在煤化工生产园区，储罐林立、管廊纵横交错，高温高压设备密布，传统人工巡检不仅作业风险高，还存在大量巡检盲区。如今，一套由山东华宇工学院跨学科学生团队自主研发的 “天巡枢链” 智能巡检系统，让工业无人机化身园区 “空中哨兵”，依托自研调度算法与多模态感知技术，实现化工园区全域智能化巡检，为化工安全生产装上科技 “防护盾”。从实验室构想走向产业实地落地，这群大学生历时两年深入产业一线走访调研，把科创论文书写在化工园区的生产现场。
故事始于 2023 年 12 月，学校实验室里，工业工程专业几名学子围绕煤化工园区巡检难题展开研讨。在前期资料查阅中，团队发现国内大量化工园区依旧高度依靠人力完成安全巡检工作，高危环境下的巡检作业始终是制约化工行业安全发展的突出短板。但纸上的资料无法还原产业现场真实痛点，为了真正摸清企业实际需求，拒绝打造 “只适合实验室展示” 的产品，项目负责人靳佳齐带领团队开启为期两年多的实地调研之路。
两年间，团队足迹遍及山东、辽宁两省五市，先后走访 12 家化工园区及化工生产企业，面对面访谈 187 名一线运维作业人员、企业安全管理人员。走进生产厂区，复杂的现实工况给团队带来巨大冲击。很多化工园区管线设备排布密集交错，人工徒步很难完成全部区域排查；部分装置区属于高温高压高危工况，人员直接入场作业人身风险突出；同时不同业务系统相互独立，巡检采集的数据分散在各个部门，排查出隐患之后还需要人工整理报告，信息流转效率低下，隐患处置流程脱节。
大量一线调研梳理出煤化工巡检五大核心行业痛点：巡检航线模式固化，多机协同调度运行效率低下；园区设备构筑物复杂，造成空间受限，很难做到全域无死角覆盖；单一识别传感器抗环境干扰能力弱，隐患定位精度不足；高温、烟雾、粉尘等恶劣工况，造成系统误报率居高不下；各个业务系统数据相互孤立，缺少一体化管控平台，无法形成完整运维处置闭环。
“我们要做企业真正能用、好用、愿意用的技术产品，不能做脱离产业实际的纸上成果。” 靳佳齐在调研后确立项目研发的核心准则。结合走访获取的一手需求，团队确定三大核心技术攻坚主线：自研动态调度算法、搭建多模态隐患识别体系、打造全流程闭环运维管理平台，以三大模块协同，针对性破解化工园区巡检现存痛点。
算法是整套智能巡检系统的 “大脑”。针对化工园区复杂多变的作业环境，团队自主研发 EDPNSGA?II 动态优化调度算法，跳出传统巡检路径规划静态模式的局限。化工厂区内部障碍物多、工况随时变化，固定航线难以适配现场，这套算法可以实时感知外部环境变化，每 30 秒更新一次动态环境矩阵，五秒之内即可完成无人机航线重新优化。工业工程专业的学生主攻算法迭代优化，将任务优先级、无人机三维路径坐标作为核心决策变量，创新双层编码架构，经过无数次仿真模拟与现场调试，最终系统动态避障路径生成概率提升 12.3%，有效解决多机协同作业冲突、航线僵化的现实难题，适配化工园区复杂构筑物环境。
感知识别是系统的 “眼睛”。团队摒弃单一传感器方案，采用可见光、红外热成像、激光测振三类传感器相融合的硬件感知方案。可见光相机完成设备表面裂纹、破损缺陷识别；红外热成像捕捉设备、管线异常温升；激光测振技术分析机械构件振动特征，挖掘设备内部潜在故障。数据科学与大数据技术专业的学生对 YOLOv11 检测算法开展改进，引入 GAN 样本扩充技术与 CBAM 注意力机制，系统能够依据光照、烟雾、温度变化动态调整不同传感器权重，削弱复杂工业环境带来的识别干扰。团队收集数万条化工场景隐患样本，多次邀请行业专家开展专题研讨打磨模型，反复训练调优之后，整套系统目标识别准确率达到 96.8%，有效降低烟雾、粉尘环境带来的误判、漏判问题。
测绘工程专业的同学主攻空间定位与数字孪生底座搭建，融合 GPS?北斗?RTK 多重定位技术，实现毫米级精准空间定位，构建园区三维数字孪生模型，隐患点位可以实现亚米级精准定位。在此基础上，团队搭建起 “检测 — 识别 — 定位 — 消缺 — 复核” 一体化全流程数字化闭环管理系统。从无人机发现安全隐患、平台自动告警派单，到工作人员现场消缺整改，再到无人机二次复核销号，全部流程在平台留痕记录，打破不同业务系统之间的信息壁垒，解决化工企业长期存在的数据孤岛难题。
