Las misiones de observación dinámica marítima, como el monitoreo ambiental, la inspección de ranchos marinos y la respuesta a emergencias, suelen requerir operaciones a gran escala y de alta eficiencia en entornos marítimos complejos y variables. Los Vehículos de Superficie No Tripulados (USVs) y los Vehículos Aéreos No Tripulados (UAVs) ofrecen ventajas complementarias en tales misiones: los USVs proporcionan una larga resistencia y soporte de plataforma estable, mientras que los UAVs permiten una percepción aérea rápida y de alta cobertura. Sin embargo, la capacidad limitada de la batería de los UAV y los entornos de tareas dinámicas plantean desafíos significativos para las operaciones colaborativas autónomas. Este estudio propone una estrategia de operación colaborativa y reabastecimiento de energía para sistemas USV-UAV en misiones de observación dinámica marítima. Bajo un marco unificado, la asignación de tareas, la planificación de rutas colaborativas y el reabastecimiento de energía se optimizan conjuntamente, donde el USV actúa como una plataforma de reabastecimiento móvil para proporcionar soporte energético al UAV. El método propuesto incorpora actualizaciones de tareas dinámicas, perturbaciones ambientales y restricciones de energía, logrando una colaboración adaptativa en tiempo real entre agentes heterogéneos. La validación a través de simulaciones y pruebas en el mar demuestra que la estrategia propuesta supera significativamente a cuatro métodos de referencia (estrategia codiciosa, planificación estática, algoritmo genético multiobjetivo y programador de aprendizaje por refuerzo) en cinco métricas clave: tasa de finalización de tareas (91.74% en simulación/90.85% en pruebas en el mar), consumo total de energía (1284.66 kJ/1298.42 kJ), tiempo de finalización de la misión (40.28 min/41.12 min), tiempo de respuesta promedio (10.21 s/10.35 s) y redundancia de ruta (13.79%/14.03%). Además, los experimentos de ablación verifican que la estrategia de reabastecimiento de energía mejora la tasa de finalización de tareas tanto en simulaciones como en pruebas de campo. Este método proporciona una solución colaborativa factible y escalable para sistemas multiagente autónomos, ofreciendo una guía significativa para el despliegue práctico de futuras misiones de observación y monitoreo marítimo.