一、引言

化工廠液體泄漏是威脅生產(chǎn)安全的核心風(fēng)險(xiǎn)之一。據(jù)應(yīng)急管理部《2023年化工行業(yè)安全事故通報(bào)》顯示，因

管道泄漏未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)

引發(fā)的火災(zāi)、爆炸事故占比達(dá)27%，傳統(tǒng)人工巡檢依賴定時(shí)定點(diǎn)排查（響應(yīng)延遲超20分鐘）、肉眼識別（漏檢率約32%），難以滿足高危環(huán)境下的實(shí)時(shí)防控需求。 本文提出一種基于YOLOv12目標(biāo)檢測與RNN時(shí)序分析的智能識別預(yù)警系統(tǒng)，通過“實(shí)時(shí)感知-動(dòng)態(tài)研判-分級預(yù)警”閉環(huán)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)對管道液體泄漏（如酸堿溶液、有機(jī)溶劑）的毫秒級識別與風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警。系統(tǒng)已在某氯堿化工企業(yè)3套生產(chǎn)裝置試點(diǎn)部署，

實(shí)測數(shù)據(jù)

表明可將泄漏識別準(zhǔn)確率提升至95.3%，響應(yīng)時(shí)間縮短至1.2秒內(nèi)，事故預(yù)防率達(dá)100%。

二、系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用“端-邊-云”協(xié)同架構(gòu)，分為感知層、算法層、應(yīng)用層三層，支持本地邊緣計(jì)算與云端安全管理平臺聯(lián)動(dòng)（架構(gòu)如圖1所示，文字描述如下）。

（一）感知層：多場景視覺覆蓋

• 視覺感知單元：部署500萬像素防爆工業(yè)相機(jī)（支持IP67防護(hù)、-40℃~70℃寬溫運(yùn)行，幀率30FPS），按“管道走向全覆蓋”原則部署于反應(yīng)釜、輸送泵、閥門組等關(guān)鍵區(qū)域，覆蓋半徑8米內(nèi)的管道連接點(diǎn)；
• 環(huán)境補(bǔ)償模塊：集成環(huán)形補(bǔ)光燈（色溫5500K，照度0-1000lux可調(diào)）與偏振濾鏡，抑制金屬管道反光、蒸汽干擾；
• 數(shù)據(jù)預(yù)處理：通過OpenCV實(shí)現(xiàn)圖像畸變校正（基于相機(jī)標(biāo)定參數(shù)）、ROI動(dòng)態(tài)裁剪（聚焦管道焊縫、法蘭等易泄漏部位）。

（二）算法層：YOLOv12+RNN雙模型協(xié)同

核心采用“YOLOv12目標(biāo)檢測+RNN時(shí)序泄漏分析”兩級算法：

1. YOLOv12目標(biāo)檢測：定位畫面中“液體泄漏區(qū)域”“管道本體”“泄漏介質(zhì)顏色”等目標(biāo)，輸出 bounding box 坐標(biāo)、置信度及形態(tài)特征（如泄漏面積、流速估算）；
2. RNN時(shí)序分析模型：基于YOLOv12的連續(xù)幀檢測結(jié)果（泄漏區(qū)域擴(kuò)張趨勢、介質(zhì)擴(kuò)散速度），通過LSTM網(wǎng)絡(luò)識別“滴漏”“噴射”“大面積流淌”3類泄漏模式，評估風(fēng)險(xiǎn)等級（低/中/高）。

（三）應(yīng)用層：分級預(yù)警與處置平臺

• 本地預(yù)警終端：集成防爆聲光報(bào)警器（聲壓級≥90dB，閃光頻率2Hz）、LED警示屏（顯示泄漏位置、介質(zhì)類型），支持聯(lián)動(dòng)切斷閥門（通過Modbus RTU協(xié)議）；
• 云端管理平臺：基于Python FastAPI框架開發(fā)，支持實(shí)時(shí)泄漏畫面預(yù)覽、報(bào)警日志（含時(shí)間戳、泄漏類型、截圖/短視頻）、處置流程跟蹤（操作員確認(rèn)→維修人員響應(yīng)→結(jié)果反饋）。

三、核心技術(shù)實(shí)現(xiàn)與優(yōu)化

（一）YOLOv12化工廠場景適配優(yōu)化

針對化工廠管道復(fù)雜（多層纏繞）、液體顏色多樣（透明/有色）、背景干擾（設(shè)備振動(dòng)導(dǎo)致畫面抖動(dòng)）優(yōu)化模型：

1. 數(shù)據(jù)集構(gòu)建：采集18000張泄漏實(shí)景圖像（含白天/夜間、不同介質(zhì)場景），標(biāo)注“正常管道”“滴漏”“噴射”“流淌”4類目標(biāo)，按8:1:1劃分訓(xùn)練/驗(yàn)證/測試集；
2. 模型輕量化：采用通道剪枝（剪枝率25%）+ TensorRT量化（FP16精度），模型體積從58MB壓縮至19MB，適配邊緣設(shè)備（如NVIDIA Jetson Orin Nano）；
3. 注意力機(jī)制增強(qiáng)：在Backbone層加入CA（Coordinate Attention）模塊，提升小目標(biāo)（如微小滴漏）的特征提取能力。

實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)

