編者按：教育興則國(guó)家興，教育強(qiáng)則國(guó)家強(qiáng)。值此全國(guó)“科技三會(huì)”召開(kāi)一周年之際，山東大學(xué)黨委宣傳部攜手中國(guó)網(wǎng)，共同策劃推出“聚青年學(xué)者創(chuàng)新之力，筑科技強(qiáng)國(guó)奮進(jìn)之基”系列文章。文章聚焦山東青年科研工作者，講述他們?cè)诨A(chǔ)學(xué)科“深扎根”，在交叉領(lǐng)域“拓疆土”，在新興戰(zhàn)場(chǎng)“勇闖關(guān)”的奮斗故事，展現(xiàn)山東大學(xué)為建設(shè)世界科技強(qiáng)國(guó)培育高素質(zhì)創(chuàng)新人才、服務(wù)教育強(qiáng)國(guó)科技強(qiáng)國(guó)建設(shè)的生動(dòng)實(shí)踐。

  今年3月，自然資源部辦公廳印發(fā)了《首批找礦裝備升級(jí)、研發(fā)、推廣、替換清單》，今年6月，自然資源部辦公廳印發(fā)了《新一輪找礦突破戰(zhàn)略行動(dòng)先進(jìn)適用勘查技術(shù)推廣清單（第一批）》，鼓勵(lì)各有關(guān)單位加快找礦裝備升級(jí)、研發(fā)、推廣與替換，在找礦勘查工作過(guò)程中擇優(yōu)使用新技術(shù)、新方法。

 這兩份“清單”中均出現(xiàn)了“半航空瞬變電磁儀器和方法”，這個(gè)方法的研發(fā)者便是山東大學(xué)土建與水利學(xué)院巖土工程團(tuán)隊(duì)孫懷鳳課題組。

 “這算是我職業(yè)生涯中的一個(gè)‘高光時(shí)刻’吧。”孫懷鳳笑道。身為地球物理工作者，孫懷鳳自認(rèn)為是一名給地球“做CT”的“放射科醫(yī)生”。多年來(lái)，他聚焦專(zhuān)業(yè)，在移動(dòng)平臺(tái)探測(cè)理論、方法、裝備開(kāi)發(fā)與應(yīng)用、計(jì)算電磁地球物理與工程軟件研發(fā)領(lǐng)域建樹(shù)頗多。同時(shí)，身為山東大學(xué)土建與水利學(xué)院的教師和工程軟件系主任，他關(guān)心關(guān)注學(xué)生成長(zhǎng)，注重學(xué)生興趣愛(ài)好的培養(yǎng)，鼓勵(lì)學(xué)生擁有“任意的精彩”，致力于培養(yǎng)一批“對(duì)國(guó)家、對(duì)社會(huì)有用的人”。

        從零起步，做巖土工程領(lǐng)域的地球物理工作者

        在山大土木工程專(zhuān)業(yè)本科畢業(yè)后，孫懷鳳懷揣著一份干事創(chuàng)業(yè)的熱情，開(kāi)始攻讀巖土工程與地球物理交叉專(zhuān)業(yè)的研究生。

        瞄準(zhǔn)航空物探的目標(biāo)后，現(xiàn)實(shí)的挑戰(zhàn)接踵而至。起初，跨學(xué)科的學(xué)習(xí)讓孫懷鳳倍感吃力，“以前學(xué)習(xí)的內(nèi)容主要是力學(xué)，從未接觸過(guò)電學(xué)方面的知識(shí)。”孫懷鳳回憶，電磁場(chǎng)、場(chǎng)論、計(jì)算電磁學(xué)等一系列名詞一股腦袋涌到面前時(shí)，他有些不知所措。憑借著越是遇到困難越“樂(lè)觀”的一股勁頭，孫懷鳳咬咬牙，一頭扎進(jìn)了“電磁”的世界。“學(xué)校、導(dǎo)師給我們提供了很多學(xué)習(xí)、實(shí)踐的機(jī)會(huì)，這讓我的成長(zhǎng)步伐更加扎實(shí)。”孫懷鳳說(shuō)。由于表現(xiàn)優(yōu)異，碩博連讀期間，他還曾獲國(guó)際地磁學(xué)與高空物理學(xué)協(xié)會(huì)（IAGA）資助，參加國(guó)際地球電磁感應(yīng)研討會(huì)（EMIW）并作報(bào)告。

