编者按：教育兴则国家兴，教育强则国家强。值此全国“科技三会”召开一周年之际，山东大学党委宣传部携手中国网，共同策划推出“聚青年学者创新之力，筑科技强国奋进之基”系列文章。文章聚焦山东青年科研工作者，讲述他们在基础学科“深扎根”，在交叉领域“拓疆土”，在新兴战场“勇闯关”的奋斗故事，展现山东大学为建设世界科技强国培育高素质创新人才、服务教育强国科技强国建设的生动实践。
今年3月，自然资源部办公厅印发了《首批找矿装备升级、研发、推广、替换清单》，今年6月，自然资源部办公厅印发了《新一轮找矿突破战略行动先进适用勘查技术推广清单（第一批）》，鼓励各有关单位加快找矿装备升级、研发、推广与替换，在找矿勘查工作过程中择优使用新技术、新方法。
这两份“清单”中均出现了“半航空瞬变电磁仪器和方法”，这个方法的研发者便是山东大学土建与水利学院岩土工程团队孙怀凤课题组。
“这算是我职业生涯中的一个‘高光时刻’吧。”孙怀凤笑道。身为地球物理工作者，孙怀凤自认为是一名给地球“做CT”的“放射科医生”。多年来，他聚焦专业，在移动平台探测理论、方法、装备开发与应用、计算电磁地球物理与工程软件研发领域建树颇多。同时，身为山东大学土建与水利学院的教师和工程软件系主任，他关心关注学生成长，注重学生兴趣爱好的培养，鼓励学生拥有“任意的精彩”，致力于培养一批“对国家、对社会有用的人”。
从零起步，做岩土工程领域的地球物理工作者
在山大土木工程专业本科毕业后，孙怀凤怀揣着一份干事创业的热情，开始攻读岩土工程与地球物理交叉专业的研究生。
瞄准航空物探的目标后，现实的挑战接踵而至。起初，跨学科的学习让孙怀凤倍感吃力，“以前学习的内容主要是力学，从未接触过电学方面的知识。”孙怀凤回忆，电磁场、场论、计算电磁学等一系列名词一股脑袋涌到面前时，他有些不知所措。凭借着越是遇到困难越“乐观”的一股劲头，孙怀凤咬咬牙，一头扎进了“电磁”的世界。“学校、导师给我们提供了很多学习、实践的机会，这让我的成长步伐更加扎实。”孙怀凤说。由于表现优异，硕博连读期间，他还曾获国际地磁学与高空物理学协会（IAGA）资助，参加国际地球电磁感应研讨会（EMIW）并作报告。
如果说硕博连读期间，孙怀凤更多的专注于专业本身的发展；那么，毕业后，他则更加关注国家的发展需求。“当时，国内的航空地球物理勘查与国外存在较大差距，很多重大的工程建设，前期的地质勘察要依赖国外的技术。这对我来说是个触动。我想，我们应该有一些‘中国方案’。”孙怀凤介绍，当时学校也对发展航空物探相关专业有了整体规划和要求，他顺理成章留了下来，成为一名岩土工程领域的地球物理工作者。
瞄准了航空物探，现实的问题接踵而至。“起步阶段太难了，相当于重新考一个博士学位。”孙怀凤说，“没有控制、电子信息相关的知识储备，只好从零起步，自学数字电路、模拟电路等专业知识。”同时，还要主动学习国外在航空物探方面取得的研究成果，“取人之长，补己之短”。
在研究过程中，孙怀凤发现，如果沿用西方的思路，使用直升机做实验的话，成本高昂。但是我国无人机行业发展迅速，甚至在国际上也处于遥遥领先的地位。“能不能把飞行器替换掉，以己之长补人之短呢？”这一关键思路的转变，催生了“半航空瞬变电磁法”的构想。
技术落地，解决工程实际问题
