所属技术领域 大数据

成果所处阶段 □初期阶段   □小试阶段   □中试阶段   ☑量产阶段

是否需要概念验证 □是 ☑否  

是否需要资金支持 ☑是 所需金额 200 （万元）□否  

是否需要场地支持 □是 所需面积 160 （平方）☑否  

所需政策支持 ☑免税 □加计扣除 □其他＿＿（其他需要政府支持政策）

成果水平 ☑国际领先   □国际先进   □国内领先   □国内先进

□国内一般

合作形式 □技术开发  ☑技术服务  ☑技术转让 □技术许可

☑技术入股  □作价投资  □其他 ＿＿＿＿＿

合作内容说明 构建一套基于电法监测图像视觉识别的智能预警系统，核心研究内容包括：首先，研发适用于矿井、地铁、隧道强干扰环境的高精度电法监测技术，通过优化电极布设阵列与抗干扰算法，获取断层活化过程中高质量的电阻率时序数据；其次，将电法反演生成的三维电阻率时序云图作为视觉识别对象，利用深度学习模型自动识别与量化图中表征水体渗流与断层活化的异常特征——如低阻区空间形态演变、边界扩展趋势及连通性变化，实现从海量数据中智能、快速地提取水害前兆信息；最终，融合电法参数与视觉识别特征，构建断层突水风险动态评估模型，并集成至地铁安全数字孪生平台，实现青岛地铁、隧道等地下工程断层水害的实时感知、精准诊断与超前预警。通过与青岛乾坤兴科技股份有限公司、青岛地球软件技术有限公司、青岛国信集团等单位深度产学研合作，助力青岛胶州湾第二隧道建设，最终申报山东省科技进步奖1项或青岛市科技进步奖励1项。

产业领域（单选） □煤炭产业 □新一代信息技术产业 ☑高端装备制造产业  □新能源产业 □新材料产业  □现代海洋产业  □高端化工产业

□船舶与海工装备产业 □智能家电产业 □食品饮料产业  □医养健康产业  □现代高效农业  □文旅产业 □现代金融产业

成果介绍 团队面向国家能源安全重大战略需求，聚焦矿井水害焦点问题，以“源头理论创新、实验接轨现场、过程预警防控”的研究思路，构建了断层水害灾变“理论认知-过程感知-状态预知”预警技术体系，为矿井、隧道、地铁提供安全保障支持。相关研究成果在《煤炭学报》、《岩石力学与工程学报》等行业TOP期刊发表高水平论文150余篇，支撑获批山东省技术发明二等奖等省部级奖励10余项，申报美国、国家发明专利80余项。

（1）在理论进展方面，创新提出了断层水害演变致灾“三阶段”理论。阐明了导水路径和水源运移演变特征，标定了“断层活化、贯通导水、‘双带’对接”三个阶段；创新了深部采动断层突水机制的新学术观点；揭示了采动断层活化致突演变中各阶段多元突变特征规律，获得了各阶段演变控制因素及识别指标（12组），实现了断层突水灾害演化过程在观念认识与现象解释方面的突破性认知。

（2）在实验基础方面，创新了水害灾变模拟可视化室内试验手段与感知监测装备。研发了采动煤层突水灾变时空演化相似模拟试验系统、岩石应力–渗流耦合真三轴试验系统、破碎岩石变形-渗流试验系统等6台/套实验设备，研制了满足固体变形、遇水定量化发热不崩解的新型相似模拟材料，创新红外热成像探测技术；研发了“一机两用”并行电法在线监测系统实验专用版本，建立了水源演变监测实时跟踪方法，基于A-star多级搜索图形路径算法，实现了水源空间运移实时监测可视化。

