ISO 231502021 道路车辆.自动驾驶功能用传感器和数据融合装置之间的数据通信.逻辑接口标准立项发展报告

道路车辆自动驾驶功能用传感器和数据融合装置之间的数据通信逻辑接口标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Roadvehicles—Datacommunicationbetweensensorsanddatafusionunitforautomateddrivingfunctions—Logicalinterface摘要随着自动驾驶技术的快速发展，车辆感知系统中多传感器协同与数据融合已成为实现高级别自动驾驶功能的核心技术环节。然而，由于各传感器供应商与数据融合单元制造商之间缺乏统一的数据通信接口标准，系统集成面临接口不兼容、数据格式异构、协议适配复杂等突出问题，严重制约了产业规模化发展。在此背景下，国际标准化组织（ISO）于2021年5月正式发布ISO23150:2021《道路车辆自动驾驶功能用传感器和数据融合装置之间的数据通信逻辑接口》，该标准旨在规范自动驾驶系统中传感器与数据融合单元之间数据通信的逻辑接口，明确数据模型、语义定义和通信规则，为系统集成与数据互通提供统一的技术框架。本报告系统梳理了该标准的立项背景、技术内容、关键指标与应用价值，深入分析了其与国内外相关标准的关系，并对标准实施路径和未来发展方向进行了前瞻性探讨。报告指出，ISO23150:2021填补了自动驾驶传感器数据通信逻辑接口领域的国际标准空白，对推动自动驾驶产业技术协同、降低系统集成成本、保障功能安全具有重要的基础性支撑作用。关键词：自动驾驶；传感器；数据融合；逻辑接口；数据通信；ISO23150；标准化一、引言1.1标准立项背景自动驾驶技术正以前所未有的速度从实验室走向商业化应用。据中国汽车工程学会预测，2025年中国L2级及以上智能网联汽车渗透率将超过50%，L3级自动驾驶车型开始规模进入市场。在这一进程中，环境感知作为自动驾驶系统的“感官”基础，其技术水平直接决定了整车的安全性与可靠性。当前，主流自动驾驶方案普遍采用多传感器融合架构，包括摄像头、毫米波雷达、激光雷达、超声波传感器及GNSS/IMU等多种异构传感器，通过数据融合单元（DataFusionUnit,DFU）将多源感知信息进行时空对齐、目标级融合和场景理解，从而为决策规划模块提供统一的环境模型。然而，在产业实践过程中，传感器与数据融合单元之间的数据通信面临一系列突出挑战。一方面，不同传感器供应商采用各自的私有数据格式和通信协议，导致系统集成商不得不为每种传感器组合开发定制化接口适配层，显著增加了开发周期和人力成本；另一方面，传感器数据类型多样，涉及原始数据、目标列表、自由空间描述、路沿检测结果等不同抽象层级，缺乏统一的数据语义定义，容易造成信息在传输过程中的语义丢失或歧义。此外，随着ISO26262功能安全标准和ISO21448预期功能安全（SOTIF）标准的深入实施，传感器数据接口的一致性和可追溯性要求日益严格，迫切需要统一的逻辑接口标准加以规范。正是在这一产业需求的强力驱动下，ISO/TC22/SC32（道路车辆-电气电子部件及通用系统分技术委员会）于2018年正式启动ISO23150标准制定项目，经过三年多的多轮讨论与修订，最终于2021年5月26日正式发布。1.2标准定位与意义ISO23150:2021的发布，为自动驾驶系统中传感器与数据融合单元之间的数据通信提供了一份具有里程碑意义的国际标准。该标准的定位并非规定具体的物理层通信介质或传输协议，而是聚焦于“逻辑接口”（LogicalInterface）层面，即定义数据交换的语义模型、信息格式和交互规则。这一精准的定位使得该标准具有良好的技术中立性和可扩展性，能够适应不同硬件平台和通信总线（如CAN、以太网等）的多样化需求，同时为未来传感器类型和通信模式的扩展预留了充分的演进空间。从产业价值来看，该标准的实施有望从根本上改善自动驾驶系统集成的生态格局。