李治平

上海市闵行区青少年活动中心，初中组

基本信息

项目简介

本项目设计并实现了一种体积小、实用性强的无线能量传输装置，能够使电能穿过墙体给另一侧电器提供电能，并研究了一些关键参数对无线能量传输特性的影响。日常生活中，给墙体的另一侧电器供电，要穿过窗户或大门拉很长的电线，既不方便，又有隐患。本项目要设计一种装置，使电能穿过墙体给另一侧电器提供电能，解决生活中用电不方便的问题。 本项目经过调研、结构设计、材料的采购、谐振器的反复制作、射频功率的比对测量、负载对传输效率以及调谐范围的研究以及射频整流的实现等多个研究环节，实现了无线能量传输并得到了有参考价值的结论。本项目应用了磁耦合共振的能量无线传输原理，通过发送和接受谐振器的共振完成了非辐射电磁场的能量传输。在测量射频功率时，应用了电能和热能相互转换的原理，并使用变量控制法保证测量精度。 本项目有三个创新点：①探索并实现了一种新的谐振器布局，突破了传统装置中四线圈结构，整个系统只用两个线圈，使整个装置具有体积小、容易安装、便于携带等优点。②本项目设计了一套射频功率测量方案，利用常用仪器完成了对射频功率的测量，并对不同阻抗负载进行了射频功率测量，解决了传统射频功率计只能等效为50Ω负载进行测量，而不能测量其他阻抗负载功率的问题。并探讨了负载阻抗对传输效率、共振调谐范围的影响等问题。③本项目对接收到的射频进行了整流，通过将检波二极管合理排布实现了较大功率的射频整流。 现有见诸报道的磁耦合共振系统是由发射线圈、两个共振线圈以及接收线圈共四个线圈构成。至今未见整个系统只有两个线圈的报道。也未见负载阻值影响传输效率的实验结果的报道。本项目用廉价常用的检波二极管实现射频整流的方法也未见报道。 完善该项目的设想：一、改善线圈形状，找到最优参数。二、研究一对多的无线能量传输可行性及特点。三、使用逆变器将直流电逆变为AC 220V，以增加应用范围。

“互联网+”健身竞技系统-基于穿戴式体感的街景漫游设计

陈山

福建省福州屏东中学，高中组

基本信息

项目简介

“互联网+”健身竞技系统 ——基于穿戴式体感的街景漫游设计 本项目以物联网技术、穿戴式体感设计和街景漫游技术为基础，充分利用现有传统健身器材和互联网资源，整合构建一套新的数字化健身竞技系统。通过穿戴式体感系统采集用户运动状态参数，驱动计算机中街景地图数据的更新显示以及音效、空气等虚拟仿真场景的同步实现，为用户带来贴近真实户外运动的体验；同时通过互联数据传输设计，更好地实现多用户之间的团体健身竞技。 作者在室内体育锻炼过程中，逐渐产生利用穿戴式体感系统+互联网+生活化的海量街景地图来改造现有健身设备的想法，意在为室内健身运动营造美好的户外实景体验，增强体育锻炼的娱乐性、竞技性和趣味性。 为此，作者在研发过程中，围绕可穿戴式传感器、互联竞技功能以及逼真的街景漫游，着力研究设计了穿戴式体感系统、多人互联竞技系统和仿真实景系统。 项目的创新点在于：利用自主研发的硬件体积小、穿戴灵活便捷的穿戴式传感器采集运动参数，以无线收发芯片支持无线传输，可靠性强；采用互联传感设计获取多用户运动数据，实现多人同台健身竞技和远程联机竞技，稳定性好；自主研发街景地图更新触发算法，配以实时音乐和喷雾等，更好地实现移步换景、身临其境的同步效果；产品通用性强、适用性广、成本低廉、组装方便，充分利用现有健身器材和网络资源，适于全民健身运动。 经成果查新检索，未见现有公开发表的国内外文献资料有相同报道。故作者已向国家专利局申请“一种穿戴式体验本地多人互联的装置”实用新型专利。 完善该项目的设想：加强多平台、多通信方式兼容，提升产品扩展性、智能性；完善仿真场景处理，根据户运动状态更好地驱动不同音效、空气等虚拟仿真场景的同步实现；在产品小型化、实用性、美观性、可靠性和稳定性等方面继续提升；将用户的运动数据与身体健康数据库互联，对用户的身体健康状况作出综合评价和建议；积极促进成果转化、技术转让和生产应用的产业化。