科创研发的道路布满坎坷。化工园区真实设备密度远超实验室仿真场景，项目调试阶段，算法路径规划频繁出错，多架无人机协同作业经常发生航线冲突。为攻克技术难关，团队成员连续数月扎根实验室，反复调试算法环境感知模块，打磨双层染色体编码结构，不断修正动态适应度函数。多模态数据融合过程中，厂区烟雾、强光、高温都会带来识别误报，团队把实地采集的大量真实隐患样本投入模型训练，结合十多场行业专家专题研讨，逐条复盘误判案例，一点点打磨识别模型性能。在许婷婷等指导老师全程悉心指导下，项目不断突破技术关卡，累计取得 10 项授权专利、3 项软件著作权，公开发表 2 篇学术论文，项目核心技术经过省级科技查新，认定为国内首创。
技术的价值，最终要落地产业现场接受实践检验。2025 年，“天巡枢链” 系统先后落地沈阳众鑫煤业、德州实华化工两家煤化工企业开展实地试点应用，交出亮眼的实测答卷。在沈阳众鑫煤业，系统部署多型号工业无人机，面向大型储罐、错综复杂管廊、生产车间开展全域巡检，同步搭建企业专属三维数字孪生模型。数据显示，企业全厂完整巡检周期从原先 12 天压缩至 3 天，巡检效率实现四倍提升，漏检率由 15% 下降至 0.03%，重点区域巡检频次提升 2 倍，隐患闭环处置时间缩短到 30 分钟。
在德州实华化工产业园，项目部署 6 架巡检无人机开展全域作业，依托 EDPNSGA?II 动态优化调度算法搭建园区智慧安全管控体系。企业以往完成一轮全厂巡检需要 15 天，引入智能巡检系统之后仅需 3 天即可完成；重点区域巡检频次提升 3 倍，故障识别准确率高达 98.6%。企业相关负责人表示，该项目直击传统人工巡检盲区多、作业风险高、工作效率低下的行业痛点，切实为化工企业安全生产赋能。过去很多高空管廊、储罐顶部，巡检人员很难抵达，只能远距离粗略观察，很多隐蔽隐患无法及时察觉；现在无人机灵活穿梭于厂区上空，高危区域不再需要人员冒险进入，真正实现 “机器替人”，把一线运维人员从高危作业环境解放出来。
丰硕的落地成果，离不开跨学科团队成员的协同作战。项目团队汇聚工业工程、数据科学与大数据技术、测绘工程多个专业青年学子，不同学科发挥自身专业优势，形成 “实地调研找准痛点 — 算法技术攻坚突破 — 硬件感知迭代优化 — 平台系统集成开发 — 产业试点落地打磨” 完整科创链条。实验室之内，大家共同研讨技术方案，反复调试代码、组装测试无人机硬件设备；实验室之外，同学们走进化工生产一线，佩戴安全帽深入厂区，记录现场工况，收集真实样本，对接企业运维人员收集反馈意见，根据企业实际使用感受持续迭代系统功能。
项目负责人靳佳齐表示，大学生科创不能止步于实验室、止步于竞赛赛场，要面向实体经济的真实需求。项目团队同步完成商业化路径规划，打造 “产品销售 + 技术合作 + 生态分成” 多元化盈利模式，依托专利技术、软件系统、巡检服务开展市场拓展。结合试点企业反馈，团队对未来营收做出规划，预计 2026?2028 年项目营收分别达到 80 万元、300 万元、550 万元。
“我们的目标不只是完成一个科创项目，而是实实在在推动化工园区巡检模式的变革升级。” 靳佳齐说。现阶段项目主要面向煤化工行业，未来团队将持续推进算法轻量化研发，进一步降低硬件使用门槛，让广大中小化工企业同样可以负担、能够用好这套智能巡检方案。与此同时，团队计划把成熟技术方案向外拓展，延伸至油气、电力等更多工业高危巡检场景，推动无人机智能巡检从少数大型企业的高端配置，转变为工业安全生产领域的标准化配置。
高校相关负责人表示，“天巡枢链” 项目是学校科创育人成果的典型缩影。学校持续引导广大学生走出校园、对接产业，鼓励学生把课堂专业知识转化为解决行业现实难题的硬核技术成果。未来学校会持续搭建科创实践平台，给予学生团队师资、场地、科研多方位支持，推动更多青年科创成果走出实验室、落地实体经济，用青年的智慧与力量守护工业生产安全，助力工业领域数字化、智能化转型升级。
煤炭
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