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NOAA確定多項新興科技應用戰略

發布時間:2020年03月06日15:33 來源:中國氣象報社

  編譯:王玫玨 吳鵬 張格苗

  本文專家顧問:國家氣象信息中心副主任 曾沁

  近日,美國國家海洋和大氣管理局(NOAA)發布了一系列戰略計劃,以大幅度強化新興科技在重點領域的應用,其中包括無人系統、人工智能等領域。這將引導NOAA在科學、產品和服務的質量和時效性方面取得變革性進步。

  “NOAA在一系列領域的應用擁有豐富經驗,并且正準備交付可靠的操作系統。無論是改善天氣預報還是魚類資源評估方面,這些系統都開始顯現成效。”在美國地球物理學會的海洋科學會議上,NOAA副局長、主管海洋和大氣事務的商務部助理部長蒂姆·加洛德(Tim Gallaudet)發表言論,“這些戰略將加速實施最有效的科學和技術應用,以推進NOAA完成保護生命財產、促進藍色經濟的任務。”

  “NOAA擴大新興科技應用的戰略,對促進美國經濟、國家安全和環境領域的發展至關重要。”白宮科學技術政策辦公室主任凱爾文·德羅格邁爾(Kelvin Droegemeier)說,“例如,NOAA在無人系統、人工智能等方面的戰略對于利用龐大的海洋資源十分關鍵。通過強調聯邦機構、學術界、非營利組織和私營部門之間建立伙伴關系的必要性,有助于提高美國管理和保護海洋資源的能力,這對政府來說是當務之急。”

  以下簡要介紹NOAA人工智能、云計算、無人系統三項新興科技應用戰略的主要內容。

  人工智能

  NOAA人工智能(AI)戰略的主要目標,是利用AI來推進需求驅動型優先任務,并力圖通過該戰略來降低數據處理成本,為社會提供更高質量、更及時的科學產品和服務。

  事實證明,人工智能在提升業務水平的同時,可大幅降低成本、減少計算時間。NOAA已經具有利用 AI執行任務的一些經驗。例如,利用機器人進行深海探測,利用人工智能分析衛星數據以監測強對流天氣和野火,以及借助機器學習技術對地球觀測資料進行有效處理、解析和利用。

  此項AI戰略包括五個目標:建立一個高效的組織架構和流程,以支持NOAA所有部門推進AI技術;推進AI研究和創新,以支持NOAA的任務執行;加快AI從研究到應用的轉化過程;加強和擴大AI合作;提升員工應用AI的能力。

  NOAA將探索建立一個AI中心或類似機構,以協調AI研究、算法開發、數據采集、應用、信息交換等任務。此外,成立技術工作組,由NOAA直屬辦公室專家組成,以支持AI執行委員會建立AI標準,執行AI戰略和實施計劃,比如AI優先研究項目和技術研討會等。

  通過在整個研究過程中采用AI技術并將其規范化,NOAA將在各個任務領域推進基于AI的環境研究和創新工作。為此,NOAA將優先考慮基于AI的方法,并在“聯邦資助機會”(FFO)、研究經費等方面給予支持,以推動AI研究。

  NOAA將迅速加快基于AI的環境研究向業務和私營部門商業化的轉變過程。為順利完成轉變,NOAA將支持新興商業環境AI部門的發展,使其為滿足業務要求提供各種解決方案;采取相應的預算支持措施,制定技術準則,通過召開科學研討會等形式來強化運用AI的意識。

  合作是優化資源的倍增器。為推動AI戰略,NOAA在“國家海洋合作計劃”(NOPP)中將優先考慮基于AI的環境研究;加強與學術界,以及美國國防部、能源部、國土安全部等其他部門之間的合作;通過已有機制正式建立新型公私合作關系。

  NOAA將為員工培訓提供資源,使他們能充分利用快速發展的AI優勢。一方面,提供更多的在線和現場培訓。另一方面,支持員工完成AI相關的研究生學位、專業發展和技術培訓課程等。

  為確保AI戰略使NOAA在業務水平、技巧和效率等方面取得變革性進步,NOAA正在制訂《AI戰略實施計劃》,在資源允許的條件下明確具體行動項目、截止時間和責任分工。