 一种新型可重复使用纸及其打印装置

李冠纯

吉林大学附属中学，高中组

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项目简介

发明了一种可重复使用的新型纸，当受控的紫外光照射其表面时，其表面的光致变色材料发生光化学还原反应，被照部分“变色成字”，书写和打印过程中紫外光起到“笔”的作用。将这种纸自然放置于空气中一段时间后，变色材料与空气中的氧气发生氧化反应并失去颜色，纸张“消字复原”，从而实现重复使用。为测试这种纸的使用性能，还设计制作了相应打印装置。 项目灵感源于变色镜片的原理，我想：如果将类似卤化银的材料复合到纸张上，用合适的光线照射，就能在纸上形成文字或图案，光离开一段时间后还能恢复原状。 在光源选择、材料确定与配制、纸张制备、装置设计制造和书写打印实验等五个方面开展了工作。其中光源选择紫外激光，材料选择多酸类化合物与含活性基团的有机化合物构成的给体-受体电荷转移化合物，纸张采用溶液浸润方法制备，通过改造激光打标机制得打印实验装置对纸张性能进行了验证。经打印或激光笔直接书写，字迹清晰，分辨率高，自然放置10-50小时后“消色复原”能再次正常使用，重复使用超过10次后仍能保持良好的打印书写效果。 应用光致变色原理、光子能量公式和激光振镜控制方法等原理，运用控制变量法、正交实验法等科学方法开展了变色材料制备和筛选、变色材料与纸张的复合等工作。 主要贡献为：制得了紫外光致可逆变色材料；实现了变色材料与纸张的复合；验证了激光对纸张的直写和复用；设计制造了专用打印装置；。 项目具有灵感来源于中学课堂、涉及多学科；效果经实验测试和具备产业化推广前景等特点。 在资源日趋紧张、环境日益恶化的今天，这种新型纸为人们提供一种新选择以满足日趋增长的需求，符合我国绿色持续发展的目标和规划。 通过委托吉林省科技情报研究所检索和查新，没有发现类似的技术。 在现有研究工作基础上，今后将将材料混入纸浆造纸及固化文字图案长期保存的研究。

 一种自发电楼道照明装置

刘一川

天津市南开中学，高中组

基本信息

项目简介

1、技术背景：尽管我们现在所居住的新式楼房再打开单元门可由声控打开照明灯，但仍有很多早期建造的楼房，夜晚打开楼道门后是一片漆黑，进楼人员需要摸黑走到一楼住户门边摸到开关打开灯，期间楼道放置的看不见的自行车及其他杂物给行走带来很多不便。如果对这些楼房重新布线，给楼道安装一个声控照明灯，是一个牵扯多方面问题、不易实施的难题。为此，我设计了一种自发电楼道照明装置。 2、发明内容：（1）一种自发电楼道照明装置，包括以发条为动力的齿轮组连动一微型发电机。发电机输出接照明的发光二极管。发条旋紧轴一端紧固槽轮，槽轮上缠绕数圈细钢索，细钢索两个端头分别固定在槽轮和门扇上。当开门时，钢索拉动槽轮至发条上紧。发电机转动发电，为发光二极管提供电能。当关门时，槽轮上的弹簧释放势能收回钢索。 本装置主体安装在楼道门门框楼内侧的上边框上，拉动槽轮的钢索的一端固定在上门边上。指向性发光二极管对准一楼住户门口附近。 （2）本装置开一次门可使发光二极管发光持续10-20秒，足以使人从楼梯门走到第一户门边触开楼道照明灯。发光二极管发光时的电流在2毫安以上，其亮度能够满足正常人在实际中的使用。发光二极管发光时的电流在2毫安以上，其亮度能够满足正常人在实际中的使用。 3、发明的有益之处：本装置特别用于解决无声控灯楼道的楼道门内侧夜晚漆黑行走不便的问题。自发电，节能环保，新颖实用。安装简单，成本较低，便于形成规模化产品。 本装置的技术特征经在国家知识产权局网专利高级检索上检索未发现相同和近似的已申专利信息。

