设计通用原则等标准密切关联，共同构成农业机械安全标准的完整框架。标准的正式名称为"Agriculturalmachineryandtractors—Auto-guidancesystemsforoperator-controlledtractorsandself-propelledmachines—Safetyrequirements"。2.2标准适用范围标准名中的"操作员控制的拖拉机和自推进机械"强调了标准的适用范围——即无论系统处于自动导向模式还是手动操作模式，操作员始终对机械拥有最终控制权，这与完全无人驾驶的农业机械有本质区别。ISO10975:2023适用于安装在操作员控制的拖拉机和自推进农业机械上的自动导向系统，涵盖系统的设计、制造、安装、使用和维护等全生命周期各环节的安全要求。标准针对从辅助转向到完全自动转向的不同自动化程度，提出了相应的功能安全要求。需要指出的是，该标准主要侧重于直行和转弯的自动转向功能，对于涉及收获或土壤耕作等特定作业工序时，可能还有其他特定机械安全标准需要同时遵循。此外，该标准规定的安全要求，在机械进行道路行驶时是否适用，取决于相关国家或地区的交通法规。如果自动导向系统同时具备其他功能（如基于转向功能实现的车头自动调向或地头自动掉头），这些功能也应遵守本标准的相应安全要求。三、标准研制过程ISO10975:2023的研制过程严格遵循了ISO/IEC导则所规定的标准制定程序，经历了多个阶段的严格评审和反复修订，最终形成了各方协商一致的国际标准。其研制过程主要包括以下几个关键阶段：（1）提案阶段（NWIP）：由ISO/TC23/SC3根据行业发展需求，提出制定自动导向系统安全要求国际标准的提案。提案需获得多数成员国支持并通过投票方可正式立项。（2）起草阶段（WD）：成立工作组（WG），由各成员国推荐的专家组成起草小组，负责标准草案的编制工作。起草过程中充分考虑了现有国家或地区标准的差异，力求在最大范围内达成国际共识。（3）委员会阶段（CD）：标准草案提交至SC3委员会进行审议。委员会成员对技术内容进行逐条审查，提出修改意见。在此过程中，各成员国根据本国技术发展水平和产业利益，对标准的技术指标和条款内容进行了充分的讨论和协调。（4）询问阶段（DIS）：经过委员会审议通过后的标准草案进入询问阶段，分发至ISO全体成员国进行为期三个月的投票和意见征集。各成员国可投票赞成、反对或弃权，并提出技术性修改意见。（5）批准阶段（FDIS）：对询问阶段收集到的意见进行处理后，形成最终国际标准草案，再次分发至各成员国进行最终投票。投票通过后提交ISO中央秘书处进行出版。整个标准制定周期历时约三年，充分体现了国际标准制定的严谨性和协商一致性原则。四、标准主要内容ISO10975:2023标准的技术内容涵盖了自动导向系统的安全设计、风险评估、性能要求和验证方法等各个方面，为自动导向系统的设计者、制造商和评估机构提供了一套系统的安全技术规范。标准的主要技术内容包括：4.1术语和定义标准统一界定了自动导向系统相关的核心术语，包括"自动导向系统"（auto-guidancesystem）、"操作员控制"（operatorcontrol）、"预设路径"（prescribedpath）、"转向控制"（steeringcontrol）等，为标准的理解和使用提供了统一的技术语言。同时，标准对"自动转向模式"（automatedsteeringmode）、"手动干预"（manualintervention）、"安全状态"（safestate）等关键概念进行了精确定义，确保了技术指标和安全要求表述的一致性。4.2安全要求和设计原则标准基于ISO12100《机械安全设计通则风险评估与风险减小》所确立的风险评估方法论，针对自动导向系统的全生命周期提出了系统性的安全设计原则。在转向控制安全方面，强调操作员必须能够随时通过手动操作介入或接管转向控制，系统应配备便于操作员快速安全切换的自动/手动模式切换装置，确保模式切换不会造成危险情况。在系统可靠性与故障响应方面，要求系统在发生单一故障（如GNSS信号丢失、传感器失效、通信中断）时应能够安全降级，进入操作员可控制的安全状态。同时，标准对软件和电子控制提出了功能安全要求，要求系统的设计应遵循IEC61508等国际功能安全标准的原则和方法。此外，标准还对人机交互界面提出了明确要求，包括：为操作员提供清晰可见的系统状态信息、故障警告信号；操作员控制装置应易于识别和操作；自动导向系统的启动和停用操作应简单可靠，防止误操作。4.3性能要求和试验方法标准规定了自动导向系统在不同工况下的安全性能要求，包括系统响应时间、转向控制精度、模式切换时间、故障检测和报警时间等关键技术指标。同时，标准还规定了相应的试验方法和检验规则，包括实验室试验和田间试验的具体方法和评定准则，为标准的可操作性和可验证性提供了技术保障。需要注意的是，该标准并不要求制造商量化自动驾驶功能的位置精度——系统的定位精度水平（如±2cm或±30cm）由制造商自行规定，并基于制造商与用户之间的约定来处理。标准实际上提出的是安全要求，而非直接考核定位精度。