对传感器供应商而言，遵循统一标准意味着其产品可以“即插即用”地对接不同厂商的数据融合单元，扩大市场覆盖面；对系统集成商和整车企业而言，标准化接口可以显著降低多传感器集成的复杂度，缩短开发周期，降低维护成本，同时提升系统的可扩展性和可移植性；对行业整体发展而言，统一的数据语义有助于建立跨企业的数据共享与协作机制，加速自动驾驶技术的迭代优化。1.3报告编制说明本报告围绕ISO23150:2021标准，从多个维度进行全面而深入的分析。报告首先梳理标准的研制历程与参与主体，继而详细解析标准的技术框架和核心内容，重点对比该标准与国内外相关标准的协调关系，评估其预期实施效益。在此基础上，报告进一步探讨标准实施的关键路径和未来演进方向，旨在为从事自动驾驶系统研发、传感器制造、标准制定及政策管理的相关机构和人员提供有价值的参考。二、标准研制历程与参与主体2.1标准研制阶段回顾ISO23150:2021的研制历程体现了国际标准制定过程中严谨、透明、协商一致的基本原则。该标准由ISO/TC22/SC32分技术委员会归口管理，其制定过程主要经历了以下阶段：提案与预研阶段（2017—2018年）：随着自动驾驶传感器接口问题日益凸显，德国汽车工业协会（VDA）联合多家主流整车企业及零部件供应商，在ISO/TC22/SC32会议上正式提出制定传感器—数据融合单元逻辑接口国际标准的提案。SC32分委会经审议后批准立项，成立专门的工作组（WG）负责标准起草工作，工作组召集人由德国专家担任，成员涵盖来自德国、日本、美国、中国、法国、瑞典等主要汽车工业国家的技术专家。起草与讨论阶段（2018—2020年）：工作组围绕数据模型定义、接口语义、对象分类体系、时序要求等技术议题展开了多轮深入讨论。标准草案（WorkingDraft,WD）先后经历了六次重大版本修订，共收到各成员国及联络组织提交的修改意见400余条。其中，关于目标列表（ObjectList）中对象的动态属性建模方式、传感器置信度信息的表达方法以及时间戳同步机制等技术细节，工作组内部进行了充分的辩论和技术验证，最终形成了协商一致的解决方案。委员会与国际标准草案阶段（2020—2021年）：2020年年中，标准草案进入委员会草案（CD）阶段，面向SC32全体成员征求意见；随后于2020年第四季度进入国际标准草案（DIS）阶段，在ISO全体成员国范围内进行投票表决。2021年年初，标准顺利通过最终国际标准草案（FDIS）投票，进入出版阶段。最终，ISO23150:2021于2021年5月26日正式发布，标准正文共约80页，涵盖术语定义、数据模型、通信接口规范及附录等技术内容。2.2主要参与单位介绍在本标准的研制过程中，多个国际知名企业和机构做出了突出贡献。其中，德国博世（RobertBoschGmbH）作为标准草案的主要贡献者和工作组核心成员，发挥了尤为关键的引领作用。博世集团是全球领先的技术与服务供应商，在汽车技术与智能交通领域拥有超过百年的深厚积累。在自动驾驶感知领域，博世的产品线涵盖毫米波雷达、摄像头、激光雷达等多种传感器，同时提供高性能的中央计算平台和数据处理单元，是全球极少数具备全栈感知与融合能力的供应商之一。正是由于其在传感器技术和数据融合技术方面的双向深度参与，博世对传感器接口标准化的重要性和技术要点有着深刻而全面的理解。在ISO23150标准的研制过程中，博世派出了多名资深技术专家深度参与工作组的技术讨论和草案撰写工作。博世专家团队凭借其在毫米波雷达目标列表输出、摄像头感知数据抽象以及多传感器时间同步等方面的丰富工程经验，在以下关键技术环节做出了重要贡献：其一，主导了标准中目标对象（Object）类层级结构的设计方案，提出了将静态目标与动态目标、刚体目标与弱势交通参与者（VRU）分类建模的思路，确保标准能够覆盖城市复杂交通场景下的感知需求；其二，推动了感知置信度（Confidence）信息的标准化表达方式，提出了以概率分布描述结合置信度等级划分的双重语义表示方法，使下游融合算法能够更精确地利用各传感器的置信度信息进行加权决策；其三，在时间同步机制方面，倡导并推动了基于全局时间戳（GlobalTimestamp）的事件驱动模型，有效解决了跨传感器数据的时间对齐难题。