NOAA无人系统战略
发布日期 ：2026-01-05 ◼ 中国气象局国际司（特约） 译
美国国家海洋与大气管理局（NOAA）无人系统战略的目的是通过增加无人飞机和海洋系统（以下简称“无人系统”或“UxS”）在 NOAA 各任务领域的应用和使用，从而极大地扩展关键、高精度和高时效性数据的收集和利用，以提高 NOAA 科学、产品和服务的质量和时效。可以通过做到以下几点实现该战略：加强和集中关键支持功能；在 NOAA 的任务领域中扩展无人系统的应用；维持研究并加速研究向业务的转化；扩大合作伙伴关系；提高工作人员对无人系统使用和运行的熟练程度。无人系统平台、传感器和架构将通过整合人工智能（AI）、其他计算工具和新的商业数据源，扩大未来的数据利用机会。
背景
对 NOAA 而言，无人系统并非陌生。数十年来，我们的科学家和工程师一直在试验设备、机器人技术、便携式和微型传感器、电源和通信，并提供可运行的系统。实际上， NOAA 履行其使命的能力取决于对新技术的不断测试和评估过程，这些新技术通常会将新应用程序转化为业务运行，有时可用于商业用途。 最近，由于 NOAA 科学家的努力和各种研究成果，无人系统的可用性迅速扩展，这相应地增加了无人系统的创新用途，使其成为 NOAA 多个项目的助力器，因为通常可以较低的成本增强数据收集，可提高安全性并可降低风险 ，尤其是在偏远或极端环境中。例子包括水文地理和栖息地测绘、海洋勘探、海洋哺乳动物和渔业资源评估、应急响应以及可改善对诸如有害藻华和缺氧等极端事件预报的海上观测。
NOAA 无人系统战略符合 2020 财年对 NOAA 无人系统集中运行计划的出资以及 2018 年两党通过的《海洋技术助力商业参与法》（CENOTE， PL 115-394），该法案要求 NOAA 与美国海军、其他联邦机构、工业界和学术界协调开展研究、开展评估并获得无人海事系统。该战略将补充并支持现有的 NOAA 优先倡议，例如 NOAA 生态预报路线图。该战略还可支持《2017 年天气研究和预报创新法案》（P.L. 115-25）及其 2019 年的重新授权方案（P.L. 115-423）的条款，这些条款涉及对天气研究和预报的改进，包括使用无人系统。该战略还可支持 2019年 11 月 19 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，该战略可支持美国商务部的《2018—2022 年战略计划》，并将加快 NOAA 的两大优先任务：（1）通过建立地球预测创新中心，重新获得在全球天气模拟领域的世界领导地位；（2）可持续地发展美国蓝色经济。
愿景
NOAA 在支持科学、公共安全和安保的 UxS 业务方面成为国家和全球领导者。
目的和目标
这些目标和支持性的具体目标旨在直接提高对 NOAA 无人系统的认识、协调、意识和应用。这包括为无人系统实验和创新的使用和设计调查提供强大的支持环境，从而促进 NOAA的研究和业务应用科学任务。 其结果将是每个任务领域都取得变革性进步。
目的 1 在企业层面上协调和支持无人系统业务
改进无人系统的整体协调性， 同时在预算编制、战略通信和信息技术（IT）投资（例如云计算应用）中优先考虑这些系统， 将在 NOAA 中迅速提高无人系统的应用和价值。
目标 1.1 建立有效和适应性强的组织结构
为了提高安全标准、提高效率并促进无人系统在整个机构的经济运行，需要新的能力来支持在 NOAA 快速扩展无人系统的使用。为此， NOAA 将在海洋与航空运行管理办公室内建立一个新的无人系统运行计划，以提供集中支持和改进对无人系统活动在整个机构的协调，同时与现有的 NOAA 无人系统执行监督委员会和 NOAA 观测系统理事会保持一致。 NOAA 在无人飞机系统（UAS）活动的治理和资源配置方面的最新进展以及当前的 NOAA 小型船舶计划提供了有用的例子。该计划的目的是在更快的周期时间内提供更高质量、更具成本效益的服务，从而带来比任何 NOAA 单位或计划所能提供的更高运行性能和安全性。