 自来水异味电氧化去除装置

陈致

浙江省杭州第二中学，高中组

基本信息

项目简介

项目摘要：研制了用于处理饮用水有机微污染的微孔曝气强化电氧化装置。在1600mL溶液中添加160mg硫酸钠和2mL 30%双氧水，当电流密度5mA/cm2时，1mg/L的邻叔丁基苯酚在15min时去除98.0%。对受邻叔丁基苯酚和四氯乙烷混合污染的实际水源水处理30min时，初始含量为2.1mg/L的总有机碳被全部去除，微生物被基本去除。该装置能有效去除藻类生长产生的异味物质——2-甲基异莰醇。据估算，1吨水的处理成本为1-4.5元。选题背景：2013年3月以来，杭州市出现多次自来水异味现象。直到2014年1月，终于发现自来水“异味”的源头，即水源周边多家企业偷排含叔丁基苯酚生产废水。自来水厂现有的处理工艺（混凝→沉淀/澄清→过滤→消毒）无法去除这些非常规的微量有机污染物，即使深度处理工艺（如臭氧-生物活性炭）也无法应对。研究目的和基本思路：寻找一种能在短时间内有效去除微量有机污染物的方法，实现水源水的应急处理和饮用水的深度处理。利用已掌握的化学知识，发现电解处理这些非常规有机物是可行的。同时，为加快反应促进混合、增加溶液中氧浓度，结合微孔曝气来强化去除效果。研究过程：通过前期上网收集资料、查阅相关文献，获取自来水厂现有处理工艺等相关信息；结合掌握的化学知识，在老师和研究人员的指导下，设计实验装置及方案；实验过程中发现装置缺陷并及时改进，一次次完善后最终得到理想的处理装置及其效果。应用的科学方法、科学原理：实验研究；电解原理、微孔曝气强化扰动原理、氧化还原原理。主要贡献：首次把电氧化的方法用于饮用水有机微污染的处理；在电氧化过程中添加双氧水，可有效去除多种有机污染物和微生物病菌，在给水处理领域具有创新性。他人同类研究的情况调查：通过数据库检索，未发现与本项目相同的现有技术用于有机微污染生活饮用水处理。进一步完善该项目的设想：通过优化工艺条件，提高处理效果、降低处理费用。

 微生物燃料电池：一种废水净化与重金属回收的新型装置

朱子轩、沈鹤颖、江沐华

广东实验中学，初中组

基本信息

项目简介

重金属污染己成为当前日益严重的环境问题，其污染危害和修复技术也一直是国内外研究的热点和难点。电动修复技术作为一种新型、清洁技术越来越受到关注。本论文以水体重金属Cu(II)、Pb(II)、Cd(II)、Cr(VI)为研究对象，利用微生物燃料电池能够利用有机物为电子供体、高价态重金属为电子受体产电、并将重金属还原为零价沉淀的原理，构建一种微生物燃料电池驱动的重金属电动修复装置，达到重金属去除及水体COD削减的双重目的。研究过程：（1）双室MFC装置的构建与运行：以有机玻璃为骨架，碳毡为电极，质子交换膜为隔膜，构建MFC装置。以人工废水为阳极液，铁氰化钾为阴极液，按5%比例接种活性污泥，启动MFC，并通过电压、功率密度及内阻，评价MFC产电性能。（2）MFC重金属电动修复效果：以重金属水体为阴极液运行MFC，结果表明，双室MFC能够将Cu(II)和Pb(II)还原为零价重金属，但不能将Cd(II)、Cr(VI)还原，10h后Cu(II)和Pb(II)去除率可达97.52%%、98.46%%。（3）MFC装置的改进与运行：针对Cr(VI)、Pb(II)还原电势低、双室MFC装置适应性差的缺陷，构建了连续流双阳极MFC装置，10h后， 阴极中铜、铅、铬、镉等重金属的去除率可达98.84%、99.10%、99.14%和89.76%。本项目利用MFC能以高价态重金属为电子受体并产电的特性，对MFC驱动水体重金属去除的可行性进行了初步探讨。在此基础上，构建了一种连续流双阳极MFC装置，能够实现重金属的高效去除。与传统技术比较，MFC技术可将重金属还原为零价重金属沉淀，分离容易，重金属去除率高。同时MFC能以废水中有机物作为能量来源产电，不需外加电源即可维持系统的连续运转与自我运行，具有重金属高效去除与水体COD削减的双重功效。