       如果說(shuō)碩博連讀期間，孫懷鳳更多的專(zhuān)注于專(zhuān)業(yè)本身的發(fā)展；那么，畢業(yè)后，他則更加關(guān)注國(guó)家的發(fā)展需求。“當(dāng)時(shí)，國(guó)內(nèi)的航空地球物理勘查與國(guó)外存在較大差距，很多重大的工程建設(shè)，前期的地質(zhì)勘察要依賴(lài)國(guó)外的技術(shù)。這對(duì)我來(lái)說(shuō)是個(gè)觸動(dòng)。我想，我們應(yīng)該有一些‘中國(guó)方案’。”孫懷鳳介紹，當(dāng)時(shí)學(xué)校也對(duì)發(fā)展航空物探相關(guān)專(zhuān)業(yè)有了整體規(guī)劃和要求，他順理成章留了下來(lái)，成為一名巖土工程領(lǐng)域的地球物理工作者。

       瞄準(zhǔn)了航空物探，現(xiàn)實(shí)的問(wèn)題接踵而至。“起步階段太難了，相當(dāng)于重新考一個(gè)博士學(xué)位。”孫懷鳳說(shuō)，“沒(méi)有控制、電子信息相關(guān)的知識(shí)儲(chǔ)備，只好從零起步，自學(xué)數(shù)字電路、模擬電路等專(zhuān)業(yè)知識(shí)。”同時(shí)，還要主動(dòng)學(xué)習(xí)國(guó)外在航空物探方面取得的研究成果，“取人之長(zhǎng)，補(bǔ)己之短”。

      在研究過(guò)程中，孫懷鳳發(fā)現(xiàn)，如果沿用西方的思路，使用直升機(jī)做實(shí)驗(yàn)的話，成本高昂。但是我國(guó)無(wú)人機(jī)行業(yè)發(fā)展迅速，甚至在國(guó)際上也處于遙遙領(lǐng)先的地位。“能不能把飛行器替換掉，以己之長(zhǎng)補(bǔ)人之短呢？”這一關(guān)鍵思路的轉(zhuǎn)變，催生了“半航空瞬變電磁法”的構(gòu)想。

       技術(shù)落地，解決工程實(shí)際問(wèn)題

      有了初步構(gòu)想，孫懷鳳帶領(lǐng)課題組開(kāi)展了十?dāng)?shù)年的研究。期間，遭遇過(guò)不少難題，但也突破了不少瓶頸。“問(wèn)題都是在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)的，也會(huì)在實(shí)踐中解決。這個(gè)過(guò)程，叫做堅(jiān)持。”他說(shuō)，正是憑借著這份“堅(jiān)持”，他提出了半航空瞬變電磁法，用以開(kāi)展復(fù)雜地形區(qū)域地質(zhì)勘察。將巖土工程、地質(zhì)學(xué)、計(jì)算電磁學(xué)、電路與控制等學(xué)科高度交叉融合，形成了半航空瞬變電磁探測(cè)理論、方法、裝備和軟件技術(shù)體系，服務(wù)全國(guó)百余條隧道，攻克復(fù)雜地形隧道勘察難題。

       2023年，廣西壯族自治區(qū)河池市天峨縣至巴馬瑤族自治縣的高速公路全線建成通車(chē)。這背后，離不開(kāi)孫懷鳳課題組的技術(shù)支持。“巴馬號(hào)稱(chēng)‘世界地質(zhì)博物館’，地質(zhì)條件十分復(fù)雜。巖溶、斷層、破碎帶，都增加了隧道施工的難度。”孫懷鳳介紹，如果不能提前預(yù)報(bào)施工前方地質(zhì)情況，就存在極大的安全隱患，半航空瞬變電磁法提前探明了沿線地質(zhì)情況，相當(dāng)于黑暗道路上的一盞燈。

       在孫懷鳳的帶領(lǐng)下，課題組化身“探路者”，依托半航空瞬變電磁法提前探測(cè)出幾十處巖溶的位置，給施工方提出了合理化的建議，保障了項(xiàng)目的順利竣工。“天峨至巴馬這段路，是當(dāng)時(shí)廣西區(qū)內(nèi)最難修建的一條高速公路，半航空瞬變電磁法為隧道施工地質(zhì)安全保障做出了貢獻(xiàn)。”講到此，孫懷鳳內(nèi)心的自豪化作嘴角壓不住的笑意。

       當(dāng)然，不止高速路的修建，在空、天、地、孔、海、考古等多個(gè)領(lǐng)域，都可以看到孫懷鳳課題組研究成果的應(yīng)用。

      上下求索，為地球難題提供更多“中國(guó)方案”

