护颈明眼ALOT：智能守护，全场景健康防护新范式

申报人：李紫萱申报日期：2025-05-25

基本情况

所属批次:

2025年批次

项目名称:

护颈明眼ALOT：智能守护，全场景健康防护新范式学生申报

项目类型:

创新训练项目

所属学科门类:

工学

所属专业类:

自动化类

项目来源名称:

学生来源于教师科研项目选题

项目归属学院:

项目期限:

一年期

项目简介:

“护颈佳视仪”项目以其创新性的产品设计、科学的商业运营模式以及显著的社会效益，为解决颈眼健康问题提供了一套系统且有效的方案。项目不仅有望在健康设备市场中获得良好的发展机遇，也为相关领域的创新实践与产业发展提供了可资借鉴的范例

负责人曾经参与科研的情况:

第十二届挑战杯校级特等奖，第十四届全国大学生市场调研大赛省级三等奖，2025年互联网+校级金奖，第一届青年说安全文明宣讲大赛三等奖

指导教师承担科研课题情况:

指导教师张彦海正在承担省部级重点实验室基金一项

指导教师对本项目的支持情况:

指导教师张彦海曾就职于深圳中兴研发部门六年，参与大型研发项目多项，具有丰富的实战经验，能为本项目提供产品设计指导与项目运作建议。此外，指导教师张彦海已发表SCI论文三篇，取得使用新型专利一项，正在投递专利三项，发表软件著作权四项，参与国家自然科学基金一项，具有扎实的研究基础，能为本项目提供强有力的理论支撑。

项目级别:

国家级

项目成员

序号	学生	所属学院	专业	年级	项目中的分工	成员类型
1	李紫萱	数学与统计学院	信息与计算科学	2023	统筹全局	第一主持人
2	邵佳诗涵	商学院	国际经济与贸易	2024	算法实现	成员
3	赵嘉威	数学与统计学院	信息与计算科学	2024	功能设计	成员
4	梁丽祺	数学与统计学院	应用统计学	2024	功能实现	成员
5	罗皓仁	数学与统计学院	信息与计算科学	2023	算法设计	成员

指导教师

序号	教师姓名	所属学院	是否企业导师	教师类型
1	张彦海	数学与统计学院	否	第一指导教师
2	范金梅	数学与统计学院	否	指导教师

立项依据

研究目的:

在数字化浪潮的席卷下，电子设备深度嵌入日常生活，人们的生活方式与社会环境发生显著变化，颈眼健康问题愈发严峻。据国家统计局 2024 年 11 月发布的《第三次全国时间利用调查公报》，我国居民平均每天使用互联网时长达到 5 小时 37 分钟。长时间低头看书、伏案书写以及使用电子设备[1]，导致颈椎病呈现年轻化趋势。长期低头导致椎间盘压力增大，加速椎间盘退变，这使得颈椎病的发病风险大幅增加。针对这些问题，国家出台了一系列政策。如国家卫健委发布的《“十四五” 全国眼健康规划》和教育部发布的《儿童青少年近视防控光明行动工作方案》，明确提出通过优化用眼环境、推广科学运动（如课间户外活动）、加强职业健康干预等措施降低颈眼疾病风险。因此本项目紧跟国家政策引领，设计降低颈眼疾病风险的产品，弥补目前市场上此类产品功能单一，无法兼顾保护颈椎和预防近视的两大需求。拟定的研究路线如图1

图1 技术路线图

研究内容:

前期阶段打造护颈佳视仪的基础版。针对长期在仪器前进行低头工作的群体，我们提出一套基础的颈椎舒缓方案。这套方案的核心产品已经固定成型，它集合了双镜面反射护颈技术、色温补光灯等核心功能。同时，我们根据中国国家人体体格标准，精细划分了儿童、青少年、成年人和老年人等不同群体的适用尺寸，旨在以合理的价格提供最佳的舒适度和工作效率。产品通过镜面反射技术，将仪器垂直方向上的信息水平成像，从而最大限度地减少用户低头，进而缓解颈椎压力。

中期阶段进行护颈佳视仪升级。在成功解决基础问题后，我们将以基础版为基石，进行一系列的功能拓展与设备升级。这些升级包括蓝牙接收功能、多功能提醒以及测距等，使产品功能更加完备，以提供更加出色的用户体验。同时，我们将在产品内部装配多个传感器，并与调节滑轨进行集成，形成一套自动调整装置。这套装置能够实时收集并分析用户的颈部弯曲程度和眼睛使用情况等数据（请放心，我们已将这些数据纳入严格的信息安全管理体系，以保障用户的隐私安全）。