除了博世之外，大陆集团（ContinentalAG）、DENSO株式会社、采埃孚（ZFFriedrichshafenAG）、英伟达（NVIDIA）、奥迪（AudiAG）、宝马（BMWAG）、戴姆勒（DaimlerAG）以及中国第一汽车集团有限公司等技术企业也在标准的技术验证、编辑修订和推广应用等方面积极贡献力量，共同推动了这项具有行业基础性意义的国际标准的成功发布。三、标准技术内容解析3.1标准的范围与定位ISO23150:2021明确了其适用范围为M类（乘用车）和N类（货车）道路车辆上用于自动驾驶功能的传感器与数据融合单元之间的逻辑数据通信接口。标准所定义的“逻辑接口”是指通信双方在应用层所遵循的数据语义和交互规范，独立于具体的物理传输介质和底层通信协议。值得特别指出的是，该标准的范围界定中明确排除了原始数据（RawData）级别的传输，即传感器输出的像素级图像数据或原始点云数据不在此标准覆盖范围内，而主要面向对感知信息进行了一定程度抽象处理后的目标级数据和环境模型数据。这一范围选择基于产业实际需求确定：当前主流的自动驾驶量产方案中，传感器（特别是摄像头和雷达）普遍具备片上处理和AI加速能力，能够输出结构化目标列表而非纯原始数据；数据融合单元则负责对多源结构化感知结果进行融合处理。因此，聚焦于逻辑接口层的数据语义标准化，能够以最低的通信带宽需求实现最大的产业适用性。3.2数据模型与语义定义标准的核心技术内容在于建立了一套完整的数据模型体系，用于规范化表达传感器输出的感知信息。该数据模型采用面向对象的建模方法，以UML类图的形式定义了各信息实体及其相互关系。对象类层级架构：标准定义了以“对象”（Object）为顶层抽象类的层级化对象体系。根据运动特性和物理属性的不同，对象进一步区分为“动态对象”（DynamicObject）和“静态对象”（StaticObject）两大子类。动态对象涵盖车辆（Vehicle）、行人（Pedestrian）、自行车骑行者（Cyclist）以及动物（Animal）等具体对象类型；静态对象则包括路沿（Curbstone）、车道边界（LaneBoundary）、交通标志（TrafficSign）、护栏（Guardrail）等道路基础设施要素。对象类中定义了通用的属性集合，如对象ID（用于跟踪同一对象在不同时刻的对应关系）、对象类型、几何尺寸（长、宽、高）、三维位置坐标（以传感器坐标系或车辆坐标系为参考）、运动状态（速度矢量、加速度矢量、横摆角速度等）、朝向角及航向角。感知置信度与不确定性表达：标准高度关注感知数据的不确定性问题，要求每个传感器输出的对象信息必须附带相应的置信度评价。置信度信息通过两个维度进行表达：一是对象存在性置信度，即传感器对该位置确实存在目标的把握程度，以0到1之间的数值表示；二是属性置信度，即对目标分类、位置、速度等具体属性的可信程度评估。这一设计使得下游融合算法能够充分考虑各传感器的感知可靠性差异，实现更为鲁棒的信息融合。车道与自由空间信息：除目标级对象信息外，标准还定义了车道模型和自由空间模型。车道模型以车道中心线为基准，采用多项式曲线或离散点序列描述车道几何形状，同时定义车道宽度、车道类型（直行、转弯、合流、分流等）、车道边缘属性等语义要素。自由空间模型则以栅格或多边形的方式描述传感器检测到的可通行区域边界，为路径规划模块提供关键的行驶约束信息。3.3接口通信规范在接口通信规范方面，ISO23150:2021采用基于接口定义语言（IDL）的方式对通信消息进行了准确定义。每一个消息由其消息类型标识符唯一确定，消息体由一组按预定义顺序排列的数据字段构成。标准制定了完整的消息类型清单，涵盖对象列表消息（ObjectListMessage）、车道信息消息（LaneInfoMessage）、自由空间消息（FreespaceMessage）、传感器状态消息（SensorStateMessage）及时间同步消息（TimeSyncMessage）等主要通信类别。在时序行为方面，标准要求传感器按照预设周期或事件触发条件向数据融合单元发送数据，并明确在消息头部携带全局时间戳字段，以支持数据融合单元对不同传感器的数据进行精确的时间对齐。