ISO 23629-72021 UAS交通管理（UTM）.第7部分空间数据的数据模型标准立项发展报告

ISO23629-7:2021《UAS交通管理（UTM）第7部分：空间数据的数据模型》标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:UASTrafficManagement(UTM)—Part7:DataModelforSpatialData摘要无人机系统交通管理（UTM）作为支撑低空空域安全高效运行的关键基础设施，已成为全球航空领域标准化建设的重点方向。国际标准化组织（ISO）于2021年9月29日正式发布ISO23629-7:2021《UAS交通管理（UTM）第7部分：空间数据的数据模型》，该标准由ISO/TC20/SC16（无人机系统分技术委员会）制定，属于ISO23629系列标准的重要组成部分。本报告系统梳理了该标准的立项背景、研制过程、核心技术内容及其行业影响，重点分析了空间数据模型在UTM系统中的基础性作用，阐述了该标准如何通过统一地理空间信息表达方式，解决无人机运行管理中空域划分、地理围栏、动态避障等关键环节的数据互操作问题。报告还对标准的主要参编单位——法国国家民航学院（ENAC）进行了专题介绍，并就在低空经济快速发展的背景下，该标准的实施路径与未来演进方向提出了展望。该标准的发布为全球UTM系统的数据交互奠定了重要技术基石，对推动无人机产业规范化、规模化发展具有深远意义。关键词：无人机系统；UTM交通管理；空间数据模型；ISO标准；数据互操作性；低空经济；地理围栏Keywords:UnmannedAircraftSystems;UTMTrafficManagement;SpatialDataModel;ISOStandard;DataInteroperability;Low-altitudeEconomy;Geofencing一、引言1.1研究背景近年来，无人机系统（UnmannedAircraftSystems,UAS）在全球范围内获得迅猛发展，其在物流配送、农业植保、城市巡查、应急救援、测绘巡检等领域的应用日益广泛。据国际民航组织（ICAO）预测，到2030年全球无人机市场规模将超过800亿美元，无人机运行架次将呈指数级增长。然而，无人机的大规模融入空域运行也对现有空中交通管理体系提出了严峻挑战，特别是低空空域中无人机与有人机混合运行的安全保障、运行效率和数据管理问题日益凸显。为应对这一挑战，无人机系统交通管理（UASTrafficManagement,UTM）的概念应运而生。UTM旨在为低空空域中运行的无人机提供一套独立的交通管理服务体系，通过数字化、自动化的方式实现飞行计划的审批、空域态势的感知、冲突的探测与规避等功能。而UTM系统的高效运转，离不开对空间数据的统一表达与高效交换——不同厂商的UTM服务供应商、空域管理机构、无人机运营人之间需要共享空域信息、地理围栏数据、飞行器实时位置等多维空间信息，这些数据的格式一致性、语义准确性和互操作性直接决定了UTM系统的整体效能。1.2标准立项的必要性在ISO23629-7发布之前，全球各UTM系统开发商、研究机构和空域管理部门在空间数据的表达上各自为政，普遍采用不同的数据格式、坐标参考体系、要素分类编码和拓扑关系定义方式。这种碎片化的技术生态导致了以下突出问题：第一，数据互操作性差。不同UTM服务提供商的系统间难以直接交换空间数据，飞行计划信息、空域状态信息等核心数据在跨系统流转时需要进行繁琐的格式转换，转换过程中极易产生信息丢失或语义偏差。第二，安全风险累积。地理围栏数据、空域限制区域信息等安全关键数据在不同系统间传递时，因表达方式不一致可能导致理解歧义，进而引发无人机误入禁飞区等安全事故。第三，重复建设严重。各系统开发商不得不分别维护多套空间数据接口，增加了开发成本；空域管理方亦需对同一空间对象进行多次标注和发布，降低了管理效率。在此背景下，制定一项统一的UTM空间数据模型国际标准成为业界共识。ISO23629-7的立项，正是对这一迫切需求的积极回应。二、标准编制概况2.1标准基本信息ISO23629-7:2021《UAS交通管理（UTM）第7部分：空间数据的数据模型》由国际标准化组织（ISO）下属的航空航天器标准委员会（ISO/TC20）第16分技术委员会（SC16，无人机系统）归口管理。该标准于2021年9月29日正式发布，标准状态为现行有效。标准全文为英文版本，采用电子版加密PDF格式发行。2.2编制过程ISO23629-7的编制工作经历了严格的国际标准研制程序，包括预研阶段（PWI）、新工作项目提案（NWIP）、工作草案（WD）、委员会草案（CD）、国际标准草案（DIS）、最终国际标准草案（FDIS）等阶段。