——记北京大学人工智能地球科学中心主任马坚伟
人物名片
马坚伟，北京大学地球与空间科学学院博雅特聘教授，北京大学人工智能地球科学中心主任，人工智能研究院智慧宜居地球中心主任。曾获国家杰出青年科学基金资助，被授予国家高层次人才计划、科技部中青年科技创新领军人才、中组部首届青年拔尖人才等荣誉称号，获黑龙江省自然科学一等奖、中国地球物理学会傅承义青年科技奖、中国地球物理科技创新二等奖和科技进步二等奖等奖项。先后主持国家重点研发计划项目（2项）、国家自然科学基金重点项目、国家自然科学企业创新发展联合基金集成项目，以及多项企业委托课题等。多次入选“全球前2%顶级科学家终身成就榜”。
□记者史莹吴旭华
未名湖畔，博雅塔前，师生熙熙攘攘。初秋的燕园让我们感受到了朝气蓬勃的学术氛围。
9月底，在北京大学地球与空间科学学院的一间教室里，马坚伟教授正在给博士生们上课。两小时的课程，对于行外的人来说可以用“如听天书”来形容，马坚伟时而用普通话，时而用英文，切换自如，从中还能听出熟悉的东阳南乡话口音。
课后，马坚伟教授在他的工作室接受了本报记者的专访。
2
在马坚伟的头衔中，每一个前缀都显现着他的科研工作与当下最前沿、最热门的科技相关。“马教授，您现在的科研工作具体是做什么的呢？”“直观点说，就是给地球做B超。”马坚伟用最通俗的语言介绍了他的研究方向。
2011年，马坚伟重新聚焦油气勘探地球物理领域，2013年在国际权威期刊《Geophysics》发表了第一篇独立署名的论文。2016年，他获得了国家杰出青年科学基金资助。短短3年时间就得到行内的认可，这主要归功于他在研究领域中采用的数学方法具有领先优势。
基于油气勘探这一国家重大需求问题，目前马坚伟在做一个智能导钻的项目。“在我们国家西部的一些油田，需要往8000至1万米深的地下打钻，要求目标精准。其间要实时成像，看清钻头前方的清晰地层，提供‘术中方案’，告诉钻头如何更好地调整方向。我们的工作就是给地球做智能‘B超’，通过多模态观测的数据来看清地下构造。”马坚伟介绍说。医院里给人做B超是很成熟的医学技术，但给地球做“B超”很难。因为科学家们只能在地表观测，方位有限；加上勘探成本或勘探条件的限制，地震数据往往不能高密度采集。地震波深入地下近万米，反射上来的信号很弱，噪声很大，而且类型多，收到的数据很可能90%以上是噪声。马坚伟近些年带领课题组做的所有项目，都是用人工智能的方法来解决油气勘探。“我们也曾较早提出了一种名为压缩感知勘探的技术，用数学的方法弥补物理测量上的不足。这种技术可以大大减少野外勘探成本，原来野外勘探采集数据要十多天的工作量，运用这个技术后，勘探时间可以压缩到两天。”马坚伟介绍说，“压缩感知+人工智能”方法可有效降低数据采集成本和提高数据分辨率，为我国油气勘探提供关键技术支持。
马坚伟的科研成果结合了数学、地球物理、人工智能三大类学科的交叉创新，他带领的团队在智能导钻、智能地震信号处理与反演方面取得领先的理论成果，在实际应用中取得了巨大成效。“在人工智能信号处理部分，我们走实用化道路；在人工智能地球物理成像方面，我们走半学术化半应用的道路。”马坚伟介绍说。
最近，马坚伟团队完成了两个企业横向委托的课题：一个是在渤海湾从海滩到浅海过渡带做地下结构的成像，另一个是在琼东南从浅海到深海的崎岖海底过渡带做勘探。这两种地带地形复杂，勘探数据不准确，马坚伟的团队运用人工智能方法改进数据质量，帮助企业提升勘探的精准度。
马坚伟的研究成果还涉及遥感成像和卫星故障智能监测，包括在国际上首次提出基于压缩感知的单像素遥感成像体系，并应用“嫦娥”探月卫星数据进行验证分析，为建立体积小、重量轻、能耗低的在轨成像系统提供一条新途径；利用卫星远程传回地面的机电性能监测数据，用压缩感知方法和人工智能技术，定位早期微弱故障，预测退化趋势，帮助智能运维。
万米地下的探索者
1
