ISO 18497-32024 农业机械和拖拉机部分自动化、半自主和自主机械的安全第3部分自主操作区标准立项发展报告

农业机械和拖拉机部分自动化、半自主和自主机械的安全第3部分：自主操作区标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:AgriculturalMachineryandTractors—SafetyofPartiallyAutomated,Semi-AutonomousandAutonomousMachinery—Part3:AutonomousOperatingZones摘要随着人工智能、传感器融合技术与自动驾驶技术的迅猛发展，农业机械正经历着从传统人力操控向部分自动化、半自主乃至完全自主作业模式的深刻变革。自主作业机械在显著提升农业生产效率、缓解劳动力短缺压力的同时，也对其运行环境的安全管控提出了全新挑战。在此背景下，国际标准化组织（ISO）于2024年7月31日正式发布ISO18497-3:2024《农业机械和拖拉机部分自动化、半自主和自主机械的安全第3部分：自主操作区》。本标准作为ISO18497系列标准的重要组成部分，聚焦于自主操作区的界定、设计要求和安全评估方法，为全球农业机械自主作业的安全管理提供了统一的技术框架。本报告系统梳理了该标准的编制背景、核心技术内容、主要参与单位及其行业影响，并对标准实施与未来发展趋势进行了前瞻性展望。报告指出，ISO18497-3:2024的发布填补了国际层面农业机械自主操作区安全标准的空白，对推动全球智慧农业健康发展具有重要的里程碑意义。关键词：农业机械；自主操作区；功能安全；标准化；自主作业；ISO18497Keywords:AgriculturalMachinery;AutonomousOperatingZones;FunctionalSafety;Standardization;AutonomousOperation;ISO184971引言1.1编制背景农业作为国民经济的基础产业，正迎来以智能化为核心的技术变革浪潮。据联合国经济和社会事务部预测，全球人口将在2050年达到97亿，粮食需求将相应增长约50%。与此同时，全球农业劳动力持续短缺，发达国家农业劳动力老龄化问题尤为突出。在此背景下，以自主导航、智能感知和自动作业为特征的自主农业机械成为解决上述矛盾的关键路径。然而，自主机械在田间、果园、养殖场等开放或半开放环境中运行时，其作业区域往往涉及人员活动、畜禽出没及多机协同等复杂场景，安全事故风险不容忽视。传统农业机械安全标准主要基于"驾驶员在场操控"的基本假设，难以覆盖自主作业模式下"人机分离"的安全需求，亟需制定专门的标准予以规范。1.2标准体系定位ISO18497系列标准是国际标准化组织下设的农业机械技术委员会（ISO/TC23）联合拖拉机分技术委员会（SC4）共同制定的关于农业机械部分自动化、半自主和自主机械安全的系列标准。已发布的标准包括：-ISO18497-1:2024：第1部分，规定部分自动化、半自主和自主机械的通用安全设计原则；-ISO18497-2:2024：第2部分，涉及自动作业过程中障碍物检测与人员安全防护的技术要求；-ISO18497-3:2024：第3部分（即本报告所涉及标准），聚焦于自主操作区的划定、风险评估与安全管理；-ISO18497-4:2024：第4部分，针对安全相关的通信系统提出技术要求。本报告所关注的ISO18497-3:2024在系列标准中居于承上启下的核心位置：它既是前述通用安全原则在具体应用场景中的延伸，又是后续通信安全等专项标准制定的场景基础。1.3编制意义该标准的发布具有多重意义。首先，在国际层面，它填补了自主农业机械操作区安全标准的空白，为各国制定相关法规和实施细则提供了参考基准。其次，在产业层面，它为全球农业机械制造商提供了统一的设计规范和评价依据，有助于降低产品研发的合规成本和国际贸易壁垒。再次，在技术层面，标准对自主操作区的功能划分和风险控制措施的明确规定，为感知、决策、控制等核心技术的工程化落地提供了系统性指引。2标准编制原则与主要技术内容2.1编制原则ISO18497-3:2024在编制过程中遵循了以下几项核心原则：-安全优先原则：始终将人员安全置于首位，强调自主机械在操作区内任何运行状态下均须保障人员生命安全和身体健康不受威胁。-风险导向原则：以风险评估为基本方法，要求制造商针对自主操作区的具体特征开展系统性危险辨识和风险评价，并据此选择和实施相应的风险减缩措施。-技术中立原则：标准不限定实现安全功能的具体技术路径（如传感器类型、算法模型等），为技术迭代预留空间，同时通过性能要求确保安全目标的可达成性。-系统协调原则：与ISO18497系列其他部分以及ISO12100《机械安全设计通则风险评估与风险减缩》、ISO25119《农林拖拉机及机械控制系统安全相关部件》等基础标准保持协调一致。