教育科學規劃2025年度重點課題申報書、課題設計論證求知探理明教育，創新鑄魂興未來。基于AI視覺分析技術的智能CPR培訓系統及其應用研究課題設計論證（一）研究現狀AI視覺分析技術在智能CPR培訓系統中的應用逐漸興起。目前，已有部分研究將人工智能技術引入心肺復蘇培訓考核系統，實現對培訓人員身體形態、動作幅度和操作指標等全流程監控和考核。例如，《人工智能技術應用于心肺復蘇培訓考核系統的初步探討》一文提到，現有的心肺復蘇培訓考核系統多為對操作指標進行判斷，如按壓深度、按壓頻率、通氣量等，對操作人員的現場操作方法、操作步驟及操作流程等卻只能憑人工監測，主觀判斷較強，且無法對大量考生同時監考。將人工智能技術引入到心肺復蘇培訓考核系統中，可實現對心肺復蘇培訓人員的身體形態、動作幅度和操作指標等全流程監控和考核，為心肺復蘇培訓考核提供科學、客觀的評估方法。此外，華為云與久心醫療聯合開發的AED心肺復蘇動作AI輔助測評系統，即將通過最后測試。該系統改變了以往心肺復蘇傳統培訓模式，通過華為云算法的機器視覺進行權威判定，實現了培訓向輕量化、低成本化的優化演進。（二）選題意義提高心肺復蘇培訓的質量和效果，為急救培訓提供科學、客觀的評估方法。在心臟驟停事件頻發的當下，提高公眾的心肺復蘇技能至關重要。心肺復蘇是挽救生命的關鍵措施，通過胸外按壓和人工呼吸，可以暫時替代心臟和肺的功能，為等待專業救援爭取寶貴時間。然而，傳統的心肺復蘇培訓模式存在一些問題，如人工監測主觀判斷較強、難以對大量考生同時監考等。引入AI視覺分析技術，可以實現對培訓人員的全流程監控和考核，提高培訓的質量和效果。（三）研究價值利用AI視覺分析技術，為心肺復蘇培訓提供更精準、高效的方法。可以減少人工監測的主觀性，提高考核的準確性，同時為學員提供個性化的學習體驗。AI視覺分析技術可以實時監測學員的操作，及時反饋按壓指標，并實現智能糾錯，自動出具訓練報告。還能實現自主考核，自動統計胸外按壓考核成績。通過互動動畫，提供完整的AED急救流程操作教學。此外，AI技術還可以根據學員的實際操作情況進行針對性的指導與改進，提高學習效率，記錄學員的進步，通過數據分析提供長期的訓練建議。二、研究目標、研究內容、重要觀點研究目標本研究的目標是構建基于AI視覺分析技術的智能CPR培訓系統，提高培訓的效率和質量。具體而言，有以下幾個方面的目標：實現對學員操作的準確評估：通過智能培訓系統，對學員在心肺復蘇操作中的各項指標進行精準評估，包括按壓深度、按壓頻率、動作規范性等，為學員提供客觀、準確的反饋。提供個性化培訓方案：根據學員的操作數據和評估結果，為學員制定個性化的培訓方案，針對其薄弱環節進行有針對性的訓練，提高學習效果。研究內容智能培訓系統的設計與開發：包括人機交互設備、主機、攝像設備和仿真人的設計與整合。學員可以通過人機交互設備選擇自主練習或自主考核，獲取相應的培訓內容或考核內容，并在仿真人上進行急救操作。仿真人采集學員的急救操作數據，攝像設備拍攝學員的操作視頻圖像，主機對操作數據和視頻圖像進行分析，實現動作識別和正確性評判，并給出相應的反饋和打分。AI視覺分析技術的應用：采用OpenPose方法在視頻圖像中提取學員的人體骨骼關鍵點，連接構成人體骨架模型，利用時空圖卷積神經網絡進行動作識別。時空圖卷積神經網絡包括9層依次連接的STGCN模塊，不同層次輸出不同維度的特征，且每一層都設置resnet機制。通過對歷史視頻圖像中隨機抽取的片段進行訓練，不斷優化網絡性能，提高動作識別的準確性。培訓效果的評估：在學員進行自主練習時，主機根據急救操作數據評判操作的準確度，根據視頻信號進行動作識別后評判動作的正確性，并在評判急救操作出現失誤時，在人機交互設備上顯示錯誤操作提示。