ISO 21815-12022 土方机械.碰撞警告和避免.第1部分一般要求标准立项发展报告

土方机械碰撞警告和避免第1部分：一般要求标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Earth-movingmachinery—Collisionwarningandavoidance—Part1:Generalrequirements摘要随着全球基础设施建设规模持续扩大，土方机械在矿山、建筑、水利等工程领域的应用日益广泛。然而，由于施工作业环境复杂、机械设备体积庞大且存在视觉盲区，碰撞事故频发，不仅造成重大人员伤亡和经济损失，也对施工效率产生严重影响。为有效解决这一问题，国际标准化组织（ISO）于2022年1月发布了ISO21815-1:2022《土方机械碰撞警告和避免第1部分：一般要求》。本标准作为ISO21815系列标准的基础性文件，系统规定了土方机械碰撞警告和避免系统的通用术语定义、系统分类、功能要求与性能准则，为后续各专项标准的制定奠定了框架基础。本报告围绕该标准的立项背景、编制历程、核心技术内容、国内外标准化现状及其推广应用前景等方面展开系统分析，旨在为标准使用者提供全面的技术指引，并推动该标准在我国土方机械行业中的宣贯实施与国产化应用。关键词：土方机械；碰撞警告；碰撞避免；ISO21815；功能安全；机器视觉一、引言1.1立项背景土方机械作为工程建设的核心装备，广泛应用于基础设施建设、矿山开采、农田水利等国民经济重要领域。根据中国工程机械工业协会统计数据，2021年我国土方机械主要产品销量同比增长显著，市场保有量持续攀升。然而，随着机械设备的大型化、智能化和作业场景的复杂化，碰撞事故风险亦随之上升。据统计，在建筑施工现场发生的重大安全事故中，由机械碰撞导致的事故占比居高不下，其中挖掘机、装载机、自卸车等土方机械的视野盲区问题尤为突出。在此背景下，国际标准化组织于2018年正式启动ISO21815系列标准的制定工作，旨在统一土方机械碰撞警告与避免系统的术语、分类、功能要求及试验方法，从而为设备制造商、系统供应商和终端用户提供共同的技術规范依据。ISO21815-1:2022作为该系列标准的开篇之作，明确了碰撞警告和避免系统的基本框架与通用要求。1.2标准基本信息|项目|内容||------|------||标准编号|ISO21815-1:2022||标准名称|土方机械碰撞警告和避免第1部分：一般要求||英文名称|Earth-movingmachinery—Collisionwarningandavoidance—Part1:Generalrequirements||发布机构|国际标准化组织（ISO）||发布日期|2022年1月7日||标准状态|现行||ICS分类|53.100（土方机械）|二、ISO21815-1:2022编制历程2.1标准制定背景与需求分析伴随自动化与智能化技术在工程机械领域的深度渗透，越来越多的土方机械开始配备基于摄像头、雷达、超声波等传感技术的辅助驾驶系统和主动安全系统。然而，由于缺乏统一的行业标准，各制造商在系统功能定义、性能指标、测试方法等方面存在显著差异，导致以下问题日益突出：（1）不同品牌设备之间的系统互操作性差；（2）用户在评估和比较不同系统性能时缺乏统一依据；（3）监管机构在安全认证环节缺少明确的技术准则；（4）系统在复杂工况下的可靠性和有效性难以保障。上述问题引起了ISO/TC127（土方机械技术委员会）的高度关注。ISO/TC127是负责土方机械领域国际标准制定的专门技术委员会，其SC2分委会（安全、人机工效和通用要求）承担了ISO21815系列标准的制定任务。2.2标准编制过程ISO21815-1:2022的编制严格遵循ISO/IEC导则第1部分所规定的标准制定程序，经历了以下阶段：-2018年10月：ISO/TC127/SC2在全体会议上正式提出制定碰撞警告和避免系列标准的提案，经成员国投票表决通过后立项，编号确定为ISO21815；-2019年1月至2020年6月：成立工作组（WG），由来自美国、中国、德国、日本、瑞典等主要成员国的专家共同参与。工作组先后召开多次实体会议和网络会议，围绕系统定义、性能分类、测试场景等核心技术议题开展深入讨论。