有了初步构想，孙怀凤带领课题组开展了十数年的研究。期间，遭遇过不少难题，但也突破了不少瓶颈。“问题都是在实践中发现的，也会在实践中解决。这个过程，叫做坚持。”他说，正是凭借着这份“坚持”，他提出了半航空瞬变电磁法，用以开展复杂地形区域地质勘察。将岩土工程、地质学、计算电磁学、电路与控制等学科高度交叉融合，形成了半航空瞬变电磁探测理论、方法、装备和软件技术体系，服务全国百余条隧道，攻克复杂地形隧道勘察难题。
2023年，广西壮族自治区河池市天峨县至巴马瑶族自治县的高速公路全线建成通车。这背后，离不开孙怀凤课题组的技术支持。“巴马号称‘世界地质博物馆’，地质条件十分复杂。岩溶、断层、破碎带，都增加了隧道施工的难度。”孙怀凤介绍，如果不能提前预报施工前方地质情况，就存在极大的安全隐患，半航空瞬变电磁法提前探明了沿线地质情况，相当于黑暗道路上的一盏灯。
在孙怀凤的带领下，课题组化身“探路者”，依托半航空瞬变电磁法提前探测出几十处岩溶的位置，给施工方提出了合理化的建议，保障了项目的顺利竣工。“天峨至巴马这段路，是当时广西区内最难修建的一条高速公路，半航空瞬变电磁法为隧道施工地质安全保障做出了贡献。”讲到此，孙怀凤内心的自豪化作嘴角压不住的笑意。
当然，不止高速路的修建，在空、天、地、孔、海、考古等多个领域，都可以看到孙怀凤课题组研究成果的应用。
上下求索，为地球难题提供更多“中国方案”
科研突破的背后，是孙怀凤对基础理论和核心算法的持续深耕。近年来，他带领课题组融合岩土工程、计算电磁学、人工智能等领域知识，系统解决了瞬变电磁三维时域有限差分（FDTD）正演理论与方法，并编制了TEM3dFDTD正演计算程序。“该程序能够实现隧道、地面、航空、半航空和地井时间域电磁勘探的三维正演模拟。”孙怀凤介绍，目前，该程序的开源版本已经被国内20余家高校和科研院所参考和使用。基于此研究撰写的论文入选“领跑者5000－中国精品科技期刊顶尖学术论文（F5000）”，并获得“陈宗器地球物理优秀论文奖”。
在TEM3dFDTD正演计算程序的基础上，孙怀凤课题组持续深耕，提出了BEDS－FDTD三维正演算法，可实现秒级别正演计算，计算效率达到行业领先地位。目前，已经形成可视化的em3d电磁地球物理三维正反演软件供科学研究和行业推广使用。
“一般来说，算法只适合科研人员自己使用，不能广泛推广。相关行业的从业人员，想要进行地球物理模拟、处理航空电磁等数据，大多依赖国外的软件。总归不是长久之计。”孙怀凤说，不仅要研发新的算法，在软硬件上也要为破解地球难题提供更多“中国方案”，“算是一种情怀吧”。
为此，在硬件和软件研发方面，孙怀凤带领课题组上下求索，研制了双CPU架构的半航空瞬变电磁高速数据采集系统和宽频带全差分电磁感应传感器，实现了半航空瞬变电磁数据原始数据全时域采集；开发了SATEMPro半航空瞬变电磁数据处理软件平台，实现了高效数据处理，为隧道勘察、资源勘探提供了国产化装备和软件。
其中，em3d软件和SATEMPro软件已经在网络公开发布了安装包，开始推广应用。“此前，有单位将我们的仪器采集的数据和软件处理的结果与国外仪器与软件进行对比后发现，最终效果是十分吻合的。”孙怀凤说道。
传道授业，培养“对社会有用的人”
为地球难题提供更多的“中国方案”，除了科研上的孜孜以求，更需要培养源源不断的“新生力量”。2024年，山东大学获批“工程软件本科专业”，并设立工程软件系，孙怀凤担任系主任，挑起育人重任。