在學員進行自主考核時，主機根據急救操作數據和視頻信號進行動作打分，最終獲得考核分數。同時，統計學員信息、年齡段通過率、班次通過率、學員通過率和單個動作錯誤率等數據，對培訓效果進行全面評估。重要觀點AI視覺分析技術能夠為心肺復蘇培訓帶來重大變革，提高培訓的科學性和有效性。具體體現在以下幾個方面：提高考核準確性：AI視覺分析技術可以減少人工監測的主觀性，對學員的操作進行精準評估，提高考核的準確性。提供個性化學習體驗：根據學員的實際操作情況進行針對性的指導與改進，為學員提供個性化的學習體驗，提高學習效率。記錄學員進步：通過數據分析記錄學員的進步，為學員提供長期的訓練建議，幫助學員不斷提高心肺復蘇技能。三、研究思路、研究方法、創新之處1.研究思路本研究的思路清晰明確，旨在構建基于AI視覺分析技術的智能CPR培訓系統，提高培訓的效率和質量。首先，對現有CPR培訓系統進行深入分析，明確其優勢與不足，確定AI視覺分析技術的應用需求。通過查閱相關文獻，如《人工智能技術應用于心肺復蘇培訓考核系統的初步探討》等，了解當前心肺復蘇培訓領域的研究現狀和技術發展趨勢，為智能培訓系統的設計提供理論支持。接著，進行智能培訓系統的設計開發。將人機交互設備、主機、攝像設備和仿真人進行整合設計。學員可以通過人機交互設備選擇自主練習或自主考核，獲取相應的培訓內容或考核內容，并在仿真人上進行急救操作。仿真人采集學員的急救操作數據，攝像設備拍攝學員的操作視頻圖像，主機對操作數據和視頻圖像進行分析。其中，處理單元采用OpenPose方法在視頻圖像中提取學員的人體骨骼關鍵點，連接構成人體骨架模型，利用時空圖卷積神經網絡進行動作識別。時空圖卷積神經網絡包括9層依次連接的STGCN模塊，不同層次輸出不同維度的特征，且每一層都設置resnet機制。通過對歷史視頻圖像中隨機抽取的片段進行訓練，不斷優化網絡性能，提高動作識別的準確性。最后，進行實驗驗證和效果評估。在學員進行自主練習時，主機根據急救操作數據評判操作的準確度，根據視頻信號進行動作識別后評判動作的正確性，并在人機交互設備上顯示錯誤操作提示。在學員進行自主考核時，主機根據急救操作數據和視頻信號進行動作打分，最終獲得考核分數。同時，統計學員信息、年齡段通過率、班次通過率、學員通過率和單個動作錯誤率等數據，對培訓效果進行全面評估。2.研究方法本研究采用多種研究方法，確保研究的科學性和有效性。文獻研究法：通過查閱相關文獻，了解心肺復蘇培訓領域的研究現狀和技術發展趨勢，為智能培訓系統的設計提供理論支持。例如，參考《人工智能技術應用于心肺復蘇培訓考核系統的初步探討》等文獻，了解現有心肺復蘇培訓考核系統的不足以及人工智能技術在該領域的應用前景。實驗法：通過實驗驗證智能培訓系統的效果。將學員分為實驗組和對照組，實驗組使用智能培訓系統進行培訓，對照組使用傳統培訓系統進行培訓。比較兩組學員的考核成績和操作熟練度，評估智能培訓系統的有效性。數據分析法：通過數據分析評估培訓質量。統計學員信息、年齡段通過率、班次通過率、學員通過率和單個動作錯誤率等數據，分析智能培訓系統的優勢和不足，為系統的改進提供依據。3.創新之處本研究的創新之處主要體現在以下兩個方面：技術創新：將AI視覺分析技術應用于CPR培訓系統，實現全流程監控和個性化培訓。利用時空圖卷積神經網絡進行動作識別，提高了識別的準確性。相比傳統的心肺復蘇培訓模式，智能培訓系統能夠實時監測學員的操作，及時反饋按壓指標，并實現智能糾錯，自動出具訓練報告。還能實現自主考核，自動統計胸外按壓考核成績。通過互動動畫，提供完整的AED急救流程操作教學。