期间形成委员会草案（CD）稿两版；-2020年10月：形成国际标准草案（DIS）并分发各成员国征求意见。在为期三个月的投票期内，共收到来自十余个国家的反馈意见数百条，编辑组对所有意见进行了逐条处理和回复；-2021年5月：形成最终国际标准草案（FDIS），提交各成员国进行最终表决，获得高票通过；-2022年1月7日：ISO21815-1:2022由国际标准化组织正式出版发布。这是ISO在土方机械主动安全领域发布的首个基础性国际标准，填补了该领域标准空白。三、标准主要内容分析3.1标准适用范围ISO21815-1:2022规定了土方机械用碰撞警告和避免系统的一般要求，适用于在施工现场或作业区域内运行的自卸车、挖掘机、装载机、推土机等各类土方机械。该标准涵盖的系统类型包括：-碰撞警告系统（CollisionWarningSystem,CWS）：向操作人员发出视觉、听觉或触觉警告信号，提醒其注意潜在碰撞风险的被动安全系统；-碰撞避免系统（CollisionAvoidanceSystem,CAS）：在警告信号未被有效响应时，主动介入机械控制（如自动减速或制动）以减轻或避免碰撞的主动安全系统；-辅助驾驶系统（AssistanceSystem）：结合碰撞警告与避免功能，在特定作业场景下为操作人员提供辅助决策支持的综合系统。3.2术语和定义标准对碰撞警告和避免领域的关键术语进行了系统定义，主要包括：-碰撞警告（collisionwarning）：当检测到机械与人或物之间存在碰撞风险时，系统向操作者发出的警示信息；-碰撞避免（collisionavoidance）：系统通过自动干预或增强提示的方式，主动降低或消除碰撞风险的功能；-探测区域（detectionzone）：传感器能够有效感知和监测的空间范围；-安全距离（safetydistance）：系统判定为安全的机械与人或物之间的最小距离阈值；-行人检测（pedestriandetection）：系统对进入探测区域内的人员进行识别和追踪的功能；-误报率（falsealarmrate）：系统在无实际碰撞风险情况下发出警告的频率指标。此外，标准还定义了与系统性能评估相关的术语，如"响应时间（responsetime）""探测概率（detectionprobability）""虚警率（falsealarmrate）"等。3.3系统分类ISO21815-1:2022依据系统功能等级和介入程度将碰撞警告和避免系统划分为以下类别：|类别|系统类型|功能描述|介入等级||------|---------|---------|---------||0级|信息提示类|仅提供环境信息和距离提示，不产生警示信号|无介入||1级|碰撞警告类|在检测到碰撞风险时向操作人员发出警示信号|警告（被动）||2级|辅助干预类|在发出警告的同时提供辅助介入（如自动减速）|部分介入（主动）||3级|自动避免类|在紧急情况下自动执行制动或转向等操作以规避碰撞|全自动介入|上述分类体系为衡量和比较不同技术水平的产品提供了清晰、统一的参考框架。3.4一般要求和性能准则标准对碰撞警告和避免系统提出了以下通用性能要求：1.探测能力要求：系统应能够在规定的探测区域内，可靠地识别人员和其他障碍物。对人员的探测概率应不低于95%（在标准测试条件下），对不同类型障碍物的探测能力应满足制造商声明的技术规格。2.响应时间要求：系统从检测到碰撞风险到发出警告或实施干预的总延迟时间应不大于300毫秒，以确保在典型作业速度下留有充足的安全反应余量。3.环境适应性要求：系统在制造商规定的环境条件范围内（包括光照变化、雨雾天气、粉尘环境、温度范围等）均应满足规定的性能指标，不得因环境因素导致功能显著退化。4.抗干扰能力要求：系统应具备抵抗电磁干扰、振动冲击、以及同频段其他传感器信号干扰的能力，确保在复杂施工环境下稳定可靠运行。5.人机交互要求：警告信号的类型、强度和呈现方式应能引起操作人员的及时注意，同时又不应造成过度干扰或警示疲劳。标准还要求系统支持分级警示策略，即根据碰撞风险等级递进改变警示信号强度。6.自诊断功能要求：系统应具备完善的故障自诊断功能，在发生可能导致功能失效的故障时，能够及时向操作人员发出明确的系统故障提示。7.