  云技術

  云戰略是NOAA實現信息技術環境現代化的必經之路。

  環境數據是NOAA的基礎。NOAA數據量非常龐大、復雜且分散,同樣,處理、存儲和傳輸這些數據的系統和基礎架構也很復雜、分散,可以說是“煙囪林立”。在可預見的未來,隨著新的觀測系統和數據采集設備投入使用,數據量呈指數級增長,需要擴展IT基礎架構和服務以無縫適應這種增長。同時,為了使NOAA的服務不斷滿足需求變化,就需要協作、建立伙伴關系,以工業、學術界、政府機構和公眾等用戶需求的方式來提供數據和服務。NOAA已經通過大數據計劃(BDP,Big Data Project),與谷歌云、亞馬遜云、微軟Azure云等多服務商建立合作,將常規觀測、衛星、雷達、數值天氣預報等數據開放,并在云上不斷豐富共享的云開發工具來最大限度利用海量的NOAA大數據,為美國經濟社會發展注入創新活力。

  NOAA信息技術環境要實現現代化,就要改變傳統的漸進式方法,不只是將現有系統轉移到云中,而是以云服務這種新方法來推進多方協作和資源(IT基礎設施和數據)共享,更好地開放地球系統觀測、數據存儲管理、數值天氣預報、數據應用和產品服務等各個環節,盡可能發揮NOAA信息的價值。這固然給投資和管理方式帶來了不小的挑戰,但也帶來了發展的機遇和轉折點。

  該戰略涵蓋了云部署模型(例如私有、社區、混合、公共)和云服務模型(即IaaS,PaaS和SaaS)的所有類型。NOAA計劃利用云服務的潛力來推進五項任務:一是通過云服務的快速迭代來推動NOAA的技術創新,包括快速獲取IT資源,更高的安全性和管理自動化,易于訪問的集成數據、機器學習和分析工具,以及按使用付費的成本計算模型等。二是推動NOAA業務向云的智能遷移,確保云遷移的可行性、高效性和穩定性。三是確保對云服務的安全和廣泛訪問,除了保證云服務的自身安全可用,也要充分保障個人隱私、商業秘密和國家安全。四是對云共享服務提供有效治理。五是增強云就緒(cloud-ready)勞動力,確保員工具有應用云技術所需的能力。

  在未來的愿景中,該戰略提出,理想的最終狀態是將所有NOAA信息技術服務都托管在多租戶商業云計算環境中。默認的NOAA體系結構是代理的,多供應商、多租戶的FedRAMP(美國聯邦風險和授權管理計劃)商業云平臺。

  無人系統

  無人系統是指沒有人員在現場的情形下,飛行器、海陸空領域的傳感器和通信軟件等能夠自動執行數據收集任務。無人系統通常是可控和程序化的,可實現自供電。

  運用無人系統對NOAA來說并非新鮮事。數十年來,科學家和工程師一直在車輛、機器人、便攜式小型化傳感器、電源、通信等方面進行試驗,并提供運行系統。近年來,在NOAA科學家和許多新發現的推動下,無人系統的可用性迅速擴大,并創新地應用到許多項目中。這些項目通常以較低的成本、更高的安全性和更低的風險來收集數據,特別是在水文和棲息地測繪、海洋勘探、海洋哺乳動物和漁業資源評估、應急響應、海上觀測等偏遠或極端環境中,無人系統成為這些項目的“利器”。

  NOAA無人系統戰略的目標是通過增加無人機、海洋系統應用,強化關鍵、高精度和高時效數據的收集和利用,提高產品和服務的質量和及時性。

  如何實現這一目標呢?NOAA的計劃主要包括加強和集中開發關鍵支持功能,在任務組合中擴展無人系統應用程序,持續開展科研并加快向業務的轉化,擴大合作伙伴關系,提高工作人員運行無人系統的熟練度等。通過集成人工智能、其他計算工具和新的商業數據源,無人系統的平臺、傳感器和架構將提高數據的使用率。

  為了確保無人系統戰略在性能、技術和效率方面實現轉型發展,NOAA正在制訂一個配套的無人系統戰略實施計劃,或稱為“路線圖”。該“路線圖”將定義詳細的行動項目、期限和分工,并根據可用資金進行調整。NOAA使用無人系統已明顯增強了在救生領域和減少經濟損失等任務中的效能,為鞏固未來幾十年NOAA在環境科學技術領域的領先地位奠定了基礎。連同人工智能、云計算等其他科技重點領域的進步,NOAA將實現該機構的首要目標,重新獲得在數值天氣預報方面的全球領導力,并可持續地推動美國藍色經濟發展。(本文文字來源:NOAA)

(責任編輯:崔國輝)

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