饶伊珂

衢州华茂外国语学校，初中组

基本信息

项目简介

1、项目摘要：太阳能水面清捞船，包括框架型船舱、太阳能电池板和水下推进器，在框架型船舱顶部和底部分别设置动仪舱室和储物舱室。在框架型船舱中部的两端都设有顺流清捞舱室，顺流清捞舱室与储物舱室相通并设有顺流舱门。在框架型船舱两侧都设有船舱浮球，太阳能电池板安装在框架型船舱顶面并设有太阳能蓄电池，水下推进器安装在框架型船舱底部。 2、项目选题：在旅游景点中，经常出现人们将瓜皮果壳、包装袋等垃圾随手丢入湖、河、池等水域的不文明现象。这些漂浮在水上的垃圾，不仅影响了景区的景观效果，而且严重污染了景观水域的水质。 3、设计目的：将漂浮在景观水域的垃圾及时清捞干净，既能减少环境污染，又能保护景区容貌。基本思路：太阳能电池板接收太阳能并将其转化成电能储存到蓄电池内，太阳能水面清捞船利用蓄电池提供的电力，在景观河、景观湖等景观水域的水面上运行，打捞漂浮在水面上的垃圾。 4、研究过程：①发现各种景观水域中普遍存在有垃圾漂浮在水面的情况，景区管理部门虽对此安排专门清捞人员，但是收效甚微；②利用太阳提供的清洁能源，带动船体在水面循环运行；③使用遥控装置和红外感应装置作为控制手段，船体可以采取多种方式运行。 5、应用的原理和方法：①利用船舱浮球的浮力使船体浮在水面上运行，并能方便地调节进水深度；②利用太阳能电池为船体运行提供动力；③利用遥控技术和超声波传感器控制船自动运行。 6、项目创新点：①利用太阳能充电，使船可以长时间连续工作；②利用水流将漂浮的垃圾导入储物舱室；③功能强大，使用方便：可选智能自动或遥控方式运行；④双驱动且双向推进；⑤前进后退都可以清捞垃圾。 7、他人同类研究情况：目前未见有类似产品或同类研究出现。 8、进一步完善该项目的设想：在太阳能水面清捞船上安装智能化运行系统，对整个水域进行实时扫描，及时发现垃圾，并根据垃圾的分布位置自行制定最优的运行路线，然后根据制定的线路自动运行。

曹沛晴

中国人民大学附属中学，高中组

基本信息

项目简介

在本项目的研制过程中，首先查阅资料，了解当前自主停车相关研究的进展，并设计本项目的整体计划方案及预期效果。将小车放置在沙盘上进行调试，修改程序提高小车横向和纵向运动的控制精度。接下来进行Android智能手机程序的开发，调用手机相机对沙盘进行拍照。对得到的图片进行简单的滤波及去畸变处理，使其能够如实反映小车及车位实际位置信息。应用Canny算子进行边缘检测获得边缘二值图像，提取图像内闭合连通区域轮廓，匹配特征得到小车及车位的内轮廓。使用最小外接矩形代替原有轮廓，得到小车及车位的角度及位置信息，依据回旋曲线原理获得小车的停车路径参数。通过蓝牙将相关信息传递给小车。小车以MC9S12XS128单片机为控制器，主要使用PID控制算法实现对停车路径的跟踪，实现停车入位。 本项目采用普及程度较高的手机作为信息采集与交互工具，大大提高了其实际应用价值。而且将自主设计的路径规划算法移植到手机上，借助手机强大的计算能力，大大降低了路径规划算法的时间消耗。 基于手机交互的自主停车演示系统通过手机拍摄获取车辆及周边环境图像，基于人机交互与图像识别技术确定车辆与停车位空间位置，使用回旋曲线规划停车路径，并将路径信息传递给车辆，车辆自主行驶完成泊车任务。 本项目采用普及程度较高的手机作为信息采集与交互工具，大大提高了其实际应用价值。并将自主设计的路径规划算法移植到手机上，借助手机强大的计算能力，大大降低了路径规划算法的时间消耗。 今后进一步将本项目与实际生活相结合，主要有三个获取车位信息的渠道：通过手机与智能车库系统通讯，获取车库相关信息；驾驶员坐在车内，使用手机拍摄车库图像，依据手机自身姿态对图像进行变换，得到车辆的俯视图；利用车辆本身具有360°环视功能，得到车辆周围环境的俯视图。