       科研突破的背后，是孫懷鳳對(duì)基礎(chǔ)理論和核心算法的持續(xù)深耕。近年來(lái)，他帶領(lǐng)課題組融合巖土工程、計(jì)算電磁學(xué)、人工智能等領(lǐng)域知識(shí)，系統(tǒng)解決了瞬變電磁三維時(shí)域有限差分（FDTD）正演理論與方法，并編制了TEM3dFDTD正演計(jì)算程序。“該程序能夠?qū)崿F(xiàn)隧道、地面、航空、半航空和地井時(shí)間域電磁勘探的三維正演模擬。”孫懷鳳介紹，目前，該程序的開(kāi)源版本已經(jīng)被國(guó)內(nèi)20余家高校和科研院所參考和使用。基于此研究撰寫(xiě)的論文入選“領(lǐng)跑者5000－中國(guó)精品科技期刊頂尖學(xué)術(shù)論文（F5000）”，并獲得“陳宗器地球物理優(yōu)秀論文獎(jiǎng)”。 

       在TEM3dFDTD正演計(jì)算程序的基礎(chǔ)上，孫懷鳳課題組持續(xù)深耕，提出了BEDS－FDTD三維正演算法，可實(shí)現(xiàn)秒級(jí)別正演計(jì)算，計(jì)算效率達(dá)到行業(yè)領(lǐng)先地位。目前，已經(jīng)形成可視化的em3d電磁地球物理三維正反演軟件供科學(xué)研究和行業(yè)推廣使用。

     “一般來(lái)說(shuō)，算法只適合科研人員自己使用，不能廣泛推廣。相關(guān)行業(yè)的從業(yè)人員，想要進(jìn)行地球物理模擬、處理航空電磁等數(shù)據(jù)，大多依賴(lài)國(guó)外的軟件。總歸不是長(zhǎng)久之計(jì)。”孫懷鳳說(shuō)，不僅要研發(fā)新的算法，在軟硬件上也要為破解地球難題提供更多“中國(guó)方案”，“算是一種情懷吧”。

       為此，在硬件和軟件研發(fā)方面，孫懷鳳帶領(lǐng)課題組上下求索，研制了雙CPU架構(gòu)的半航空瞬變電磁高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和寬頻帶全差分電磁感應(yīng)傳感器，實(shí)現(xiàn)了半航空瞬變電磁數(shù)據(jù)原始數(shù)據(jù)全時(shí)域采集；開(kāi)發(fā)了SATEMPro半航空瞬變電磁數(shù)據(jù)處理軟件平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了高效數(shù)據(jù)處理，為隧道勘察、資源勘探提供了國(guó)產(chǎn)化裝備和軟件。

       其中，em3d軟件和SATEMPro軟件已經(jīng)在網(wǎng)絡(luò)公開(kāi)發(fā)布了安裝包，開(kāi)始推廣應(yīng)用。“此前，有單位將我們的儀器采集的數(shù)據(jù)和軟件處理的結(jié)果與國(guó)外儀器與軟件進(jìn)行對(duì)比后發(fā)現(xiàn)，最終效果是十分吻合的。”孫懷鳳說(shuō)道。

       傳道授業(yè)，培養(yǎng)“對(duì)社會(huì)有用的人”

       為地球難題提供更多的“中國(guó)方案”，除了科研上的孜孜以求，更需要培養(yǎng)源源不斷的“新生力量”。2024年，山東大學(xué)獲批“工程軟件本科專(zhuān)業(yè)”，并設(shè)立工程軟件系，孫懷鳳擔(dān)任系主任，挑起育人重任。

       育人，師資是關(guān)鍵。“一方面，我們充分發(fā)揮學(xué)校的多學(xué)科優(yōu)勢(shì)，邀請(qǐng)計(jì)算機(jī)、軟件、人工智能、網(wǎng)絡(luò)安全、機(jī)械等學(xué)院的老師，為學(xué)生講解基礎(chǔ)的理論知識(shí)；另一方面，我們從外面邀請(qǐng)產(chǎn)業(yè)界的專(zhuān)家，比如山大華天軟件的首席科學(xué)家等，為學(xué)生普及現(xiàn)在工業(yè)軟件發(fā)展的技術(shù)水平、遭遇的瓶頸等，讓學(xué)生清晰地認(rèn)識(shí)到專(zhuān)業(yè)的發(fā)展走向。”孫懷鳳介紹，除此之外，學(xué)院十分重視對(duì)軟件人才解決實(shí)際問(wèn)題能力的培養(yǎng)，專(zhuān)門(mén)拿出部分經(jīng)費(fèi)成立FLYSHIP，鼓勵(lì)本科學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)，“目前，有一些大學(xué)一年級(jí)的學(xué)生已經(jīng)深度參與了我們的科研項(xiàng)目。”。

       眼下，孫懷鳳正在工程軟件本科專(zhuān)業(yè)做一個(gè)“探索”：鼓勵(lì)學(xué)有余力的同學(xué)提前修滿學(xué)分，然后利用空閑時(shí)間去做自己想做的事，“希望通過(guò)這種嘗試，或者說(shuō)教學(xué)改革，培養(yǎng)出一批有獨(dú)立思考能力、能解決復(fù)雜問(wèn)題的優(yōu)秀學(xué)生。”孫懷鳳說(shuō)。

