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极短期预报是指在船舶运行过程中，对船舶过去的各项运行参数指标进行分析，以预报船舶未来短期运动姿态的技术。多次实践表明，极短期预报能有效减小恶劣海况下船舶发生意外情况的几率，从而极大地保护海上作业人员的生命财产安全。 极短期预报一般用于航母舰载机起降、大型吊装作业、复杂海况航行等。与陆上载具不同，海上载具的运动需要考虑风浪等更多复杂因素的影响，部分海上复杂作业，需要对海上平台六个自由度运动趋势做出精确判断，因此，极短期预报系统属于海上船舶自动控制系统的重要组成部分，对于海上作业的安全起到至关重要的作用，研究高度精确的海上极短期预报系统对我国发展船舶等海上平台自动化控制系统有重要意义。

（1）长短期记忆（LSTM）神经网络算法的优化设计 用于极短期预报的LSTM神经网络算法必须满足结构简洁、运算速度快、效率高、延迟低不能出现频繁报错和卡顿等现象。LSTM算法的优化设计需要综合考虑船舶航行各项参数的函数曲线、波动幅度等，还要结合波浪数据适当调节权重和学习率。 （2）海上雷达、视频分析系统设计 多特征的极短期预报系统需要同时考虑船舶运动数据和波浪数据，其中波浪数据需要通过雷达或视频分析系统对波浪运动轨迹、加速度进行逐帧分析后估测获得。 （3）数字孪生系统 数字孪生系统旨在获得船舶运动预报数据后，通过构建数字化船模等方式，生成精确反应船舶过去、现在、未来运动的数字副本，供船上人员随时监控。 同时，在海上实验中，与极短期预报配套的数字孪生系统一旦获取相关信息，船舶虚拟模型便可用于运行模拟、研究性能问题并生成可能的改进方案，显著减少研究成本。

对于特种货物及集装箱船来说，基于船舶运动响应预报的风险管理至关重要。全球集装箱船每年丢箱约1500箱，对航运公司造成巨大的经济损失和名誉损失。此外，IMO于2020年正式以通函形式批准并颁布实施了《第二代完整稳性衡准临时导则》，该指南针对参数横摇、纯稳性丧失、过度加速度、骑浪/横甩和瘫船等五种波浪中稳性失效模式制定了技术要求，并已于2020年12月10日正式生效。作为强制性法定要求的船舶稳性规范，对船舶安全航行至关重要。随着第二代完整稳性衡准在未来几年内的强制实施，基于极短期运动响应预报的航行决策系统具有极大的市场发展潜力。

随着自主航行船舶、绿色船舶以及智能船舶的不断推广，目前航运业主要的特种货物船舶及集装箱船舶也不断向智能辅助决策、智能化、自主决策的方向发展。2020年智能辅助决策和自主航行决策船舶的市场规模已达到858.4亿美元，预计到2030年将达到1656.1亿美元，2020年至2030年复合年增长率为6.8%。智能辅助决策和自主航行决策船舶主要是通过配备无需人工干预的硬件实现海上航行作业的自主决策，包括船舶上的传感器、自动导航、推进和辅助系统、GPS跟踪器等组件有助于根据环境做出决策。船舶极短期运动响应预报系统正是其中的重要组成部分之一，在智能船舶辅助决策和自主决策设备中占有巨大的市场份额。

目前集装箱运输仍然是全球贸易的支柱，运输世界上80%的货物，这些船舶在海上航行时面临着复杂的气象和海洋环境，对船舶的稳定性和安全性提出了极高的要求。过去十年，全球集装箱船数量从2011年的4966艘增加到2022年的5589艘，2020年全球商船队的运载能力达到约20亿载重吨，而风浪作用下导致的箱体滑落仍然是主要损失之一。在这一背景下，极短期运动响应预报系统正日益成为特种货物及集装箱船航行决策的关键技术，为船员和船东提供了更安全、高效的航行选项，有着广阔的市场空间。

相比于集装箱船舶，特种货物船舶往往搭载着重要的、高价值的货物，例如高价值的艺术品、危险品等特殊物品的运输，需要确保船舶在海上运输过程中稳定且安全，在运输过程中均需要极短期运动响应预报系统监测波浪和风力变化，以便在恶劣天气即将来临时调整航行计划，以实现安全航行。在这个过程中，极短期预报系统提供了准确的环境数据，满足了船舶航行决策中的关键需求，因此在市场中具有很大的潜在需求。

江阴耐波特船用设备有限公司地处闻名的长江金三角月城镇，成立于2003年。公司占地面积35,000多平方米，建筑面积75,000多平方米。公司拥有设计、制造玻璃钢救生/救助艇的专业工程师、工程师和各类技术人员200多名。公司生产设备先进，管理严格执行ISO9001:2008标准，检测设备齐全,并拥有110米高的自由降落式救生艇试验塔和能承受100T负荷的艇架液压试验平台，产品安全性可靠，技术先进，追求高超品质，建立了完善的全球服务网络, 并按照MSC.1/Cir 1206 的要求进行救生设备的检查和维护工作。耐波特救生设备已取得ABS, BV, CCS, DNV•GL, EC, KR, LR, NK, RINA, RMRS各大船级社的认可。 公司设计、制造的各类救生设备满足SOLAS公约修正案和国际救生设备（LSA）规则的要求，并经受了国际海事组织决议MSC.81（70）救生设备试验及其最新决议。

船舶极短期预报系统具有重要的科学价值、国防意义、社会效益和经济价值，在科研方面，它能促进海浪形成机制及其对船舶运动响应的作用机制的研究发展，突破海浪特性分析及建模、船舶运动建模以及船舶运动预估等关键技术；在国防方面，极短期预报系统能显著提高舰载机起降的安全系数和舰载武器的发射精度，并为复杂海况下的舰载机起降提供作业窗口，做到“先敌攻击”。在常规作业方面，极短期预报系统有利于提高船舶的航行和作业安全，能帮助我国科研人员打破国外技术壁垒，实现我国船舶极短期运动预报系统的国产化。项目团队目前已经就船舶极短期预报问题开展相关的定制化服务，包括上海交通大学的“基于LSTM神经网络的无人水翼艇运动预报方法研究”和江阴耐波特船用设备有限公司的“船舶极短期运动预报系统开发”项目。

本项目开发的基于船舶运动响应的航行决策系统根据航行环境做出合理的航行决策，使船舶满足二代稳性要求，在航行过程中始终保持较低的加速度水平，极大地降低集装箱船丢箱概率，提高航行安全，维护航运公司的名誉。此外，极短期预报系统还有助于节约运输船的燃油消耗，预计可节约燃油5%。

未来4年本项目预计售出20套航行决策系统，销售总额达到1000万元。4年以后，IMO发布的《第二代完整稳性衡准临时导则》正式生效后，预计占据存量集装箱船5%的市场份额（约售出300套航行决策系统），销量总额达到1.5亿元。此外，预计占据每年新造集装箱船10%的市场份额（约售出30套航行决策系统），年销售额约为1500万元。此为该成果的重要转化方向。