张子钰

洛阳市第一高级中学，高中组

基本信息

项目简介

1.研究项目摘要：本文利用线性代换z+y=u,z-y=a ，x+w=v,x-w=b,巧妙地把四元三次方程x3+y3=z3+w3转化为 au2=bv2+(b3-a3)/3 ,如果找到它的一个特解(u0,v0)，就能得出方程的解的递推公式(见论文） ，从而找到原方程的整数解． 2.在学习研究费马定理的过程中，考虑一些不定方程的整数解问题，想到了此方程，参阅华罗庚的《数论导引》，从而发现这个方程的解法中的一些问题。 3.研究目的和思路.目的是尝试用初等的方法解决费马定理中的一些问题，基本思路，利用线性代换 ，把四元三次方程x3+y3=z3+w3转化为 au2=bv2+(b3-a3)/3 ,如果找到它的一个特解(u0,v0)，就能得出方程的解的递推公式 ，从而找到不定方程的整数解． 4.研究过程：查阅相关文献，了解费马定理的研究经历，计算各种情况对应的解的情况。 5.科学性：培养对数学的兴趣，掌握科学研究的一般方法。 先进性：了解四元三次方程的一般解法。 实用性：掌握了四元不定方程的解法，学习了费马定理的相关问题，推进不定方程整数解的求法的研究。 6.创新性：本项目为张子钰同学提出问题，在辅导老师的帮助下，补充了线性代数和数论的相关知识，历时一年多的时间，得出的研究成果，递推公式和算法，均为创新部分。 7.不足与设想：本文例证较多,虽然得出了一些情况下的整数解的递推公式，但仍然没有找到一般的通解公式。还需继续研究！ 在其他文献上已有最后的整数解的表达式，但表达式不容易求出无穷多的解，看不出解之间的递推关系，本项目的递推关系可以看出，无穷多的整数解之间的递推关系，这也是本文的创新之处。