来自中国、美国、法国、德国、日本、韩国等多国的航空管理当局、科研机构、无人机制造商和UTM技术企业深度参与了标准文本的起草和技术研讨。在标准研制过程中，编制组广泛参考了以下基础性文件和技术成果：-国际民航组织（ICAO）发布的《无人机系统交通管理框架文件》（UTMFramework,Doc10019）；-美国联邦航空管理局（FAA）的UTM运行概念（UTMConceptofOperations,ConOps）及其数据交换要求；-欧洲空中航行安全组织（EUROCONTROL）关于无人机空域接入的相关技术规范；-开放地理空间信息联盟（OGC）制定的地理信息数据标准系列，包括GeoJSON、CityGML等编码标准；-ISO/TC211（地理信息技术委员会）发布的地理信息系列标准（ISO19100系列），确保空间数据模型与更广泛的地理信息标准体系相协调。2.3标准定位ISO23629-7属于ISO23629系列标准的组成部分。该系列标准系统性地规定了UTM体系的总体架构、服务内容、接口协议、数据模型和安全要求等，形成了完整的UTM国际标准体系。作为其中的数据模型专项标准，ISO23629-7重点解决空间数据在UTM生态系统中的统一表达问题，为其他各分标准的数据交互提供了共同的技术语言和语义基础。三、标准核心技术内容解析ISO23629-7:2021围绕UTM系统中空间数据的建模需求，从概念模型、逻辑模型到编码实现三个层面，构建了一套完整的数据标准体系。3.1空间对象分类体系标准首先对UTM系统中涉及的空间对象进行了系统分类，建立了统一的对象分类体系。主要包括以下几大类别：（1）空域单元类：包括空域管制区域、临时飞行限制区（TFR）、特殊使用空域（SUA）、无人机飞行走廊、起降点净空区等。（2）地理围栏类：用于界定无人机飞行边界的三维空间体，包括禁飞区、限飞区、警示区等多种类型，每个地理围栏关联相应的飞行限制规则和生效时段。（3）基础设施类：包括无人机起降场（Vertiport）、充电站、气象观测站、通信基站等地面基础设施的空间位置和属性信息。（4）动态障碍物类：包括建筑物、塔架、树木、架空线缆等静态障碍物，以及高架作业机械、热气球等动态障碍物的实时或准实时位置信息。（5）飞行轨迹类：包括计划航迹、实时航迹和事后航迹的空间表达，涉及航迹点、航段、速度、高度剖面等多维属性。3.2空间数据模型核心要素在明确空间对象分类的基础上，标准对每一类空间对象的数据模型进行了细致规定，核心要素包括：几何表达维度：所有空间对象均需在三维空间中完整表达（经度、纬度、海拔高度），并支持时间维度的动态关联（即四维表达），以适应UTM系统中空域状态动态变化的管理需求。对于地理围栏等复杂空间体，标准定义了从简单立方体到任意多面体的多层级几何表达方式。属性语义框架：每个空间对象均定义了最小属性集，包括对象标识符（全局唯一）、对象类型编码、有效时间范围、空间参考系信息、数据来源、更新频次等。同时，标准定义了一套统一的属性取值域和枚举编码体系，确保不同系统对同一属性的理解和赋值保持一致。拓扑关系规则：标准明确了空间对象之间可能存在的拓扑关系类型，如包含、相邻、相交、重合、分离等，并规定了拓扑关系的一致性维护规则。例如，地理围栏与空域边界之间的关系、飞行轨迹与障碍物之间的空间关系等，为冲突检测和空域安全分析提供了计算基础。3.3数据编码与交换格式为实现异构系统间的数据交换，标准规定了UTM空间数据的核心编码方式和交换格式要求。具体包括：（1）采用基于JSON（JavaScriptObjectNotation）的轻量级数据编码格式，利用其结构灵活、跨平台兼容性好、易于解析的优势，兼顾了UTM系统中高频次、低延迟数据交互的实际需求。（2）支持GeoJSON等地理信息标准格式作为空间几何编码子集，实现了与既有地理信息生态的无缝对接。（3）对坐标参考系统的选择作出明确规定，要求所有空间数据必须显式声明其坐标参考系，且建议统一采用WGS84坐标系（EPSG代码4326）作为默认参考框架，特殊应用场景下允许使用其他合法参考系但须附完整转换参数。（4）规定了数据的元数据描述要求，包括数据来源、采集时间、精度指标、更新周期等，为数据质量评估和追溯提供了依据。四、标准的行业影响与应用价值ISO23629-7:2021的发布，对全球UTM产业发展和无人机运行管理体系构建产生了深远的积极影响。4.1推动UTM系统间的数据互操作该标准从根本上解决了UTM系统中空间数据表达不统一的问题。不同UTM服务供应商、空域管理机构、无人机运营人之间的数据交换，从以往需要定制开发接口的"点对点"模式，转变为基于统一标准接口的"一点对多点"模式。数据互操作的成本显著降低，数据流转的效率和可靠性大幅提升。4.2提升低空运行安全管理水平统一的空间数据模型为低空运行安全管理提供了更为可靠的数据基础。