此外，AI技術還可以根據學員的實際操作情況進行針對性的指導與改進，提高學習效率，記錄學員的進步，通過數據分析提供長期的訓練建議。方法創新：采用多種研究方法，如文獻研究法、實驗法、數據分析法等，對智能CPR培訓系統進行全面研究。通過實驗驗證和數據分析，評估智能培訓系統的效果和質量，為系統的改進和優化提供依據。同時，結合智能模擬訓練、虛擬病人交互等AI技術在醫學培訓中的優勢，為心肺復蘇培訓帶來新的機遇與挑戰。四、研究基礎、條件保障、研究步驟1.研究基礎團隊成員具備醫學、計算機科學等多學科背景，為基于AI視覺分析技術的智能CPR培訓系統及其應用研究提供了有力支持。已有相關研究成果如《人工智能技術應用于心肺復蘇培訓考核系統的初步探討》等文獻，為本次研究提供了理論參考和實踐經驗。此外，天津大學溫州安全（應急）研究院的相關專利如“一種智能心肺復蘇培訓系統”等，也為本次研究奠定了技術基礎。2.條件保障實驗設備：具備先進的攝像設備，如雙目攝像頭，能夠清晰拍攝學員進行急救操作的視頻圖像。同時，還有仿真人，包括單片機和多個傳感器，如電阻式壓敏傳感器、壓力傳感器、氣體流量傳感器和光電門傳感器等，能夠準確采集學員的急救操作數據。數據資源：擁有豐富的心肺復蘇培訓數據資源，包括攝像設備拍攝的歷史視頻圖像等，可用于時空圖卷積神經網絡的訓練。研究經費：有足夠的研究經費支持，確保研究過程中設備的采購、維護以及人員的費用支出。3.研究步驟準備階段：進行文獻調研，查閱相關文獻如《人工智能技術應用于心肺復蘇培訓考核系統的初步探討》《一種智能心肺復蘇培訓系統》等，了解當前心肺復蘇培訓領域的研究現狀和技術發展趨勢。同時，進行需求分析，明確智能CPR培訓系統的功能需求和性能要求。設計開發階段：構建智能培訓系統，包括人機交互設備、主機、攝像設備和仿真人的設計與整合。學員可以通過人機交互設備選擇自主練習或自主考核，獲取相應的培訓內容或考核內容，并在仿真人上進行急救操作。仿真人采集學員的急救操作數據，攝像設備拍攝學員的操作視頻圖像，主機對操作數據和視頻圖像進行分析，實現動作識別和正確性評判，并給出相應的反饋和打分。實驗驗證階段：進行系統測試和效果評估。在學員進行自主練習時，主機根據急救操作數據評判操作的準確度，根據視頻信號進行動作識別后評判動作的正確性，并在評判急救操作出現失誤時，在人機交互設備上顯示錯誤操作提示。在學員進行自主考核時，主機根據急救操作數據和視頻信號進行動作打分，最終獲得考核分數。同時，統計學員信息、年齡段通過率、班次通過率、學員通過率和單個動作錯誤率等數據，對培訓效果進行全面評估。總結評估階段：撰寫研究報告和論文，總結研究成果和經驗教訓，為后續研究提供參考和借鑒。（全文共4310字）課題評審意見：本課題針對教育領域的重要問題進行了深入探索，展現出了較高的研究價值和實際意義。研究目標明確且具體，研究方法科學嚴謹，數據采集和分析過程規范，確保了研究成果的可靠性和有效性。通過本課題的研究，不僅豐富了相關領域的理論知識，還為教育實踐提供了有益的參考和指導。課題組成員在研究中展現出了扎實的專業素養和嚴謹的研究態度，對問題的剖析深入透徹，提出的解決方案和創新點具有較強的可操作性和實用性。此外，本課題在研究方法、數據分析等方面也具有一定的創新性，為相關領域的研究提供了新的思路和視角。總之，這是一項具有較高水平和質量的教科研課題，對于推動教育事業的發展和進步具有重要意義。課題評審標準：1、研究價值與創新性評審關注課題是否針對教育領域的重要或前沿問題進行研究，是否具有理論或實踐上的創新點，能否為相關領域帶來新的見解或解決方案。2、研究設計與科學性課題的研究設計是否合理，研究方法是否科學嚴謹，數據收集