2.2标准适用范围与术语定义本标准适用于在农业和林业作业中使用的部分自动化、半自主和自主机械，其作业范围涵盖耕作、播种、施肥、植保、收获、田间运输等各类农业作业环节。标准涉及的自主操作区（是"autonomousoperatingzone"的规范译名）包括：-完全封闭的自主操作区：通过物理隔离设施（如围栏、护网）将自主机械运行空间与外部人员活动空间彻底分隔的区域；-部分封闭的自主操作区：存在物理边界但允许特定人员（如经过授权的维护人员）有条件进入的区域；-开放型的自主操作区：无固定物理边界，依靠机械自身的感知系统和预警机制实现动态安全管控的区域。标准的适用范围覆盖自主操作区的全生命周期，包括设计规划、建造布置、运行管理、维护改造等各阶段。2.3核心技术内容2.3.1自主操作区的设计要求标准对自主操作区的设计提出了系统性技术要求，涵盖：-区域界定与标识：明确自主操作区的物理边界划定原则和警示标识设置要求，确保边界清晰可辨，标识信息醒目易懂；-进入控制：规定自主操作区入口/出口的控制措施，包括机械锁定系统、电子门禁系统、联锁装置等技术方案，防止未经授权人员意外进入；-感知与检测：要求配备冗余设计的感知系统（如激光雷达、毫米波雷达、视觉传感器、超声波传感器等），实现对区域内人员、动物和障碍物的可靠检测与跟踪；-安全响应机制：规定当检测到非授权人员或异常障碍物进入操作区时，自主机械须执行的降级运行策略，包括但不限于减速、路径重规划、定点停车及紧急停机等分级响应措施。2.3.2风险评估方法标准在ISO12100通用风险评估框架的基础上，针对自主操作区特点提出了特定风险评价准则，要求综合考虑以下因素：-机械的自主等级和运行速度；-操作区的环境特征（如地形条件、植被覆盖、光照变化等）；-可预期的人员行为模式（包括误入、好奇心接近、忽视警示等非正常行为）；-机械执行任务的性质和持续时间；-安全功能的可靠性和失效模式。2.3.3验证与确认要求标准要求制造商通过仿真测试、受控场地试验和实际工况验证等多种手段，对自主操作区的安全性能进行充分的验证与确认。验证内容须覆盖正常作业条件下的人员检测可靠性、边界控制有效性以及安全响应动作的及时性和准确性。此外，标准还要求制造商编制完善的技术文档和用户使用说明，明确自主操作区的安全操作规程、维护保养要求和应急预案。2.3.4与其他标准的协调关系ISO18497-3:2024与其他相关标准之间形成了层次分明的协调关系。作为最底层的通用安全基础标准，ISO12100:2010为风险评估与风险减缩提供了基本原则和方法论，本标准在整体风险框架上与其保持一致。在功能安全方面，ISO25119为农林拖拉机和机械控制系统中的安全相关部件规定了性能等级要求，本标准中涉及安全控制功能的设计需符合相应性能等级指标。在机器人领域，ISO10218系列（工业机器人安全）和ISO/TS15066（协作机器人）为操作区安全设计提供了有益参照，本标准在感知与减速策略等方面借鉴了其中成熟的工程实践。此外，ISO18497-1:2024作为系列标准的总则部分，定义了部分自动化、半自主和自主机械的安全设计原则，本标准作为其第3部分，在其框架下针对自主操作区场景提出了更为具体的安全技术要求。3标准主要参与单位3.1ISO/TC23/SC4技术委员会ISO18497-3:2024由国际标准化组织下设的农业机械技术委员会（ISO/TC23）中的拖拉机分技术委员会（SC4）负责制定。ISO/TC23成立于1947年，是ISO最早设立的技术委员会之一，负责农业机械领域除拖拉机外的各类机械及设备的标准化工作，其秘书处由法国标准化协会（AFNOR）承担。SC4专门负责农业拖拉机的标准化事务，秘书处由意大利国家标准化组织（UNI）承担。目前，SC4下设若干工作组（WG），其中WG16专门负责"自动化和自主农业机械安全"系列标准的编制工作。3.2主要起草单位的贡献CNHIndustrial（凯斯纽荷兰工业集团）作为该标准制定工作的核心牵头单位之一，在全球农业机械智能化领域拥有深厚的技术积累和丰富的实践验证条件。其子公司CaseIH和NewHollandAgriculture在自主耕作、精准农业和无人驾驶拖拉机等方向均有成熟的商业化产品线。在标准制定过程中，CNHIndustrial主要贡献了其在北美和欧洲多个大型农场部署自主作业系统所积累的实际运行数据和安全管理经验，为自主操作区的边界设置、人员检测算法验证和安全响应策略优化等关键技术条款提供了大量的第一手实测数据支持。此外，CNHIndustrial还主导了标准中关于操作区感知系统冗余设计方案和失效安全机制的论证工作，推动形成了具有工程可操作性的技术要求。约翰迪尔（JohnDeere）是标准制定过程中另一个重要的技术贡献者。