后续进行护颈佳视仪升级智能款。将用红外体温传感器感知体温，以毫米波雷达及信号处理算法检测呼吸频率与心跳频率，使用摄像头捕捉人脸影像，通过神经网络算法可对对微弱周期信号进行分离、提取、分析，从而确定使用者的血氧饱和度和精神状态。将本地监测数据经过“去隐私”处理后上传到健康大数据平台。平台将汇聚数据从个人、单位、区域、全国四个层次进行大数据分析。反馈健康建议、健康预警、健康警报给不同层次的用户。通过此产品功能来提高使用者健康水平，避免办公桌前的过劳、猝死等健康意外，从而为个人挽救生命、为单位避免经济和人力损失。

最终智能健康检测融入办公桌。办公桌将配备更加先进的传感器，能实时监测使用者的心率、血压、坐姿等健康数据。桌面的智能屏幕可直观显示各项指标，当数据异常时及时发出提醒。它还会根据个人情况提供健康建议，如提醒定时活动、调整坐姿等。通过与办公软件连接，自动统计工作时长和休息间隔，帮助使用者合理安排工作与休息，提升效率同时保障健康。这种办公桌将科技与健康完美融合，为人们创造更舒适、高效且健康的办公环境。基于收集到的数据，产品能够在用户使用过程中提供坐姿矫正、笔记记录、作息规划等辅助功能，为用户提供全方位的保护和服务。例如，产品将通过传感器收集并分析用户的坐姿信息，一旦检测到不良坐姿，自动调整装置将缓慢调整镜面角度，以引导用户调整坐姿，从而减少对脊椎的损害。此外，产品还能够将收集到的用户使用信息上传至云端进行数据分析，为用户生成一份详细的工作时长表，并定时提醒用户休息，以避免过度劳累。我们还将根据客户需求，合理设计附加功能。例如，可以添加相机或摄像头，以记录用户的面部景象。这些照片或视频可以通过网络或蓝牙上传至用户的其他设备，从而进一步提升用户的使用体验。

利用SWOT分析模式，从优势，劣势，机遇与风险出发，分析目标群体特征，服务于产品设计本身。针对目标群体群体，制定精准营销策略。产品定位上，聚焦长时间学习和面对电子设备的成年用户，突出产品缓解眼颈疲劳的舒适性和智能化设计优势。销售渠道拓展采取线上线下结合，线上通过电商和社交媒体利用大数据精准营销，线下与医疗机构、图书馆合作开展体验活动。品牌建设和市场推广方面，加大宣传力度，举办活动、发布评测文章展示专业性和可靠性，开展限时优惠等活动激发购买欲望。同时，加强市场调研了解用户需求，推进技术创新升级，注重产品舒适性和便捷性设计，提升产品知名度和影响力。

国、内外研究现状和发展动态:

国内企业加速技术迭代：海尔生物医疗推出搭载AI识别技术的“智能颈椎按摩器”，实现精准穴位定位［2］；小米生态链产品以高性价比占据市场，2021年销量突破100万台［2］。护眼仪领域，石墨烯技术与中医理论结合成为亮点，如紫环品牌通过6-14μm远红外热敷技术模拟中医穴位刺激，缓解眼周疲劳［5］。此外，智能穿戴设备（如华为Health Mate Pro）通过鸿蒙系统实现远程控制与数据共享［3］。高端医疗与智能化融合国际品牌如飞利浦、松下聚焦高端市场，推出集成生物传感技术的颈椎护理设备。例如，Fitbit Charge 5智能手环新增颈椎放松程序，健康监测功能［3］结合。护眼仪领域，欧美企业侧重光疗和磁疗技术研发，部分产品已纳入医疗康复体系［2］。个性化与场景适配日本企业开发可调节色温、亮度的LED护眼灯，通过智能算法优化用户体验［2］。德国品牌则探索“颈椎-眼部”协同护理方案，结合物联网技术实现多设备联动［3］。未来产品将突破单一功能局限，例如颈椎护理仪可能集成护眼模块，通过石墨烯发热技术同步缓解颈部和眼周疲劳［5］。国内品牌PGG已在护眼仪中嵌入脑部放松功能，预示“健康管理一体化”趋势［2］。AI算法深度渗透个性化服务：小米、九安医疗通过物联网技术实现设备互联，用户健康数据可实时分析并调整护理方案［2］［3］。护眼仪领域，智能监测技术（如眨眼频率分析）将生成个性化护眼建议［5］。高端市场聚焦医疗级产品（如华大基因的基因定制方案），中端市场以性价比为主（九安医疗），低端市场面临传统疗法（如中医推拿）竞争［2］［4］。护眼仪领域则分化出儿童专用、办公场景专用等细分品类［1］。当前研究以技术创新与需求升级为核心驱动，国内外企业通过智能化、个性化策略抢占市场份额。未来需突破同质化瓶颈，深化医疗级功能研发（如结合VR/AR的颈椎康复训练［3］，并依托政策支持构建行业生态。随着石墨烯、基因检测等技术的应用，颈椎与眼部健康管理或将以更整合的形态融入大健康产业，为全球超10亿亚健康人群提供系统性解决方案。