育人，师资是关键。“一方面，我们充分发挥学校的多学科优势，邀请计算机、软件、人工智能、网络安全、机械等学院的老师，为学生讲解基础的理论知识；另一方面，我们从外面邀请产业界的专家，比如山大华天软件的首席科学家等，为学生普及现在工业软件发展的技术水平、遭遇的瓶颈等，让学生清晰地认识到专业的发展走向。”孙怀凤介绍，除此之外，学院十分重视对软件人才解决实际问题能力的培养，专门拿出部分经费成立FLYSHIP，鼓励本科学生创新创业，“目前，有一些大学一年级的学生已经深度参与了我们的科研项目。”。
眼下，孙怀凤正在工程软件本科专业做一个“探索”：鼓励学有余力的同学提前修满学分，然后利用空闲时间去做自己想做的事，“希望通过这种尝试，或者说教学改革，培养出一批有独立思考能力、能解决复杂问题的优秀学生。”孙怀凤说。
本科毕业后，孙怀凤曾做过两年辅导员，这段经历让他对“培养人”有更深刻的感悟。“归结起来，就是对国家、对社会有用的人吧。”孙怀凤说，这个目标，从刚踏入山东大学的三尺讲台起，他就已经立下了，并为之做出了许多努力。他给每位学生留出相互了解的时间，根据国家需求、学生兴趣帮助学生确定研究方向；他带领学生奔赴科研一线，在工程现场开展调研、试验；他因材施教、适时指导，毫无保留提供学术资源、搭建交流机制；他鼓励学生独立创造、勇于创新，从不“设限”、不“约束”……
当然，除了专业上的指导与帮助，私下里，孙怀凤也十分注重对学生的人文关怀。他在假期组织师生开展团建活动，；他鼓励学生发展自己的兴趣爱好，还购置了羽毛球、篮球等装备，“我的学生里还有三位视觉中国的签约摄影师呢”；他利用空闲时间，约着学生到泉城公园、千佛山散步、谈心，及时疏导、排解学生内心的压力。“前段时间，要毕业的学生全部被我‘遛’了一遍了。”孙怀凤说，通过这种方式，让学生放松下来，既可以享受“任意的精彩”，也能在做科研时“心无旁骛”。
得益于平日的用心教导，孙怀凤门下的研究生屡次斩获“创新杯”全国大学生地球物理知识竞赛特等奖、二等奖，国家奖学金、山东省“互联网＋”大学生创新创业大赛金奖、山东大学优秀研究生干部奖学金等。其中，2016年研究生李凯获IAGA资助前往泰国清迈参加EMIW2016国际会议并作报告，2018年研究生程铭在丹麦参加EMIW2018国际会议并作报告，2019年研究生陈成栋在美国圣安东尼奥参加SEG年会并作报告；研究生张诺亚在美国旧金山参加AGU年会，2020年、2021年、2025年研究生张诺亚、李雪峰、张世榕分别获SEG全额资助参加SEG／雪佛龙学生领导力研讨会，2025年研究生刘明宏获得SEG／Chervon奖学金；2021年本科生田云汉等获得第七届山东省“互联网＋”大学生创新创业大赛金奖，2022年研究生张诺亚入选“国际大洋发现计划（IODP）”暑期学校并完成课程获得海外学分，2022年研究生杨静参加国际地质科学联合会女性科学家访谈。
“我没有什么远大的目标。”孙怀凤说，只要把科研做好，服务好国民经济建设；把学生培养好，为祖国培养出一批既懂工程又懂软件的专业人才，“就很知足了”。
朴素的愿望背后，是一位科研工作者用自主创新的“中国方案”照亮地球深部奥秘的坚定信念，更是一位人民教师为科技自立自强培育栋梁之材的赤诚初心。在给地球“做CT”与为国家育人才的道路上，孙怀凤步履不停。
来源于：中国网 作者：车慧卿、马俊伟