耐久性与可靠性要求：系统的关键部件设计寿命应不低于土方机械整机的预期使用寿命，或应满足制造商规定的维护保养周期要求。四、国内外标准化现状及对比分析4.1国际标准化现状在ISO21815-1:2022发布之前，国际上文关于工程机械碰撞安全的标准主要集中于被动安全技术（如ROPS/FOPS防翻滚和防落物保护结构）和后视镜视野要求（如ISO14401）。而针对主动感知与碰撞避免功能的标准长期处于空白状态。ISO21815系列标准由以下部分组成：-ISO21815-1：一般要求（2022年已发布）-ISO21815-2：基于视觉感知的碰撞警告系统性能要求（制定中）-ISO21815-3：基于雷达感知的碰撞警告系统性能要求（制定中）-ISO21815-4：行人检测系统的测试方法和性能评估（制定中）4.2中国标准化现状目前，我国在土方机械碰撞警告和避免领域尚无对应的国家标准或行业标准。与此相关的安全标准主要包括GB25684（土方机械安全）系列标准、GB/T19933（土方机械司机室环境）系列标准等，均侧重于传统安全要求，未涉及主动碰撞避免系统的技术要求。随着智能化技术在工程机械领域的快速应用，国内相关标准化需求日益迫切。中国机械工业联合会、全国土方机械标准化技术委员会（SAC/TC334）已密切关注ISO21815系列标准的制定进展，并积极推动该国际标准向国内标准的转化工作。4.3对比分析与国外相比，我国在土方机械碰撞避免领域的技术积累和标准制定方面存在一定差距。主要体现为：国内传感器件核心技术对外依存度较高、系统集成能力有待提升、针对复杂工况的适应性验证数据积累不足等。然而，我国在人工智能算法、5G通信应用等方面具有独特优势，有望在后续标准制定和产业化推进中实现跨越式发展。五、主要参与单位介绍——ISO/TC127/SC2/WG工作组5.1ISO/TC127概况ISO/TC127（土方机械技术委员会）成立于1968年，是国际标准化组织下属负责土方机械领域国际标准制定的技术委员会，秘书处由美国ANSI承担。目前共有参与成员国（P成员）20余个、观察成员国（O成员）10余个。ISO/TC127下设多个分技术委员会（SC），其中SC2负责安全、人机工效和通用要求方面的标准制定工作。5.2中国参与情况中国是ISO/TC127的积极成员，全国土方机械标准化技术委员会（SAC/TC334）作为国内技术对口单位，组织国内骨干企业、科研院所和高校专家参与ISO/TC127及其各分技术委员会的国际标准制定工作。天津工程机械研究院有限公司作为SAC/TC334的秘书处承担单位，是我国土方机械标准化工作的核心力量。该院长期从事工程机械领域的技术研究、标准制定和试验检测工作，拥有国家级工程机械质量检验检测中心和多个专业实验室，在推动我国土方机械标准与国际接轨方面发挥了重要的桥梁纽带作用。在ISO21815-1的制定过程中，中国专家积极参与了标准框架讨论、关键技术指标论证和试验方法研究等工作，结合我国土方机械的典型作业工况和实际应用经验提出了多项建设性意见，为标准的技术合理性贡献了中国智慧和实践经验。六、标准实施意义与展望6.1实施意义ISO21815-1:2022的发布与实施具有以下重要意义：（1）填补标准空白，统一技术基准。该标准是国际上首部针对土方机械碰撞警告和避免系统的通用技术标准，填补了工程机械主动安全领域的标准化空白，为后续专项标准和产品认证奠定了基础。（2）促进技术进步，提升安全水平。标准的发布将推动碰撞警告和避免技术的规范化发展，引导制造企业加大对传感器融合、智能算法、功能安全等关键技术的研发投入，从整体上提升土方机械的安全作业水平。（3）支撑国际贸易，消除技术壁垒。作为统一的国际标准，该标准有助于消除各国在碰撞警告系统技术要求上的差异，促进土方机械及其安全系统的国际贸易便利化。（4）助力行业监管，规范市场秩序。标准为政府部门开展安全监管和产品认证提供了明确的技术依据，有助于淘汰技术落后、安全性能不达标的低质产品，规范市场竞争秩序。6.2未来展望七、结论参考文献[1]ISO21815-1:2022,Earth-movingmachinery—Collisionwarningandavoidance—Part1:Generalrequirements[S].Geneva:InternationalOrganizationfor