［1］: 护眼仪行业概况及现状（原创力文档，2023）

［2］: 中国颈椎护理仪行业市场现状及未来发展趋势研究报告（豆丁网，2024）

［3］: 中国颈椎护理仪行业竞争格局分析（豆丁网，2024）

［4］: 颈椎病催生产业链分析（新消费智库，2024）

［5］: 科技中医：传统与现代的融合（紫环健康，2025）

（四）创新点与项目特色

项目产品利用光学原理转变阅读角度，提供健康指标检测提醒，设置APP智能调节。功能联动，光学仿真精准定镜，精选材质性能卓越，开创性地革新方式，为未来办公产品设计开辟新路径。多场景应用，学术推动传统医疗向多元领域发展，功能持续迭代，满足不同场景需求。护颈佳视仪工作原理如图2

创新点与项目特色:

图2 护颈仪工作原理

1、创新点

坐姿提醒功能

通过超声波发射和接收，通过单片机程序计算出距离是否过近的原理进行工作，如果距离过近则通过语音播报以及app内提醒的方式来提醒使用者及时调整坐姿。

图3 坐姿提醒功能结构图

测距功能

采用超声波测距原理，拥有距离显示功能。超声波测距如下图所示:

超声波测距图 4

图4 超声波测距图

定时提醒功能

产品通过时钟电路实现时钟显示与定时功能，提供振动（偏心电动机带动凸轮实现）和闪灯（单片机控制发光二极管）两种提醒方式。检测到距离小于安全值时，振动或闪灯电路按设定模式提醒，可单一或组合使用。定时功能如下图所示

图5 定时功能图

技术路线、拟解决的问题及预期成果:

技术路线

“护颈佳视仪”的技术路线围绕光反射原理、结构调节与参数优化展开，旨在解决低头阅读导致的颈部疲劳问题。

首先，该仪器核心依托光的反射原理，通过两组平面反射镜相互配合改变光线传播路径。来自书本等信息载体的光线，垂直于人的视线方向发出，先经镜面 1 反射，在镜面 1 上形成倒立像；随后，光线传播至镜面 2 进行第二次反射，最终进入人眼，在镜面 2 上呈现清晰正立的像。经过两次反射，光线方向改变 90 度，使原本需低头阅读的内容，能够在平视范围内呈现，从而实现 “抬头阅读”，有效缓解颈部压力。

在实际应用中，仪器具备高度的灵活性与适配性。用户可根据自身需求，自主调整两个镜面之间的夹角，并将其固定；同时，依据个人坐姿高度，对平面镜组的整体高度进行调节。这种可调节设计，确保不同身高、坐姿习惯的用户，都能获得舒适的视觉体验。

为进一步优化镜面设计，团队引入 Zemax 光学仿真软件，对镜面的位置、水平方向的夹角、用户坐姿高度等关键参数进行详尽模拟分析。通过大量仿真实验与数据对比，最终确定了平面镜组的最佳设计结构：镜面 1 与水平方向成 22.5° 左右夹角，镜面 2 与水平方向成 67.5° 左右夹角。在此角度设置下，仪器能够将物体垂直方向上的光线高效反射至水平方向，为用户提供最为清晰、舒适的视觉效果，实现 “护颈佳视” 的产品目标。

拟解决问题

距离检测精度问题

单目视觉测距依赖摄像头固定参数（如焦距 F）和生理数据（如眼间距 W），若用户实际生理特征与模型预设值存在差异（如不同年龄段眼间距变化），可能导致距离测算误差，需进一步优化算法对个体差异的适配性。

非线性修正模型的普适性

修正模型以图像中心（320,240）为阅读物参考点，并设定最佳水平角 15°、竖直角 7.5°，但不同用户的阅读习惯（如倾斜阅读、不同坐姿）可能导致视线角度偏离预设值，需验证模型在多样化场景下的准确性。

提醒功能的用户体验优化

振动（偏心电动机）和闪灯（发光二极管）提醒方式在特定场景下可能存在局限性（如嘈杂环境中振动感知不明显、强光环境下闪灯不清晰），需探索更灵活的多模态提醒组合（如声音+振动+灯光）或自适应环境的调节机制。

预期成果

1、护颈佳视仪升级智能款

产品运用红外体温传感器、毫米波雷达等采集体温、呼吸心跳频率等数据，摄像头捕捉人脸影像经神经网络分析血氧饱和度与精神状态。数据去隐私后上传健康大数据平台，从四层分析，反馈健康建议预警，提升用户健康水平，避免过劳等意外。