 利用回收的锌锰废旧电池及重铬酸钾废液制作高性能的锌铬电池

张超仑

安顺市第二高级中学，高中组

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项目简介

摘要:探究了将学校回收的废旧碳棒锌锰电池与化学实验室回收到的重铬酸钾废液制作成高性能的锌铬电池的方法。探究中利用有机玻璃塑料槽做反应装置，充分利用P-E膜（保鲜膜）替代盐桥，解决装置阴极区与阳极区导电能力不好的难题。制作的锌铬电池电压可达1.83V，可广泛应用于中学诸多物理、化学实验，从而达到将回收到的废旧干电池，实验室废液充分利用的目的，并为学校开展废电池的回收利用提供了一个新的思路与方法。 二、背景：对学校废旧电池回收处回收到量大、低毒的碳棒锌锰电池，回收厂家认为其利用率低，我因此想探究新的回收利用废旧电池的方法。 三、探究思路：利用氧化还原的原理，用废旧电池表面的锌与重铬酸钾废液制作成锌铬电池，利用废旧电池的同时将高毒的重铬酸钾废液还原为低毒废液。 四、探究过程： 1、通过网络查询锌铬电池的有关研究。 2、制作过程：用废旧电池的锌皮和氯化铵溶液制成负极；用碳棒和重铬酸钾废液制成正极；用P-E膜(保鲜袋)作半透膜。 3、测试性能：自制电池的电压1.83V高于5号新南孚电池，电流稳定。。 4、应用：可完成中学诸多有关电学的物理、化学实验（如电解氯化铜等)。 5、考虑电池废弃物的回收再利用。 五、应用的科学原理： 总反应：3Zn+Cr2O72-+14H+=2Cr3++3Zn2++7H2O 理论值: E电动势=2.1 V 六、创新点： 1、充分利用废旧电池及实验废液制作锌铬电池，废物利用. 2、自制电池电压达到1.83v，电阻仅为1.62Ω,将多个电池并联或串联后可完成中学诸多涉及用电的实验，方便使用，变废为宝。 3、在自制电池使用完以后，可对内部的碳棒、二氧化锰、氯化铵进行回收再利用。 4、有效地将六价铬废液还原成低毒性的三价铬废液，绿色排放。 七、他人同类研究的情况调查： 通过网络，没有查询到与本课题相似的研究。 八、完善设想： 进一步设计成型的装置应用于生活。

刘澍岳

山东师范大学附属中学，高中组

基本信息

项目简介

1、项目摘要：针对演讲桌高度、角度固定而影响演讲效果的难题，开发了根据演讲者身高可升降调节高度、根据听众位置可旋转角度、台面可倾斜抬起的多功能演讲桌。演讲桌的设计制作应用了几何学、物理学、机械学等知识，根据第一代机械式演讲桌试用中存在的问题进行改进，改进后的第二代演讲桌的升降和旋转运动由电机驱动，并实现了自动遥控操作。新型演讲桌结构简单、功能多、性价比高、实用性强、演讲效果好。 2、项目选题的确定：受萨科齐和姚明演讲新闻报道启发，演讲人因身高等差别对演讲桌有不同需求，同时，调研数据表明新型演讲桌有广阔的市场前景。可升降多视角倾斜台面演讲桌的成功开发可满足不同演讲者的多样化需求。 3、项目的基本思路：根据调研演讲者需求，借鉴自动升降办公椅等分别利用气压棒、分度盘、气弹簧-合叶结构实现升降、旋转、倾斜运动，将此三种运动的机构集成在同一演讲桌上，完成机械式演讲桌开发。应用电机驱动和自动控制完成自动化演讲桌的开发。 4、项目的研究过程：首先进行问卷调查以确定演讲桌结构尺寸数据，然后进行结构设计，再进行演讲桌的加工制作和装配调试，并进行试用，针对试用中发现的问题对结构和功能进行多次改进，最后达到预期设计目标。 5、项目应用的科学方法和原理：确定演讲桌尺寸时应用了数据统计、余弦定理、人机工程学和运动学等原理，设计演讲桌结构时运用了气压传动、机械设计等科学方法，在制作过程中应用了数控、自动控制等技术。 6、项目的主要贡献（创新）：机械、气动和电动结构及控制系统分别实现了机械化、自动化和遥控操作，满足了演讲桌高度可升降、视角可旋转和台面可倾斜的多样化需求；桌体材料亚克力防潮防水防锈且节能环保；结构设计模块化，便于运输和维修，功能多、性价比高且可拓展性强。 7、项目的同类研究及进一步设想：文献与专利查新表明未有类似产品技术报道。下一步进行数字化和泛在智能化升级，拓展其在其它领域的应用。

