中国气象图书馆

2020年

  1. 2021年
  2. 2020年
  3. 2019年
  4. 2018年
  5. 2017年
  6. 2016年
  7. 2015年
  8. 2014年

第一期

  1. 第一期
  2. 第二期
  3. 第三期
  4. 第四期
  5. 第五期
  6. 第六期
  7. 第七期

原汁原味

首页 > 《科技信息快递》 >2020年>第一期>原汁原味
NOAA人工智能战略——下一代地球科学分析
发布日期 :2021-05-13  
  ◼ 中国气象局国际司(特约) 译
  美国国家海洋和大气管理局(NOAA)人工智能(AI)战略将通过提高 AI 开发和使用的效率、效能以及整个机构的协调,从而显著扩大人工智能在 NOAA 各任务领域中的应用。由于随着卫星系统和架构、无人系统和商业数据来源的发展完善,数据开发能力会继续呈指数级增长,因而 AI 方法将为 NOAA 科学、产品及服务的质量和时效带来变革性进步。本文所用的“AI”一词包含了图 1“AI 能力”图表中所确定的各项能力。 制定本战略的原因在于 AI能力已在证明在性能和技术上有了显著提升,同时大大降低了成本和计算时间。

  本战略符合关于保持美国在人工智能领域领导地位的总统行政令1以及 2019 年更新版国家人工智能研究和开发战略计划2。本战略还支持《2017 年天气研究和预报创新法案》 3中的规定及其 2019 年再授权4,以及《2018 年海洋技术助力商业参与法案》(CENOTE) 5。本战略还支持 2019 年 11 月 9 日签署的总统备忘录《美国专属经济区以及阿拉斯加海岸线及近海海洋制图备忘录》。最后, NOAA AI 战略可支持 2018—2022 年 DOC 战略计划6,并将加快 NOAA 两项最高优先重点,(1)通过建立地球预测创新中心(EPIC)重新获得在全球天气模拟领域的世界领导地位,以及(2)可持续地提高我们的海洋、海岸及五大湖的经济贡献(美国蓝色经济) 7
  背景
  AI 对于 NOAA 并不是新事物。 NOAA 在一系列任务领域的 AI 应用方面的丰富经验已在证明,在深海勘探、栖息地特征描述和地球观测资料处理等领域,绩效和技能有了显著提高,同时成本和计算时间也大大降低。通过加强协调、强化业务能力、提升员工应用能力以及打造多行业伙伴关系, NOAA 在 AI 领域的国家和全球领导地位可保障科学、公共安全和安保。
————————————————————
  1 Executive Order on Maintaining American Leadership in National Intelligence, The White House, 11 Feb 2019.https://www.whitehouse.gov/presidential-actions/executive-order-maintaining-american-eadership-artificial-intelligence/
  2 The 2019 Update to the National Artificial Intelligence Research and Development Strategic Plan, NSTC, 21 June 2019. https://www.nitrd.gov/pubs/National-AI-RD-Strategy-2019.pdf
  3 The Weather Research and Forecasting Innovation Act of 2017, Public Law 115-25, The White House, 18 April 2017. https://www.congress.gov/bill/115th-congress/house-bill/353/text
  4 The National Integrated Drought Information System Preauthorization, Public Law 115-423, The White House, 7 Jan 2019. https://www.congress.gov/bill/115th-congress/senate-bill/2200
  5 The Commercial Engagement Through Ocean Technology (CENOTE) Act of 2018, Public Law 115-394, The White House, 21 Dec 2018. https://www.congress.gov/bill/115th-congress/senate-bill/2511/text
  6 Department of Commerce Strategic Plan for 2018-2022.
  https://www.commerce.gov/sites/default/files/us_department_of_commerce_2018-2022_strategic_plan.pdf
  7 NOAA FY20 Blue Book. https://www.noaa.gov/sites/default/files/atoms/files/FY2020-BlueBook.pdf
  具体 AI 实例包括:(1)从船舶及自主平台进行的空中和水下调查来评估海洋哺乳动物和鱼类种群的丰度,(2)深海勘探机器人,(3)天气或卫星观测的质量控制,(4) 提高天气、海洋、积冰模拟的物理参数化,并提高数值模式的计算性能,(5)协助天气预警制作,(6)针对水深测绘、栖息地特征描述、水文、海洋、大气、渔业、生态系统和地理调查等运行无人系统,(7)野火探测和移动方面的支持性伙伴,(8)将机器学习( ML)用于对地球观测资料的可靠、有效处理、判读和利用。尽管取得了这一显著进展,但尚未发挥出 AI 对于推进NOAA 任务的真正潜力,因为迄今为止 NOAA的所有 AI 活动均始于各个办公室内,而没有制度支持。 此外,有些发展是多余的,因为缺少协调的指令或缺乏对最佳规范及经验教训的共享,因而整个机构认识不足。
  愿景
  根据 NOAA AI 战略,整个机构均在加快人工智能扩张,以使 NOAA 任务在绩效和成本效益方面做出变革性改进。
  目的
  本战略的各项目的和辅助目标旨在直接促进整个 NOAA 对 AI 的了解、协调、意识和应用。通过指导组织改进和流程改进,更快速地转化研究成果来改进服务、强化和扩大伙伴关系,并专门提升整个 NOAA 员工的 AI 应用能力,下文中的指南将使 NOAA 任务的每个领域实现变革性进展。一项基本考虑是,目的内的目标可与本战略其它目的下的目标相互支持,因此需在实施过程中形成强力合作。
  目的 1:建立高效的组织结构和流程以推进整个 NOAA 的 AI
  若实现此目的,将会加强在 AI 开发、 意识及应用方面的跨直属单位协调,而目前这方面做得很有限。这一方面以及将 AI 在预算制定、战略沟通及云计算应用领域给予优先排序,将使整个 NOAA 指数级地增加使用和利用。
  目标 1.1 研究建立 NOAA AI 中心或类似的实体,以便能够协调 AI 研究、算法开发、数据采集、应用、信息交换和意识。其它功能为维系含开放源和政府应用的门户网站、主办培训活动和研讨会以及促进新建伙伴关系。
  目标 1.2 建立技术工作组,人员组成包括 NOAA 直属单位的专家,以支持 NOAA AI 执行委员会开展必要工作,建立 AI 标准并执行 NOAA AI 战略和实施计划,例如 AI 研究和过渡需求的优先排序、技术研讨会、分配的特定主题任务以及计划的目的和目标实现与否的衡量标准。
  目标 1.3 在 NOAA 预算制定指南中优先考虑基于 AI 的方法,并强调旨在提升履职技能、计算效率和成本效益的目的。
  目标 1.4 包括在 NOAA 领导层与主要利益攸关方接洽和沟通过程中讨论 NOAA AI 活动,尤其侧重于 OMB、国会议员和工作人员以及其它联邦机构的同行。
  目标 1.5 利用并采用 NOAA 云战略和路线图及大数据项目中所述的原则、过程和伙伴关系,以利用开放源工具改进数据可获性、带标记的培训数据、工作流过程,以及加强 AI 应用的云计算,以支持 NOAA 任务。