目标 1.2 确定并提供包括网络安全、培训和获取在内的优先核心服务
随着无人系统活动的进展和范围不断扩大，对有效组织核心专家提供支持服务的需求也在不断增加，以确保安全、具有成本效益且合规的运行。对于无人系统运营方及其信息技术支持人员而言，网络安全可能是最普遍且最复杂的示例，需要大量的时间和专业知识。其他示例包括认证培训、 针对各种平台和相关服务的标准获取协议（例如，数据购买或租赁）、对预先批准的供应商的访问、标准的使用、提高系统互可操作性和安全性的成熟技术以及维护（例如传感器校准），以保持平台处于最佳状态。
目标 1.3 实施创新、强大且全面的无人系统数据企业
一个功能强大且资源充足的数据企业，可以将大量质量受控、由无人系统制作的数据传递至岸边处理和存储中心，并可显著提高这些数据的数量、质量和吞吐量，这对于 NOAA 无人系统战略的成功至关重要。这将需要充分利用 NOAA 的云战略，与数据用户、 NOAA 环境数据管理委员会、有关云存储和计算及使用人工智能的大数据项目开展密切合作，并全面遵守现有的关于治理、管理、访问和使用的 NOAA 数据管理指令。这些协议对于有效及时地执行 NOAA 的任务优先重点至关重要1。
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1 NOAA 无人系统、人工智能、组学和云战略草案，请访问： https://nrc.noaa.gov/NOAA-Science-TechnologyFocus-Areas.
目的 2 在 NOAA 的任务中扩展无人系统的应用
此目标的总体目的是显著提高 NOAA 业务中以及合作伙伴使用的无人系统的数量和质量。
目标 2.1 建立基于需求的流程，以优先考虑无人系统业务应用和使用
重点关注可以从无人系统中受益的任务驱动型研究和业务应用科学要求，尤其是对于满足观测差距和新功能的要求，将有助于确定新的和潜在有价值的应用并加以优先考虑。尽管提高效率、降低成本和提高安全性也是重要因素，但将继续在 NOAA 科学家为主的推动下通过无人系统实现转型变革，科学家们正在研究可满足科学需求的新功能，并在可行的情况下将这些发现转化为业务运行。与政府、学术界和行业合作伙伴共享优先应用清单，将有助于提出建议，以利用商业和其他资产来支持 NOAA 科学优先重点。
目标 2.2 在 NOAA 建立蓬勃发展的无人系统实践社区
在 NOAA 的整个地球科学任务范围内促进无人系统的扩展和创新使用，将扩大实践社区，这样无人系统运营方和数据用户可以共同的方式与整个机构建立联系，以开发、获取、测试、配置、管理和利用新的系统。这可能包括制定和实施必要的配套政策、程序和法规，以支持现场操作，并可能要求受资助的合作伙伴每年跟踪所执行或支持的无人系统的使用和应用进度。此外， NOAA 将与监管机构合作，就简化使用无人系统的程序提出建议和进行协调，特
别是在紧急情况下，因此时需要快速部署人员和资产。
目标 2.3 通过正式业务概念使业务应用制度化
正式业务概念（CONOPS）是将无人系统业务应用作为 NOAA 任务的优先重点，这将确保高效且可重现的运行方法，包括灵活地对接和调整以适应可能截然不同的方法，例如在视线范围以外工作或操作很多平台。正式业务概念还可能是共享无人系统资产的分配库池，这类似于提供NOAA 船舶和飞机，以帮助确保满足任务要求的最大数量和最高优先级。将这些不同的业务模式整合到 NOAA 无人系统正式业务概念中将提高业务的一致性，并将为合作伙伴组织提供模板。正式业务概念指出： NOAA 将遵守所有相关的环境法律，以安全有保障的方式运行无人系统资产，以确保运行不会干扰个人隐私权或对受保护物种或敏感类环境（例如野生动植物保护区和国家公园、古迹以及历史文化名胜等）产生不利影响。
目的 3 加快无人系统研究转化为应用