马坚伟1976年出生于千祥镇，高中毕业于东阳二中。高考填报志愿时，他对选学校和专业没有一点经验，当时只有两个想法：一是专业能和物理相关，二是去远方。就这样，他考入了大连理工大学的工程力学系。进入这个专业后他才知道，工程力学系是大连理工大学的第一王牌专业，学校有4位院士，其中3位在工程力学系。高中时期物理成绩拔尖的马坚伟进入这个专业后如鱼得水，专业成绩一直是系里第一。毕业时他本想留在本校继续攻读研究生，但有一位要好的同学鼓励他，应该去清华大学试试。马坚伟就在毫无准备的情况下给清华大学的一位博导写了封信，博导看到马坚伟的自荐信非常欣赏，来不及给他回信，直接打电话给他的大学辅导员让他去参加面试。幸运的是，马坚伟及时赶上最后一位面试，顺利免试推荐到清华大学固体力学专业攻读博士学位，研究方向和地球物理相关。
2002年博士毕业后，马坚伟辗转英国、法国、德国等多个国家从事博士后和访问学者研究。为了适应国外的工作，他的研究方向转到了图像处理。这是马坚伟在学科研究上的第一次跨界。
因为清华大学的力学系改为航天航空学院，2006年初，马坚伟在清华大学读博时的导师力邀他回清华做科研。这次，他的身份从博士转为了教师，研究方向从图像处理再次跨界到航天遥感和应用数学领域。“从力学、图像处理、遥感成像到地球勘探物理，再到人工智能，这一路走来，我曾经觉得自己走了很多弯路，到后来才感悟，所谓的弯路不仅拓宽了交叉学科科研的思路，也是我们科研团队的优势，是一笔宝贵的财富。特别是数学力学的使用，使我们的团队在油气勘探地球物理方向很快站稳了脚跟。”马坚伟说。
在马坚伟35岁的时候，他根据国家创新驱动经济发展战略，重新定位了自己的研究方向：为我国油气勘探关键技术创新开展基础研究。
交叉学科的前行者
3
作为东阳“勤耕苦读”学子的代表之一，马坚伟在学业和科研上充分发挥了东阳人肯吃苦、敢闯敢拼、不服输的精神。至今，他都记得高中夜自修时，因为停电，他和同学在教室里点蜡烛学习的场景。“东阳马生”精神不仅激励着马坚伟在科研领域深耕，他也把“马生精神”传播给自己的学生。
“当时我要用人工智能来做地球物理，很多地球物理的同行都认为不可行，因为地下介质是什么样的我们不知道，也没有像人脸识别、无人驾驶那样可供参考的样本。”马坚伟说，“我们就是带着质疑声做人工智能的地球物理课题，在科研的道路上就算前进半步，那也是进步，有利于提升同行的信心、有利于推动学科的发展。”
在马坚伟身上，我们还看到了他作为中国科学家强烈的使命感和责任感。“在中东沙特，它的油储地方非常浅。有人夸张地说，只要在地上打个洞就能接到石油。在我们国家因为地表和地下介质的双复杂性，勘探和开采成本很高。有句行话说，如果解决了中国的地球物理油气勘探问题，就等于解决了国际最前沿的地球物理问题。”虽然身边有很多做数学研究的人，转方向做了金融、经济等热门行业，马坚伟却从未动摇过自己的初心，致力于满足国家石油勘探的重大需求，坚持不懈地运用数学方法与人工智能结合，开展基础性研究。他说：“一个技术攻关也许需要五年十年，甚至是几代科学家的持续努力，我们有这个义务去解决国内卡脖子的技术难题，不负国家对我们这么多年的培养。”在他身上，我们也看到了一位科学家淡泊名利、孜孜以求的人格魅力。
因为人工智能是当下热门的学科，马坚伟所在的专业吸引了众多优秀学生报考博士研究生，甚至有外校的学生来申请旁听他的课，对此他深感欣慰。
在与企业的合作中，马坚伟的团队有机会在实际工作中进行科研。这种方式也使得他培养的学生具有较强的实践能力。他的学生刘祺说，马教授平时非常关心博士生们的学习和生活，但在科研上要求十分严谨。他一直跟学生处于科研第一线，包括实际项目的处理。有一次，他带学生去海南实施一个项目，凌晨三点多还在和学生们一起改PPT。
科研是一场没有尽头的“马拉松”。马坚伟常常勉励他的博士生们要树立正确的科研观和人生观：科研中失败是多数，成功是少数，科研失败并不代表人生失败。一个科研方向坚持做5年，就算失败了也不影响毕业。即使论证一个方向是不正确的，也是一种科研。只要把失败的问题找出来，就距离成功更近一步。
从小向往远方的马坚伟在繁忙的工作之余，常常怀念家乡的人和事，他也非常希望自己的科研成果有朝一日能在家乡的经济建设中有用武之地。
“马生精神”的传播者
阳人
展乡贤风采唱创业赞歌
614