  目的 2: 推进 AI 研究和创新以支持 NOAA 的任务
  NOAA 将在 NOAA 研究过程中采用 AI 并使其制度化,从而在每个任务领域推进基于AI的环境研究和创新。 NOAA 研究和开发数据库(NRDD)将是重要资产,能够帮助跟踪 NOAA涉及 AI 的研究,以期实现 AI 研究项目的应用得到不断增加。
  目标 2.1 建立基于需求的过程,以确保 AI 研究可利用最佳现有资产和专业知识支持NOAA 的任务,并持续评估现行的 AI R&D 以利用快速发展的 AI 技术。
  目标 2.2 优先考虑基于 AI 的方法并支持在 NOAA 研究中善用联邦资助机会(FFO)、提案申请(RFP)和研究资助,以促进 AI 合作研究,并在涉及 NOAA 任务的各领域保持对快速发展的 AI 技术的认识。
  目标 2.3 为 AI 在环境科学中的应用建立年度研发奖竞赛系列,以包括以下各单独类别:数据处理效率、自动检测和分类工具包、数据同化和预测模拟的改进,以及使用 AI 的其它组织效率。
  目标 2.4 评估和实施针对整个 NOAA 的各类测试平台及试验场方法,以扩大 AI 研究、制定最佳规范和培训数据、完善算法,并评估模式性能以支持推进 NOAA 的任务。 NOAA 测试平台和试验场可在 NOAA 及大学科学家实施的对新近研发工作的试运行评估中发挥重要作用。
  目标 2.5 鼓励对 NOAA 合作研究所(CI)及合作科学中心(CSC)的每一份计划书都要制定可跟踪 AI 研究和应用方面年度增长情况的衡量标准。