该公司在自主农业机械领域起步较早，其8R系列自主拖拉机已在北美多个农场投入实际应用。约翰迪尔充分发挥其在GPS/RTK定位、机器视觉和深度学习感知方面的技术优势，为标准的感知检测精度指标、动态边界管理方法以及多机协同场景下的安全互操作方案等核心条款提供了关键技术输入，在标准讨论过程中积极推动建立基于性能的安全要求框架，避免了对特定技术方案的过度限定，为标准的长期适用性奠定了坚实基础。AGCOCorporation（爱科集团）作为全球第三大农业机械制造商，在标准制定过程中重点贡献了其在欧洲中小型农场作业场景下自主机械安全管理的实践经验。爱科集团联合欧洲多所农业科研机构开展了自主操作区人员检测可靠性的大规模田间测试，为标准的验证与确认条款提供了丰富的实证数据支持。同时，爱科集团在标准制定中积极推动了与ISO25119功能安全标准的有效衔接，确保了安全控制系统的性能等级要求在整个标准体系中保持一致。此外，德国农业协会（DLG）在标准制定过程中也发挥了重要的协调与检验作用。DLG作为欧洲权威的农业机械测试和认证机构，在标准草案的验证条款审核、测试方法可行性评估及认证体系衔接方案设计等方面提供了专业的技术支撑，为标准的最终发布和后续认证实施奠定了坚实基础。值得关注的是，中国作为全球农业机械制造和应用大国，也有相关机构和专家参与了该标准的制定工作。目前，全国农业机械标准化技术委员会（SAC/TC201）已将ISO18497系列标准列入转化计划，拟等同采用为我国国家标准，以推动国内自主农业机械产业的安全技术升级。4标准实施与行业影响4.1对农业机械制造企业的影响ISO18497-3:2024的发布对农业机械制造企业产生了深远影响。在产品设计层面，企业需将自主操作区的安全设计从"附加功能"提升为"核心要件"，在产品研发早期阶段即纳入安全需求分析和风险评估流程。在研发投入层面，标准对感知系统冗余、安全响应机制和验证测试的明确要求，将推动企业加大在安全关键技术和测试基础设施方面的投入力度。在市场竞争层面，标准的发布为不同厂商的产品安全性提供了统一的评价标尺，有助于形成良性的技术竞争格局。对于具备技术优势的头部企业而言，标准合规将成为其产品进入国际市场的"通行证"。4.2对农业生产和应用端的影响对农业生产经营者而言，该标准提供了选择和部署自主农业机械的明确安全参考，有助于其在引入新技术时建立系统性的安全管理体系。标准的落地实施将有效降低自主机械作业过程中的人员伤害风险，提升农场整体的安全生产水平。同时，标准对操作区布局和安全管理制度的要求，也将推动农业生产方式向更加规范化、精细化的方向发展。4.3对国际贸易和法规协调的影响作为国际标准化组织发布的正式标准，ISO18497-3:2024有望成为各国制定自主农业机械技术法规的重要参考。欧盟正在推进的《机器条例》（Regulation(EU)2023/1230）已明确将自主机械安全纳入强制合规范围，ISO18497系列标准预计将在"协调标准"认定程序中发挥关键作用。美国、日本、澳大利亚等农业机械化水平较高的国家也极有可能在相关法规中引用本标准。这将极大促进全球范围内自主农业机械技术法规的协调一致，降低跨境贸易的合规成本。5结论与展望ISO18497-3:2024作为全球首部针对农业机械自主操作区安全的专项国际标准，其发布具有里程碑式的意义。在技术层面，标准以风险评估为核心、以系统安全为理念、以性能要求为导向，为自主农业机械操作区的安全设计和管理提供了全面而灵活的技术框架。在产业层面，标准的出台将有力促进自主农业机械在全球范围内的安全部署与推广应用，为智慧农业的健康发展提供坚实的制度保障。展望未来，随着自主作业技术的持续演进和更多应用场景的拓展，ISO18497系列标准还需在以下方向持续深化：一是面对多机协同作业和集群调度等复杂场景，亟需发展系统级的安全协调机制和通信安全保障技术；二是随着人工智能大模型等新技术在感知决策中的应用深化，AI系统安全性与可靠性评估方法研究以及可解释性要求将逐步纳入标准视野，这将对现有安全验证框架产生深远影响；三是随着5G、边缘计算等信息基础设施在农业场景的部署深化，远程监控与遥控操作模式的安全要求将日益凸显，相关标准制定工作需要提前布局；四是在标准实施层面，推动ISO18497-3:2024向各国国家标准转化以及建立国际互认的认证体系，还有大量工作要做。可以预见，在ISO18497系列标准的指引下，全球农业机械将沿着更加安全、高效、智能的轨道加速前行，为保障世界粮食安全和推动农业可持续发展作出更大贡献。参考文献[1]ISO18497-3:2024,Agriculturalmachineryandtractors—Safetyofpartiallyautomated,semi-autonomousandautonomousmachinery—Part3:Autonomous