特别是在地理围栏数据的统一表达和语义一致方面，标准的实施有效降低了因数据解读偏差导致的安全隐患。各国空域管理机构可以按照统一的标准发布空域限制信息，无人机运营人及其UTM系统能够准确理解和执行这些限制，从而显著提升低空运行的整体安全水平。4.3促进UTM市场健康有序竞争标准的发布打破了部分企业通过私有数据格式形成的技术壁垒，为更多UTM服务供应商进入市场创造了公平竞争的技术条件。中小型技术企业可以依据ISO23629-7开发符合要求的UTM产品，无需逐一适配各主流系统平台的私有接口，降低了市场进入门槛，有利于激发UTM服务市场的创新活力。4.4支撑低空经济规模化发展随着全球范围内低空经济战略布局的加速推进，无人机物流配送、城市空中交通（UAM）、空中游览等新兴业态正从试点探索走向规模化运营。ISO23629-7为这些应用场景提供了统一的空间数据表达基础，使得大规模、多主体协同的低空运行管理成为可能。特别是在城市环境中，高密度的无人机运行对空间数据的精确性、实时性和一致性提出了极高要求，该标准为满足这些要求提供了纲领性的技术支撑。4.5与国际标准体系的协调融合ISO23629-7在编制过程中充分考虑了与ISO19100系列地理信息标准、OGC标准体系以及ICAO、FAA、EASA等机构相关规范的一致性，确保该标准能够与更广泛的标准生态系统协调运行。这种兼容性设计减少了标准实施过程中的冲突和重复建设，也为未来UTM标准体系与全球航空信息管理（SWIM）体系的融合打下了基础。五、主要参编单位介绍ISO23629-7:2021在研制过程中汇聚了全球多个国家和机构的技术力量。其中，法国国家民航学院（ÉcoleNationaledel'AviationCivile,ENAC）作为核心参编单位，在标准的技术框架设计、数据模型构建和验证测试环节发挥了主导性作用。5.1机构概况法国国家民航学院创建于1949年，是欧洲领先的民航高等教育和科研机构，隶属于法国民航局（DGAC）。学院总部位于法国图卢兹，并在全法多地设有分校区，现有在校学生约2000人，教职员工约350人。作为欧洲民航教育科研的标杆机构，ENAC在航空安全管理、空中交通管理、无人机系统运行等领域拥有雄厚的科研实力和深度的行业合作网络。5.2相关研究积累ENAC下属的无人机系统研究团队长期从事无人机交通管理的前沿研究，先后参与了欧洲单一天空空管研究计划（SESAR）框架下的多个无人机集成研究项目。在UTM研究领域，ENAC主导或参与了GeoNetworking、DynUTM等多个欧洲重点科研项目，积累了丰富的UTM系统架构设计、数据交换协议开发和飞行验证经验。特别值得关注的是，ENAC开发了欧洲首个开放UTM试验平台，并与法国民航局合作在图卢兹等城市开展了多次真实环境下的无人机UTM飞行演示验证。这些实践探索为ISO23629-7中空间数据模型的设计提供了大量一手实测数据和工程验证经验。5.3在标准研制中的主要贡献在本标准的编制过程中，ENAC主要在以下方面发挥了关键性作用：（1）牵头起草了空间对象分类体系和属性语义框架的核心章节。ENAC团队基于其在法国多地UTM试验中积累的空间数据管理经验，提出了面向UTM全场景的空间对象分类方案，为标准的总体架构奠定了框架基础。（2）主持了数据模型的多轮验证测试。ENAC利用其自主研发的UTM试验平台，组织多家欧洲UTM技术企业开展了数据交换互操作测试，对标准草案中的数据模型进行了多轮迭代优化和一致性验证，有力保障了标准技术内容的严谨性和工程实用性。（3）承担了与OGC、EUROCONTROL等相关组织的技术协调工作。ENAC凭借其在欧洲航空科研网络中的枢纽地位，有效推动了本标准与欧洲既有技术规范的衔接与融合。六、结论与展望ISO23629-7:2021《UAS交通管理（UTM）第7部分：空间数据的数据模型》的正式发布，填补了国际UTM标准化体系中空间数据统一表达领域的空白。该标准通过建立统一的空间对象分类体系、属性语义框架、几何表达规则和数据编码格式，为全球UTM系统的数据互操作提供了共同的技术语言，有效解决了此前UTM各系统间数据格式碎片化、语义不一致、交换效率低的突出问题。标准的发布与实施，不仅提升了低空运行的安全管理水平，也为UTM市场的公平竞争和低空经济的规模化发展奠定了坚实的技术基础。从全球范围来看，UTM标准化建设仍处于快速演进阶段。面向未来，ISO23629-7的发展完善可在以下方向持续推进：一是随着无人机运行场景的持续扩展（如超视距运行、城市空中交通、无人机编队飞行等），空间数据模型需不断丰富新的空间对象类型和属性维度。二是与人工智能、数字孪生等新兴技术的融合，将为空间数据的动态更新、智能分析和预测推演提供新的可能，标准体系也需适时吸纳相关技术成果。三是随着各国低空经济战略的深入实施和UTM系统的大规模部署，ISO23629-7在全球范围内的推广应