4.4使用信息标准还规定了自动导向系统使用信息的相关要求，包括操作手册、维护保养说明、安全警示标识和操作员培训要求等。制造商应提供充分的使用信息，确保操作员能够理解系统的功能、操作方法和安全注意事项。同时，制造商还应提供必要的技术培训资料，帮助操作员掌握系统的正确使用方法和应急处置措施。五、标准制定的主要参与单位ISO10975:2023标准的制定汇聚了全球农业机械领域众多权威机构和专家的智慧和力量，其中德国采埃孚集团（ZFFriedrichshafenAG）作为ISO/TC23/SC3的重要成员单位，在标准制定过程中发挥了关键的引领作用。采埃孚集团是全球领先的汽车和农业机械传动系统及底盘技术供应商，总部位于德国腓特烈港。在农业机械领域，采埃孚长期为世界各大农机品牌提供变速箱、驱动桥、转向系统等核心零部件。近年来，随着精准农业和智能农机的发展趋势，采埃孚积极推进农业机械自动化、智能化技术的研发，并在自动导向系统的转向控制执行机构方面积累了丰富的技术经验。采埃孚的代表在标准制定工作组中担任了重要角色，深度参与了标准技术框架的设计和关键安全指标的论证，为标准的科学性、先进性和可操作性做出了重要贡献。此外，来自约翰迪尔（JohnDeere）、CNHIndustrial、爱科集团（AGCO）、久保田（Kubota）等全球领先农业机械制造企业的技术专家，来自德国农业协会（DLG）、美国设备制造商协会（AEM）等行业协会的专家代表，以及来自多个国家的标准化机构代表也积极参与了标准草案的讨论和评审工作，共同保障了该标准的国际适用性和行业认可度。六、标准的影响与意义6.1对行业发展的推动作用ISO10975:2023的发布和实施对全球农业机械行业产生了深远影响。首先，该标准为自动导向系统的设计、制造和评估提供了统一的技术规范，有利于引导企业将安全设计理念融入产品研发全过程，从源头提升自动导向系统的本质安全水平。其次，标准的实施将促进自动导向系统技术和产品的规范化发展，通过设定统一的安全准入门槛，淘汰不符合安全要求的产品和企业，推动行业技术水平和产品质量的整体提升。第三，该标准的发布为各国制定或修订自动导向系统相关技术法规提供了重要的技术参考，有助于协调各国技术标准和监管要求，促进国际贸易便利化和市场一体化发展。6.2对精准农业发展的支撑作用自动导向系统是精准农业的重要技术基础。通过实现农机作业路径的精确控制，自动导向系统可有效减少作业重叠和遗漏，提高播种、施肥、喷药等作业的精准度，进而实现农资投入的精量化和利用效率的最大化，降低生产成本并减少对环境的影响。ISO10975:2023的发布为自动导向系统的安全应用提供了技术保障和法律依据，消除了用户对系统安全性的顾虑，有利于增强市场信心，加速自动导向系统在农业生产中的推广应用。6.3对智能农机标准体系的完善作用ISO10975:2023填补了国际标准体系在农业机械自动导向系统安全领域的空白，与ISO18497（农业机械和拖拉机在高度自动化操作场景下的安全相关部分）、ISO4254系列（农业机械安全通用要求）等标准共同构建了覆盖不同自动化等级和功能范围的农业机械安全标准体系。该标准的发布为后续制定更高级别的农业机械自动化和智能化标准奠定了重要基础。七、结论与展望农业机械和拖拉机操作员控制的拖拉机和自推进机械的自动导向系统安全要求（ISO10975:2023）的发布实施，是全球农业机械安全标准化工作的一项重大成果。该标准科学总结和凝练了全球自动导向系统技术发展的最新成果和安全管理的先进经验，首次在国际层面统一了操作员控制的农业机械自动导向系统的安全要求，为全球精准农业装备的规范化发展提供了重要的技术指引。展望未来，随着人工智能、5G通信、云计算等新一代信息技术的快速发展，农业机械的自动化和智能化水平将不断提升，完全无人驾驶的农业机械将成为可能。ISO10975:2023所确立的安全设计理念和方法论，将为后续更高自动化等级标准（如ISO18497系列）的持续完善提供重要参考。建议各国在采用和实施本标准的同时，密切跟踪技术发展趋势，积极参与国际标准的制修订工作，共同推动全球农业机械安全标准的持续完善和发展，为全球农业的可持续发展提供更加坚实的技术支撑和安全保障。参考文献[1]ISO10975:2023,Agriculturalmachineryandtractors—Auto-guidancesystemsforoperator-controlledtractorsandself-propelledmachines—Safetyrequirements[S].Geneva:InternationalOrganizationforStandardization,2023.[2]ISO12100:2010,Safetyofmachinery—Generalprinciplesfordesign—Riskassessmentandriskreduction[S].Geneva:InternationalOrganizationforStandardization,2010.[3]ISO4254-1:2013,Agriculturalmachinery—Safety—Part1:Generalrequirements[S]