此目标的目的是迅快加速促进将新的和新兴的无人系统转化为 NOAA 业务（R2O）和私营部门商业化（R2C—一起称为 R2X） 2。这将包括能力与需求的匹配。这还将包括支持扩大公私学三方研究伙伴关系，以符合 NOAA 政策的方式调查适合 NOAA 使命的商业和非商业技术，以确定、协调并将研究与开发成果转化为业务、应用、商业化和其他用途。
目标 3.1 确定和优先考虑 NOAA 使用的候选无人系统平台
NOAA 的研究团体一直致力于实现这一具体目标，而该战略将加大力度并支持在过去成功的基础上进行创新。将 NOAA利用无人系统（具体目标 2.1）的优先重点与初步“最合适”的现有和新兴平台规范相结合是迈向业务使用的重要一步。首先检查当前 NOAA 无人系统活动如何选择平台是非常有用的。支持扩展研究和开发工作，以确定、测试、评估和合并 NOAA与任务相关的传感器是非常必要的。外部针对已发布的 NOAA 优先应用所提的建议也将有所帮助。在灵活、易于配置的有效载荷可用于多个任务之前，具有最紧密集成有效负载的产品可能最适合多种用途。鼓励进行标准化模块开放式无人系统架构的试验和实施，将有助于加速此类系统的出现。参加年度技术展示，例如美国海军高级海军技术演习（ANTX），还将帮助 NOAA 确定可满足任务要求的新技术。
目标 3.2 与业务伙伴一起制定过渡计划
对于此战略，加速过渡主要针对现有和新兴的商业平台，这些平台在业务使用上具有巨大的潜力，可支持 NOAA 任务。候选平台的过渡计划应与 NOAA 管理政策保持一致。过渡到业务运行应反映广泛社区的宣传工作，包括直属单位过渡经理、 NOAA 现场研究人员和工程师以及行业、学术界和其他政府组织的合作伙伴。计划应概述技术转让的措施，并确定从启动技术开发到业务验收整个技术发展过程中不同水平的资源赞助。将各种技术相结合可以加
快过渡。例如，将人工智能与机载或海上平台整合起来可以显著改善自主导航、避免碰撞、目标识别或其他机载决策，从而大幅提高任务效率。
目标 3.3 进行系统性测试和评估，以确保高性能
性能测试和评估是 NOAA 中经过验证的必不可少的过程，必须先于业务使用才能阐明和验证设计规范，以及开发和测试运行概念。这包括对关键仪器或传感器的校准、对替代配置和有效载荷的评估，以及进行现场试验以监控设备加传感器系统的整体性能。该过程可能包括同时测试两个或多个平台，并结合传统的数据收集方法（例如船舶），以比较各种结果，并有可能与其他政府或学术界利益相关方合作进行，并可能按照《海洋技术助力商业参与法》的建议，在美国海军或其他组织运行的指定测试“场地”内进行。诸如此类做法已被证明对NOAA 有价值，应持续开展或扩大。
目的 4 加强和扩展无人系统合作伙伴关系
合作型和校外型伙伴关系（包括联邦与州之间的合作）、各种所有方-运营方模式以及常规的合作研发协议或 CRADA（甚至可能是一些新的创新技术开发联盟），都可以成为优化资源和各项工作的推动力。由此产生的科学技术交流可使 NOAA 跟上无人系统快速发展这一领域。当前在无人系统应用方面的合作（例如美国海洋综合观测系统合作伙伴网络）已经在 NOAA建立了实践社区，正在激发创新，并有机会加速观测能力方面的巨大进步。建立业务能力和组织结构是该战略的根本，但是研发仍将非常重要。伙伴关系是至关重要的加速器。
目标 4.1 更多地利用跨机构整合
通过正式的谅解备忘录或其他手段，尤其是通过共有任务目标和运行环境的手段，在国内和国际上扩大与各机构的伙伴关系，将加强在无人系统测试和评估、培训和运行等领域的最佳实践。在《海洋技术助力商业参与法》的指导下，美国海军将成为该事业中越来越重要的合作者。其他重要的联邦合作伙伴包括美国海岸警卫队、美国国家航空航天局（NASA）以及内政部和能源部。
目标 4.2 加强与学术界的合作