标准中还规定了数据更新率的最低要求建议，以及对异常场景（如传感器自检故障、通信超时、数据帧丢失等）的处理机制，确保系统的鲁棒性和安全性。3.4标准附录与实施指南标准正文后附有丰富的资料性附录，包括：对象分类枚举值完整清单及编码规范、IDL定义文件的完整代码、传感器坐标系与车辆坐标系的转换示例、不同传感器类型（摄像头、毫米波雷达、激光雷达）输出数据的标准映射示例等。这些附录为标准的实际落地实施提供了操作性极强的方法指导和参考模板，大大降低了不同企业理解和应用该标准的技术门槛。四、标准协调性与适用性分析4.1与ISO26262功能安全标准的协调ISO23150:2021在制定过程中充分考虑了与ISO26262《道路车辆功能安全》系列标准的协调衔接。传感器与数据融合单元之间的数据通信链路在功能安全分析中属于安全相关通信信道（Safety-RelatedCommunicationChannel），ISO26262第6部分对安全相关通信的故障处理机制（如超时监测、数据完整性校验、重复信息检测等）提出了明确要求。ISO23150:2021在消息结构设计中嵌入序列号（SequenceNumber）字段、时间戳（Timestamp）字段及数据长度校验字段，为上层功能安全机制的实现提供了基础性支持，使遵循ISO23150标准进行接口设计的同时能够较为便捷地满足ISO26262的安全通信要求。4.2与ISO21448预期功能安全（SOTIF）的关联ISO21448（SOTIF，预期功能安全）标准关注的是无故障条件下系统因性能局限或环境干扰导致的安全风险。传感器感知性能的局限是SOTIF分析的重要输入要素。ISO23150:2021标准通过在传感器接口中强制要求输出置信度信息和感知范围边界信息，为SOTIF分析提供了量化的数据支撑，有助于系统开发者在设计阶段准确评估感知功能的已知场景性能局限和未知场景潜在风险，从而制定合理的安全策略和运行设计域（ODD）限制条件。4.3与ISO/SAE21434网络安全标准的协调随着智能网联汽车网络安全威胁日益严峻，ISO/SAE21434《道路车辆网络安全工程》已成为汽车电子系统开发的重要合规性要求。ISO23150:2021的逻辑接口设计充分考虑到了网络安全需求，通过定义标准化的消息身份认证字段和完整性校验机制，为在通信接口层面实施安全防护提供了基础支撑。同时，标准明确了传感器数据融合接口不属于对外开放的外部通信接口，而属于车辆内部受控通信域，为整车网络安全架构设计中的安全域划分提供了指导。4.4与国内标准的协调在中国国内，全国汽车标准化技术委员会（TC114）智能网联汽车分技术委员会（SC34）正在积极推进自动驾驶相关标准体系建设。GB/TXXXX系列标准中的《智能网联汽车自动驾驶系统传感器数据接口规范》等标准草案在编制过程中充分参考了ISO23150:2021的技术框架和数据结构，保持了与相关国际标准的技术协调性。2023年，中国汽车技术研究中心有限公司联合国内主要整车企业和传感器供应商启动了ISO23150的等同采用（IDT）评估工作，计划将其转化为国家标准（GB/T），以促进国内自动驾驶产业的规范化发展。五、标准实施效益与推广应用5.1对产业链的技术经济效益ISO23150:2021的推广应用将带来显著的技术经济效益。从传感器供应商角度来看，标准化接口能够帮助降低为不同客户进行定制化适配的开发投入，产品的规模效应更加明显，特别是对中小型传感器创新企业而言，遵循国际标准意味着其产品能够以更低的集成成本进入主流整车企业的供应链体系，从而有效促进传感器领域的技术创新和良性竞争。从整车企业和系统集成商角度来看，标准化通信接口将多传感器集成的核心难点从“接口适配”转移到“算法优化”本身，有助于缩短研发周期、降低维护成本，并提高供应链的灵活性（可更为便捷地替换不同供应商的传感器产品）。从行业整体来看，统一的数据语义有助于建立跨企业的数据共享与协作机制，为自动驾驶大模型训练所需的规模化多模态数据集构建提供语义一致性基础。5.2国际标准推广现状自2021年发布以来，ISO23150:2021在国际上已获得广泛认可和采纳。在欧洲，德国汽车工业协会（VDA）已将该标准纳入其自动驾