 机动车启动时排出的黑烟怎么办--尾气快速净化研究及应用设计

汪然

华东师范大学第二附属中学，高中组

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项目简介

我国城市空气污染持续恶化，机动车尾气是最主要污染源之一。初中参加“安捷伦杯”清洁空气知识与技能大赛了解到：机动车尾气最终需要经过催化净化才能达到排放标准。正常行驶下，净化催化剂能将尾气中的CO、碳氢（HCs）、NOx和碳烟颗粒（PM）转化为CO2、H2O和N2，但启动瞬间因催化剂温度低，尾气得不到很好净化。由于目前机动车都已经安装尾气净化催化剂，60-80 %的HCs和CO是在启动的最初3分钟内产生，所以减轻机动车尾气污染的关键是有效净化启动阶段的尾气。 为解决上述问题，从两方面进行了研究：首先降低现有机动车行驶状况下尾气净化催化剂的起效温度，以便使用行驶状况下的催化剂能够净化启动阶段的尾气。通过优化现有催化剂中Ce:Zr原子比、Pd:Rh重量比和载体的孔密度，得到的优化催化剂模拟汽车启动阶段尾气净化过程，350 oC时能将尾气中有害气体几乎完全转化，好于目前400 oC才具有较好净化效果的催化剂；由于优化催化剂降低起始反应温度的幅度有限，无法达到启动时的常温，所以在优化的低温起燃催化剂基础上，通过改变催化剂形状，采用高频电直接加热催化剂本身，通气状况下5秒时就能使尾气净化催化剂均匀达到反应温度，尾气中的NO、C3H8和CO充分转化，为机动车启动阶段污染物控制提供了很好的解决方法。 和已有相关技术相比，本项目利用现有机动车正常行驶状况下的催化剂来净化启动阶段的尾气，无需增加新的设备单元，现有启动技术都需要增加新的设备单元，并且需要组合2-3个技术才能达到理想的净化效果；本项目另一个突出特点是催化剂起效快，净化效果好：启动5秒内就能使尾气净化催化剂充分发挥作用，明显好于现有20-30秒的启动技术。因此本项目具有尾气净化催化剂达到反应温度所需时间极短，尾气净化充分、能耗低、设备简单的特点。 下一步工作主要是完善应用设计，进行实际车载试验，争取早日实际应用。

 “Easy-EYE” ——可穿戴用眼健康监测系统

吴啸东

华东师范大学第二附属中学，高中组

基本信息

项目简介

随着在平板电脑、智能手机推广之后，中国人的平均近视程度大幅提升，青少年的近视程度更是比2013提升了25% 。而如今大部分的护眼产品总倾向于事后治疗，往往无法从根本上缓解眼睛受到的伤害。于是，本课题提出了一种基于眼睛状态的可穿戴用眼健康监测系统——Easy-EYE，它能够实时对用户的不良用眼行为进行提醒，在用户眼睛受到伤害前进行预防。本系统利用了搭载在眼镜架上的微型摄像头对眼睛状态进行检测，并利用计算机视觉技术对眼睛的状态进行了判别；判别的标准基于大量的用眼健康医学文献的归纳总结得出。该系统的实现过程由量化用眼健康标准、硬件实现与图像处理算法组成。笔者根据已有的用眼健康相关文献，总结、归纳并创新地提出了一套基于用眼状态的定量用眼健康标准。该健康标准的特点在于不仅对不同的用眼状态进行了分类以及分标准评定，而且能够进行用户学习，非常人性化。本系统的硬件由一副眼镜、夹持器以及USB网络摄像头组成，摄像头搭载在眼镜架做支架前方，能够对用户的左眼进行实时的检测。图像处理算法能够通过获得的图像数据实时监测用户的眼睛状态，包括：眨眼、视线方向、眯眼与瞪眼状态。该系统训练并利用ASM（动态形状模型）提取上眼睑轮廓，配合使用SVM（支持向量机）进行机器学习，以95% 的准确率辨别出眼睛的眯眼与瞪眼状态；本系统还非常创新的提出了一种基于灰度积分投影关键联通块性质的智能二值化法，能够以98.1% 的准确率实现对视线方向的确定以及眨眼的判断，且该算法具有非常好的对光影变化的实时鲁棒性。本系统最终实现了以计算机为处理中心，搭载摄像头的眼镜为数据获取途径的用眼健康监测提醒系统，实现了较好的检测与提醒效果，并具有推广与使用价值。笔者希望能够将硬件优化，初步利用计算机作为服务器进行处理后传输到手机上。同时，由于系统能够获得大量数据，笔者希望能够在将来对获得的数据进行数据挖掘，发掘出其中的潜在价值。

下载：第30届全国青少年科技创新大赛中小学生优秀作品