加强与学术机构在无人系统方面的合作将包括与 NOAA 的合作研究所合作，并进一步利用美国国家海洋合作计划（ NOPP），以使联邦机构能够利用资源对优先重点进行投资，因这些优先重点是跨机构的任务或是任何一个机构无法独立支持的大型任务。如《海洋技术助力商业参与法》中所述， NOAA 也可以选择与学术合作伙伴合作开展业务或研究活动，以共享最佳实践、开展联合培训或促进技术的商业化。
目标 4.3 加强与私营部门不断发展的伙伴关系
与行业合作研究和开发无人系统的设计和使用是《海洋技术助力商业参与法》的一项重要规定，可以通过多种机制进行扩展。这些措施包括 CRADA、增加使用 NOPP、小型企业创新研究赠款、合同、跨机构协议以及其他适当手段，以增加和加速合作，支持商业化，协助评估商用无人系统并参与合作调查。工业技术的迭代演示和现场试验，以及购置替代品的评估，例如政府拥有/运行、行业拥有/运行、租赁以及数据或产品购买已被证明是成功且重要的。通过这些合作， NOAA 也将提高对无人系统任务优先重点的宣传和意识。
目的 5 提升员工对无人系统使用和操作的熟练程度
在适用的情况下，不断提高对无人系统的熟练程度将使员工队伍能够充分利用快速发展的无人系统领域。这只能通过提供持续的、当前的、创造性的和量身定制的培训和学习机会来实现。 NOAA 现有的开发计划非常适合，非常适应，我们将确定合作伙伴寻求新的选择，以发展技能、认知和专业知识。
目标 5.1 扩展招聘活动以展示 NOAA 无人系统活动
NOAA 现有员工以及经验丰富的学术和行业候选人都是新员工的最佳来源，其中包括飞行员、水手、工程师、材料科学家、 IT 和政策专家、海洋学家、气象学家和海洋生物学家等。通过 NOAA 工作轮调、学生实习和领导能力发展计划等工作将吸收跨单位的经验并提高整体技能。外部招聘可以包括针对 NOAA 海洋助学金和总统管理奖学金、跨部门人员分配、跨机构交流或选派、跨军种向 NOAA 军官团调动以及其他类似的研究生和职业生涯中期机会等。
目标 5.2 建立正式的培训和认证
由学术界、工业界和政府开发和教授的书本课程和动手实习可确保获得最新知识，可支持安全操作并可创设职业路径。这包括提供给支持人员的语言通俗易懂的指南，以及提供给任务专家（例如飞行员和工程师）有关操作、安全、维护、网络安全、隐私和法律/法规合规性等的技术课程。使用既定的培训计划将加快整合。这些知识和经验应该在 NOAA 各直属单位和工作人员间共享，并且可以合作对其进行编辑，以适用于各种任务中使用的无人系统设
备或平台的通用做法。与 NOAA 以外的无人系统开发人员和用户开展临时聘用将提高技能并建立合作伙伴关系。让研究生和大学生参与开发适用的技术，也将建立对无人系统熟悉的更为强大的工程师、科学家和管理人员队伍，并可帮助确保 NOAA 的技术水平和整个科学队伍的长期可持续性。
目标 5.3 将 NOAA 无人系统任务分配作为留人工具
NOAA使命任务中都有与NOAA和合作伙伴一起运行和/或支持无人系统活动的培训和实践机会，并且遍及全国和全球。例如，南密西西比大学的海洋科学与工程学院提供了无人海事系统证书计划，对大学本科学生进行设备操作和基础海洋学方面的培训。熟练的 NOAA 人员将有机会提供日常任务支持，并发现尚未想到的无人系统方法和应用程序。建立无人系统的职业道路（从入门级技术人员到高级科学家、经理和平民任务专家以及 NOAA 军官团着装官员任务专家）对于留住熟练人员也至关重要。
结论
为确保 NOAA 无人系统战略取得性能、技能和效率方面的变革性进步， NOAA 正在制定配套的无人系统战略实施计划或“路线图”，其中将确定详细的行动项目、期限和责任，并根据潜在的可用资金水平进行调整。同时， NOAA使用无人系统已经极大地改善了挽救生命和对有经济影响方面任务的表现，并为加强未来几十年在环境科学和技术领域的闻名领先地位指明了方向。连同在 NOAA其他科学技术重点领域（人工智能、组学和云计算）的进步， NOAA将实现机构的首要任务，以重新获得在数值天气预报方面的全球领导地位，并可持续地扩大美国蓝色经济。