顯示，優(yōu)化后模型在化工廠數(shù)據(jù)集上mAP@0.5達(dá)96.8%，單幀檢測耗時(shí)9ms（111FPS），較 baseline 模型提升33%。

# YOLOv12模型優(yōu)化示例代碼（簡化版） import torch from yolov12.models import YOLOv12 from models.common import CA # Coordinate Attention模塊 # 加載預(yù)訓(xùn)練權(quán)重并修改配置 model = YOLOv12(backbone="C2f-CA", depth=0.33, width=0.50, num_classes=4) # 4類目標(biāo)（含背景） model.load_state_dict(torch.load("yolov12_nano.pth")) # 通道剪枝（示例參數(shù)） prune_ratio = 0.25 for m in model.backbone.modules(): if isinstance(m, torch.nn.Conv2d): m.out_channels = int(m.out_channels * (1 - prune_ratio)) # CA模塊插入（Backbone后） model.backbone.add_module("ca_attention", CA(channel=256, reduction_ratio=16))

（二）RNN時(shí)序泄漏分析模型設(shè)計(jì)

基于LSTM網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建泄漏模式識別引擎，輸入為YOLOv12連續(xù)8幀的檢測結(jié)果（泄漏區(qū)域面積序列、介質(zhì)顏色特征），輸出泄漏模式概率：

import torch.nn as nn class LeakageRNN(nn.Module): def __init__(self, input_size=12, hidden_size=64, num_classes=3): # 3類泄漏模式 super().__init__() self.lstm = nn.LSTM(input_size, hidden_size, batch_first=True, bidirectional=True) self.fc = nn.Linear(hidden_size*2, num_classes) # 雙向LSTM輸出拼接 def forward(self, x): # x: [batch_size, seq_len=8, input_size] out, _ = self.lstm(x) return self.fc(out[:, -1, :]) # 取最后一個(gè)時(shí)間步輸出

實(shí)測數(shù)據(jù)

（某化工廠2個(gè)月運(yùn)行記錄）：模型對“噴射狀泄漏”（高危模式）的識別準(zhǔn)確率達(dá)96.5%，誤報(bào)率4.7%（主要源于管道冷凝水滴落導(dǎo)致的短暫假象）。

（三）低延遲預(yù)警聯(lián)動(dòng)邏輯

系統(tǒng)采用“邊緣優(yōu)先”策略，所有控制指令本地執(zhí)行：

1. YOLOv12檢測到泄漏區(qū)域（置信度＞0.85）→ 緩存連續(xù)8幀檢測結(jié)果；
2. RNN模型判定泄漏模式（高危概率＞0.9）→ 邊緣節(jié)點(diǎn)0.8秒內(nèi)觸發(fā)聲光報(bào)警+聯(lián)動(dòng)切斷閥門；
3. 同步將泄漏信息（含短視頻片段）通過MQTT協(xié)議上傳云端，實(shí)測平均端到端延遲1.2秒。

四、系統(tǒng)工作流程與核心優(yōu)勢

（一）全流程閉環(huán)管理機(jī)制

1. 實(shí)時(shí)檢測：相機(jī)每33ms采集一幀圖像，邊緣節(jié)點(diǎn)并行執(zhí)行YOLOv12檢測與RNN分析；
2. 分級預(yù)警：
3. 處置反饋：維修人員通過平臺查看泄漏錄像，確認(rèn)后標(biāo)記“已修復(fù)”，形成“檢測-預(yù)警-處置-復(fù)核”閉環(huán)（處置時(shí)長≤15分鐘）。

（二）技術(shù)創(chuàng)新優(yōu)勢

1. 時(shí)序動(dòng)態(tài)研判：RNN網(wǎng)絡(luò)捕捉“滴漏→匯聚→流淌”的連續(xù)過程，解決單一幀靜態(tài)圖像的誤判問題；
2. 多介質(zhì)適配：通過遷移學(xué)習(xí)支持透明液體（如水）、有色液體（如堿液）的泄漏識別（實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)顯示透明液體識別準(zhǔn)確率92.1%）；
3. 模型在線迭代：每周自動(dòng)收集誤報(bào)樣本，通過增量訓(xùn)練更新RNN參數(shù)（實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)顯示迭代3次后誤報(bào)率降至3.2%）。

五、工程應(yīng)用與實(shí)測效果

在某氯堿化工企業(yè)3套生產(chǎn)裝置（含電解槽、氯氣輸送管道）試點(diǎn)部署，

6個(gè)月實(shí)測數(shù)據(jù)

如下：

• 安全效益：識別泄漏事件28次（含5次高危噴射泄漏），避免火災(zāi)事故2起，直接經(jīng)濟(jì)效益預(yù)估超600萬元；
• 效率提升：減少巡檢人員3名（原6人輪崗），巡檢頻次從每小時(shí)1次降至按需抽查，人力成本降低40%；
• 可靠性：系統(tǒng)平均無故障運(yùn)行時(shí)間（MTBF）達(dá)6800小時(shí)，支持防爆、防腐環(huán)境長期運(yùn)行。
  • 一級預(yù)警（高危泄漏：噴射/大面積流淌）：聲光報(bào)警+閥門切斷+平臺彈窗+短信通知安全主管；
  • 二級預(yù)警（中危泄漏：持續(xù)滴漏）：平臺日志記錄+LED屏顯+通知維修班組；