  目的 3: 加快 AI 从研究向应用过渡
  NOAA 将迅速加快将基于 AI 的环境研究向 NOAA 业务(R2O)过渡以及向私营部门商业化(R2C– 及 R2X)过渡。因为私营部门和学术研究环境对 NOAA AI 应用有许多需求,因此,我们大部分的 AI 研究涉及尽可能将这些应用用于我们的任务。协调目的 1 所述的 AI 倡议和活动以及地球预测创新中心(EPIC)的实例都将在向 R2O 过渡中发挥重要作用。对于成功的过渡,我们将支持发展新兴的商业环境 AI 行业,使其日益成为针对我们业务需求的解决方案的来源。海洋与大气研究办公室(OAR)的技术合作办公室(TPO)将引导 NOAA 定制的 R2C过渡。
  目标 3.1 建立预算工作,以支持基于 AI 的环境研究向业务过渡,使其显示出改进的技能、性能和计算效率及成本效益。
  目标 3.2 过渡到基于 AI 的环境应用并具有相应技术就绪度的业务、商业化和学术界。
  目标 3.3 制定 NOAA 技术指南,并每年更新关于培训数据、培训规范的最佳规范和标准,以及对模式性能进行评估,以确保利用 AI 应用所制作科学产品的完整性、可靠性和可信度。
  目标 3.4 通过 NOAA 科学研讨会和网络讨论会、内部研讨会以及简讯和周报等日常内部沟通渠道,在 NOAA 各直属单位建立对 AI 的意识。
  目标 3.5 完成 NOAA AI 研究过渡情况年度报告,并在整个机构广泛分发,以及广泛分发给外部伙伴,作为调查员业绩考核和奖励的依据。
   
  目的 4: 加强和扩大 AI 伙伴关系
  合作伙伴关系是优化资源和努力的助力器,而科技交流可使 NOAA 与快速发展的 AI 领域保持同步。在基于 AI 的环境应用方面的伙伴关系已在建立一个实践团体,正在激发创新,且有机会加快 NOAA 各项能力的巨大进步。
  目标 4.1 在国家海洋伙伴关系计划( NOPP)项目提案和选择中优先考虑基于 AI 的环境研究。
  目标 4.2 在基于 AI 的环境研究方面扩大与学术界和研究界的伙伴关系,包括主办 NOAA EPP/MSI 的合作研究所和机构,以及名为 Nancy Foster、 Hollings、John Knauss、 Pathways 以及Margaret Davidson 的面向学者、研究生和实习生等各类奖学金计划。
  目标 4.3 与 NSF 国家人工智能研究所携手与相应的研究所合作进行 AI 研发。
  目标 4.4 增加与 DOD(国防部)、 DOI(内政部)、 DOE(能源部) 和 DHS(国土安全部)等跨机构伙伴和国际伙伴关于基于 AI 的环境研究和应用的正式合作协议数量。
  目标 4.5 通过合作研究与开发协议(CRADA)和小企业创新研究(SBIR)资助等既定机制,规范新的公-私伙伴关系。
  目标 4.6 向国家科学技术委员会(NSTC) AI 特别委员会等政策和咨询委员会提供创新性和实质性贡献,并请其专家在国家和国际会议、研讨会期间及利用其它机会进行科学交流。
  目的 5: 提高员工 AI 的应用能力
  NOAA 将酌情提供资源为员工配置装备,全面利用快速发展的 AI 领域。这唯有通过提供持续、即时、有创意和具针对性的培训和学习机会方可实现。 NOAA 现有的发展计划非常适合于、适用于这些方面,我们将向伙伴征求关于发展技能、提高理解力和专业知识的新方案。
  目标 5.1 通过直属单位培训中心提供更多的在线及现场 AI 培训。
  目标 5.2 NOAA 轮岗计划(NRAP)将轮调集中于那些通过交叉传授 AI 专业知识会提高员工整体 AI 应用水平的目标单位。
  目标 5.3 支持为 NOAA 员工提供与 AI 相关的研究生学位、职业发展和技术培训课程。
  目标 5.4 支持和牵头合作活动,如会议、研讨会和旨在与 AI 技术保持同步的针对性外部轮岗。
  目标 5.5 在涉及 NOAA 任务的 AI 应用方面积极鼓励开办研究生课程、实习及合作学生培训计划,以完善精通 AI 的 NOAA 员工招聘、留用和人才储备。
  目标 5.6 更新个人发展计划(IDP)、职位描述、业绩计划和职业发展路径,作为建立和保持 NOAA 员工 AI 应用能力的切实方法。
  结论
  为确保 NOAA AI 战略在业绩、技能和效率方面取得变革性进步, NOAA 正在制定《AI战略实施计划》或“路线图”,将根据资源情况明确具体的行动项目、截止日期和职责。同时,NOAA AI 战略已在显著提升我们拯救生命和有经济影响的任务方面的绩效,并为未来几十年加强我们闻名的环境科学技术领导地位指明了方向。结合 NOAA 在其它科学技术重点领域的进步– 无人系统、云计算和组学, NOAA 的人工智能活动将有助于美国在数值天气预报领域重新获得全球领导地位,并可持续扩大美国蓝色经济。