       本科畢業(yè)后，孫懷鳳曾做過(guò)兩年輔導(dǎo)員，這段經(jīng)歷讓他對(duì)“培養(yǎng)人”有更深刻的感悟。“歸結(jié)起來(lái)，就是對(duì)國(guó)家、對(duì)社會(huì)有用的人吧。”孫懷鳳說(shuō)，這個(gè)目標(biāo)，從剛踏入山東大學(xué)的三尺講臺(tái)起，他就已經(jīng)立下了，并為之做出了許多努力。他給每位學(xué)生留出相互了解的時(shí)間，根據(jù)國(guó)家需求、學(xué)生興趣幫助學(xué)生確定研究方向；他帶領(lǐng)學(xué)生奔赴科研一線，在工程現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)展調(diào)研、試驗(yàn)；他因材施教、適時(shí)指導(dǎo)，毫無(wú)保留提供學(xué)術(shù)資源、搭建交流機(jī)制；他鼓勵(lì)學(xué)生獨(dú)立創(chuàng)造、勇于創(chuàng)新，從不“設(shè)限”、不“約束”……

       當(dāng)然，除了專(zhuān)業(yè)上的指導(dǎo)與幫助，私下里，孫懷鳳也十分注重對(duì)學(xué)生的人文關(guān)懷。他在假期組織師生開(kāi)展團(tuán)建活動(dòng)，；他鼓勵(lì)學(xué)生發(fā)展自己的興趣愛(ài)好，還購(gòu)置了羽毛球、籃球等裝備，“我的學(xué)生里還有三位視覺(jué)中國(guó)的簽約攝影師呢”；他利用空閑時(shí)間，約著學(xué)生到泉城公園、千佛山散步、談心，及時(shí)疏導(dǎo)、排解學(xué)生內(nèi)心的壓力。“前段時(shí)間，要畢業(yè)的學(xué)生全部被我‘遛’了一遍了。”孫懷鳳說(shuō)，通過(guò)這種方式，讓學(xué)生放松下來(lái)，既可以享受“任意的精彩”，也能在做科研時(shí)“心無(wú)旁騖”。

       得益于平日的用心教導(dǎo)，孫懷鳳門(mén)下的研究生屢次斬獲“創(chuàng)新杯”全國(guó)大學(xué)生地球物理知識(shí)競(jìng)賽特等獎(jiǎng)、二等獎(jiǎng)，國(guó)家獎(jiǎng)學(xué)金、山東省“互聯(lián)網(wǎng)＋”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽金獎(jiǎng)、山東大學(xué)優(yōu)秀研究生干部獎(jiǎng)學(xué)金等。其中，2016年研究生李凱獲IAGA資助前往泰國(guó)清邁參加EMIW2016國(guó)際會(huì)議并作報(bào)告，2018年研究生程銘在丹麥參加EMIW2018國(guó)際會(huì)議并作報(bào)告，2019年研究生陳成棟在美國(guó)圣安東尼奧參加SEG年會(huì)并作報(bào)告；研究生張諾亞在美國(guó)舊金山參加AGU年會(huì)，2020年、2021年、2025年研究生張諾亞、李雪峰、張世榕分別獲SEG全額資助參加SEG／雪佛龍學(xué)生領(lǐng)導(dǎo)力研討會(huì)，2025年研究生劉明宏獲得SEG／Chervon獎(jiǎng)學(xué)金；2021年本科生田云漢等獲得第七屆山東省“互聯(lián)網(wǎng)＋”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽金獎(jiǎng)，2022年研究生張諾亞入選“國(guó)際大洋發(fā)現(xiàn)計(jì)劃（IODP）”暑期學(xué)校并完成課程獲得海外學(xué)分，2022年研究生楊靜參加國(guó)際地質(zhì)科學(xué)聯(lián)合會(huì)女性科學(xué)家訪談。

      “我沒(méi)有什么遠(yuǎn)大的目標(biāo)。”孫懷鳳說(shuō)，只要把科研做好，服務(wù)好國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)；把學(xué)生培養(yǎng)好，為祖國(guó)培養(yǎng)出一批既懂工程又懂軟件的專(zhuān)業(yè)人才，“就很知足了”。

       樸素的愿望背后，是一位科研工作者用自主創(chuàng)新的“中國(guó)方案”照亮地球深部奧秘的堅(jiān)定信念，更是一位人民教師為科技自立自強(qiáng)培育棟梁之材的赤誠(chéng)初心。在給地球“做CT”與為國(guó)家育人才的道路上，孫懷鳳步履不停。

  來(lái)源于：中國(guó)網(wǎng)   作者：車(chē)慧卿、馬俊偉