2、智能健康检测办公桌

这款智能办公桌集成先进传感器，实时监测心率、血压、坐姿等健康数据，通过桌面智能屏幕显示并在异常时提醒，还能依据个人情况给出健康建议。其与办公软件联动，自动统计工作和休息时长，助力高效健康办公。同时，产品基于数据提供坐姿矫正、笔记记录、作息规划等辅助功能，检测到不良坐姿时自动调整镜面引导纠正。收集的用户信息上传云端分析，生成工作时长表并提醒休息。此外，还可按需添加相机等附加功能，上传影像提升使用体验。

3、进行生产线的规划

研发试制完成后，生产线规划将从多维度推进可持续发展。在原材料选用上，优先采用符合环保标准、可再生可降解的 PVC 板等材料；设备工艺方面，配备节能设备、采用低能耗设施并设定节能模式；废弃物管理强调分类处理与资源回收；同时推行清洁生产技术，与供应商共建绿色供应链。此外，通过优化生产工艺、引入智能化设备提升效率，完善质量检测体系保障环保标准，还将定期开展培训提升员工环保意识与创新积极性。

项目研究进度安排:

时间主要工作内容阶段目标

初期

(2025.4-2025.5) 完成申报书的书写

确保申报书的内容准确详尽，能够清晰地阐明项目的目标、意义和预期成果，同时精心制作答辩PPT以生动地展示项目的亮点和价值，为立项答辩做好充分准备。

完成项目申报立项答辩等工作；

前期

（2025.6-2025.8）产品优化与市场策略推进

整合最新有关颈椎与护眼仪相关的国家出台政策文件，进一步分析总结。对于产品模型进行再升级。为了测试产品是否合格可靠，将部分模型应用于部分长期受颈椎与近视困扰的人群。对于最终模型，进行市场竞品价格进行对比，分析购买情况以及人群分类制定本产品的价格。最后进行多重渠道宣传本产品。

完成产品的测试与升级；

完成初步的市场宣传；

中期

(2025.9-2025.2) 撰写论文并投稿

在这个阶段，需要选择适合项目成果发表的期刊，并着手撰写论文或专利申请，以向学术界或专业领域推广项目研究成果。持续优化项目成果，完善论文或专利申请，力求在学术期刊或专利局取得发表或申请的机会，以确保项目研究的成果能够得到更广泛的认可和应用；

后期

(2026.3-2026.4) 整理并撰写结题报告

需要对整个研究过程进行总结和回顾，撰写结题报告，系统地总结项目的研究内容、成果和经验教训。完成项目的结题；

已有基础:

与本项目有关的研究积累和已取得的成绩:

1.与本项目有关的研究积累和已取得的成绩

2025年中国国家大学生创新大赛校级金奖

2.已具备的条件，尚缺少的条件及解决方法

(1)项目产品可聚焦低成本传感器应用、简易机械结构创新和开源技术集成，在姿态矫正、基础理疗领域实现突破。通过跨学科协作、资源置换和分阶段开发，能够规避技术及资源短板，形成具备教学展示与初级功能验证价值的原型产品。

(2)量产成本控制困难，产品使用后改善颈椎和近视问题的数据不足。

(3)初期制作教育版模型，通过创新创业大赛获取资金；后期对接校企合作优化供应链。开源技术、低成本材料替代、通过校园数据验证，开发兼具功能性与可行性的护颈护眼原型设备。

已具备的条件，尚缺少的条件及解决方法:

已具备良好的技术基础，但缺少充足的研发资金以及人员招募，打算进一步研发项目最终版，解决当下产品不成熟的问题

经费预算

开支科目	预算经费（元）	主要用途	阶段下达经费计划（元）
开支科目	预算经费（元）	主要用途	前半阶段	后半阶段
预算经费总额	10000.00	无	3200.00	6800.00
1. 业务费	8000.00	无	1600.00	6400.00
（1）计算、分析、测试费	800.00	计算、测试、分析样品性能	600.00	200.00
（2）能源动力费	1000.00	无	500.00	500.00
（3）会议、差旅费	1200.00	项目调研或参与学术会议等产生的差旅费用	500.00	700.00
（4）文献检索费	0.00	无	0.00	0.00
（5）论文出版费	5000.00	项目成果相关的论文审稿及版面费、专利申请等费用	0.00	5000.00
2. 仪器设备购置费	1200.00	购买相关仪器及原材料工件	800.00	400.00
3. 实验装置试制费	400.00	实验材料及制作样品	400.00	0.00
4. 材料费	400.00	机器零件的购买	400.00	0.00

结束