（3）在探查识别方面，创立了水害演变智能视觉实时识别技术体系。实现了采掘活动中断层带围岩破坏程度的实时监测和水害发生阶段性预测与分级，创新性地将深度学习、机器视觉与电法监测相结合，提出了基于机器视觉的两阶段电法监测突水实时预警方法。开发了轻量化深度学习模型YOLO11s，快速精准识别电法图像中的低阻区域并获取其位置坐标。开发了OpenCV-HSV颜色过滤算法，对已识别的低阻区域从个数、面积占比、颜色深度3个维度进行灾变分析，结合阶段特征参数突变情况，建立了多级预警机制，平均分析决策时间为7ms，克服了其他监测手段在实时监测、灾变分析、早期预警等方面存在的局限，真正意义上实现了在线电法图像突水异常区智能识别预警。

（4）在预警方面，发明了多指标结合的构造水害演化致灾分级评判方法，实现了断层水害灾变动态预警。基于灾演时空过程，建立了三个灾变阶段关键节点对应的可量化指标体系（12组），提出了九级（‘Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ’（三阶段）בL-M-H’（低-中-高））预警评判方法，形成了以突水灾变演化“三阶段”理论指标体系为基础的动态预警决策平台，实现了断层水害灾变过程动态预警智能决策。

技术创新点 （1）提出了断层突水灾变“三阶段”理论，为断层水害分阶段监测及预警奠定了理论基础。

（2）研发了水害模拟试验与在线电法智能感知仪器装备，实现了水源空间运移实时监测可视化。

（3）深度融合深度学习、机器视觉与电法监测，实现水源演变异常多维度灾变分析和多级预警决策，决策时间为7ms，真正实现了基于机器视觉的监测实时识别。

（4）建立了三个灾变阶段关键节点对应的可量化指标体系实现了断层水害灾变过程动态预警智能决策。

目前应用状态、场景与市场前景分析 成果拟在青岛乾坤兴科技股份有限公司、青岛地球软件技术有限公司、青岛胶州湾第二隧道开展产业化推广应用，水害模拟试验装备市场占有率70%，探查装备及技术达国际领先水平，提升了智能监测预警水平，推动灾害监测自动化向智能化转变。

市场前景极为广阔，研究成果精准契合了我国在跨海隧道与重大基础设施领域的迫切需求，不仅可服务于煤矿、地铁、隧道全生命周期管理，更能延伸至地下空间开发、地质灾害预警、海洋工程安全等多个高增长市场，产出一套具有自主知识产权的系统解决方案与软硬件产品，形成从技术研发到产业应用的完整价值链，释放高达百亿级水平的经济效益。

专家介绍 孙文斌，教授，博士生导师，能源与矿业工程学院副院长，主要从事矿山灾变演化感知识别、灾害智能防控及预测等方面的教学、科研及管理工作，入选山东省泰山学者、山东省“青创科技计划”团队负责人、山东省煤矿安全生产专家，担任全国重点实验室矿井突水行为研究实验室负责人，担任科技部国家重点研发计划（“交通基础设施”专项等）、国家级高层次人才等评审专家，主持国家重点研发计划等国家级课题4项，发表高水平论文80余篇，授权发明专利68项，首位获山东省技术发明、科技进步二等奖、产学研合作创新成果一等奖等省部级奖励10余项。

团队传承于原特采所特采团队（山东矿业学院两个优势方向：特采、跨矿压），近年来，以防治水团队青年带头人孙文斌等成员，聚焦矿山水害防治，开展灾变监测、构造探查、异常体辨识等方面的研究，承担多项国家级课题，解决国家能源、山东能源、陕西华电等集团水害威胁工程实际问题。课题组现有教授2名，副教授3名，讲师2名，有宾夕法尼亚大学、法国斯特拉斯堡大学、清华大学、东南大学等国内外顶尖大学交流经历，在读博士研究生5名，硕士研究生16名。

团队以“源头创新、实验接轨现场、监测过程预警”的研究思路，在断层突水理论、灾变演化过程实验装备建设、探测装备与智能预警技术等方面取得了重大突破，社会经济效益显著。